Температурный режим и давление. Понятие температурного градиента.

Критическая температура пропана 96,7 °С, критическое давление 42 кгс/см2 (0,42 МПа). Критическая температура (КТ) – предельная температура равновесного состояния двух фаз «растворитель - компоненты масляного сырья». При КТ растворителя и выше этой температуры все компоненты растворенного продукта выделяются из раствора. КТ пропана 96,7 ^оС. Эти параметры обуславливают режим экстракционной колонны в процессе деасфальтизации.

В пределах от минус 42°С до плюс 20°С пропан вызывает коагуляцию асфальтенов, а также кристаллизацию парафинов, церезинов, но хорошо растворяет жидкие компоненты сырья и смолы, независимо от величины и строения их молекул. При температуре сверх 20⁰С растворяющая способность пропана понижается. При повышении температуры до 40⁰С из раствора в первую очередь выпадают высокомолекулярные смолы, а парафины и церезины переходят в раствор.

Избирательная способность пропана увеличивается при температуре выше 50⁰С и тем сильнее, чем выше температура.

С повышением температуры обработки улучшается цвет деасфальтизата, уменьшается его вязкость, плотность и коксуемость, но наряду с этим падает выход.

Зависимость растворимости смол и углеводородов различного строения в пропане от температуры: 1 – нафтено–парафиновые; 2 – легкие ароматические; 3 – тяжелые ароматические; 4 – смолы

С повышением температуры можно достичь более высоких качеств деасфальтизата в условиях меньшего разбавления, т.е. изменение температуры оказывает на результаты деасфальтизации большее влияние, чем изменение кратности пропана.Наибольший эффект можно получить при сочетании обоих факторов. Так увеличивая кратность пропана выше оптимальной, повышаем отбор, если при этом повысить температуру, то тем самым можно сохранить качество деасфальтизата на требуемом уровне. С повышением температуры верха деасфальтизационной колонны получают более светлый деасфальтизат с меньшим выходом и коксуемостью.

По мере уменьшения температуры по высоте колонны растворяющая способность сжиженного пропана растет, он удерживает в растворе не только парафино-нафтеновые и высокоиндексные ароматические углеводороды, но и низкоиндексные ароматические углеводороды с высоким показателем преломления (П_D²⁰ > 1,53)

Постепенное равномерное снижение температуры по высоте колонны позволяет наиболее полно отделить не только плохо растворимые в пропане высокомолекулярные смолы, но и смолы молекулярной массы 700-800 от ценных высокомолекулярных углеводородов, которые при пониженных температурах лучше растворяются в пропане, чем смолисто-асфальтеновые вещества, т.е. создание температурного градиента повышает селективность процесса.

Для получения оптимального выхода деасфальтизата с заданными свойствами необходимо создать определенную разность температур между верхом и низом колонны (температурный градиент деасфальтизации). Величина температурного градиента обычно составляет 20-25 °С.

Производительности установок деасфальтизации пропаном

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»:

Тонн гудрона в год

Тонн гудрона в год

Селективная очистка

Сущность процесса экстрактивной очистки селективными (избирательными) растворителями заключается в различной растворимости в них углеводородов масляных фракций.

В результате перемешивания растворителя с очищаемым продуктом и отстоя смесь расслаивается на две жидкие фазы с разной плотностью.

Одна фаза представляет собой очищенный продукт с частью растворенного в нем растворителя и называется рафинатным раствором, а другая фаза - растворитель, содержащий нежелательные компоненты, называется экстрактным раствором.

Рафинатный и экстрактный растворы отделяют друг от друга и направляют на отгонку растворителя.

Извлеченную часть масляной фракции называют экстрактом, а очищенное масло - рафинатом.

Растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья, называют селективными (избирательными) растворителями.

При неизменной кратности растворителя с повышением температуры увеличивается содержание растворенных компонентов исходного сырья, и, наконец, при достижении определенной температуры, называемой критической температурой растворения (КТР), и выше этой температуры сырье полностью смешивается с растворителем, т.е. система становится однофазной. Кривая растворимости масляного сырья в полярных растворителях может быт различной в зависимости от характера сырья и растворителя. Ароматические углеводороды имеют самые низкие КТР. За ними следуют нафтеноароматические и нафтеновые углеводороды. В соответствии с этой последовательностью повышается критическая температура их растворения в полярных растворителях при условии одинакового или похожего строения молекул. Наиболее высокую КТР имеют парафиновые углеводороды нормального строения, что обусловлено самым низким значением их средней молекулярной поляризации.

Гомогенная система

Дисперсная система

К

Т

Р

,

С

0 20 40 60 80 100

Концентрация фенола, % масс.

При неизменной кратности растворителя с повышением температуры увеличивается содержание растворенных компонентов исходного сырья, и, наконец, при достижении определенной температуры, называемой критической температурой растворения (КТР), и выше этой температуры сырье полностью смешивается с растворителем, т.е. система становится однофазной.

Под растворяющей способностью растворителя понимают его способность наиболее полно растворять компоненты сырья, подлежащие извлечению.

Избирательность растворителя характеризует его способность четко отделять одни компоненты сырья от других.

Из технологических параметров экстракционных процессов наибольшее значение имеют температура экстракции, соотношение растворитель: сырье (кратность растворителя) и являющаяся функцией этих параметров критическая температура растворения .

фенол фурфурол N-метил­пирролидон

Избирательное поглощение отдельных компонентов смеси растворителем называется экстракцией. Как известно, подобное растворяется в подобном. Для экстракции полярных, нежелательных для товарного масла соединений используется полярный растворитель. Наиболее часто применяется фенол. Парафины нормального и изо- строения, желательные компоненты масел, неполярны, и потому в феноле не растворяются. Известны также схемы, где используется фурфурол и N-метилпиролидон.

Свойство	Фенол	Фурфурол	N-метилпиро- лидон
Молекулярная масса, гр/моль	94,1	96,1	99,13
Плотность, кг/м3	1,058 (при 50)	1,156	1,03
Температура плавления, 0С	40,1	-37	-24
Температура кипения, 0С	181,7
Теплота испарения, ккал/кг (1 атм)
Растворяющая способность	Отличная	средняя	Хорошая
Селективность	Низкая	Отличная	Хорошая
Стабильность	Отличная	хорошая	Хорошая
Биоразлагаемость	Низкая	средняя	Средняя
Токсичность	Высокая	средняя	низкая
Вязкость, при 50 сПз	3,2	0,93	1,01

Все установки селективных очисток ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтеза» работают на феноле. Выбор связан с тем, что при постройке установок в 60-70 годы в СССР промышленно освоен был только фенол. Преимущество фенола, как видно из таблицы состоит в высокой химической стабильности, и высокой (избыточно) растворяющей способности. Преимуществом фенола так же является его низкая цена.

Недостатками фенола являются – высокая температура застывания (+40⁰С), требующая введения обогрева технологических линий. Высокая токсичность

Под воздействием фенола азотсодержащие соединения переходят в экстракт. Также данный растворитель снижает содержание серы на 30-50%. Конкретный процент зависит от качества исходного обрабатываемого нефтяного сырья.