Очистка масел

В установках для непрерывной противоточной адсорбционной очистки раствор нефтепродукта в легкокипящем инертном растворителе движется снизу вверх сквозь медленно оседающий компактный слой зернистого адсорбента (в аппаратах шахтного типа) или суспендированный слой мелкодисперсного адсорбента (в ступенчато-противоточных многосекционных контакторах). В прямоточных адсорбционных контакторах непрерывного действия взаимодействие потока жидкости и адсорбента осуществляется при их параллельном нисходящем движении. Во всех непрерывных процессах адсорбент последовательно проходит через стадии адсорбции и десорбции.

Стадии подготовки адсорбента к  многократному использованию (сушка  пульпы, окислительная регенерация, охлаждение) осуществляются раздельно в специальных аппаратах. Это позволяет не прерывать процесс и поддерживать в системе стабильные гидродинамические и технологические режимы адсорбции и десорбции, а также повысить скорость и эффективность массообмена, существенно уменьшить габариты аппаратов, материалоемкость и трудоемкость производства продуктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очистка серной кислотой.

Применение сернокислотного  метода очистки сопровождается значительными  потерями продуктов, подвергающихся полимеризации  или растворяющихся в кислоте, а  также образованием трудноутилизируемых  отходов— кислых гудронов. Поэтому  ведется поиск новых методов  очистки, которые позволят отказаться от сернокислотного способа. 
Реакции, происходящие при сернокислотной очистке. Алканы и циклоалканы при нормальной температуре не взаимодействуют с серной кислотой. Дымящая серная кислота при длительном контакте и тщательном перемешивании поглощает небольшие количества алканов. 
Арены не вступают в реакцию с серной кислотой относительно невысокой концентрации. Концентрированная серная кислота, взятая в избытке, и олеум взаимодействуют с аренами. При этом образуются сульфокислоты и сульфоны, растворимые в серной кислоте. 
С алкенами серная кислота вступает в реакции присоединения. Легче всего взаимодействует кислота с алкенами, содержащими третичный углеродный атом. 
При взаимодействии с алкенами образуются продукты присоединения двух типов: кислые эфиры   (алкилсерные кислоты, моноалкилсульфаты) и средние эфиры (диалкилсульфаты).

Кислые эфиры получаются при относительно низких темпеатурах; они имеют кислотный характер, растворяются в воде, при нейтрализации  щелочью дают соответствующие соли. 
Полученные при сернокислотной очистке нефтяных фракций кислые эфиры концентрируются в кислом гудроне, а остатки этих эфиров из очищенного продукта удаляются дополнительной промывкой. 
Средние эфиры образуются при повышенных (более 40 °С) температурах и при нагревании кислых эфиров. Средние зфиры нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в углеводородах и органических растворителях. 
Образование средних эфиров при сернокислотной очистке — нежелательное явление. Чтобы предотвратить его, сернокислотную очистку осуществляют при    пониженной    температуре. 
Побочные реакции углеводородов. Наряду с основными реакциями углеводороды в присутствии серной кислоты вступают в побочные реакции, которые снижают эффективность очистки: алкилирование аренов алкенами, полимеризация, гидродегидрополимеризация (эту реакцию иногда называют сопряженной полимеризацией). 
Образование алкилароматических углеводородов (алкилирование) является результатом взаимодействия кислых эфиров серной кислоты с ароматическими соединениями. 
При полимеризации алкены уплотняются с образованием димеров, тримеров и тетрамеров, которые растворяются в очищенном продукте, ухудшая его цвет. 
Реакции алкенов с серной кислотой протекают, как правило, по карбкатионному механизму.

Реакции серосодержащих соединений.

Сероводород окисляется с  образованием элементарной серы и сернистого ангидрида. 
Сера растворяется а очищаемом продукте и затем может «ступать » реакцию с углеводородами, вновь образуя сероводород. Поэтому перед кислотной очисткой сероводород из очищаемого продукта следует удалить. 
Реакция меркаптанов с серной кислотой протекает в три стадии; продуктами реакции являются дисульфиды, которые легко растворяются в серной кислоте, и сернистый    ангидрид. 
При действии концентрированной серной кислоты на тиофен образуются тиофенсульфокислоты и оксид серы. 
Дисульфиды, сульфиды, тетрагидротиофены и сульфоны в реакции с серной кислотой не вступают, но хорошо растворяются в ней, особенно при низких температурах. 
Прочие реакции серной кислоты с компонентами нефтяных фракций. Имеющиеся в составе нефти азотсодержащие соединения взаимодействуют с серной кислотой, образуя сульфаты, переходящие в кислый гудрон. Нафтеновые кислоты частично растворяются в серной кислоте, а частично сульфируются, причем карбоксильная группа нафтеновых кислот при сульфировании не разрушается. Продукты взаимодействия нафтеновых и серной кислот ослабляют эффективность действия серной кислоты на другие соединения, поэтому целесообразно перед сернокислотной очисткой предварительно удалить из очищаемого продукта нафтеновые кислоты. 
В зависимости от того, для какой цели применяют сернокислотную очистку, подбирают концентрацию кислоты и технологический режим процесса. При очистке, целью которой является удаление смолистых веществ из смазочных масел и повышение качества осветительных керосинов, применяют 93%-ю кислоту. Для деароматизации используют 98%-ю кислоту или олеум. Легкую очистку бензина, предназначенную для улучшения цвета, проводят серной кислотой концентрацией 85 % и ниже. Применение разбавленной кислоты там, где это нозможио, предпочтительнее, так как кислый гудрон образуется и меньших количествах, ослабляются процессы полимеризации. 
Сернокислотную очистку большинства фракции осуществляют, не прибегая к предварительному подогреву, поскольку повышение температуры способствует полимеризации алкенов. 
Однако в некоторых случаях приходится повышать температуру. Так, при 50—85 °С проводят деароматизацию бензинов-растворителей, осветительных керосинов, парфюмерных и медицинских масел. 
Повышение температуры способствует полимеризации непредельных углеводородов, поэтому сернокислотную очистку большинства фракций проводят без подогрева очищаемого сырья. При деароматизации нефтяных фракций (бензинов-растворителей, осветительных керосинов, медицинских и парфюмерных масел) температура очистки повышается. При повышенной температуре осуществляют сернокислотную очистку смазочных масел, поскольку подогрев позволяет снизить вязкость сырья, улучшить условия разделения очищенного продукта и кислого гудрона. 
Выбор времени контакта сырья и серной кислоты определяется рядом факторов. Длительный контакт нефтепродукта с кислым гудроном ухудшает цвет и стабильность очищенного продукта, а при слишком малом времени контакта не полностью используется кислота. Важное значение имеют степень диспергирования кислоты в продукте и требуемое время отстоя кислого гудрона. 
Для сернокислотной очистки используют установки периодического и непрерывного действия. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очистка щелочью.

Щелочная очистка (защелачивание) предназначена для удаления из нефтепродуктов кислых и серосодержащих соединений: нафтеновых и жирных кислот, а также  фенолов, переходящих в дистилляты из нефти или образовавшихся в  процессах вторичной переработки; кислот, образовавшихся в продукте после его сернокислотной очистки; сероводорода и низших меркаптанов. С другими компонентами нефтепродуктов щелочь не реагирует. 
 
Реакции, происходящие при щелочной очистке. Свободные кислоты, находящиеся в дистилляте, вступают в реакцию со щелочью, образуя соли, которые в основном сосредоточены в щелочном растворе: 
 
RCOOH + NaOH  —>   RCOONa + Н2О 
 
Фенол взаимодействует со щелочью с образованием фенолятов: 
 
C6H5OH+NaOH  —>   C6H5ONa + H2O 
 
Средние эфиры серной кислоты под действием щелочи омыляются, превращаясь в соответствующие соли, также переходящие в щелочной раствор. 
 
Часть солей задерживается п нефтепродукте, для их удалении обработанный щелочью дистиллят промывают водой. 
Реакция нейтрализации щелочью нафтеновых кислот и фенолов имеет обратимый характер. Нафтенаты и феноляты в присутствии воды гидролизуются, образуя исходные продукты. Степень гидролиза зависит от условий процесса: увеличивается с повышением температуры и понижается с ростом концентрации раствора щелочи. Поэтому очистку целесообразно проводить при невысоких температурах, используя концентрированные растворы. Однако в этих оптимальных условиях нейтрализации образуются стойкие эмульсии типа «кислое масло в водной щелочи», которые имеют в качестве внешней (непрерывной) фазы воду и называются гидрофильными. 
Возникновению эмульсий способствуют сами продукты нейтрализации — натриевые соли нафтеновых и сульфокислот. Чтобы предотвратить образование эмульсий, щелочную очистку масел проводят низкоконцентрированными щелочными растворами при повышенных температурах. 
Сероводород реагирует со щелочью с образованием кислых и средних солей. 
Сульфид натрия получают при избытке щелочи, а кислую соль — при недостатке. 
Меркаптаны, взаимодействуя со щелочью, образуют меркаптиды. 
 
Удаление меркаптанов щелочной промывкой связано с большими трудностями. Кислые свойства меркаптанов снижаются при увеличении длины углеводородной цепи, и вследствие этого высшие меркаптаны не реагируют со щелочью. Помимо реакций образования меркаптидов в присутствии кислорода воздуха происходит окисление меркаптанов с получением дисульфидов. 
Дисульфиды в воде нерастворимы и переходят в очищаемый дистиллят, еще больше снижая тем самым эффект извлечения меркаптанов.

 

 

 

 

 

2. Принцип действия установок очистки масел.

Рассмотрим принцип действия установки регенерации масла  УРМ-1000    

 Установка подключается  к объекту очистки (трансформатору, баку, и т.д.) с помощью гибких  шлангов к входному и выходному  патрубку установки. 
     Шестеренчатый насос выкачивает масло из объекта и закачивает его в установку. Масло проходит через нагреватель , где его температура повышается до 45-60 0С. Далее разогретое масло распыляется через форсунку  в вакуумный бак. В баке поддерживается вакуум порядка 20 мм.рт. столба вакуумным насосом. За счет вакуума вода, находящаяся в масле, вскипает при этой температуре и пары воды откачиваются вакуумным насосом. Попутно с водой из масла под воздействием вакуума откачиваются растворенные газы. Для предотвращения попадания вспененного масла в вакуумный насос перед ним установлен конденсатор масляных паров. Уровень масла в баке поддерживается автоматически с помощью системы управления. Далее осушенное и дегазированное масло проходит через силикагелевый фильтр, где происходит снижение кислотности адсорбционным способом. После этого масло проходит через фильтр тонкой очистки, где происходит удаление механических примесей. Для предотвращения разрыва фильтра в магистраль установлен сбросной клапан 9, который открывается в случае засорения фильтра (и как следствие повышения давления в магистрали) и перенаправляет поток масла обратно вакуумный бак. Далее очищенное масло поступает на выход установки.

 

  

Рис. 1 Принципиальная схема  установки регенерации масла  УРМ-1000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Способы очистки масла.    

 Рассмотрим основные технологии очистки масла, используемые в маслоочистном оборудовании, производимом в России в данный момент: 

 

Очищаемый параметр	Название/описание метода	Преимущества	Недостатки
Удаление воды	Центробежная очистка. Осуществляется с помощью  центрифуг. Метод основан на разделении различных фракций неоднородных смесей под действием центробежной силы.	1. Относительно высокая  скорость удаления воды.	1. Низкая степень очистки  (Удаление воды по массе до 600 г/т; по ГОСТу положено не  выше 10 г/т)  2. Центрифуги имеют сложное  устройство, и как следствие –   невысокую надежность. 3. Центрифуги сложны в  эксплуатации, требуют ручных настроек, присутствия оператора при работе.
	Адсорбционная очистка	1. Простота метода	1. Необходимость утилизации  адсорбера, загрязняющего окружающую  среду.  2. Высокие требования  к входному маслу 3. Низкая производительность.
	Термовакуумная сушка. Метод основан на разделении воды и масла, за счет разности температур кипения. Очищаемое масло проходит через емкость, в котором поддерживается низкое давление. За счет низкого давления вода начинает испаряться уже при комнатных температурах.	1. Высокая степень очистки  (по воде 10 г/т)  2. Простая конструкция  и, как следствие, высокая надежность. 3. Не требуют сложных  настроек. Возможна реализация автоматизированных  схем очистки.	1. Относительно невысокая  скорость удаления воды.
Удаление газов	Термовакуумная сушка
Удаление механических примесей	Центробежная очистка.	1. Очистка от мех. примесей  совмещена с очисткой от воды.	1. Удаление мех. примесей  до 12-13 кл. чистоты (по ГОСТу требуется  7-8 кл. чистоты ) 2. Трудоемкий процесс  очистки центрифуги от мех.  примесей.
	Фильтрация (одноразовые  фильтры)	1.Высокая степень очистки  (до 0,5 мкм)	1. Необходимость замены (покупки)  новых фильтров.
	Фильтрация (многоразовые фильтры)	1. Нет необходимости покупки  новых фильтров.	1. Необходимо прочищать  фильтры.
Снижение кислотности	Адсорбционная очистка	1. Простота метода	1. Необходимость утилизации  адсорбера, загрязняющего окружающую  среду.

 

 

 

 

 

Заключение

Очистка нефтепродуктов - удаление из нефтепродуктов (дистиллятов и остатков от перегонки нефти) нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. К таким компонентам относятся сернистые и азотистые соединения, асфальтово-смолистые вещества и др. В промышленности применяются химические, физико-химические и каталитические методы очистки.

В технологии очистки нефтепродуктов широко применяется эффективная аппаратура, позволяющая использовать автоматизацию: экстракционные колонны, центробежные экстракторы, роторно-дисковые контакторы, вакуум-фильтры, инжекторные смесители и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

Переработка нефти. В.П.Суханов

Технология переработки  нефти и газа. И. П. Лукашевич.

Товарные нефтепродукты, их свойства и применение. Справочник.