Адсорбционная депарафинизация способ очистки

Адсорбционные и абсорбционные методы очистки нефтепродуктов: особенности и преимущества

Адсорбционные и абсорбционные методы очистки нефтепродуктов: особенности и преимущества

Для получения качественных масел и топлива из нефтепродуктов необходимо удалить посторонние примеси и загрязнения: взвешенные частицы песка, глины, солей, асфальтово-смолистые вещества, серные, азотистые соединения и др. Их количество зависит от вида сырья и составляет от тысячных долей до 2 %. Удаление примесей и воды из нефтепродуктов повышает качество сырья, делает его пригодным для дальнейшей переработки. Для очистки используют различные вещества и химические реагенты, которые подбирают с учетом состава нефтепродуктов и компонентов, подлежащих удалению.

Адсорбционные способы очистки нефтепродуктов подходят для удаления кислоты, смол, непредельных, нафтеноароматических и полициклических ароматических углеводородов. Этот метод подразумевает прямой контакт разогретого вещества с поверхностью поглотителя (тонкодисперсного адсорбента). Также возможна фильтрация с использованием адсорбирующих молекулярных сит, через которые пропускают нефтепродукты.

Не менее распространен абсорбционный способ. Он заключен в избирательном растворении посторонних примесей в составе нефтепродуктов. Очистку производят с применением жидких веществ: сернистого ангидрида, нитробензола, фурфурола, ди-хлорэтилового эфира и др. Они селективно растворяют вредные компоненты, снижающие качество нефтепродуктов, а применяют их преимущественно для очистки масел.

Технология адсорбционной очистки

Адсорбционный способ очищения повышает качество продуктов нефтепереработки, обеспечивает соответствие заданному групповому составу, улучшает физико-химические характеристики веществ. В качестве поглотителей используют синтетические и природные материалы, такие как:

· силикагель и др.

Адсорбционным способом очищают твердые парафины, минеральные масла, углеводородные жидкости. На завершающей стадии, после фильтрации и удаления механических примесей, а также частиц с крупным размером фракций, продукт нагревают и направляют в адсорбционную колонну. Внутри нее расположен неподвижный слой мелкоячеистого поглотителя, поверхность которого удерживает молекулы посторонних веществ.

Для этого метода очистки используют два аппарата колонного типа, работающих поочередно. Пока в одном происходит адсорбция, в другом – десорбция поглощенных примесей. Слой впитывающего вещества промывают растворителями, после чего сушах и охлаждают в воздушном потоке. Для сохранения высоких поглощающих свойств адсорбент реактивируют: его отпаривают при высокой температуре или обжигают для восстановления каталитической способности и повторного использования.

Преимущества адсорбционного метода очистки

Плюсы адсорбционного способа:

· глубокое очищение от токсичных примесей;

· безотходность благодаря десорбции поглощенных веществ;

· относительная простота регенерации твердых сорбентов;

· эффективное удаление токсичных веществ низкой концентрации (паров ртути, органических соединений);

· низкая стоимость адсорбентов;

· широкая сфера применения.

Адсорбционная очистка востребована при производстве нефтепродуктов, пластмасс, органических продуктов. Она подходит для удаления сторонних компонентов из нефти, а также для очищения сточных вод на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. Универсальный метод применим для повышения качества выпускаемой продукции и снижения вреда, наносимого экологии в процессе производства.

Важное преимущество метода – возможность удаления посторонних веществ без воздействия высокого давления (более 10 атмосфер), слишком высоких или низких температур. Он популярен ввиду максимальной селективности к микропримесям. Адсорбционная очистка не требует сложного оборудования, применения насосов, токсичных растворов. Метод в равной степени применим к жидкостям и парам, что особенно важно в нефтехимической промышленности.

Технология абсорбционного очищения нефтепродуктов

Абсорбционные способы очистки нефтепродуктов подходят для удаления большого объема примесей. Они основаны на селективном (выборочном) растворении токсичных компонентов. Их применение требует подвода и отвода тепла, присутствия дисперсной фазы, а также воздействия высокого давления на очищаемые составы. В некоторых случаях очищенные нефтепродукты утрачивают стабильность и требуют добавления ингибиторов, замедляющих процесс окисления диолефинов и смолистых веществ. В качестве антиокислителей применяют аминофенолы, фенолы, ароматические амины и пр.

Новые абсорбционные установки – сложное оборудование, состоящее из блоков очистки светлых нефтепродуктов выщелачиванием, электрообессоливания, стабилизации бензиновых фракций. Комбинированное оборудование для первичной нефтепереработки обеспечивают рациональное использование энергетических ресурсов на предприятии, выполняя полный цикл работ без установки дополнительного громоздкого оборудования.

Применение абсорбционного способа востребовано при обработке жидкостей, поглощающих газы, поскольку в ходе очистки сорбент полностью поглощает сорбат. Однако, натуральный каучук и резина имеют кристаллическую структуру, которая позволяет абсорбировать жидкие нефтепродукты. В нефтеперерабатывающей промышленности этот метод часто используют для разделения, очищения и осушения углеводородных газов.

Преимущества абсорбционной очистки

Несмотря на то, что абсорбционный способ более затратный, а монтаж оборудования – сложный и трудоемкий, его широкого применяют в нефтегазовой промышленности. Основные достоинства метода:

· возможность разделения углеводородных смесей для изучения состава нефти и нефтепродуктов;

· эффективная очистка и осветление;

· более качественное разделение газовой смеси на газ и бензин;

· эффективное отделение бензинов благодаря последовательности, многоэтапности очистки.

Для отделения бензинов из природного и попутного газа применяют неполярные абсорбенты, проводя очистку при нулевой или отрицательной температуре. Низкотемпературное разделение позволяет использовать низкомолекулярные фракции бензина с малой вязкостью, повышая эффективность процесса и сокращая расход абсорбирующего вещества. Метод незаменим при разделении компонентов нефти и газа по химическому составу и молекулярным массам, поэтому существенно облегчает анализ нефтепродуктов.

Источник

1.2 Адсорбционная депарафинизация

Депарафинизация нефтяных продуктов может быть основана также и не различной адсорбируемости их застывающих и низкозастывающих компонентов. При этом различные адсорбенты в зависимости от природы способны действовать на нефтяные продукты по-разному. Так, полярные адсорбенты: алюмосиликаты, силикагель, активированная окись алюминия, предпочтително извлекают компоненты с пониженными температурами застывания; неполярные же адсорбенты, такие, как активированный уголь, сажа, адсорбируют застывающие компоненты.

Различие депарафинирующего действия полярных и неполярных адсорбентов обусловливается следующим. Полярные адсорбенты разделяют углеводороды в зависимости от их химической природы. По адсорбируемости на полярных адсорбентах углеводороды можно расположить в следующий ряд: полициклические ароматические углеводороды, моноциклические ароматические углеводороды, нафтены, алканы. Поскольку среди углеводородов, предпочтительно адсорбируемых полярными адсорбентами, наиболее часто встречаются представители с низкими температурами застывания, постольку адсорбенты и обладают депарафинирующим действием. Следовательно, способность разделения полярными адсорбентами по температурам застывания является сопутствующей и проявляется лишь в той мере, в какой различным химическим компонентам разделяемого продукта соответствуют различные температуры застывания. Поэтому депарафинирующее действие полярных адсорбентов оказывается обычно слабо выраженным и нечетким, вследствие чего эти адсорбенты для депарафинизации не применяют.

Адсорбция углеводородов на активированных углях, протекает следующим образом: застывающие углеводороды как бы выкристаллизовываются на активной поверхности угля и таким путем выделяются из обрабатываемого раствора. Поэтому те из углеводородов, которые склонны к кристаллизации и способны кристаллизоваться при наиболее высоких температурах, оказываются наиболее адсорбируемыми также и на активированных углях. Депарафинирующее действие активированных углей является результатом способности извлекать застывающие компоненты по тем же признакам, которые обусловливают их повышенное застывание, в отличие от полярных адсорбентов, депарафинирующее действие которых является косвенным, сопутствующим разделению по признакам химической природы. Вследствие этого депарафинирующее действие активированных углей является значительно более эффективным и четким, чем полярных адсорбентов.

Активированный уголь способен одновременно извлекать из нефтяных продуктов застывающие углеводороды, относящиеся к различным химическим группам, если только строение молекул этих углеводородов способствует повышенной кристаллизуемости, т.е. если они имеют повышенные температуры застывания. Другие представители тех ‘t химических групп углеводородов могут остаться не адсорбированными активированным углем, если структура их молекул не будет благоприятна для кристаллизации и они поэтому будут иметь пониженные температуры застывания.

Процесс адсорбционной депарафинизации нефтяных масел активированными углями успешно протекает при комнатной температуре и охлаждения не требует. При обработке легкокипящих продуктов охлаждение может сказаться положительно на показателях процесса. Нагревание же сказывается на адсорбционной депарафинизации отрицательно.

При депарафинизации активированными углями можно достигнуть очень низких температур застывания депарафинированного продукта. Возможное снижение температуры застывания ограничивается только вязкостным застыванием низкозастывающего компонента обрабатываемого продукта.

Технологический процесс адсорбционной депарафинизации осуществляется по следующему принципу. Исходный продукт растворяют в легкокипящем углеводородном разбавителе, не содержащем ароматических углеводородов. Раствор пропускают через активированный уголь, и он освобождается от застывающих компонентов. Когда уголь отработается, отмывают механически удержанные им низкозастывающие компоненты тем же растворителем, который был применим для разбавления исходного сырья. Затем этот растворитель удаляют из угля пропаркой водяным паром. Десорбцию застывающих компонентов из угля проводят обработкой горячим бензолом. Затем уголь просушивают током горячего воздуха, после чего он становится пригодным для повторного использования.

Достоинства процесса адсорбционной депарафинизации: возможность получения низкозастывающих масел, в том числе и высоковязких с предельно низкими температурами застывания, какие только допускает вязкостное застывание низкозастывающего компонента, простота и дешевизна аппаратурного оформления. Недостаток процесса – необходимость глубокой предварительной очистки сырья для освобождения его от смолистых веществ, необратимо удерживаемых углём.

Сравнительно новый и наиболее эффективный вид адсорбентов — это природные и синтетические цеолиты на основе алюмосиликатов.

Цеолиты — это алюмосиликаты, содержащие в своем составе окислы щелочных, щелочноземельных металлов, отличающиеся строго регулярной структурой пор, которые в случае природного цеолита заполнены водой. Эта вода, названная цеолитной, при нагреве выделяется из пор, цеолиты как бы «кипят». Отсюда и про­исходит их название, которое в переводе с греческого означает «кипящие камни».

Общая формула цеолитов:

где n — валентность катиона Ме;

у — число молей воды.

В качестве металлов в состав природных цеолитов входят натрий, калий, кальций. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрами SiO₄ и AlО₄. Природные цеолиты используются в промышленных условиях в основном в процессах осушки газов. Если убрать из пор цеолитов находящуюся там воду, то при пропускании через цеолит какого-либо влажного вещества он снова поглотит воду. Поглощение воды осуществляется в основном в адсорбционных полостях. Однако не все вещества могут попасть в адсорбционные полости, так как эти полости соединяются друг с другом с помощью входных окон строго определенного размера. Проникнуть через входное окно может только молекула адсорбируемого вещества, которая имеет критический диаметр меньше размера входных окон. Этим и объясняется избирательность, или селективность цеолитов — молекулярных сит.

Многообразие типов природных цеолитов препятствует их широкому внедрению. Для избирательной адсорбции требуется дополнительная обработка цеолитов, что по экономическим соображениям не всегда выгодно. Поэтому были созданы синтетические цеолиты, имеющие заданные размеры входных окон. Эти цеолиты имеют структуру и формы аналогичные природным цеолитам.

Проникновение в жесткую полую структуру кристалла молекулярного сита, где могут адсорбироваться разные молекулы веществ, осуществляется через одно из точно контролируемых отверстий, или пор, расположенных с каждой стороны.

Ячейки молекулярного сита естественным образом объединяются в структуру, известную как кристалл. Этот кристалл имеет целую сеть полостей, образуемых стенками ячеек молекулярного сита. При изготовлении молекулярных сит размеры входных окон (пор) могут быть разными, что и позволяет «отсеивать» разные молекулы веществ, как через сито. Кристаллы молекулярных сит, используемые в технологических процессах на промышленных установках, как правило, соединены между собой глиной для формирования шариков или гранул. Синтетические цеолиты делятся на ряд типов — А, X и У.

Цеолиты типа А — низкокремнеземные. В них соотношение SiO₂ : Al₂О₃ — не более 2. Они отличаются низкой кислотостойкостью. Использование их для адсорбции кислых сред и газов нера­ционально, так как в этих средах они быстро разрушаются.

Цеолиты типа X имеют более высокое соотношение SiO₂ : Al₂О₃ — от 2,2 до 3,3. Они различаются строением внутренних адсорбционных полостей, обладают большими кислотостойкостью и адсорбционной способностью.

В цеолитах типа У структура аналогична цеолитам типа X. В них соотношение SiO₂ : Al₂О₃ составляет от 3,1 до 6,0. Эти цеолиты отличаются повышенной кислото- и термостойкостью и обладают большей каталитической активностью при изготовлении разного рода катализаторов.

Цеолиты являются молекулярными ситами и могут использоваться для разделения веществ на уровне диаметра молекул. Чтобы проникнуть в адсорбционную полость, критический диаметр молекул адсорбируемого вещества должен быть меньше или равен размеру входных окон.

В ряде стран синтетические цеолиты классифицируются по размерам входных окон, например:

Таблица 1 – Классификация цеолитов по размерам входных окон

Источник