Химические превращения компонентов тяжелого

Лекция № 18

Химические превращения компонентов тяжелого

Химические превращения компонентов дистиллятного рафината

Компоненты сырья	Содержание в рафинате, % масс.
исходном	гидроочищенном при t, оС
Нафтеновые углеводороды Ароматические углеводороды, в том числе алкилбензолы нафталиновые углеводороды фенантреновые углеводороды Ароматические тиофены	25,5 39,5   26,7 6,3 6,5 11,0	20,6 41,4   26,5 7,8 7,1 7,0	24,0 48,1   35,4 7,1 5,6 3,9	24,8 56,2   44,5 6,7 5,0 2,2

 

За счет преобразования углеводородов различных групп и неуглеводородных компонентов повышается индекс вязкости сырья. Гидроочистка остаточного рафината обеспечивает повышение ИВ до 95 из нефтей, из которых по обычной схеме получают масла и ИВ 85.

 

Таблица

Химические превращения компонентов остаточного рафината

Компоненты сырья	Содержание в рафинате, % мас.
исходном	гидроочищенном при температуре, оС
Нафтеновые у-в Ароматические углеводороды, в том числе алкилбензолы нафталиновые углеводороды фенантреновые углеводороды Ароматические тиофены бензтиофены нафтбензтиофены Смолы	26,6   17,4 4,5 5,5 6,6 4,8 1,8 5,3	31,0   20,8 3,8 3,3 4,0 2,3 1,7 2,3	34,0   25,1 2,4 3,4 2,9 1,6 1,3 1,5	33,6   22,5 3,3 2,7 2,7 1,2 1,5 2,2

Гидрогенизационные процессы в производстве масел

С некоторым упрощением можно считать, что в промышленных гидрогенизационных процессах протекают все рассмотренные выше химические реакции. Основное различие заключается в том, какие именно реакции преобладают в данном процессе, поэтому между различными гидрогенизационными процессами нельзя провести четкой границы. Применяемое название процесса обычно подчеркивает основное, целевое направление реакций, которые протекают в данных условиях. Один и тот же по направленности процесс может быть назван по-разному. Так, процесс глубокой гидрогенизационной переработки для получения высокоиндексных масел с деструкцией значительной части сырья в легкокипящие продукты носит название гидроочистки (процесс Французского института нефти), гидрообработки или жесткой гидрообработки (процесс фирмы Gulf) и гидрокрекинга (процесс фирмы UOP). Таким образом, название процесса условно.

 

Гидроочистка

Наибольшее распространение в производстве смазочных масел получила гидроочистка в сравнительно мягких условиях: под давлением 3 – 7 МПа (чаще 4 – 5 МПа), при 280 – 400^оС. Процесс применяется для очистки от соединений серы, азота, кислорода, смолистых и асфальтеновых веществ. В процессе улучшается цвет, стабильность цвета, снижаются коксуемость, плотность, коэффициент рефракции, может быть существенно повышен индекс вязкости. Улучшается запах масла, восприимчивость к присадкам. К недостаткам процесса можно отнести некоторое понижение вязкости и возможное повышение температуры застывания на 1 – 2^оС.

Исторически первым вариантом применения гидроочистки стал процесс завершающей гидродоочистки масел, прошедших селективную очистку и депарафинизацию; процесс применяли взамен доочистки отбеливающими глинами. Процесс проводят при давлении 4 – 5 МПа, температуре 300-380^оС, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 3 – 4 ч^-1и объемном отношении ВСГ к сырью от 300 до 800 нм³/м³. Режим процесса в значительной мере зависит от вязкости сырья и глубины его очистки селективными растворителями. Доочистку маловязких масел проводят при повышенных скоростях. По мере увеличения вязкости масел требуется более длительное контактирование сырья с водородом и катализатором, поэтому скорость подачи сырья уменьшают.

В зависимости от режима глубина очистки от соединений серы может достигать 70 %, глубина деазотирования – 40 %. Реакции расщепления протекают в минимальной степени – выход очищенного масла составляет 95 – 99,5 %. Продукты расщепления ухудшают испаряемость и температуру вспышки масла, поэтому для удаления их гидрогенизат подвергают стабилизации в отпарных колоннах. Помимо очистки от гетеросоединений и смолисто-асфальтовых веществ удаляются остатки селективных растворителей.

На рис. 5.2 приведена схема установки гидроочистки масел.

 

 

Р и с. 5.2. Схема установки гидроочистки масел

 

 

В табл. приведены результаты определения термоокислительной стабильности. Сравнительные испытания проводились для моторных масел, полученных контактной доочисткой и гидродоочисткой. Испытания показывают значительно более высокую стабильность гидроочищенных товарных масел. Для базовых масел это справедливо в случае гидроочистки при более низкой температуре.

Возможны (и более рациональны) также другие варианты сочетания процесса гидроочистки, селективной очистки и депарафинизации. При этом условия гидроочистки других видов масляного сырья почти не отличаются от условий гидродоочистки.

Гидроочистка рафината позволяет снизить глубину экстракции, увеличить отбор рафината и повысить производительность установки селективной очистки.

В ряде случаев гидроочистка является основной стадией очистки и позволяет исключить из технологической схемы процесс селективной очистки. Это возможно при наличии маловязкого сырья и сырья благоприятного химического состава. Гидроочистка как единственная ступень очистки осуществляется при более жестком режиме, чем в случаях сочетания с селективной очисткой. Очистка в жестком режиме существенно повышает индекс вязкости. На несколько градусов может повышаться температура застывания, что необходимо учитывать на стадии депарафинизации.

Таблица

Стабильности моторных масел

Масло	После контактной доочистки	После гидроочистки
при 320оС	при 380оС
Базовое масло коксуемость, % увеличение ν50, % Товарное масло коксуемость, % увеличение ν50, %	0,87 29,1   0,72 13,0	0,65 12,2   0,52 6,35	0,84 22,8   0,43 4,23

Гидроочистка как единственная ступень очистки может применяться и в других вариантах технологической схемы. Возможно, например, получение трансформаторных масел по схеме «гидроочистка – депарафинизация – гидродоочистка» (так называемый «гидрофинишинг»). При наличии сырья с достаточно низкой температурой застывания гидроочистка может являться единственным процессом в технологии производства базового масла из прямогонного дистиллята. Тем не менее сравнительно невысокие давления, применяемые в процессе гидроочистки, не позволяют достаточно глубоко гидрировать тяжелые и легкие ароматические углеводороды. Это возможно только в процессах гидрирования под высоким давлением.

Для выявления оптимальной схемы масляного производства с использованием гидрогенизационных процессов было изучено качество базовых масел, получаемых по различным схемам, включающим традиционные процессы селективной очистки и депарафинизации. Были исследованы следующие варианты: гидродоочистка конечного депарафинированного масла, рафината селективной очистки и исходной масляной фракции на примере деасфальтизата и IV масляной фракции.

В результате гидроочистки депарафинированных масел IV масляной фракции увеличивается индекс вязкости с 101 до 106 п., вязкость масла при 100^оС понижается с 7,17 до 6,58 мм²/с, снижаются содержание серы и плотность. Потери масла по сравнению с традиционной схемой производства масел увеличиваются на 0,8 % (табл. 5.4).

При гидроочистке остаточного депарафинированного масла наблюдаются аналогичные явления: снижаются вязкость, плотность, содержание серы, повышается индекс вязкости (табл. 5.5). Потери масла составляют 1,2 %. Температура масла повышается с -14 до -12^оС.

Гидроочистка рафината IV масляной фракции дает увеличение выхода базового масла на 1,5 %. При этом по качественным характеристикам базовое масло, полученное из гидроочищенного рафината, не уступает базовому маслу, полученному без использования гидрогенизационных процессов, а по температуре застывания и индексу вязкости превосходит его (см. табл. 5.4).

При гидроочистке остаточного рафината получаются низкозастывающие масла с регулируемыми в зависимости от температуры процесса вязкостью и индексом вязкости. При этом возрастает выход остаточного базового масла на 3,9 % (см. табл. 5.5). Понижение температуры застывания остаточных депарафинированных масел из остаточного рафината селективной очистки свидетельствует о снижении температурного градиента процесса депарафинизации, что улучшает его технико-экономические показатели.

Применение гидроочистки IV масляной фракции приводит к увеличению индекса вязкости базового масла и увеличению его выхода на исходное сырье на 5,6 %.

При депарафинизации гидроочищенного рафината наблюдается увеличение скорости фильтрования, соответственно снижается время фильтрования. Выход депарафинированного масла на рафинат повышается с 80,1 до 82,1 %, а в расчете на исходное сырье - на 1,7 – 5,6 %. Существенно снижается содержание масла в гаче (с 20 до 13,8 – 13,5 %), что, вероятно, связано с уменьшением содержания смолистых соединений, которые блокируют рост кристаллов высокоплавких углеводородов и тормозят процесс депарафинизации.

 

 

Таблица

Лекция № 18

Химические превращения компонентов тяжелого