CC BY
30УДК 665.662.3
А. С. Мкртчян, Д.А. Литвиненко
КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ МАСЕЛ ФЕНОЛОМ С ПОВЫШЕНИЕМ ВЫХОДА РАФИНАТА
На основе структурно-функционального анализа действующей установки селективной очистки масел фенолом бъти выявлены проблемы изучаемого процесса, а также предложены пути совершенствования работы этой установки.
Ключевые слова: селективная очистка, фенол, базовое масло, изопро-панол, антирастворитель, рафинат.
Процессы очистки дистиллятного и остаточного масляного сырья селективными растворителями обеспечивают селективное извлечение таких нежелательных компонентов, как полициклические ароматические и нафтено-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, сернистые, азот-, металл-и кислородсодержащие соединения, а также полигетероатомные высокомолекулярные соединения (смолы) [1]. Эти процессы являются одними из ключевых в производстве нефтяных масел, т.к. позволяют улучшить различные эксплуатационные свойства масел, в частности стабильность против окисления и вязкостно-температурные свойства. В связи с повышением требований к качеству смазочных масел, возрастанием роли экологических проблем при производстве и применении масел появилась необходимость усовершенствования процессов селективной очистки. Основными направлениями модернизации этих процессов являются увеличение глубины очистки масляного сырья, а также улучшение эксплуатационных и экологических свойств товарных масел. С целью выявления путей интенсификации работы установки селективной фенольной очистки масел типа А-37/1 производительностью 299,6 тыс. т/год был проведен её структурно-функциональный анализ [2].
В соответствии с выявленными проблемами процесса селективной очистки масел фенолом можно выделить несколько направлений проводимых исследований в ключе усовершенствования процесса: -выбор более эффективного растворителя;
-модернизация или замена внутренних контактных устройств основного аппарата; - использование различных добавок к растворителю; -иные решения.
Первые два способа интенсификации процесса представляются наиболее эффективными, но и наиболее затратными и трудно осуществимыми на производстве, если говорить о модернизации существующего промышленного аналога. Например, замена растворителя на Ж-метилпирролидон позволила бы решить многие проблемы, частью которых является высокая токсичность фенола, низкое качество рафината и др. Но, что является лимитирующим фактором, данный вариант модернизации процесса приведет к огромным затратам. Во-первых, потребуется реконструкция блоков регенерации растворителя из рафи-натного и экстрактного растворов. Непосредственно проектирование и закупка оборудования обойдется очень дорого. Во-вторых, при переходе на Ж-МП необходима замена внутренних контактных устройств основного аппарата. Ситчатые тарелки не так эффективны при применении нового растворителя, поэтому нужно провести их замену на насадки какого-либо типа. Альтернативным вариантом может являться замена тарельчатого колонного экстрактора на роторно-дисковый пульсационный аппарат [3]. Это приведет, опять же, к затратам на проектирование и покупку нового экстрактора, а также к дополнительным затратам энергии на вращение ротора при проведении процесса. Отсюда можно сделать вывод о том, что предложенные выше варианты улучшения процесса селективной очистки масел фенолом нецелесообразны в рамках этой работы. Поэтому поиски были продолжены.
Было найдено, что в процессах фенольной очистки вместе с основным растворителем может быть использован второй растворитель [4]. Исследования показали, что добавка неполярных растворителей при фенольной очистке мало эффективна. Среди полярных наиболее эффективным вторым растворителем оказались этиловый и изопропиловый спирт. При подаче изопропилового спирта в количестве 10 % масс. на фенол при подаче его в смеси с фенолом выход рафината увеличивался на 4-6 % масс. при сохранении высокого уровня качества получаемого продукта [4, 5, 6].
© Мкртчян А.С., Литвиненко Д.А., 2019.
Научный руководитель: Шевченко Мария Александровна - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2019. № 4-3(91)
Также известно, что при проведении фенольной очистки к растворителю добавляют антирастворитель (воду) в количестве ~9% на фенол. Причина следующая: установлено, что ввиду недостаточной четкости разделения компонентов на установках селективной очистки масел фенолом имеют место значительные потери желательных компонентовс экстрактным раствором. На установке фенольной очистки масел типа А-37/1 подача воды осуществляется в верхней части колонны, в одну точку. Это приводит к снижению растворяющей способности фенола и повышению его селективности, что ведет к улучшению качества рафината. Основы процесса экстракции говорят о том, что чем выше поверхность контакта фаз, тем эффективнее проходит процесс [7]. На основе этого постулата, а также в соответствии с уже используемой на некоторых производствах технологией предлагается осуществлять подачу фенольной воды в том же количестве, но в разные точки по высоте экстракционной колонны [6]. На рисунке 1 можно увидеть предлагаемый вариант усовершенствования установки.
1,4,7,13,16 - теплообменники; 2- экстракционная колонна; 3, 6 - насосы; 5,10,15 - емкости; 8-печь; 9,14-конденсаторы воздушного охлаждения; 11-рафинатная испарительная колонна; 12-рафинатная отпарная колонна. Рис. 1. Схема усовершенствованной основной стадии процесса селективной очистки масел фенолом
На рисунке видно, что подача воды ведется в три различные точки по высоте колонны: в верхнюю, среднюю и нижнюю части аппарата. Это обеспечивает увеличение поверхности контакта фаз, что приводит к повышению качества рафината и увеличению его выхода на 4-6% [6].
В связи с установленными выше закономерностями и выявленными вариантами совершенствования изучаемого процесса, можно предложить комбинирование двух различных способов модернизации в один.
Предлагается осуществить добавку изопропанола в количестве 10 % на фенол и подавать эту смесь в экстрактор в точке ввода растворителя. Комбинировать этот способ предлагается с вариантом подачи феноль-ной воды, описанным выше.
В таблице 1 представлены преимущества и недостатки предлагаемого способа модернизации процесса.
Таблица 1
Сравнительная таблица модернизи] ованного производства и промышленного аналога
Показатели Новый способ Промышленный аналог
Выход рафината 72,5 64,3
Показатель преломления рафината 1.4597 1.4690
Индекс вязкости рафината 98 94
Соотношение фенол:сырье 1.7:1 1.7:1
Производительность установки по сырью, тыс.т/год 299,6 299,6
Предполагается, что предлагаемый способ совершенствования процесса селективной очистки масел фенолом обеспечит повышение выхода рафината на 7-9%, а также повысит качество получаемого продукта. В качестве недостатка описываемого способа усовершенствования установки можно отметить небольшое снижение показателя преломления продукта.
В итоге, в качестве усовершенствования действующей установки типа А-37/1 предлагается комбинирование двух способов интенсификации процесса селективной очистки масел - использования добавки полярного растворителя (изопропанола) в количестве 10% масс.в расчете на фенол и подачи антирастворителя (фенольной воды) в несколько точек по высоте экстракционной колонны. Это не требует реконструкции основного аппарата. Возникает необходимость незначительной корректировки температурного режима колонн и установки дополнительного насоса для подачи изопропанола.
Библиографический список
1.Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Т.3., Ч.1.- С.-Пб., 2002.- 988с
2.Мкртчян, А.С. Предложение по модернизации установки селективной очистки масел фенолом на основе сравнительного анализа растворителей / А.С. Мкртчян, Д.А. Литвиненко // Вестник магистратуры. - 2018. - № 12-4 (87). - 16-18.
3. Лапонов С.В., Иванов О.С. Перспективы применения роторно-дисковых смесителей в процессах химической технологии // Вестник молодого ученого УГНТУ. - 2015. - №1. - с. 16-19.
4.Математическое моделирование процесса селективной очистки масел фенолом с целью оптимизации работы экстракционных колонн / С.Х. Загидуллин [и др.] // Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология / Пермский гос. техн. ун-т. - 2009. - № 9. - С. 215220.
5. Данилов, A.M. Введение в химмотологию: учебник - Москва: Техника, 2003. - 464 с.
6.Сочевко, Т.И. Усовершенствование технологических процессов производства нефтяных масел / Т.И. Со-чевко, И.Г. Фукс // Труды российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. - Москва, 2009. - № 1. - С. 143-153.
7.Касаткин, АГ. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник / А.Г. Касаткин. - 10-е изд., стер. - Москва : Альянс, 2004. - 753 с.
МКРТЧЯН АРТУР СЕРГЕЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
ЛИТВИНЕНКО ДМИТРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
