Классификация и характеристика масел

Зона наибольшей температуры  в системе экстракции находятся  в месте температуры в системе  экстракции находятся вместе ввода  в системе растворителя, наименьший - на выходе экстрактного раствора, т.е. существует равенство: температура  ввода растворителя > температура  вывода рафинатного раствора > температура  ввода сырья> температура экстрактного раствора.

 

 

1.3 Селективная очистка N-метилпирролидоном

1.3.1  Назначение  процесса и его сущность

Основными показателями, характеризующими качества смазочных масел, являются их эксплуатационные свойства: вязкость и ее изменение от температуры (индекс вязкости), стойкость против окисления  водородом, нагаро- и шламообразования, подвижность при низких температурах (температура застывание), температура  вспышки, органическая кислотность, коррозионность и др.. Как известно, масляные фракции  нефти состоят из сложной смеси  углеводородов, обладающих различными физико-химическими свойствами, и  подразделяются на желательные и  нежелательные компоненты масел. Краткая  оценка основных групп углеводородов  с точки зрения получения качественных масел сводится к следующему. Парафиновые  углеводороды нормального строения с числом углеродных атомов 16 и выше при обычной температуре твердые, а углеводороды изостроения с  короткими боковыми цепями -жидкие. При увеличении длины боковой  цепи температура застывания изопарафинов повышается, во фракциях, выкипающих выше 400°С, они имеют плюсовую температуру  застывания. Содержание твердых парафиновых  углеводородов в масляных фракциях из различных нефтей колеблятся в, широких  пределах: от следов до 40% и более.

Твердые парафиновые углеводороды, обладающие и низкой вязкостью и  высокой температурой застывания, являются нежелательными компонентами масел. В N-метилпирролидоне они плохо растворимы, и их выделяют на установках депарафинизации.

Ароматические углеводороды имеют различное строение и могут  содержать как одно или несколько  ароматических колец, так и нафтеновые и ароматические кольца с парафиновыми цепями. В зависимости от этого  ароматические углеводороды подразделяют на моно- и полициклические, нафтеноароматические,   а   также   ароматические   с   парафиновыми   цепями.

 

Содержание ароматических  углеводородов в масляных фракциях из различных нефтей колеблются от 10 до 60% и более.

Ароматические    углеводороды    с    парафиновыми    цепями,    а   также нафтеноароматические    углеводороды    обладают    хорошими    вязкостными свойствами и стойкостью против окисления кислородом, плохо растворяются в N - метилпирролидоне ; они являются желательными компонентами масел. Моно-    и    полициклические    ароматические    углеводороды    с    короткими парафиновыми цепями, обладающие низким или отрицательными индексом вязкости, удаляются из масляной фракции селективной очистки  благодаря их хорошей  растворимости  в N-метилпирролидоне.  Нафтеновые углеводороды нефтяных фракций имеют пяти- и  шестичленные циклы различного строения с боковыми парафиновыми цепями. Как  и ароматические углеводороды они  подразделяются  на моно-  и полициклические  нафтеновые углеводороды с одной   или   несколькими   боковыми   цепями.   В   большинстве  случаев  они обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, незначительно растворяются в N-метилпирролидоне и являются желательными компонентами масел.

Сернистые соединения в масляных фракциях содержатся преимущественно  в виде нейтральных соединений сульфидов, дисульфидов, полисульфидов, тиофенов и других соединений. В небольших  количествах (до --1-13% в пересчете  на серу) сернистые соединения являются желательными компонентами масел, так  как улучшают антикоррозионные, противоизносные  свойства и повышают стойкость против окисления. Повышенное содержание соединений серы вызывает нагарообразование и  коррозию. В процессе селективной  очистки содержание сернистых соединений снижается на 30-50%. Кислородные соединения масляных фракций (ароматические и  жирные кислоты, нафтеновые кислоты), коррозионными  свойствами, удаляются при очистке  масел селективными растворителями. Содержание их, как правило, невелико и составляет 0,01-0,3%. В восточных  нефтях нафтеновые кислоты в масляных фракциях практически не содержатся.

 

Асфальто-смолистые соединения представляют собой полициклические  соединения, содержащие преимущественно  ароматические кольца. Они могут  содержать  также   кислород,   серу,   азот   и   некоторые   металлы.   Асфальто- смолистые вещества значительно ухудшают качество масел: повышают его склонность к нагаро- и лакообразованию, ухудшают вязкостно-температурные свойства усиливают     коррозионные     свойства.     Цвет    масла    является качественным    показателем    содержания    асфальто-смолистых   веществ.   В  процессе селективной  очистки  масел  значительная  часть смол удаляются. Таким образом процессе селективной очистки NMП применяется для удаления указанных выше нежелательных компонентов масел, а также для достижения требуемых   свойств:   повышения   индекса   вязкости   и   стойкости   против окисления кислородом, понижения коксо- и шламообразования, уменьшения коррозионной  агрессивности, снижение содержания  серы и др..  Сущность процесса  экстрактивной      очистки      селективными      (избирательными) растворителями заключается в различной растворимости в них углеводородов масляных фракций. В результате перемешивания растворителя с очищаемым продуктом  и  отстоя  смесь  расслаивается  на две  жидкие  фазы  с  разной плотностью.  Одна фаза представляет собой очищенный продукт с частью растворенного в ней растворителя и называется раствором, а другая фаза-растворитель, содержащий нежелательные компоненты называется экстрактным раствором. Рафинатный и экстрактный растворы отделяют друг от  друга и направляют на отгонку растворителя. Извлеченную часть масляной секции называют экстрактом, а очищенное масло — рафинатом.

Очистка методом экстракции проводится в условиях, при которых  смесь растворителя и сырья образует две фазы, что обеспечивается подбором соответствующей температуры и  количества растворителя. Практически  достигнуть полного и четкого  разделения масляной фракции на желательные  и нежелательные компоненты не представляется возможным, так как растворитель в той или иной степени также  растворяет и желательные компоненты,   которые   уходят   в   экстракт,   а   нежелательные   компоненты 

растворяются в рафинате. Четкость разделения определяется селективностью избирательностью) растворителя.

Селективностью растворителя  называется его способность растворять углеводороды только определенного  строения и определенных свойств. Чем  большей селективностью обладает растворитель, тем более четкое разделение можно  достигнуть в процессе экстракции углеводородов.

Необходимая кратность подачи растворителя к сырью для достижения требуемой степени очистки зависит  от растворяющей способности растворителя. Растворяющая способность растворителя определяется количеством растворенных углеводородов в единице объема растворителя в определенных условиях.

Процессы селективной  очистки масел NMП включает в общую  схему производства смазочных масел  обычно по следующим схемам:

1. Дистиллятное сырье с установок АВТ селективная очистка NMП Депарафинизация контактная доочистка отбеливающими глинами 
(или гидроочистка) дистиллятный компонент масел.

2. Остаточное сырье - гудрон с установок АВТ  деасфальтизация гудрона пропаном селективная очистка NMП → контактная доочистка, отбеливающими глинами (или гидроочистка) высоковязкий 
остаточный компонент масел.

 

 

1.4     Свойства N-метилпирролидона

N-метилпирролидон C₄H₆ONCH₃ является пятичленным гетероциклом  с

одним гетероатомом

 

 

 

Это - кристаллическое бесцветное вещество с характерным и сильным  запахом; на воздухе и на свету  окрашивается сначала в розовый  цвет, а затем в красный цвет. Основные физические свойства NMП таковы:

Плотность при 25°С, г/см³……………………………….1,071

Температура, °С кипения………………………………...181,2

Плавления…………………………………………………40,97

Вспышки…………………………………………………..79

Воспламенения паров в  воздухе …………………………...430

Теплоемкость при 45°С, кДж/кг (ккал/кг)………………2,11 (0,504)

Теплота испарения при 181,2°С кДж/кг (ккал/кг)………446,21 (106,5)

Нераздельно кипящая (азеотропная) смесь с водой

Содержание NM11 в смеси, %...........................................9,2

Температура кипения при  нормальном давлении, °С …99,6

NMП гигроскопичен, поглощаемая  из воздуха влага понижает  его температуру плавления (таб. 1.). С водой NМП образует две  несмешивающиеся жидкости -раствор  NMП в воде и раствор воды  в NMП. Взаимная растворимость  N-метилпирролидона и воды увеличивается  с повышением температуры и  при температуре выше 66°С наступает полная взаимная растворимость (табл. 2). N-метилпирролидон может образовывать с водой кристаллогидрат С6Н 5ОН *Н2О, содержащий 84,93% , N-метилпирролидона плавящийся при 17,2°С. С повышением    температуры    плотность    N-метилпирролидона    уменьшается табл.3

Таблица 1.4.1 Зависимость температуры плавления 

N-метилпирролидона от содержания в нем воды

Содержание воды, %	Т.пл.0С	Содержание воды, %	Т.пл.0С	Содержание воды, %	Т.пл.0С
1,00	40,97	0,5	38,6	5	22
1,048	40,69	0,7	37,5	6	20
1,10	40,47	1,0	36,0	7	18
1,16	4,28	2,0	32,0	8	16
1,22	40,03	3,0	28,0	9	14
1,29	39,83	4,0	25,0	10	12

 

Таблица 1.4.2 - Взаимная растворимость  N-метилпирролидона и воды

Растворимость, %	Температура, 0С
	15	20	25	30	35	40
N-МП в воде	7,95	8,20	8,45	8,75	9,10	9,60
Воды в N-МП….	27,00	27,90	28,95	30,10	31,50	33,20
Растворимость, %	Температура, 0С
	45	50	55	60	65	70
N-МП в воде….	10,45	11,80	13,80	16,80	23,90	34,00
Воды в N-МП….	35,00	37,40	40,80	44,90	44,90	66,00

 

Таблица 1.4.3 - Плотность жидкого N-метилпирролидона   при различной  температуре

Температура, оС	Плотность, г/см3	Температура, оС	Плотность, г/см3
1	2	3	4
45	1,06	120	0,98
50	1,05	130	0,97
60	1,04	140	0,96
70	1,03	150	0,95
80	1,02	160	0,94
90	1,01	170	0,93
100	1,00	180	0,92
110	0,99	-	-

 

N-метилпирролидон хорошо  растворим в спирте, серном эфире,  глицерине, в водном растворе  формальдегида и в спирте. С  водой N-метилпирролидон образует  нераздельно кипящую (азеотропную)  смесь, которая при перегонке  не изменяет своего состава  и следовательно, выкипает при  одной постоянной температуре  как однородная жидкость. N-метилпирролидон  получают при перегонке смол, образующихся в результате термической  обработки углей, торфа, сланцев,  окислением кумола в присутствии  катализаторов и разложением  образующейся гидроперекиси с  образованием N-

метилпирролидона   и  ацетона.

N-метилпирролидон является  важнейшим техническим полупродуктом.  Он применяется как сырье в  химической промышленности в  производстве синтетических смол, пластических масс, красителей, лекарств, моющих средств и.т.п. Как избирательный растворитель N-метилпирролидон  обладает средней селективностью и большой растворяющей способностью. В N-метилпирролидоне  хорошо растворяются ароматические углеводороды и плохо - парафинонафтеновые углеводороды, а также асфальтно-смолистые вещества нефтяных фракций. Высокомолекулярные полициклические 

углеводороды масляных фракций хорошо растворяются в N-метилпирролидоне при температурах выше 60-80 °С. Разделяющую способность и селективность N- метилпирролидона можно регулировать, добавляя к  нему небольшое количество воды (обычно 2-6%, а при очистке легких масляных фракций 300-400 °С до (8-12%).

Как селективный растворитель N-метилпирролидон обладает и рядом  недостатков,   к   которым   относятся:   токсичность,   высокие   температуры

плавления и кипение. Кроме  того, N-метилпирролидон и особенно его водные растворы обладают повышенной коррозионностью к большинству  металлов. Алюминий, медь и бронза практически  быстро разрушаются под действием N-метилпирролидона.

1.5     Принцип  процесса и влияние основных  факторов

Процесс очистки избирательными растворителями осуществляют несколькими  способами: однократным и многократным периодическим, а также противоточным  непрерывным экстрагированием. В  промышленности при очистке масел N-мети л пиррол и доном применяется  метод непрерывного противоточного экстрагирования в аппаратах  колонного типа, принцип которого заключается в следующем.

В верхнюю часть экстракционной колонны непрерывно подается растворитель, а в среднюю - сырье. Растворитель, опускаясь вниз колонны вследствие большей его плотности, проходит сплошной слой сырья, и контактируя  с ним, растворяет нежелательные  компоненты. Очищенное сырье с  частично растворенным в ней N-метилпирролидоном (рафинатный раствор) выводится непрерывно с верха колонны, а N-метилпирролидон с растворенными -нежелательными компонентами (экстрактный раствор) - с низа колонны. рафинатный и экстрактный растворы затем направляются на регенерацию N-метилпирролидона.