Практика по процессу депарафинизации масел

При увеличении содержания кетона в смеси с ароматическим  растворителем образуются крупные  кристаллообразования твердых углеводородов, способствующих увеличению скорости фильтрования суспензии и улучшению промывки отфильтрованного осадка. В то же время  в результате непрерывного снижения растворяющей способности растворителя при определенном содержании кетона из раствора начинает выделяться вторая масляная фаза, состоящая из наименее растворимых в данном растворителе компонентов. Экономичнее тот растворитель, который при прочих равных условиях позволяет проводить обезмасливание или депарафинизацию при более высокой температуре процесса и обеспечивает минимальное содержание масла в парафине или церезине, а при депарафинизации рафинатов - более низкую температуру застывания депарафинированного масла.

Так как растворяющая способность  кетона растет с увеличением числа  атомов углерода в радикале, для  обезмасливания за рубежом применяют  кетоны большей молекулярной массы. Благодаря низкой растворяющей способности  по отношению к твердым углеводородам  и высокой растворимости в  них масляных углеводородов, такие  растворители, как метилизобутилкетон и метилизопропилкетон, могут быть использованы отдельно, а не в смеси с ароматическими углеводородами. К недостаткам этих кетонов следует отнести их малую доступность и дороговизну.

Расход растворителя в  процессе депарафинизации или обезмасливания зависит от фракционного состава  сырья, его вязкости, природы растворителя и требуемой глубины процесса.

Степень разбавления сырья  растворителем существенно влияет на процесс кристаллизации твердых  углеводородов, который в свою очередь  обуславливает четкость и скорость разделения  низко- и высокоплавких  компонентов, выход продукта с заданными  свойствами, скорость охлаждения суспензии  твердых углеводородов в растворе и т.д.

При малой кратности растворителя к сырью, когда вязкость раствора велика, даже при малой концентрации твердых углеводородов и медленном  охлаждении образующиеся кристаллы  невелики, так как передвижению молекул  к центрам кристаллизации препятствует выделяющийся из раствора парафин. Сужается область, из которой молекулы твердых  углеводородов поступают к первично образовавшимся зародышам, что вызывает возникновение новых центров  кристаллизации, увеличение числа кристаллов и образование мелкодисперсных  трудно фильтруемых осадков.

Слишком большое разбавление  сырья растворителем снижает  концентрацию твердых углеводородов  в растворе. При этом средняя длина  диффузионного пути молекул настолько  увеличивается, что даже при медленном  охлаждении в начальный момент образуется слишком много центров кристаллизации, в результате чего конечные размеры  кристаллов уменьшаются. Следовательно, и в этом случае эффективность  процесса снижается.

Расход растворителя в  процессе депарафинизации и обезмасливания зависит от вязкости сырья, которая  связана с пределами его выкипания. При увеличении кратности разбавления сырья растворителем возрастает скорость отделения твердой фазы от жидкой. Выбор оптимальной кратности растворителя к сырью зависит и от конечной температуры охлаждения раствора, которая определяется природой растворителя и требуемой температурой плавления твердых углеводородов. Чем ниже температура конечного охлаждения и фильтрования суспензии, тем выше вязкость среды и оптимальная кратность растворителя к сырью.

4.3 Способ подачи  растворителя

 

Поскольку рост кристаллов твердых углеводородов происходит по стадиям, то он должен достигаться  на каждой стадии охлаждения, что обуславливается  порционной подачей растворителя при  разных температурах в процессе охлаждения сырья.

При порционной подаче растворителя к сырью создаются условия  для раздельной кристаллизации высокоплавких  и низкоплавких углеводородов, причем при первом разбавлении сырья  расход растворителя должен быть таким, чтобы из раствора выделялись высокоплавкие  углеводороды и, в первую очередь, парафины нормального строения. При дальнейшем охлаждении суспензии кристаллизация низкоплавких парафинов (изопарафиновые и циклические углеводороды) происходит на уже образовавшихся кристаллах.

Такой способ подачи растворителя позволяет повысить скорость фильтрации и получить больший процент выхода депарафинированного масла (отбор).

Порционная подача растворителя эффективна при депарафинизации и обезмасливании дистиллятного сырья широкого фракционного состава.

При депарафинизации рафинатов узкого фракционного состава или остаточных рафинатов такой способ менее эффективен из-за большей однородности состава твердых углеродов. Однако с учетом характера перерабатываемого сырья порционную подачу растворителя применяют и при депарафинизации остаточных рафинатов.

4.4 Температура растворителя

 

Большое значение имеет температура  растворителя, подаваемого к сырью. Если температура растворителя значительно  ниже температуры сырья, то происходит скачкообразное понижение температуры  сырья, что приводит к появлению  дополнительных центров кристаллизации.

Если температура растворителя на 5 и более градусов выше температуры  сырья, то происходит повышение температуры  смеси и растворение образовавшихся ранее кристаллов.

Если температура растворителя на (3 … 5) °С ниже, то происходит растворение центров кристаллизации, образовавшихся от неравномерного охлаждения, а сами кристаллы не затрагиваются, что благоприятно влияет на рост кристаллов, а также не нарушается общий температурный режим кристаллообразования.

Большое влияние на характер кристаллизации оказывает влажность  растворителя. Растворитель, содержащий воду, крайне нежелательно подавать к  сырью с температурой выше 0 ^оС в связи с тем, что вода снижает растворяющую способность растворителя, ухудшая условия кристаллизации. Кристаллики льда такого влияния на процесс кристаллизации не оказывают, поэтому в промышленных условиях растворитель, содержащий воду, необходимо предварительно охладить до температуры ниже 0 ^оС, а затем добавлять к сырью.

 

4.5 Скорость охлаждения  раствора сырья

 

Одним из основных факторов процесса кристаллизации твердых углеводородов  при производстве масел является скорость охлаждения раствора сырья.

Образование крупнокристаллической  структуры твердых углеводородов  способствует быстрому и четкому  отделению твердой фазы от жидкой. Крупные кристаллы твердых углеводородов, отлагаясь на фильтровальной ткани, образуют пористую гачевую лепешку, которая хорошо пропускает через себя жидкость и хорошо промывается растворителем от остатков масла.

Гачевая лепешка из мелких кристаллов обладает плохой проницаемостью, в результате чего скорость фильтрации может оказаться недопустимо низкой. Количество масла, оставшегося в гачевой лепешке, зависит не только от проницаемости лепешки, но и от формы кристаллов твердых углеводородов. Если кристаллы имеют дендритную или агрегированную структуру, то они, отлагаясь на поверхности фильтровальной ткани, образуют множество горизонтальных капилляров и трещин, заполненных жидкостью. Эту жидкость на протяжении всего цикла фильтрации не удается удалить, поэтому в гачевой лепешке остается много масла.

Агрегированные кристаллы  возникают при избытке полярного  растворителя при депарафинизации преимущественно остаточных рафинатов. Они представляют собой скопление мелких кристаллов в виде хлопьев и комьев. Гачевая лепешка, состоящая из сильно агрегированных кристаллов, имеет масляный вид.

Одним из основных факторов, определяющих образование крупных  кристаллов твердых углеводородов, легко отделяемых от жидкой фазы, является скорость охлаждения растворов сырья. При высокой скорости охлаждения образуются мелкие кристаллы, снижающие  скорость фильтрации и выход депарафинированного масла, а в гаче повышается содержание масла. Исследования, проведенные во ВНИИ НП, ГрозНИИ, БашНИИНП показали, что скорость охлаждения наиболее важна на начальной стадии охлаждения, т.е. в момент образования первичных центров кристаллизации.

В этот период особенно требуется  замедление охлаждения, чтобы количество образующихся центров кристаллизации было наименьшим, а в последующей  стадии кристаллизации, когда уже  образуется достаточно большая поверхность  кристаллов, на которой происходит дальнейшее выделение кристаллов, охлаждение может идти с достаточной скоростью.

Растворимость твердых углеводородов  в неполярных растворителях выше, чем в полярных, поэтому наиболее полное их выделение из раствора возможно только при малых скоростях охлаждения. При температуре конечного охлаждения, когда основная масса твердых  углеводородов уже выкристаллизовалась  из раствора, скорость охлаждения может  быть повышена. Такой режим охлаждения позволяет повысить эффективность  разделения фаз при депарафинизации и обезмасливании.

На полноту и четкость отделения кристаллов твердых углеводородов  от жидкой фазы влияет предварительная  термообработка смеси сырья с  растворителем, предшествующая процессу охлаждения. При нагреве сырья  с растворителем до полного взаимного  растворения уничтожаются мельчайшие частицы твердых углеводородов, которые могут стать дополнительными  центрами кристаллизации и привести к образованию мелких конечных кристаллов, снижающих скорость фильтрования и  остальные показатели процесса депарафинизации  и обезмасливания.

Из вышеизложенного следует, что выбирать условия депарафинизации  нефтяного сырья необходимо с  учетом всех факторов, обеспечивающих высокую скорость и четкость отделения кристаллов твердых углеводородов от жидкой фазы и получение продуктов с заданными свойствами.

5.Системный анализ технологической схемы

5.1 Описание целевой  функции объекта

 

Установка № 32 - депарафинизации масел типа 39-7М-1 входит в состав цеха № 9 - депарафинизация масел и обезмасливание парафинов ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

Целевая функция процесса депарафинизации масел состоит  в получении:

• депарафинированных масел

• температура застывания не более -18 – -10°C

• массовая доля серы не более 1%
• массовая доля воды не более 0,3%

• парафина

• температура плавления  42°C
• массовая доля масла не более 5 %
• массовая доля воды не более 0,1 %

• гача

• массовая доля масла не более 3-15% (в зависимости от марки)
• массовая доля серы не более 0,2%
• температура плавления  не менее 49°C
• массовая доля воды не более 0,1 %

• петролатума

• массовая доля масла не более 15%
• массовая доля серы не более 0,25%
• массовая доля воды не более 0,3 %

 

Заданная производительность установки по сырью 148,75 тыс.т/г, по продукту 111,14 тыс.т/г.[5]

 Проведем системный анализ установки депарафинизации масел на соответветствие ее элементов целевой функции.

Процесс депарафинизации  масел состоит из следующих стадий:

1. Стадия подготовки сырья, включающая смешение рафинатов с растворителем, подогрева смеси для растворения зародышей кристаллизации
2. Стадия кристаллизации, включающая постепенное охлаждение полученного раствора сырья до заданной температуры в теплообменнике, регенеративных и аммиачных кристаллизаторах, в результате чего из раствора выделяются кристаллы твердых углеводородов;
3. Стадия фильтрации, заключающаяся в отделении твердой фазы от жидкой в барабанных вакуум-фильтрах;
4. Стадия регенерации растворителя из растворов депарафинированного масла и гача или петролатума.

На рисунке 1 представлена структурно – функциональная схема  установки депарафинизации масел, отражающая материальные, энергетические и информационные потоки и взаимосвязь структурных элементов с окружающей средой и внутри системы.

Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема процесса депарафинизации масел; I – стадия подготовки сырья; II – стадия кристаллизации; III – стадия фильтрации; IV – стадия регенерации растворителя из гача и фильтрата.

 

К внешним потокам можно отнести энергетические потоки конденсата, оборотной и прямой воды, паров аммиака и жидкого аммиака, а также материальные потоки свежего растворителя, сырья и продуктов процесса. К внутренним можно отнести все потоки, перемещаемые между стадиями. К ним относятся материальный поток сырья, материально - энергетические потоки промежуточных продуктов растворителя, отличающиеся составом и температурой. Между всеми стадиями существует информационная связь. Это выражается в регулировании параметров процесса для обеспечения безопасности и эффективности работы установки.

Для данной схемы характерно последовательное соединение стадии подготовки сырья со стадией кристаллизации, также последовательное соединение стадии кристаллизации со стадией фильтрования и регенерации растворителя, однако, между стадией регенерации растворителя и стадии кристаллизации существует рецикл фильтрата I ступени фильтрации, что позволяет сократить энергозатраты на охлаждение кристаллизаторов путем использования для охлаждения фильтрата. Также между этими стадиями существует рецикл растворителя для разбавления постепенно застывающего сырья. Кроме того существует рецикл сухого растворителя между стадией регенерации растворителя и стадией фильтрации, который на каждой ступени фильтрации разбавляет гач для последующей ступени фильтрации, либо вымывает из гачевой лепешки остатки масла с растворителем.