Способ селективной очистки масляных фракций

 

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к очистке нефтяного сырья селективными растворителями. Описывается способ селективной очистки масляных фракций путем противоточного контактирования с селективным растворителем, подаваемым в сырье перед вводом его в экстракционный аппарат, отличающийся тем, что нефтяное сырье, содержащее 5-95 мас.% необходимого для экстракции растворителя (N-метилпирролидона или фурфурола) и 1-3 мас.% воды, подвергают термообработке при температуре выше критической температуры растворения (КТР), далее однофазный раствор охлаждают до температуры ниже КТР, но не ниже температуры застывания одной из фаз и полученную термообработанную смесь подают в экстракционный аппарат. Технический результат - увеличение отбора рафината от сырья путем улучшения четкости разделения компонентов нефтяного сырья и снижение количества растворителя, необходимого для экстракции.

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к очистке нефтяного сырья селективными растворителями.

Известен способ очистки нефтяных фракций селективными растворителями, заключающийся в экстракции из сырья низкоиндексных компонентов (смол, поли- и бициклических ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями) путем противоточного контакта в экстракционном аппарате сырья с растворителем в соотношении 1:(1-4) по массе при температуре, соответствующей существованию в аппарате двухфазного раствора.

Недостатками известного способа являются низкая четкость разделения экстракционных фаз (обусловливает снижение отбора рафината) и высокая кратность растворителя к сырью (приводит к увеличению энергозатрат) (Черножуков Н. И. Технология переработки нефти и газа, ч. 3. -М.: Химия, 1978, 424 с.).

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемым результатам является способ селективной очистки масляных фракций путем противоточного контактирования растворителя (фенол), подаваемого в верхнюю часть экстрактора, с масляной фракцией, подаваемой в среднюю часть экстрактора, в присутствии фенольной воды, при этом 15-65 мас.% фенола от общей его подачи смешивают с масляной фракцией перед вводом ее в экстрактор (авт.св. СССР N 1148860, С 10 G 21/16, 07.04.85).

Недостатком способа, принятого за прототип, является недостаточно высокий выход рафината.

Целью настоящего изобретения является увеличение отбора рафината от сырья путем улучшения четкости разделения компонентов нефтяного сырья и снижения количества растворителя, необходимого для экстракции.

Поставленная цель достигается способом селективной очистки масляных фракций, согласно которому нефтяное сырье, содержащее 5-95 мас.% необходимого для экстракции растворителя (N-метилпирролидона или фурфурола) и 1-3 мас.% воды, подвергают термообработке при температуре выше критической температуры растворения (КТР), далее однофазный раствор охлаждают до температуры ниже КТР, но не ниже температуры застывания одной из фаз и полученную термообработанную смесь подают в экстракционный аппарат.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа по сравнению со способом, принятым за прототип, является проведение термообработки при температуре выше КТР сырья, содержащего 5-95 мас.% растворителя и 1-3 мас.% воды, с последующим охлаждением однофазного раствора до температуры ниже КТР, но не ниже температуры застывания одной из фаз и подача полученной термообработанной смеси в экстракционный аппарат.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Способ осуществляют следующим образом. Вакуумный дистиллят или деасфальтизат подвергают селективной очистке путем противоточного контактирования с селективным растворителем. В качестве последнего применяют N-метилпирролидон (температура в экстракторе, ^oC: верх 65-85, низ 55-65) или фурфурол (температура в экстракторе, ^oC: верх 105-120, низ 90-98). В часть растворителя, идущего непосредственно на смешение с сырьем, добавляют 1 - 3 мас.% воды. Затем сырье смешивают с этим растворителем, взятым в количестве 5 - 95 мас. % на сырье, при температуре выше КТР. Соотношение сырья и растворителя зависит от химического состава сырья и применяемого растворителя. Полученную смесь охлаждают до температуры низа экстракционного аппарата (нижний предел охлаждения ограничен температурой застывания одной из фаз, т.к. в противном случае будет нарушаться режим жидкофазной экстракции) и подают в низ экстракционного аппарата. В верх последнего подают оставшуюся часть растворителя (95 - 5%), необходимого для экстракции. Температура верха экстракционного аппарата поддерживается ниже КТР на 5-20^oС в зависимости от свойств сырья и растворителя. Отбор рафинатной и экстрактной фаз производится соответственно с верха и низа экстракционного аппарата.

Подобное предварительное смешение сырья с обводненным растворителем при температуре выше КТР приводит к более эффективному их взаимодействию. Поскольку процесс смешения происходит в области надкритических температур, это способствует лучшему растворению компонентов нефтяного сырья, которые находятся в ассоциированном состоянии (смолы, полициклические ароматические углеводороды). Обладая высокой полярностью (смолы) или поляризуемостью (полициклические ароматические углеводороды) эти компоненты нефтяного сырья образуют новые ассоциаты с полярными молекулами растворителя и воды и при последующем охлаждении смеси до температур ниже критических переходят в экстрактную фазу. При температуре ниже КТР значительная часть смол и полициклических ароматических углеводородов, образовав ассоциаты с компонентами сырья, не переходит в экстрактную фазу и остается в рафинате. Вода, являясь антирастворителем, способствует выделению в рафинат в первую очередь неполярных или слабополяризуемых углеводородов, т.е. парафинонафтеновых, моноциклических ароматических углеводородов с длинными боковыми цепями и надежно удерживает в экстракте смолы и полициклические ароматические углеводороды за счет образования с ними более стойких ассоциатов. Таким образом, сущность смешения сырья с обводненным растворителем при температуре выше КТР заключается в дополнительной ступени очистки нефтяного сырья растворителем с повышенной селективностью, которая позволяет разделять ассоциированные компоненты сырья между рафинатной и экстрактной фазами.

Анализ известных технических решений по способам селективной очистки масляных фракций позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявленного способа, то есть о соответствии заявляемого способа требованиям изобретательского уровня.

Способ осуществлен на наиболее типичных для селективной очистки видах нефтяного сырья: масляных дистиллятах фракций 350-420, 420-490^oC и деасфальтизате фр. выше 490^oC. В качестве растворителей использовали наиболее эффективные из используемых в настоящее время в промышленности - N-метилпирролидон и фурфурол.

Преимущества предлагаемого способа иллюстрируются приведенными ниже примерами.

Пример 1. 150 г масляной фракции 350-420^oC разбавляют 30 г фурфурола (14,9 мас.% от общего веса растворителя), содержащего 1 мас.% воды, и подвергают термообработке при температуре 130^oC (т.е. выше КТР), после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 90^oC (т.е. ниже КТР). Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 15^oC, равный разности температур верха и низа аппарата. В верхнюю часть аппарата подается 172 г фурфурола при температуре 105^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 99,45 г (66,3 мас.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4705.

Пример 2. 150 г масляной фракции 420-490^oC разбавляют 238 г фурфурола (95 мас.% от общего веса растворителя), содержащего 1 мас.% воды, и подвергают термообработке при температуре 130^oC, после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 95^oC. Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 20^oC. В верхнюю часть аппарата подается 13 г фурфурола при температуре 115^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 93,8 г (62,5 мас.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4760.

Пример 3. 150 г деасфальтизата, выкипающего выше 490^oC, разбавляют 63 г фурфурола (22,3 мас. % от общего веса растворителя), содержащего 1 мас.% воды, и подвергают термообработке при температуре 130^oC, после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 98^oC. Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 22^oC. В верхнюю часть аппарата подается 220 г фурфурола при температуре 120^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 87,6 г (61,5 мас.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4800.

Пример 4. 150 г масляной фракции 350-420^oC разбавляют 30 г фурфурола, содержащего 1 мас. % воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 90^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 15^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 1 (показатель преломления при 50^oC = 1,4705), подается 172 г фурфурола при температуре 105^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 90,3 г (60,2 мас.%).

Пример 5. 150 г масляной фракции 420-490^oC разбавляют 56 г фурфурола, содержащего 1 мас.% воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 95^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 20^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 2 (показатель преломления при 50^oC = 1,4760), подается 195 г фурфурола при температуре 115^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 89,7 г (59,8 мас.%).

Пример 6. 150 г деасфальтизата, выкипающего выше 490^oC, разбавляют 63 г фурфурола, содержащего 1 мас.% воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 98^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 22^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 3 (показатель преломления при 50^oC = 1,4800), подается 220 г фурфурола при температуре 120^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 86,7 г (57,8 мас.%).

Пример 7. 150 г масляной фракции 350-420^oC разбавляют 18 г N-метилпирролидона (10,9 мас.% от общего веса растворителя), содержащего 3 мас.% воды, и подвергают термообработке при температуре 130^oC, после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 55^oC. Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 10^oC. В верхнюю часть аппарата подается 147 г N-метилпирролидона при температуре 65^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 91,95 г (61,3 маc.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4675.

Пример 8. 150 г масляной фракции 420-490^oC разбавляют 9 г N-метилпирролидона (5 маc.% от общего веса растворителя), содержащего 3 маc.% воды, и подвергают термообработке при температуре 130^oC, после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 60^oC. Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 15^oC. В верхнюю часть аппарата подается 171 г N-метилпирролидона при температуре 75^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 93,8 г (62,1 мас.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4725.

Пример 9. 150 г деасфальтизата, выкипающего выше 490^oC, разбавляют 24 г N-метилпирролидона (11,2 мас.% от общего веса растворителя), содержащего 3 мас. % воды, подвергают термообработке при температуре 130^oC, после чего однофазный раствор охлаждают до температуры низа экстракционной колонны 65^oC. Термообработанную смесь вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 20^oC. В верхнюю часть аппарата подается 191 г N-метилпирролидона при температуре 85^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 96,3 г (64,2 мас.%), его показатель преломления при 50^oC = 1,4805.

Пример 10. 150 г масляной фракции 350-420^oC разбавляют 18 г N-метилпирролидона, содержащего 3 мас.% воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 55^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 10^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 7 (показатель преломления при 50^oC = 1,4675), подается 147 г N-метилпирролидона при температуре 65^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 87,5 г (58,3 мас.%).

Пример 11. 150 г масляной фракции 420-490^oC разбавляют 20 г N-метилпирролидона, содержащего 3 мас.% воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 60^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 15^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 8 (показатель преломления при 50^oC = 1,4725), подается 160 г N-метилпирролидона при температуре 75^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 89,3 г (59,5 мас.%).

Пример 12. 150 г деасфальтизата, выкипающего выше 490^oC, разбавляют 24 г N-метилпирролидона, содержащего 3 мас.% воды, и без термообработки при температуре низа экстракционной колонны 65^oC вводят в низ аппарата экстракции, в котором поддерживается температурный градиент экстракции 20^oC. В верхнюю часть аппарата для получения рафината, одинакового по качеству с примером 9 (показатель преломления при 50^oC = 1,4805), подается 191 г N-метилпирролидона при температуре 85^oC. От полученных рафинатного и экстрактного растворов отгоняют растворитель. Выход рафината 93,8 г (62,5 мас.%).

Таким образом, проведение способа селективной очистки масляных фракций с предварительной термообработкой при температуре выше КТР (примеры 1-3 и 7-9) позволяет увеличить выход депарафинированного масла на 2,7 - 10,1 мас.% по сравнению с тем же способом, но без предварительной термообработки при температуре выше КТР.

Формула изобретения

Способ селективной очистки масляных фракций путем противоточного контактирования с селективным растворителем, подаваемым в сырье перед вводом его в экстракционный аппарат, отличающийся тем, что нефтяное сырье, содержащее 5 - 95 мас.%, необходимого для экстракции растворителя (N-метилпирролидона или фурфурола) и 1 - 3 мас.% воды, подвергают термообработке при температуре выше критической температуры растворения (КТР), далее однофазный раствор охлаждают до температуры ниже КТР, но не ниже температуры застывания одной из фаз, и полученную термообработанную смесь подают в экстракционный аппарат.