CC BY
33INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
УДК 547.912+541.12.038.2.52/59 ЭКСТРАКЦИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ШИРОКИХ ФРАКЦИЙ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА С ИНДИВИДУАЛЬНЫМИ
ЭКСТРАГЕНТАМИ Самуков Тулкун Иргашевич Кандидат технических наук, соискатель Института общей и неорганической химии Академия Наук Республики Узбекистан E-mail: tsamukov@gmail.com https://doi.org/10.5281/zenodo.7256154
Аннотация. Представлены результаты исследования экстракции ароматических углеводородов из широкой фракции легких углеводородов газового конденсата, полученного на УСК НГДУ «Шуртан». В качестве растворителей экстрагентов использованы Лапрол-805 и Лапрамол -294. Изучено влияние массового отношения растворителя к сырью, продолжительности экстракции на степень извлечения ароматических углеводородов. Экспериментально установлено, что при использовании индивидуальных растворителей Лапрол-805 и Лапрамол -294 получен экстракт, со держащий более 90% мас. ароматических углеводородов.
Ключевые слова: ароматические углеводороды; Шуртанский газовый конденсат; широкая фракция углеводородов; бензол; деароматизация; ксилол; риформат; растворитель; толуол; экстракция.
EXTRACTION OF AROMATIC HYDROCARBONS FROM WIDE FRACTIONS OF GAS CONDENSATE WITH INDIVIDUAL EXTRAGENTS
Abstract. The results of a study of the extraction aromatic hydrocarbons from a wide fraction of light hydrocarbons of gas condensate obtained at the NGDU "Shurtan" are presented. Laprol - 805 and Lapramol -294 were used as solvents for extractants. The influence of the mass ration of the solvent to the raw material, the duration of extraction on the degree of extraction of aromatic hydrocarbons has been studied. It has been experimentally established that when using individual solvents Laprol -805 and Lapramol-294, an extract containing more than 90% wt. aromatic hydrocarbons has been obtained.
Keywords: Aromatic hydrocarbons; Shurtan gas condensate; wide fractions of hydrocarbons; benzene; dearomatization; xylene; reformate; solvent; toluene; extraction.
ВВЕДЕНИЕ
Низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) относятся к наиболее важным продуктам нефтехимической промышленности. Рост спроса на бензол, толуол и ксилолы составляет, в среднем, 5-7% в год, что обусловлено потребностью как в самых ароматических углеводородов (АУ), так и в их производные.
Одним из основных способов производства низкомолекулярных АУ является каталитический риформинг бензиновых
фракций. Ароматические углеводороды могут быть выделены из продуктов риформинга экстракцией с применением селективных растворителей. Экстракция проводится при относительно низких температуре и давлении, позволяет получать концентрат ароматических углеводородов и рафинат, который может быть использован как компонент моторного топлива или сырье пиролиза[1].
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
В промышленности реализованы процессы экстракции АУ из риформатов узкокипящих бензиновых фракций. При
производстве бензола и толуола используются фракции, выкипающие в пределах 62-105°С, для получения ксилолов и этилбензола - 105-140°С. В то же время недостаточно изучена экстракция АУ из
бензиновых фракций, выкипающих в широких пределах, например 65-165°С. Кроме того, представляет интерес возможность экстракционной подготовки сырья для процесса пиролиза - прямогонной бензиновой фракции 65-165°С газового конденсата. Предполагается, что снижение содержания АУ углеводородов в сырье пиролиза будет способствовать большему выходу целевых продуктов и снижению коксообразования.
В связи с вышеизложенным изучение процесса экстракции АУ из широких фракций легких углеводородов (ШФЛУ) ГК является важной и актуальной научно-прикладной задачей.
Экстракция АУ ШФЛУ ГК, позволяющей получать высокоароматизированные экстракты - сырье для нефтехимической
промышленности и рафинаты с низким содержанием ароматических углеводородов, используемые как компонент автомобильного бензина или сырье пиролиза.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования была
фракция 65-165°С, полученная на АРН-2 характеристика которого представлена в табл. 1.
выбрана из ГК НГДУ
прямогонная «Шуртан»,
Таблица 1
Физико-химические характеристики сырья
Мольные %
Cn \ Групп ы Парафин ы Изопарафин ы Аромати ка Нафтен ы Олефин ы Сумма
C5 0.862 0 0 0 1.058 1.921
C6 0 0 0 0 5.943 5.943
C7 0.763 3.357 0.018 0.747 5.800 10.688
C8 0 13.192 3.641 7.621 3.745 28.201
C9 2.316 20.204 5.780 2.146 1.014 31.462
C10 0.030 11.805 2.278 0.114 0.402 14.631
C11 0 0.843 4.545 0.871 0 6.260
C12 0 0.103 0.503 0.077 0 0.685
C13 0.207 0 0 0 0 0.208
Сумма 4.180 49.508 16.768 11.580 17.964 100.00 0
Октановое число
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Компонент Исследовательский метод Моторный метод
Парафины 1.344 0.996
Изопарафины 14.076 12.832
Ароматика 7.641 7.157
Нафтены 4.734 3.081
Олефины 10.188 7.263
Оксигенаты 0.000 0.000
Сумма 37.983 31.329
РЕЗУЛЬТАТЫ
Ароматические углеводороды из ГК извлекали новыми экстрагентами, в молекуле которых содержатся аминовые и гидроксильные группы. Эти экстрагенты условно названы "Лапрол -805" и "Лапрамол -294". Физико-химические свойства их следующие:
Лапрол - 805 - нелетучая, вязкая, прозрачная однородная жидкость. Внешний вид: от слабожелтого до темно-коричневого цвета. Содержание гидроксильных групп 10-11,5%, рН 5,5-7.,5. Вязкость по Хеплеру, СП 2500-4000. Содержание влаги 0,31. Температура вспышки в открытом тигле 204 °С. Плотность, г/см3-1,065.
Лапрамол -294 - нелетучая прозрачная жидкость. Внешный вид: от бесцветного до слабожелтого. Содержание гидроксильных групп 21,7%. Содержание азота 9,7%. рН 10,7. Вязкость по Хеплеру, СП 4000050000. Содержание влаги 03%. Температура вспышки в открытом тигле 235°С.
Жидкостную экстракцию проводили методом противотока с последующим сравнением предлагаемых экстрагентов с общеизвестными: диэтиленгликолем (ДЭГ), диметилсульфоксидом (ДМСО), диметилформамвдом (ДМФА) и фурфуролом. Для достоверности сравниваемых результатов при экстракции процесс проводили на искусственной смеси алифатических и ароматических углеводородов, состоящей из 50% бензола и 50% объемных гексана. Экстракцию проводили в одну ступень при 25°С в делительных воронках [3].100 г. искусственной смеси экстрагируется со 100 г. Лапрамола-294 или Лапрола -805 (из искусственной смеси ароматические углеводороды экстрагировали всеми известными экстрагентами), после разделения "экстракт от рафината" атмосферной перегонкой экстракта получены ароматические углеводороды. Выход АУ составил с Лапрамолом - 95,6%, с Лапрол - 90,4%. с ДЭГ - 14,6%, с ДМСО - 76,3%, с ДМФА - 60,4% и фурфуролом - 44,3% объемных по отношению к искусственной смеси. Результаты экстракции показывают, что предлагаемые экстрагенты по извлекающей способности ароматических углеводородов примерно в 6-6,5 раз превосходят ДЭГ, в 1,2 раза- ДМСО, в 1,5 раза-ДМФА, в 2,1 раза-фурфурол.
Для сравнения эффективности рекомендуемых экстрагентов "Лапрамол " и "Лапрола" с известными экстрагентами ниже рассмотрена экстракция АУ из ГК фракции с ДЭГ, ДМСО, ДМФА и фурфурола при аналогичных условиях экстракции. Лабораторная противоточная многоступенчатая экстракция проводилась в системе циклов однократных экстракций, имитирующей работу противоточной экстракционной колонны по известной методике. Выделение экстракта АУ и рафината осуществлялось путем их отгонки от растворителя [4].
Характеристики экстракта и рафината, полученных при трехступенчатой экстракции с новыми экстрагентами представлены в табл. 1.
Таблица 1.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Наименование показателя Экстракт Рафинат Методы испытания
Плотность при 20 °С, г/см3 0,8127 0,7297 ГОСТ3900-85
Показатель преломления 1,4950 1,4200 ГОСТ 28869-90
Содержание ароматических углеводородов, % масс,в том числе: 94,4 8,7 АСТМ Д 672904
бензол 22,5 0,8
толуол 34,8 3,3
ксилолы и этилбензол 20,8 2,7
углеводороды С9 и выше 16,3 1,9
Далее исследовалось влияние массового отношения растворителя к сырью на результаты одноступенчатой экстракции. Опыты проводились при температуре 40°С в течение 45 мин, концентрация воды в растворителе составляла 5% масс. Массовое отношение растворителя к сырью изменяли от 1:1 до 5:1. Результаты представлены на рис. 1.
Рисунок 1
Зависимость степени извлечения ароматических углеводородов из ШФЛУ ГК от
массового отношения экстрагентов.
Увеличение массового отношения растворителя к сырью для двух исследуемых растворителей способствовало повышению степени извлечения
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
ароматических углеводородов. Проведение процесса экстракции при малом массовом отношении растворителя к сырью способствует снижению расхода растворителя, что имеет большое значение при промышленном производстве ароматических углеводородов.
ОБСУЖДЕНИЕ
В следующей серии опытов исследовалось влияние продолжительности одноступенчатой экстракции на степень извлечения ароматических углеводородов из риформата. Как и в предыдущих опытах, температура процесса составляла 40 0С, массовое отношение растворителя к сырью 1:1. Продолжительность экстракции составляла от 45 до 75 мин. Результаты опытов представлены на рис. 2.
Увеличение продолжительности экстракции от 45 до 75 минут существенно не повлияло на изменение степени извлечения ароматических углеводородов из риформата Лапрол-805 и Лапрамол-294. При изменении времени экстракции от 35 до 45 минут содержание ароматических углеводородов в рафинате снизилось, в среднем, на 1% (масс.), при продолжительности процесса от 45 до 65 минут незначительно увеличилось содержание ароматических углеводородов в экстракте.
Экстракт с наибольшим содержанием ароматических углеводородов был получен при экстракции индивидуальными растворителями при температуре 35-45°С.
Рисунок 2
Зависимость степени извлечения ароматических углеводородов из ШФЛУ ГК от продолжительности экстракции.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Таким образом, было установлено, что Лапрамол-294 обладает лучшей экстракционной способностью. Степень извлечения ароматических углеводородов при использовании растворителя в одноступенчатом процессе на 10-15% (масс.) выше.
Таким образом, из ШЛФУ ГК с помощью предлагаемых эффективных индивидуальных экстрагентов по относительно простой экстракции получаются качественные АУ (бензол, толуол и смесь остаточных АУ). ВЫВОДЫ
В заключении работы можно сделать следующие сводные обобщения:
- исследованы экстракционные способности "Лапрол-805 " и "Лапрамол -294", при деароматизации ШЛФУ ГК;
- солюбилизация АУ со стороны "Лапрола-805" также в большей мере связана с наличием в структуре молекулы экстрагента гидроксильных групп, способных образовывать с субстрактом водородные связи;
- экстрагенты с большим числом -CH2- групп ("Лапрамол-294") имеют высокие растворяющие способности АУ, с чем связаны их сравнительно высокие показатели извлечения АУ из фракции ГК;
- при использовании экстрагентов "Лапрол -805" и "Лапрамол -294"., высокая степень извлечения ароматических углеводородов может быть достигнута при более низкой температуре и меньшей кратности растворителя к сырью. Это, в свою очередь, позволит снизить энергетические затраты и расход растворителей.
- определены условия для экстракционной деароматизации фракции 65-165°С, позволяющего извлекать максимальное количество ароматических углеводородов;
С удачным выбором объекта исследования природного сырья - газового конденсата, как химического сырья для получения столь регионально необходимого как для нашей Республики, так и для ближнего зарубежья индивидуальных растворителей как толуол и бензол, технология которых до сего времени отсутствует. Согласованные воплощения в жизнь основных положений исследования в полном объеме могут удовлетворить спрос как по объему, так и по качеству растворителей в отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан существенным экономическим эффектом, что является немаловажным подспорьем для импортозамещения этих позиций в нашей развивающейся экономике.
REFERENCES
1. Сулимов, А. Д. Производство ароматических углеводородов из нефтяного сырья / А. Д. Сулимов. - М.: «Химия», 1975 г.
2. Каратун О.Н., Капизова Н.Б. Выделение ароматических углеводородов из катализата риформинга // Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Нижнекамск: ФГБОУ ВПО «КНИГУ», 2013. -С.36-38.
3. Мухамадиев, А. И. Экстракция ароматических углеводородов смешанными растворителями морфолин-этаноламин и морфолинэтиленгликоль : дисс. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук : 02.00.13 / А.И. Мухамадиев ; Казанский гос. техн. ин-т. -Казань, 2002. - 175 с.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 7 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
4. Гайле А. А., Сомов В. Е., Варшавский О. М. Ароматические углеводороды: Выделение, применение, рынок: Справочник.— СПб: Химиздат, 2000.
