Смазочные материалы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение  ………………………………………………………………………………..4

1. Теоретические основы процесса………………………………………………..5
2. Характеристика сырья и продуктов…………………………...........................14
3. Выбор и описание технологической схемы установки………………………15
4. Технологический расчет материального баланса и основных

 аппаратов установки………………………………………………………......17

 Заключение………………………………………………………................................46

 Список  литературы…………………………………………………………………...47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

      Современное производство нефтяных смазочных масел  основано на использовании процессов  экстракционного разделения вакуумных  дистиллятов и деасфальтизатов. К числу таких процессов относится  селективная очистка масляного сырья избирательными растворителями, которая является одной из основных в технологии производства нефтяных масел.

    Процесс предназначен для удаления из масляного  сырья смолистых соединений, полициклических  ароматических и нафтено-ароматических  углеводородов с короткими боковыми цепями, а также серо-, кислород-, азот- и металлоорганических соединений. В этом процессе закладываются такие важнейшие эксплуатационные характеристики масел, как вязкостно-температурные свойства, стабильность против окисления и приемистость к присадкам .

    Сырьем  процесса служат масляные дистилляты и деасфальтизаты гудронов, получаемые при вакуумной перегонке мазута. Целевые продукты процесса - рафинаты направляются на депарафинизацию с целью улучшения низкотемпературных свойств масел. Побочным продуктом селективной очистки являются экстракты.

    При очистке конкретного сырья учитывают  результаты предварительных исследований, позволяющие установить примерные  выход и качество получаемых продуктов.

    Актуальность разрабатываемого проекта в применении наиболее перспективного избирательного растворителя - N-метилпирролидона в процессе селективной очистки с целью увеличения выхода рафината без ухудшения его качества.  
 
 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

     Процесс селективной очистки имеет особое значение для производства нефтяных масел, т.к. позволяет существенно улучшить важнейшие эксплуатационные свойства масел. В качестве избирательных растворителей для очистки нефтяных фракций на практике используются лишь немногие, т.к. растворители селективной очистки должны :

• обладать высокой избирательностью и растворяющей способностью по отношению к извлекаемым компонентам сырья при умеренных температурах, способствующих интенсивному контакту сырья с растворителем;
• плохо растворяться в смеси желательных компонентов сырья, что облегчает его регенерацию из рафинатного раствора;
• иметь плотность, отличающуюся от плотности сырья для быстрого и четкого разделения фаз;
• обладать умеренной температурой кипения, отличающейся от температуры кипения сырья (на 120-150°С), что облегчает регенерацию растворителя из рафинатного и экстрактного растворов;
• быть химически и термически стабильными, то есть, не изменять своих свойств при эксплуатации и хранении;
• химически не взаимодействовать с компонентами очищаемого сырья; плохо растворяться в воде и растворять воду, не образовывать с ней азеотропных смесей;
• иметь низкую вязкость при температурах экстракции для обеспечения хорошего смешения с сырьем;
• обладать хорошими деэмульгирующими свойствами и не образовывать стойких эмульсий при смешении с сырьем при умеренном гидродинамическом воздействии;
• иметь достаточно высокую критическую температуру растворения (КТР) с сырьем, что позволяет проводить процесс при повышенных температурах; низкая температура застывания растворителя облегчает эксплуатацию установки в зимний период;
• не вызывать коррозии аппаратуры, быть нетоксичным, неядовитым, взрыво- и пожаробезопасным, дешевым и недефицитным.

     Практически ни один из испытанных и используемых в промышленности растворителей  перечисленным требованиям полностью не отвечает. Поэтому предпочтение отдается растворителям, которые  удовлетворяют большинству упомянутых требований, обеспечивающих оптимальное проведение селективной очистки.

     В настоящее время запатентовано  более 200 растворителей и их смесей для использования в процессе селективной очистки масел и работы по дальнейшему поиску эффективных растворителей не прекращаются. Основными промышленными растворителями, нашедшими мировое применение, являются фенол, фурфурол и N-метилпирролидон.

     По  способности растворять углеводороды растворители делятся на две группы:

     1. Растворители, которые смешиваются  с жидкими углеводородами нефтяных  фракций практически во всех  отношениях. Это низкомолекулярные  жидкие или сжиженные под давлением углеводороды парафинового ряда, этиловый эфир, хлороформ, четыреххлористый углерод и др. Одни из этих растворителей обладают слабой полярностью, другие вообще неполярны.

     2. Полярные соединения, имеющие высокий  дипольный момент (фенол, фурфурол, N-метилпирролидон, нитробензол, кетоны и др.). Растворимость нефтяных углеводородов в полярных растворителях зависит от соотношения их количества в растворе, а также от температуры и от химического состава нефтяных фракций.

     Растворение компонентов масел в полярных и неполярных растворителях происходит за счет сил межмолекулярного взаимодействия.

     Растворение углеводородов нефтяных фракций  в неполярных растворителях происходит за счет дисперсионных сил. Неполярные растворители смешиваются с жидкими нефтяными углеводородами в любых соотношениях. Твердые же углеводороды ограниченно растворяются в неполярных растворителях, особенно при низких температурах.

     Растворение компонентов масляных фракций в  полярных растворителях происходит не только за счет дисперсионного взаимодействия, но и за счет поляризации неполярных и ориентации полярных молекул углеводородов, т.е. за счет индукционного и ориентационного взаимодействия. Наибольшей способностью растворяться в этом случае обладают наиболее поляризованные молекулы, в частности, гетероциклические и ароматические углеводороды различной степени разветвленности, так как в их растворении участвуют три типа межмолекулярного взаимодействия.

     Если  молекула углеводорода неполярна, но способна к образованию наведенного извне дипольного момента, то в растворении такого углеводорода принимают участие два типа межмолекулярного взаимодействия: дисперсионное и индукционное.

     В растворении нормальных парафиновых  углеводородов, не подверженных поляризации, участвуют силы дисперсионного взаимодействия.

     По  этим причинам в полярных растворителях  легче растворяются полициклические  углеводороды с короткими боковыми цепями, а также гетероциклические соединения, труднее подвергаются растворению циклические углеводороды с малым числом колец и длинными боковыми цепями и очень слабо растворяются парафиновые углеводороды. Эти особенности разного или избирательного растворения желательных и нежелательных компонентов используются в промышленных условиях для очистки масляных фракций. Эффективность применяемого растворителя для очистки масляного сырья характеризуется такими показателями, как избирательность (селективность) и растворяющая способность.

     Растворяющая  способность – это абсолютная растворимость компонентов масляных фракций в определенном количестве растворителя при определенной температуре.

     По  результатам многочисленных исследований, установлены следующие основные закономерности по влиянию химической структуры молекул полярных растворителей на их растворяющую способность (РС) :

1. у растворителей с моноциклической молекулярной структурой с одной функциональной группой РС растет симбатно их дипольным моментам;
2. у растворителей с ациклической структурой с одной и той же функциональной группой РС повышается с увеличением длины алкильной цепи независимо от значений их дипольных моментов (за счет увеличения доли дисперсионных сил);
3. наличие в молекуле второй и более функциональных групп снижает его РС (как у фурфурола и N-метилпирролидона);
4. наличие в молекуле полярного растворителя функциональных групп, способных образовывать водородные связи, всегда приводит к снижению их РС.

     Селективными (избирательными) растворителями называют растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья. Избирательные свойства растворителя зависят от его дисперсионных и полярных свойств, которые определяются вкладом углеводородного радикала, обусловливающего дисперсионные силы, и функциональной группы, отвечающей за ориентационные силы.

     Функциональные  группы по их влиянию на избирательность  растворителя располагаются в следующей последовательности:

     NO₂> CN>CHO>COOH>OH >NH₂

     Селективность растворения нежелательных компонентов масляных фракций у N-метилпирролидона выше, чем у фенола. По уменьшению избирательной способности растворители располагаются в следующей последовательности:

                                         

                  фурфурол    >  N-МП  >             фенол 

     Задача  обработки нефтяных фракций растворителями заключается в том, чтобы подобрать  такой растворитель, который бы обладал  различной растворяющей способностью по отношению к желательным и нежелательным компонентам масел.

     Важнейшими  факторами, определяющими эффективность  процесса, являются температура и кратность растворителя к сырью, в свою очередь эти факторы зависят от характера очищаемого сырья и требований к качеству очищенного продукта.

     При очистке нефтяного сырья необходимо поддерживать такую температуру  экстракции, при которой система  состоит из двух фаз – рафинатного  раствора, содержащего очищенный  продукт (рафинат) и сравнительно небольшую часть растворителя и экстрактного раствора, состоящего в основном из растворителя и растворенных в нем нежелательных компонентов (экстракта). Это условие выполнимо при температурах ниже КТР данного сырья в данном растворителе на 20-30 ⁰С.

     Расход  растворителя на очистку обусловлен его свойствами, требованиями к качеству рафината, фракционным и химическим составом сырья и способом экстракции. Для получения рафината более высокого качества очистку необходимо проводить при более высоком расходе растворителя, однако при выборе кратности растворителя необходимо учитывать также, что чрезмерный его расход может привести не только к уменьшению выхода рафината, но и к ухудшению его качества. Обычно для дистиллятных фракций массовое отношение растворитель : сырье составляет (1,5-3,5) : 1, а для деасфальтизатов (2,5-5) : 1.

     Преимуществом применения  N-метилпирролидона по сравнению с фенолом и фурфуролом заключается в том, что при меньшей кратности растворителя к сырью он обеспечивает наиболее полное извлечение нежелательных компонентов и, соответственно, получение рафината лучшего качества.