CC BY
169
УДК 66.061.351
Н. Б. Капизова (асп.), О. Н. Каратун (д.т.н., проф.)
Исследование факторов, влияющих на степень извлечения ароматических углеводородов из риформата в процессе жидкостной экстракции
Астраханский государственный технический университет, кафедра химической технологии переработки нефти и газа 414056, г. Астрахань, ул.Татищева, 16; тел. (8512) 614198, e-mail: [email protected]
N. B. Kapizova, O. N. Karatun
The research of the factors influencing on extent of aromatic hydrocarbons recovery from reformate in the liquid extraction process
Astrakhan State Technical University 16, Tatichev Str, Russia, 414056, Astrakhan; ph. (8512) 614198, e-mail: [email protected]
Представлены результаты исследования экстракции ароматических углеводородов из риформата, полученного на астраханском газоперерабатывающем заводе. В качестве растворителей использованы Ы-метилпирролидон, триэтилен-гликоль и их смеси. Изучено влияние температуры, массового отношения растворителя к сырью, продолжительности экстракции, концентрации воды в растворителе на степень извлечения ароматических углеводородов. Экспериментально установлено, что при использовании смешанного растворителя Ы-метилпирролидон—триэти-ленгликоль может быть получен экстракт, содержащий более 94% мас. ароматических углеводородов.
Ключевые слова: ароматические углеводороды; астраханский газовый конденсат; бензиновая фракция; бензол; деароматизация; ксилол; Ы-метилпирролидон; риформат; риформинг; смешанный растворитель; толуол; триэтилен-гликоль; экстракция.
Ароматические углеводороды являются базовыми веществами, используемыми в промышленности для производства разнообразной химической продукции. Мировой рост спроса на низкомолекулярные ароматические углеводороды составляется, в среднем, 3—5 % в год. Это связано с возрастающей потребностью в производных ароматических углеводо-
1
родах, прежде всего в параксилоле .
Одним из основных способов производства низкомолекулярных ароматических углеводородов (бензол, толуол, ксилолы) является каталитический риформинг бензиновых фракций. Ароматические углеводороды могут быть
Дата поступления 16.04.13
This article presents the results of research of aromatic hydrocarbons extraction from reformate obtained in the Astrakhan gas processing plant. N-methylpyrrolidone, triethylene glycol and its mixtures were used as solvents. The effects of temperature, multiplicity of solvent to raw material, the duration of extraction, the concentration of water in the solvent on the aromatic hydrocarbons recovery were studied. It was established experimentally that when using a mixed solvent of N-methylpyrrolidone— triethylene extract may be obtained containing more than 94% (wt) aromatics.
Key words: aromatic hydrocarbons; Astrakhan gas condensate; benzene; gasoline fraction; dearomatization; extraction; N-methylpyrroli-done; mixed solvent; reformate; reforming; toluene; triethylene glycol; xylene.
выделены из продуктов риформинга экстракцией с применением селективных растворителей. Достоинства данного метода заключается в возможности проведения процесса при относительно низких температурах и давлении. В промышленности реализованы процессы экстракции ароматических углеводородов из катализа-тов, полученных при риформинге узкокипящих бензиновых фракций. В то же время недостаточно изучена экстракция ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций.
В качестве селективных растворителей применяются диэтиленгликоль, триэтиленгли-коль, тетраэтиленгликоль, сульфолан, Ы-метил-пирролидон, Ы-формилморфолин, диметилсуль-фоксид и т.д. 2. В России для экстракции арома-
тических углеводородов используется в основном триэтиленгликоль, в то время, как за рубежом применяются более эффективные селективные растворители (сульфолан, Ы-формилмор-фолин, Ы-метилпирролидон). Одним из способов интенсификации экстракции является
" 3
использование смешанных растворителей .
Целью данного исследования была разработка технологических решений, обеспечивающих получение низкомолекулярных ароматических углеводородов из риформата (фракция 62—180 0С), полученного на установке каталитического риформинга астраханского газоперерабатывающего завода.
Материалы и методы
Для экстракции были выбраны растворители, широко применяющиеся в промышленных процессах — триэтиленгликоль и Ы-метил-пирролидон. Триэтиленгликоль обладает хорошей емкостью по отношению к ароматическим углеводородам, но недостаточной растворяющей способностью. Помимо этого, он имеет высокую вязкость, что способствует снижению коэффициента полезного действия контактных устройств, требуется поддержание высокого массового отношения растворителя к сырью и большой расход рисайкла 4.
Ы-метилпирролидон, являясь одним из перспективных селективных растворителей, используется во многих экстракционных процессах. Одним из его преимуществ является низкая токсичность. Кроме того, Ы-метилпир-ролидон имеет высокую растворяющую способность, но он недостаточно селективен по отношению к ароматическим углеводородам 5. В связи с этим, также исследовалась возможность использования смесей Ы-метилпирроли-дона и триэтиленгликоля для повышения эффективности экстракции 6.
Эксперименты проводили в лабораторных условиях на экстракционной установке периодического действия. Многоступенчатая экстракция осуществлялась в системе циклов однократных экстракций, имитирующей работу противоточной экстракционной колонны.
Содержание ароматических углеводородов в сырье и продуктах экстракции определяли на газовом хроматографе 8И1МАВ2и СС-2010 с пламенно-ионизационным детектором с последующей обработкой данных в программе ССвоМюп РОМЛ(РЮМЛ).
Для нахождения оптимальных условий проведения экстракции ароматических углеводородов из риформата были проведены опы-
ты, в которых исследовалось влияние температуры процесса, массового отношения растворителя к сырью, продолжительности процесса, концентрации воды в растворителе на результаты экстракции.
Эффективность процесса экстракции оценивалась по показателю степени извлечения ароматических углеводородов, которая определялась как отношение разности концентрации ароматических углеводородов в сырье и рафинате к содержанию ароматических углеводородов в сырье:
Ас - А
а ■■
р-100%
где а — степень извлечения ароматических углеводородов в процессе экстракции;
Ас — концентрация ароматических углеводородов в исходном сырье, % мас.;
Ар — концентрация ароматических углеводородов в полученном рафинате, % мас.
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 представлены данные, характеризующие зависимость степени извлечения ароматических углеводородов из риформата N-метилпирролидоном, триэтиленгликолем и смешанным растворителем от температуры. Температуру процесса изменяли от 20 до 60 0С. Одноступенчатая экстракция проводилась при массовом отношении растворителя к сырью 1:1, концентрации воды в растворителе 5% мас. и продолжительности цикла 45 мин.
Повышение температуры от 20 до 30 0С способствовало увеличению степени извлечения ароматических углеводородов при использовании всех трех растворителей. Дальнейшее увеличение температуры не привело к значительному изменению экстракционной способности триэтиленгликоля, но способствовало повышению эффективности N-метилпирроли-дона. Для смешанного растворителя наибольшая степень извлечения ароматических углеводородов была достигнута при температуре 35—45 0С. Проведение процесса при относительно низкой температуре в промышленных условиях позволит существенно сократить энергетические затраты.
Далее исследовалось влияние массового отношения растворителя к сырью на результаты одноступенчатой экстракции. Опыты проводились при температуре 40 0С в течение 45 мин, концентрация воды в растворителе составляла 5% мас. Массовое отношение растворителя к
с
сырью изменяли от 1:1 до 5:1. Результаты представлены на рис. 2.
Рис. 1. Влияние температуры на степень извлечения ароматических углеводородов из риформата
ких углеводородов из риформата. Как и в предыдущих опытах, температура процесса составляла 40 0С, массовое отношение растворителя к сырью 1:1, концентрация воды в растворителе составляла 5% мас. Продолжительность экстракции составляла от 45 до 75 мин. Результаты опытов представлены на рис. 3.
Рис. 2. Влияние массового отношения растворителя к сырью на степень извлечения ароматических углеводородов из риформата
Увеличение массового отношения растворителя к сырью для всех трех исследуемых растворителей способствовало повышению степени извлечения ароматических углеводородов. При этом Ы-метилпирролидон и триэти-ленгликоль уступали смешанному растворителю по экстракционной способности. Проведение процесса экстракции при малом массовом отношении растворителя к сырью способствует снижению расхода растворителя, что имеет большое значение при промышленном производстве ароматических углеводородов.
В следующей серии опытов исследовалось влияние продолжительности одноступенчатой экстракции на степень извлечения ароматичес-
Рис. 3. Влияние продолжительности экстракции на степень извлечения ароматических углеводородов из риформата
Увеличение продолжительности процесса с 45 до 75 мин при использовании всех трех растворителей не повлияло значительно на результаты опытов.
Одним из факторов, влияющих на эффективность экстракции, является концентрация воды в растворителе (рис. 4). Одноступенчатая экстракция проводилась при температуре 40 0С, массовом отношении растворителя к сырью 1:1 и продолжительности 45 мин.
Рис. 4. Влияние концентрации воды на степень извлечения ароматических углеводородов из рифор-мата
Увеличение концентрации воды при экстракции триэтиленгликолем от 10 до 20 % мас. привело к снижению его экстракционной способности, при этом степень извлечения ароматических углеводородов уменьшилась с 52 до 46 % мас. В то же время при увеличении концентрации воды от 5 до 20 % мас. степень извлечения ароматических углеводородов при экстракции Ы-метилпирролидоном значительно не изменилась. При экстракции смешанным растворителем не произошло снижение его экстракционной способности при добавлении 5, 10 и 15 % мас. воды, при дальнейшем увеличении количества воды степень извлечения ароматических углеводородов снизилась на 5% мас.
Проведенное исследование позволило определить интервалы изменения условий экстракции, в пределах которых возможно получение желаемых результатов.
Далее была проведена пятиступенчатая экстракция триэтиленгликолем, Ы-метилпир-ролидоном и растворителями, содержащими 25 и 30% мас. Ы-метилпирролидона в смеси с триэтиленгликолем, при температуре 45 0С, массовом отношении растворителя к сырью 1.3:1, концентрации воды в растворителе 7% мас. и продолжительности процесса 45 мин. Результаты представлены на рис. 5.
Степень извлечения ароматических углеводородов из риформата смешанными растворителями была, в среднем, на 20% мас. выше степени извлечения ароматических углеводородов триэтиленгликолем и Ы-метилпирроли-доном при пятиступенчатой экстракции.
Характеристики продуктов, полученных при пятиступенчатой экстракции растворителем, содержащим 25% мас. Ы-метилпирроли-дона в смеси с триэтиленгликолем, представлены в табл. 1.
1 - ТЭГ
12 - 1ШП
и 3 - 30% (масс.) NN111 в смеси с ТЭГ
и 4 - 25% (масс.) NN111 в смеси с ТЭГ
Рис. 5. Степень извлечения ароматических углеводородов из риформата при одно- и пятиступенчатой экстракции
Таблица 1
Характеристики экстракта и рафината пятой ступени
Наименование показателя Значение Метод испытания
Экстракт Рафинат
Плотность при 20 °С, г/см3 0.8327 0.7297 ГОСТ 3900-85
Показатель преломления 1.4950 1.4200 ГОСТ 28869-90
Содержание ароматических углеводородов, % мас. 94.4 8.7 ASTM D 6729-04
в том числе
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
Таким образом, растворитель, содержащий 25—30 % мас. N-метилпирролидона, показал лучшие экстракционные свойства, его применение позволило выделить экстракт, содержащий более 94% мас. ароматических углеводородов.
Литература
1. Брагинский О. Б. Мировая нефтехимическая промышленность.— М.: Наука, 2003.— 555 с.
2. Гайле А. А., Сомов В. Е., Варшавский О. М. Ароматические углеводороды: Выделение, применение, рынок: Справочник.— СПб: Химиз-дат, 2000.- 544 с.
3. Weissermel K., Arpe H.-J. Industrial organic chemistry.- Weinheim: VCH, 2003.- 464 p.
4. Гайле А. А., Сомов В. Е, Залищевский Г. Д. Селективные растворители. Разделение и очистка углеводородсодержащего сырья. - СПб: Химиз-дат, 2008.- 736 с.
5. Jones D. S., Pujado P. R. Handbook of petroleum processing. - Dordrecht: Springer, 2006.- 1353 p.
6. Каратун О. Н., Капизова Н. Б. // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2012.- №11.- С.24.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологии получения низкомолекулярных углеводородов из риформатов широких бензиновых фракций.
References
1. Braginskiy O. B. Mirovaya neftekhimicheskaya promyshlennost'. M.: Nauka, 2003.— 555 s.
2. Gayle A. A., Somov V. E., Varshavskiy O. M. Aromaticheskie uglevodorody: Vydelenie, prime-nenie, rynok: Spravochnik.— SPb: Khimizdat, 2000.- 544 s.
3. Weissermel K., Arpe H.-J. Industrial organic chemistry.- Weinheim: VCH.- 2003.- 464 p.
4. Gayle A. A., Somov V. E, Zalishchevskiy G. D. Selektivnye rastvoriteli. Razdelenie i ochistka uglevodorodsoderzhashchego syr'ya.- Spb: Khimizdat, 2008.- 736 s.
5. Jones D. S., Pujado P. R. Handbook of petroleum processing. Dordrecht: Springer, 2006.- 1353 p.
6. Karatun O. N., Kapizova N. B. // Nefte-pererabotka i neftekhimiya, 2012.- №11.- S.24.
