Установка селиктивной очистки масел

Анализ данных о структурно-групповом  составе и свойствах вакуумных  дистиллятов и остатка западно-сургутской нефти, приведенных в таблице 2.1, показывает, что из фракций 350 – 400°С, 400 – 450°С и 450 – 490°С и остатка базовые масла I группы по API можно получать, используя традиционную схему маслоблока, включающую процессы с использованием селективных растворителей. В этом случае индекс вязкости базовых масел будет превышать 95. Однако в соответствии с требованиями рынка предполагается получение широкого ассортимента базовых масел и производство продуктов специального назначения. Таким образом, остаток целесообразно перерабатывать с использованием гидрогенизационных процессов с целью получения базовых масел II и III группы по API, а один из вакуумных дистиллятов – частично направлять на производство сульфонатных присадок.

Из западно-сургутской нефти можно получать твёрдые парафины, поскольку их содержание достаточно велико и составляет 2,04% масс. Распределение парафинов в вакуумных погонах следующее [8]:

• фракция 350 – 400°С содержит 6,66% масс. парафинов;
• фракция 400 – 450°С содержит 5,36% масс. парафинов;
• фракция 450 – 490°С содержит 4,61% масс. парафинов.

2.2 Характеристика базовых масел

Данные о потенциальном содержании и характеристике базовых масел, получаемых из западно-сургутской нефти, приведены в таблице 2.2, составленной с помощью справочной литературы [8].

Таблица 2.2 – Потенциальное содержание и характеристика базовых масел

Таким образом, потенциальное содержание базовых масел в нефти составляет 28,4% масс. Однако эти масла имеют невысокие индексы вязкости (меньшие или равные 90), поэтому на проектируемом маслоблоке производство таких масел не предполагается.

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПОТОЧНОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА БАЗОВЫХ МАСЕЛ

Выбор поточной схемы маслоблока заключается  в том, чтобы подобрать минимальное количество технологических установок (процессов), обеспечивающих производство базовых масел и продуктов специального назначения заданного качества и ассортимента.

Первой ступенью получения масляных дистиллятов является установка  вакуумной перегонки мазута. Этот процесс оказывает определяющее влияние на вязкостно-температурные  свойства базового масла, его летучесть, испаряемость, термическую и отчасти термоокислительную стабильность, цвет, приёмистость к присадкам.

В свою очередь улучшение показателей  качества базовых масел – пределов выкипания, вязкостных характеристик, температуры вспышки, коксуемости – способствует увеличению выхода и повышению качества масел на установках селективной очистки и депарафинизации, снижению эксплуатационных затрат на этих установках [11].

Итак, согласно проектируемой поточной схеме маслоблока мазут (выше 360ºС) западно-сургутской нефти направляется на перегонку на установку ВТ.

Схема установки ВТ является одноколонной, так как использование двухколонной схемы требует большого объёма аппаратуры и приводит к увеличению удельных энергозатрат на перегонку. При перегонке мазута в вакуумной колонне получаются:

• пары и газы разложения, образующиеся за счёт небольшой деструкции мазута при его нагреве до 400-420ºС в печи. Они откачиваются пароэжекторными насосами (3-ступенчатыми с конденсацией паров между ступенями), с помощью которых создаётся вакуум. В качестве эжектирующего агента применяется перегретый водяной пар давлением 1-1,5 МПа;
• лёгкий вакуумный газойль, который близок по качественным показателям летнему дизельному топливу и направляется на смешение с ним;
• два боковых погона (фракции 360 – 420ºС и 420 – 500ºС);
• гудрон (выше 500ºС), отводимый из куба колонны;
• затемнённый продукт, содержащий 30% масс. гудрона и 70% масс. масляной фракции 420 – 500°С. Он может быть использован как сырьё для установок висбрекинга, производства битумов и в качестве  компонента котельного топлива. В данном случае затемнённый продукт не выводится с установки ВТ, так как это привело бы к потере некоторого количества ценных компонентов масел, а направляется обратно в мазут.

Вакуумная колонна оснащена тремя  пакетами регулярной насадки фирмы «Koch-Glitsch», тремя распределителями орошения и тремя сборными тарелками для жидкости. Насадки в качестве контактных устройств обеспечивают меньшее гидравлическое сопротивление, чем тарелки. Кроме того, насадки позволяют с высокой чёткостью разделять масляные погоны. Современный пакет насадки высотой 1 м заменяет 4-5 тарелок.

Над вводом сырья в вакуумной  колонне расположен каплеуловитель, защищающий нижний пакет насадки  от брызг легко коксующегося гудрона. В отгонной секции колонны, где происходит отпарка масляных фракций из гудрона, установлены клапанные тарелки типа Glitsch, под нижнюю тарелку подаётся водяной пар [9].

Масляные фракции 360 – 420ºС и 420 – 500ºС направляются на установки селективной очистки (№1 и №2 соответственно) при помощи N-метилпирролидона для извлечения нежелательных компонентов. На этих установках получаются рафинаты, включающие парафино-нафтеновые и I группу ароматических углеводородов с высоким индексом вязкости, и экстракты, состоящие из серо- и азотсодержащих соединений, полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, смолистых веществ [12].

Экстракты селективной очистки  обычно используются:

• как компоненты котельного топлива;
• как пластификаторы при производстве резинотехнических изделий;
• как пластификаторы при получении битумов и битумных мастик;
• как компоненты сырья для производства сажи и нефтяного кокса;
• как компоненты сырья установок висбрекинга и гидрокрекинга.

В данном проекте экстракты селективной  очистки фракций 360 – 420ºС и 420 – 500ºС направляются на установку гидрокрекинга.

Рафинаты селективной очистки N-метилпирролидоном  поступают на установки депарафинизации Dilchill. Назначение процесса депарафинизации заключается в удалении из рафинатов высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел с низкими температурами застывания. Целевым продуктом депарафинизации является депарафинированное масло, а побочным – гач (при переработке дистиллятного сырья).

Процесс Dilchill отличается от традиционных процессов депарафинизации использованием эффективных кристаллизаторов «Dilchill» оригинальной конструкции. В этих кристаллизаторах используется прямое впрыскивание предварительно охлажденного в аммиачном холодильнике растворителя (смеси метилэтилкетона с метилизобутилкетоном) в поток нагретого в паровом подогревателе рафината. В результате такой скоростной кристаллизации образуются разрозненные компактные слоистые кристаллы сферической формы. Суспензия из кристаллизатора «Dilchill» после охлаждения до требуемой температуры в скребковых аммиачных кристаллизаторах затем направляется в вакуумные фильтры.

Благодаря компактной сферической  форме кристаллов процесс можно вести при высоких скоростях фильтрования и достигать высоких выходов депарафинированного масла при одновременном снижении содержания масла в гаче до 2-15% [13]. Температурный градиент депарафинизации в этом процессе составляет от 0 до 7°С. Для предотвращения образования льда в оборудовании, работающем с холодным растворителем, применяется система обезвоживания растворителя [14].

Гачи с содержанием масла 2% масс., являющиеся побочными продуктами установок депарафинизации Dilchill, смешиваются и направляются на установку гидроочистки. Это позволяет улучшить и стабилизировать цвет парафинов, а также снизить содержание серы в них [15]. Гидроочистка протекает на катализаторе ГП-534, разработанном во ВНИИНП [16]. В результате получаются товарные парафины марки Т2 с температурой плавления, равной 54°С. Парафины такой марки используются в химической и нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства [9, 17].

Часть депарафинированного масла, полученного из фракции 420 – 500°С используется для производства сульфонатной присадки – среднещелочного карбонатированного сульфоната кальция C-150. Сульфонатные присадки, обладающие моющими, диспергирующими, нейтрализующими и антикоррозионными свойствами, занимают особое место среди присадок по универсальности применения, эффективности действия, объёмам производства. Процесс производства состоит из следующих стадий [2]:

• сульфирование масляного сырья газообразным серным ангидридом;
• отделение кислого гудрона от просульфированного масла;
• нейтрализация просульфированного масла и экстракция сульфонатов аммония;
• стадия обменной реакции и получения сульфоната кальция в результате «термической стабилизации»;
• карбонатация (получение коллоидной дисперсии карбоната и гидроксида кальция, стабилизированной в углеводородах масла сульфонатом кальция);
• отпарка реакционной воды после стадии карбонатации;
• очистка карбонатированного продукта от механических примесей;
• отгонка растворителя от присадки.

В процессе производства присадки С-150 образуются также побочные продукты: кислый гудрон, нейтральное масло, сульфонат  аммония. Кислый гудрон предлагается после нейтрализации аммиаком перерабатывать в техническое ПАВ  – карпатол, используемое как мицеллярный водный раствор, необходимый при добыче нефти [18, 19]. Нейтральное масло является ценным сырьём для производства белых масел.

Целевые продукты установок депарафинизации Dilchill – депарафинированные масла – направляются на гидродоочистку. Этот процесс применяется главным образом для очистки от соединений серы, азота и кислорода. Процесс проводится при давлении 4-5 МПа, температуре 300-380°С, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 3-4 ч-1, объемном отношении ВСГ к сырью от 300 до 800. Расход водорода на реакцию составляет 0,1-0,5% масс., объемное содержание водорода в ВСГ – 75-85% [13, 15]. Гидродоочистка проводится на стационарном слое гидрирующего алюмокобальтмолибденового (АКМ) катализатора, который обеспечивает улучшение качества масел по основным показателям: повышение индекса вязкости на 1-2 пункта, улучшение цвета на 1-2 ед. ЦНТ, снижение коксуемости на 0,05-0,15% [20]. Глубина очистки от соединений серы достигает 70%, а глубина деазотирования – 40% [13, 15]. Данная технология позволяет получить базовые масла, соответствующие требованиям к маслам первой группы по классификации API.

Базовые масла №1 и №2, полученные по традиционной схеме переработки  масляных дистиллятов из фракций 360 – 420°С и 420 – 500°С соответственно, направляются на установку компаундирования масел. Эти базовые масла можно рассматривать как основу для производства моторных масел групп В и Г с соответствующими присадками. Масла группы Г1 предназначены для использования в форсированных двигателях легковых автомобилей, которые работают на бензинах с октановым числом по исследовательскому методу выше 90. Масла группы Г2 применяются в высокофорсированных дизельных двигателях внутреннего сгорания [17]. Кроме того, базовые масла №1 и №2 можно использовать для получения индустриальных масел (например, И-12А, И-20А).

Гудрон (выше 500°С), получаемый на установке ВТ, частично (75% масс. от общего количества) направляется на установку деасфальтизации. Назначение процесса – удаление из гудрона смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости. Целевым продуктом процесса являются деасфальтизат, в котором концентрация парафино-нафтеновых углеводородов значительно выше, чем в сырье, а побочным – асфальт, служащий обычно сырьём для производства битумов или компонентом котельных топлив [14]. В данном случае в качестве растворителя в процессе деасфальтизации используется пропан-бутановая смесь, состоящая из 34% пропана и 66% бутана. При этом получаемый на установке деасфальтизат имеет коксуемость, равную 2,9% масс., что позволяет использовать его в качестве компонента сырья процесса гидрокрекинга [21].

Асфальт, являющийся побочным продуктом  процесса деасфальтизации гудрона, и часть прямогонного гудрона с установки ВТ (25% от общего его количества) направляются на получение битумов.