автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Интенсификация процесса селективной очистки масляного сырья N-метилпирролидоном под действием магнитного поля

На правах рукописи

005042625

АДАСПАЕВА САЙДА АЙДНАЛЯЕВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛЯНОГО СЫРЬЯ ГЧ-МЕТИЛПИРРОЛИДОНОМ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 С ї'-ідС] ТУ "7

Астрахань - 2012

005042625

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Пивоварова Надежда Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с.

Защита состоится «25» мая 2012 г. в 14°° ч на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 307.001.04 при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, 2-ой учебный корпус, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414025, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный учебный корпус АГТУ.

Автореферат разослан «24» апреля 2012 г.

Яковлев Сергей Павлович

(Инжиниринговая компания ООО «ВОКСТЭК», Генеральный директор)

кандидат технических наук, Цаплина Марина Евгеньевна (ООО «ЛЛК - Интернешнл»,

заместитель начальника Управления производства)

Ведущая организация: Кубанский государственный технологический

университет, г. Краснодар

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Спрос на моторные масла с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами постоянно повышается в связи с увеличением производства отечественных и импортных автомобилей. Россия сегодня - четвертый по величине потребитель масел в мире. Потребность страны в нефтяных маслах составляет более 1,7 млн. тонн. К 2015 году ожидается увеличение продажи нефтяных масел до 2,05 млн. т. В последние годы наблюдается тенденция по сокращению производства масел отечественными предприятиями и ростом объемов экспортных поставок, поэтому отечественные нефтяные компании стремятся получить высококачественные базовые масла путем углубления процесса селективной очистки масляного сырья N - метилпирролидоном.

В технологических процессах подготовки сырья для нефтепереработки используются катализаторы, химические реагенты различного назначения, однако традиционные технологические методы во многих случаях оказываются весьма затратными и недостаточно эффективными. Всё больше внимания уделяют волновым методам подготовки углеводородного сырья, среди которых наиболее универсальным является магнитная обработка.

Использование постоянного магнитного поля расширяет рамки регулирования технологических параметров процесса, приводит к повышению рентабельности производства и является экологически безопасным. Целью работы является интенсификация процесса селективной очистки дистиллятной фракции и деасфальтизата Ы-мстилпирролидоном под действием магнитного поля в динамическом режиме для улучшения качества и увеличения выхода рафината. Основные задачи исследования:

1. Анализ группового углеводородного состава, физико-химических и дисперсных характеристик деасфальтизата и фракции 420-500 °С, полученных из смеси Западно-Сибирской и Волгоградской нефтей.

2. Изучение изменения дисперсного состояния фракции 420-500 °С и деас-фальтизата в результате воздействия на них постоянным магнитным полем в динамическом режиме;

3. Исследование влияния магнитного поля в динамическом режиме на вакуумную перегонку мазута на этапе подготовки масляного сырья;

4. Экспериментальное определение влияния режима магнитной обработки (скорости подачи сырья и величины магнитной индукции) и параметров процесса экстракционной очистки исследуемого сырья Ы-метштпирролидоном на качество полученного рафината;

5. Проведение процесса регенерации растворителя из смесей рафинатного и экстрактного растворов.

6. Применение полученных данных для разработки технологической схемы и оценки технико-экономических показателей процесса селективной очистки ¡М-метилпирролидоном с предварительной обработкой фракции 420-500°С и деасфальтизата магнитным полем.

Научная новизна.

• Впервые для повышения выхода и качества рафината процесса селективной очистки М-метилпирролидоном использована обработка масляного сырья постоянным магнитным полем в динамическом режиме.

• Установлены закономерности влияния линейной скорости потока сырья от 0,3 до 1,5 м/с и величины магнитной индукции от 0,15 до 0,3 Тл на критическую температуру растворения, выход и степень очистки рафината.

• Предложен механизм влияния постоянного магнитного поля на процесс экстракционной очистки масляного сырья М-метилпирролидоном, заключающийся в гомогенизации нефтяной дисперсной системы, увеличении доступа молекул растворителя к частицам полициклических ароматических, асфальто-смолистых веществ и более полной экстракции. Практическая ценность.

• Обработка углеводородного сырья постоянным магнитным полем с индукцией 0,3 Тл и линейной скоростью потока 0,3 м/с в процессе

селективной очистки приводит к получению базовых моторных масел с улучшенным показателем индекса вязкости на 5 пунктов.

• Предложена блок - схема подготовки сырья процесса селективной очистки, включающая блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией Ы-метилпирролидоном.

• Предварительная обработка магнитным полем фракции 420-500 °С и деасфапьтизата процесса селективной очистки позволяет увеличить выход рафината на 5 - 6 % масс., снизить энергозатраты на процесс экстракции при соотношении массовых долей растворителя к сырью 1:1 и 1,5:1 в зависимости от типа исходного сырья.

• Чистая прибыль за счет увеличения выхода, улучшения качества рафината и снижения энергозатрат на процесс экстракции, с учётом блока магнитной обработки перед процессом экстракции составляет 6,5 млн.руб.. На защиту выносятся следующие положения.

1. Закономерности изменения дисперсного состояния масляной фракции и деасфальтизата под действием магнитного поля.

2. Предварительная обработка магнитным полем мазута приводит к увеличению отбора дистиллятных фракций и уменьшению энергозатрат на проведение процесса вакуумной перегонки.

3. Способ селективной очистки Ы-метилпирролидоном масляной фракции и деасфальтизата при воздействии постоянного магнитного поля в динамическом режиме на исходное сырье.

4. Механизм влияния постоянного магнитного поля на процесс экстракционной очистки масляного сырья М-метилпирролидоном.

5. Блок - схема процесса вакуумной перегонки мазута и селективной очистки М-метилпирролидоном.

6. Экономическая оценка воздействия постоянного магнитного поля на масляное сырье.

Реализация работы. Основные положения и выводы диссертации используются в Астраханском государственном техническом университете

при подготовке инженеров по специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и бакалавров по направлению 240100.62 «Химическая технология и биотехнология» при выполнении лабораторных работ и учебных научно-исследовательских работ (УНИРС) по специальным дисциплинам «Нефтяные дисперсные системы», «Технология переработки нефти и газа», а также в процессе дипломного проектирования.

На ООО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» планируется проведение опытно - промышленных испытаний по интенсификации процесса селективной очистки Ы-метилпирролидоном с применением магнитной обработки.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на V Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), IV Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (г. Москва, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка 2009» (г. Уфа, 2009г.), V Международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (г. Москва, 2009г.), Международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2010г.), I научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (г. Астрахань, 2010), VIII Международных научных Надировских чтений по проблеме «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса» (Казахстан, Алматы, 2010г.), IV открытой научно-технической конференция молодых специалистов и работников «Энергия молодёжи - ресурс развития нефтегазовой отрасли» (г. Астрахань, 2011г.), Всероссийской научной конференции профес-

сорско-преподавательского состава (55-ая ППС) Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2011г.), II научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (г. Астрахань, 2011г.).

Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 16 работах, из них две публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ на изобретение и 12 докладов на международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из 100 наименований. Работа изложена на 114 страницах и содержит 31 таблицу и 38 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Указаны пути совершенствования процесса селективной очистки Ы-метилпирролидоном. Дан анализ природы растворителей (фенол, фурфурол и М-МП) процесса селективной очистки. Рассмотрены опубликованные результаты исследований о влиянии магнитного поля на подготовку и переработку углеводородного сырья.

Решение проблемы производства моторных масел связано с необходимостью интенсификации процесса селективной очистки Ы-метил-пирролидоном с помощью магнитного поля.

В первой главе рассмотрены современное состояние и перспективы развития процесса селективной очистки масляного сырья. Увеличение качественного и количественного показателей рафината достигается за счёт инженерных решений, усложняющих технологическую схему процесса, либо за счёт введения в сырьё добавок, действие которых выражается в значительном повышении выхода рафината без улучшения его качества. Показана

сравнительная характеристика экстрагентов процесса селективной очистки. Изложены современные представления о природе и строении углеводородного сырья - нефтяных дисперсных систем. Приводятся способы интенсификации различных процессов переработки углеводородного сырья с помощью магнитных полей.

На основании приведенного литературного обзора и сделанного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе представлены объекты и методы экспериментальных исследований.

Объектами исследований были выбраны мазут, деасфальтизат, полученный на установке деасфальтизации и фракция 420-500 °С, полученная на установке вакуумной перегонки мазута Волгоградского НПЗ. Деасфальтизат и фракция 420-500 °С являются представительными типами сырья процесса селективной очистки >}-метилпирролидоном.

Изучение влияния постоянного магнитного поля на дисперсное состояние углеводородного сырья и на эффективность процессов вакуумной перегонки мазута и селективной очистки Ы-МП проводили на лабораторной установке проточного типа с использованием сырьевой емкости, перистальтического насоса, обогреваемых транспортных линий и аппарата магнитной обработки сырья (магнетизатора).

Физико-химические характеристики мазута, фракции 420-500 °С и деас-фальтизата представлены в табл. 1.

Нагретые до состояния текучести деасфальтизат и масляную фракцию подавали в магнетизатор, в котором углеводородное сырье подвергалось воздействию постоянным магнитным полем.

Для масляного сырья процесса селективной очистки были определены размеры частиц дисперсной фазы фотоколориметрическим методом, разработанным в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и модифицированным в АГТУ. Критерием эффективности обработки магнитным полем углеводородного сырья является средний диаметр дисперсных частиц, изменение

которых наблюдали на фотоколориметре КФК - 2. Определение оптической плотности проводили на фотоколориметре на длине волны 440 нм не менее 3 раз.

В качестве экстрагента селективной очистки вместо фенола использовался Ы-метилпирролидон (Ы-МП), обладающий высокой растворяющей способностью, большей селективностью, избирательностью, экологично-стью, не образующий азеотропных смесей с водой. В настоящее время его считают наиболее перспективным растворителем при очистке остаточных и дистиллятных фракций.

Таблица 1

Основные физико-химические характеристики мазута, фракции 420-500°С и ___ деасфальтизата__

Показатели Фракция 420-500°С Деасфальтизат Мазут

Плотность при 20 °С, кг/м3 910 915 926

Температура застывания, °С 52 35

Кинематическая вязкость при 50 °С, мм2/с при 100 °С, мм2/с Вязкость условная: при 50 "С при 80 °С 55 9,1 23 4,409 1,969

Коксуемость (по Конрад-сону), % масс. - 0,97 4

Содержание серы, % масс. 1,7 1,6 1,8

Показатель преломления 0,5010 0,497 -

Структурно-групповой состав, % масс.:

парафино-нафтеновые 59,3 60,7 60,1

Ароматические:

- моноциклические 16,0 12,0 6,2

- бициклические 10,8 7,5 12,2

- полициклические 9,4 10,6 14

Смолы 3,1 7,7 4,7

Асфальтены 1,4 1,5 2,8

Процесс селективной очистки в лабораторных условиях осуществляли по общепринятой методике в цилиндрическом экстракторе периодического действия при температуре на 30°С ниже критической температуры растворения, снабженном мешалкой. Исследования проводились при одноступенчатой и трехступенчатой обработке сырья процесса селективной очистки избирательным растворителем. Регенерация растворителей из рафинатного и экстрактного растворов проведена на лабораторной установке для перегонки, работающей при атмосферном и остаточном давлении (до 10 мм. рт. ст).

Показатели качества сырья и продуктов определены в лабораторных условиях стандартными методами (таблица 2). Для исследования группового углеводородного состава мазута, деасфальтизата и вакуумного дистиллята использован метод жидкостной хроматографии.

Таблица 2

Методы определения характеристик нефтепродуктов_

Показатель ГОСТ

Плотность, кг/м3 3900-85

Температура застывания, °С 20287-91

Кинематическая вязкость, мм2/с 33-2000

Содержание общей серы, % масс. 1437-75

Коксуемость по Конрадсону, % масс. 19932-99

Показатель преломления 1461-75

В третьей главе представлены результаты по изучению возможности интенсификации процесса селективной очистки дистиллятного и остаточного масляного сырья с помощью постоянного магнитного поля.

Первоначально определяли фракционный состав мазута с помощью вакуумной перегонки в колбе Мановяна при давлении 0,01 - 15 кПа. Предварительная магнитная обработка при величине магнитной индукции от 0,08 до 0,225 Тл и линейной скорости потока 0,3 м/с, позволила увеличить выход балластных дистиллятных фракций до 5 - 6% масс., что в свою очередь

10

позволяет улучшить качество масляного сырья, за счет повышения температуры начала кипения фракций, выкипающих до 350 °С. Результаты вакуумной перегонки мазута представлены табл. 3.

Затем исследовали влияние магнитного поля на фракцию 420-500 °С, полученную при вакуумной перегонке, и деасфальтизат на изменение среднего диаметра дисперсных частиц на длине волны 440 нм, изменяя при этом величину магнитной индукции (0,15-0,4 Тл) и линейную скорость потока (0,3 и 1,5 м/с).

Анализ рисунка 1 показывает уменьшение размера частиц дисперсной фазы при величине магнитной индукции 0,2 - 0,4 Тл, что оказывает существенное влияние на многие физико-химические показатели рафината.

Таблица 3

Изменение выхода дистиллятов при перегонке остаточного сырья при об-

работки его постоянным магнитным полем

Температура разгонки, °С Выходы дистиллятов, % об.

Без магнитной обработки С магнитной обработкой 0,225 Тл

330 7,5 9,0

340 11,1 13,4

350 15,3 18,5

360 20,0 26,0

370 29,0 33,2

380 36,3 39,0

390 44,6 46,1

400 50,3 52,0

420 75,1 77,5

500 85,0 87,2

При воздействии на масляную фракцию и деасфальтизат магнитным полем с индукцией 0,15 Тл никаких изменений в диаметре частиц дисперсной фазы не происходит, а при магнитной индукции 0,4 Тл эффективность

магнитной обработки повышается, но при этом увеличиваются затраты на электроэнергию. Поэтому обрабатывать сырье процесса селективной очистки 1Ч-МП магнитным полем с индукцией 0,4 Тл является экономически невыгодным.

При уменьшении размера частиц дисперсной фазы посредством магнитной обработки деасфальтизата и фракции 420-500°С, происходит изменение физико-химических свойств рафината, в частности кинематической вязкости при 100 °С, как показывает рисунок 2.

дпфшип Щрмщ-СЬИпУ

дасфишш ' ']рши №5« ОС

3 ю

I" 110

РШ'ППтШНЛТЯОПГШДШВ]]! ТЗ

Рис. 1. Зависимость средних размеров частиц дисперсной фазы деасфальтизата и фракции 420-500°С от величины магнитной индукции

с

а .

а -г

15

О 0.15 0.2 (Ш 0,5

Вглнюв! шгнишй Н1Д\цац Ля

Рис. 2. Зависимость кинематической вязкости деасфальтизата и фракции 420-5 00°С от величины магнитной индукции

Область наиболее используемых кратностей обводненного и безводного растворителя к сырью лежит в пределах I --2 : 1 по массе (рис. 3,4).

При увеличении количества растворителя, подаваемого на экстракцию, повышается глубина очистки и одновременно снижается выход рафината.

Проведение процесса экстракции при уменьшении кратности растворителя к сырью нецелесообразно, поскольку чем меньше растворителя используется в процессе экстракции, тем больше низкоиндексных компонентов остается в рафинате. Уменьшение кратности не может обеспечить требуемого качества рафината. При более высоких значениях

кратности критическая температура растворения значительно падает, но технико-экономические показатели процесса тоже снижаются, т.к. улучшается качество рафината, но снижается его выход.

-дмсфмьпкп НЬфр;мш420-5000С

0.11 0,28 0.45 С."5

Массовое соогаошеше безводного К-мешшад-ощсш к спрыо

Рис. 3. Зависимость критической температуры растворения дистиллятного и остаточного сырья от массовой доли безводного И-метилпирролидона

Рис. 4. Зависимость критической температуры растворения дистиллятного и остаточного сырья от массовой доли обводненного N - метилпирроли-дона

-«-деасфаишта: -Ш-фуащю[4::0-500 ОС

0,12 0.28 0,48 0,75 1 1,5 2 4,5 10,1

Массовое соошошеше ооводненного Ы-мешшшррощоиа к сырью

Далее была определена критическая температура растворения, обработанного магнитным полем, масляного сырья в обводненном и безводном избирательном растворителе. Для этого выбраны три рабочие кратности Ы-МП к сырью - 1:1, 1,5 :1 и 2,0:1 по массе и величина магнитной индукции равная 0,2 и 0,3 Тл. Результаты определения критической температуры растворения в безводном растворителе представлены на рисунке 5,6.

13

-деас^анышш

-д«ясфачьлиаг+ МО (В=0.2 ТЛ > -депсфачы1гзат+ ЫО (Б-о,3 ТЛ)

0,75 1 1,5

Массовое соотношенпе обводного И-мегилппрролидона к сырью

Рис. 5. Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой деасфальтизата магнитным полем

■фракция 420-500 ОС -фра^01я420-Л1"Нн">Г+ Тч!''- 0 Тч "Фракция 420-500 ОС +ЫО |В=ХЗТл>

Массовое соотношение безводного 1Ч-П1СТИЛПИРРОЛ11ДОНЯ 1С сырью

Рис. 6. Зависимость КТР двухкомпонентной смеси С предварительной обработкой фракции 420-500° С магнитным полем

Показано, что за счёт снижения обводненности растворителя возможно резко снизить температуру экстракции. По литературным данным снижение содержания воды в растворителе облегчает процесс регенерации его из рафинатного и экстрактного растворов. Данные рисунков 5 - 8 показывают наибольшее изменение критической температуры растворения данного сырья в безводном и обводненном растворителе при обработке исходного сырья магнитным полем с величиной магнитной индукции равной 0,3 Тл.

I

—де.-кфлльпгмг без МО —деясфяпылчаг с ми »В=Ю Тл I —даасфсто-чгач с МО <В=0.5 Тл1

Массовое соотношение обводненного ГЧ-метилгшрролндона к сырью

Рис.7. Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой деасфальтизата магнитным полем

-фракция 420-500ОС без МО -Фракции 420-500ОС с МО (8 0.2 Тл) -Фракции 420-500 ОС с МО \В 0.3 Тл)

Массовое соотношение обводненно Г^-метнлпирролидона к сырью

Рис. 8. Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой фр.420-500°С магнитным полем

В таблице 4 приведены результаты очистки деасфальтизата, обработанного магнитным полем при одноступенчатой и трехступенчатой экстракции обводненным растворителем. Как видно, снижается температура экстракции с обводненным Ы-МГТ как при одноступенчатой, так и при трехступенчатой экстракции от 2 до 5 °С и содержание серы в рафинате до 0,6% мае., увеличивается выход рафината до 5 % масс., повышается количество парафино-нафтеновых до 4 % масс., которые обладают высокими вязкостными свойствами, а также наблюдается присутствие моноциклической арома-тики, которые защищают нафтеновые углеводороды от окисления. Особое значение процесс селективной очистки имеет для производства нефтяных масел, поскольку улучшаются такие эксплуатационные свойства как индекс вязкости, который увеличивается на 5 пунктов; температура застывания, которая повышается от 0,5 до 2 0 С, а также снижается количество содержание серы на 0,1 % масс., которая отрицательно влияет на эксплуатационные свойства масел. Аналогичное влияние оказывает магнитная обработка на фракцию 420-500° С (таблица 5).

По сравнению с очисткой деасфальтизата, содержащего сравнительно большее количество парафино-нафтеновых, полициклических ароматических углеводородов, смол и асфальтенов, выход рафината после очистки фракции 420 - 500° С значительно ниже, но лучше его качество, которое показывает увеличение выхода парафино-нафтеновых углеводородов. При рассмотрении влияния магнитного поля на процесс селективной очистки при воздействии магнитного поля с магнитной индукцией 0,2 Тл выход рафината изменяется незначительно. Анализ данных рисунков 9,10 говорит о том, что самый лучший результат по количественным и качественным показателям рафината получен при обработке деасфальтизата и дистиллятной фракции при величине магнитной индукции равной 0,3 Тл.

Таблица 4

Показатели очистки деасфальттаата обводненным №метилпирролидоном при кратности сырья к растворителю 1:1,5

Показатели Рафинат

Без магнитной обработки С магнитной обработкой (В=0,3 Тл) С магнитной обработкой (В=0,2 Тл)

Одноступ. экстракция Трехступ. экстракция Одноступ. экстракция Трехступ. экстракция Трехступ. экстракция

Выход рафината, % масс. 81 78 86 83 80

Температура процесса экстракции, °С Верх Низ середина 92 92 77 84 87 87 73 79 90 76 82

Физико-химические свойства

Плотность при 20 °С, «г/и1 888 878 882 872 875

Температура застывания, °С 52,7 49 53,2 51 50

Содержание серы, % мае. 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6

Индекс вязкости 92 93 94 98 95

Стр' уктурно-групповой состав, % масс.

парафино-нафтеновые 60,6 67 62,8 71 68,3

Ароматические:

- моноциклические 21,4 17,6 21,0 17 17,4

- бициюшческие 8,4 7,4 8,1 6 7,2

- полициклические 5,7 4,8 4,9 3,4 4,2

Смолы 2,4 2Д 2,0 1,7 1,9

Асфальтены 1,5 1,1 1,2 0,9 1

1

Показатели очистки фракции 420-500° С Ы-метилдирролидоном при кратности сырья к растворителю 1:1 Показатели РяАинят

Таблица 5

Без магнитной обработки

Одно ступ. экстракция

Трехступ. экстракция

Рафинат

С магнитной обработкой (В=0,3 Тл)

Одноступ. экстракция

Трехступ. экстракция

С магнитной обработкой (В=0,2 Тл)

Трехступ. экстракция

Выход рафината, % масс.

78,2

77,2

84,2

81,2

79,8

Температура процесса экстракции, °С Верх Низ

Середина_

85

70

85 70 77

70 55 62

81 73 66

Плотность при 20 °С, кг/м3

Физико-химические свойства

880

870

874

864

868

ИВ

99

102

101

106

104

Содержание серы, % мае.

0,7

0,6

0,6

0,5

0,5

Структурно-групповой состав, % масс,

парафино-нафтеновые

75,7

79

77,7

80,8

79,9

Ароматические:

- моноциюшческие

13,0

12

12,3

11,3

11,5

- бициклические

5,4

4,7

4,6

4,3

4,5

- полициклические

Смолы_

Асфальтены_

2,5 2,4 1,0

1,7

0,6

2,3 2,3 0,8

1,3 1,8

0,5

1,5

0,6

Згк'декфплшваг/ □пофращ{н4!0-;0000

Зпо цсосф^.чынзо у О но фракции 420-500 ОС

'V Я 8:

* 81

80

г я 79

в

3 78

т

с.

5 76

а 75

«

74

боозра&ик' 3,2 0,5

Величин:! магнитвнй индукции. Тл

Рис. 9. Зависимость выхода рафината от величины магнитной индукции

бС'Обрабоши 0,2 0,3

Величинашшитной индукции,Гп

Рис. 10. Зависимость содержания ароматических углеводородов от величины магнитной индукции

Рассмотрение механизма воздействия постоянного магнитного поля на сложную систему (рис. 11), образующуюся при селективной очистке базируется на теории нефтяных дисперсных систем (НДС).

Для объяснения влияния постоянного магнитного поля в динамическом режиме на процесс экстракции, сделаем следующие допущения: предположим, что НДС состоит из слоев, содержащих молекулы следующих веществ: молекулы первого слоя (асфальто-смолистые вещества) образуют ядро ССЕ, молекулы второго слоя (конденсированные ароматические и нафтеновые углеводоролды) - её сольватную оболочку и третьего слоя (парафиновые, нафтеновые, легкие ароматические) - дисперсионную среду, а при введении растворителя в НДС появляются молекулы четвертого слоя ( обводненный Ы-МП).

При введении растворителя происходит проникновение молекул 4-го слоя к ядрам ССЕ и сольватной оболочке. В данном случае структура ядра исходной ССЕ изменяется, молекула вводимого растворителя окружается молекулами, составлявших ранее ядро и сольватный слой ССЕ растворяемой НДС.

Без магнитной обработки

С магнитной обработкой

# ядро # 9 сольватвый слой днесерсновван среда ф растворитель вода

Рис. 11. Механизм процесса растворения с введением обводненного М-метилпирролидона

При подготовке масляного сырья воздействие магнитного поля вызывает перераспределение компонентов ССЕ и переход части молекул сольватной оболочки в дисперсионную среду, в результате чего уменьшаются размеры дисперсных частиц. Кроме того происходит изменение местоположения молекул и упорядочение структуры НДС под действием магнитного поля. В результате образуется новая структура, которая характеризуется большей гомогенностью, упорядоченностью, меньшей вязкостью, которая облегчает молекулярную и конвективную диффузию компонентов. Это способствует избирательному перераспределению компонентов между фазами и более четкому разделению углеводородов в процессе селективной очистки Ы-метилпирролидоном.

В результате того, что система становится более гомогенной, а молекулы растворителя окружаются слоем молекул, составлявших ранее ядро и сольватный слой, образуется новая ССЕ с ядром из единственных молекул обводненного растворителя, окруженных молекулами асфальто-смолистых веществ, которые, в свою очередь, окружены молекулами, со-

ставляющими ранее сольватный слой. Дисперсионная среда остаётся без изменений.

Асфальто-смолистые вещества и конденсированные ароматические углеводороды после магнитной обработки становятся более доступными растворителю и тем самым происходит более полная экстракция, которая приводит к увеличению степени очистки после регенерации растворителя из рафинатного и экстрактного растворов. Вода в данном случае не образует азеотропной смеси с растворителем и после процесса экстракционной очистки переходит в экстрактный раствор.

Время релаксации масляного сырья после воздействия на него магнитным полем в динамическом режиме в лабораторных условиях (при температуре окружающей среды) составляет до 12-17 часов. В промышленных условиях, согласно литературным данным, в процессе перекачивания масляного сырья при температуре 70° С время релаксации в переходном режиме сокращается в связи с изменением гидравлического режима и поперечного сечения трубопровода.

В четвертой главе на основании изучения характеристик исходного сырья и экспериментальных результатов предложена блок - схема подготовки сырья процесса селективной очистки, включающая блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией Ы-метилпирролидоном на рисунке 12.

Технико-экономические расчеты показали, что предлагаемый вариант процесса селективной очистки Ы-метилпирролидоном с предварительной обработкой исходного сырья магнитным полем, является экономически эффективным.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения блока магнитной обработки перед процессом экстракции составляет 6,5 млн. рублей, со сроком окупаемости магнетизатора 2 месяца.

Рис. 12. Блок - схема подготовки сырья сырья процесса селективной очистки, включающая блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном

ВЫВОДЫ

1. По результатам проведенных исследований масляной фракции и деас-фальтизата установлены закономерности изменения физико-химических и дисперсных характеристик в условиях воздействия постоянным магнитным полем в динамическом режиме.

2. Предварительная магнитная обработка мазута при величине магнитной индукции 0,225 Тл и линейной скорости потока 0,3 м/с, увеличивает выход балластных дистиллятных фракций и масляных фракций до 6%;

3. Разработан эффективный способ селективной очистки обводненным и безводным N-метилпирролидоном при одноступенчатой и трехступенчатой экстракции масляного сырья при воздействии на него постоянным магнитным полем в динамическом режиме.

4. В исследуемом диапазоне технологических параметров при обработке масляного сырья магнитным полем при одноступенчатой экстракции происходит снижение температуры процесса до 15°С при наименьшей кратности (в исследуемом диапазоне) растворителя к сырью 1:1 и увеличение выхода ра-фината до 6%.

5. Выявлено, что наибольший выход целевого продукта - рафината и его чистота при селективной очистке деасфапьтизата и фракции 420-500 С достигаются при 3-х ступенчатой экстракции с предварительной магнитной обработкой с величиной магнитной индукции 0,3 Тл, линейной скорости потока 0,3 м/с и кратностью растворителя к сырью 1:1 и 1,5:1.

6. Экспериментально установлено, что при селективной очистке N-метилпирролидоном с предварительной обработкой сырья масляного производства магнитным полем с величиной магнитной индукции 0,2 Тл наблюдается повышение индекса вязкости рафината до Зпунктов, а при 0,3 Тл - до 5 пунктов.

7. Научно обоснован механизм воздействия постоянного магнитного поля в динамическом режиме на масляное сырье, заключающийся в образовании новой структуры, которая характеризуется большей гомогенностью, упорядоченностью, меньшей вязкостью, которая облегчает молекулярную и конвективную диффузию компонентов.

8. Предложена блок - схема подготовки сырья процесса селективной очистки, включающая блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном.

9. Технико-экономический расчет показал рентабельность предлагаемого варианта экстракционной очистки углеводородного сырья со сроком окупаемости промышленного магнетизатора 2 месяца.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК ведущих рецензируемых

научных журналов;

1. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A., Рамазанова А.Р., Любименко Э.А. Повышение эффективности процесса селективной очистки деасфальтизата масляного производства с использованием постоянного магнитного поля // Нефть, газ и бизнес, 2012. - № 1. - С. 102-105.

2. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A., Пименов Ю.Т., Щугорев В.Д., Зимина С.Г., Власова Г.В. Интенсификация процесса перегонки мазута совместным воздействием магнитного поля и ультразвука // Технология нефти и газа, 2008. - №6. - С. 13-15.

Патенты:

3. Пат. 2427609 РФ, МПК C10G 32/02. Способ селективной очистки масляного дистиллята под воздействием магнитного поля / Пивоварова H.A., Адаспаева С.А., Адаспаев А.Т., Пивоваров А.Т., Рамазанова А.Р., Пименов Ю.Т., Кириллова Л.Б., Руденко М.Ф. - №2009149807, приоритет 31.12.2009, опубл. 27.08.2011, Бюл. 24.

4. Пат. № 2335524 РФ, МПК C10G 7/06. Способ перегонки остаточных нефтепродуктов с предварительной магнитно-акустической обработкой / Зимина С.Г., Пивоварова H.A., Пименов Ю.Т. Адаспаева С.А. - № 2007135486, приоритет 24.09.2007, опубл. 10.10.2008, Бюл. № 28.

Статьи:

5. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A. , Пивоваров А.Т., Руденко М.Ф. Изменение дисперсности и критической температуры растворения в процессе селективной очистки // Материалы VIII Международных научных Надиров-ских чтений по проблеме «Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса» (Казахстан, Алматы), 2010. - С.435-439.

Тезисы докладов:

6. Пивоварова H.A., Власова Г.В., Адаспаева С.А. Влияние совместной обработки магнитным полем и ультразвуком на процесс переработки угле-

водородного сырья // Сборник трудов V международной научно-практической - конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», г. Санкт - Петербург, 2008. - С. 254-255.

7. Пивоварова H.A., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т., Иванов А.О. Возможности волновых воздействий в процессе селективно й очистки масляных дистиллятов // Материалы IV международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем», г. Москва, 2008.-С. 170-171.

8. Пивоварова H.A., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т. Возможность совершенствования процесса селективной очистки N-метилпирролидоном // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазо-переработка 2009», г. Уфа, 2009. - С. 152-153.

9. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A., Пивоваров А.Т. Изменение критической температуры растворения в процессе экстракции N-метилпирролидоном // Материалы V международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем», г. Москва, 2009. - С.138-139.

10. Кириллова Л.Б., Пивоварова H.A., Власова Г.В., Мусаева М.А., Такаева М.А., Адаспаева С.А. Возможности интенсификации некоторых процессов переработки углеводородного сырья с помощью волновых воздействий. // Материалы V международной научно-технической конференции «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем», г. Москва, 2009. - С. 65-66.

11. Пивоварова H.A., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т. О влиянии магнитного поля на подготовку сырья для процесса экстракции N-метилпирролидоном // Тезисы докладов международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, 2010. -С. 155-156.

12. Кириллова Л.Б., Пивоварова H.A., Власова Г.В., Адаспаева С.А. Интенсификация подготовки углеводородного сырья к переработке с помощью волновых воздействий // Тезисы докладов международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, 2010. - С.154-155.

13. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A., Рамазанова А.Р., Руденко М.Ф. Экологически безопасный способ подготовки сырья процесса экстракции // Материалы 1-ой научно-практической конференции «Новейшие технологии ос-

воения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа», г. Астрахань, 2010. - С. 20-22.

14. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A., Рамазанова А.Р. Изменение определяющего фактора процесса селективной очистки в присутствии магнитного поля // IV открытая научно-техническая конференция молодых специалистов и работников «Энергия молодёжи - ресурс развития нефтегазовой отрасли», Астрахань, 2011. - С. 80-81.

15. Адаспаева С.А.Пивоварова H.A. Совершенствование процесса подготовки деасфальтизата к жидкостной экстракции N-метилпирролидоном // Всероссийская научная конференция профессорско-преподавательского состава (55-ая ППС) Астраханского государственного технического университета, 2011.-С. 321-322.

16. Адаспаева С.А., Пивоварова H.A. Экстракционная очистки деасфальтизата Волгоградского нефтеперерабатывающего завода // Материалы Н-ой научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа», г. Астрахань, 2011. - С. 175-176.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Пивоваровой Надежде Анатольевне, а также выражает свою признательность коллегам АГТУ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина: к.т.н., доценту Рамазановой А.Р., Власовой Г.В., к.х.н., доценту Кирилловой Л.Б., Похомову М.Д., главному инженеру «Лукойл-Волгограднефтепеработка» Анисимову В.И.

Принятые в тексте сокращения:

АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатая установка

НДС - нефтяные дисперсные системы

МО-магнитная обработка

N-МП - N-метилпирролидон

КТР - критическая температура растворения

ССЕ - сложная структурная единица

Заказ № 0133/12 Отпечатано 23.04.2012 г. Тир. 100 экз. Гарнитура Times New Roman. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,4 Типография ООО « Альфа Принт » Ю.а.: 414004, г. Астрахань, ул. Б. Алексеева 30/14 e-mail: Alfager@rambler.ru тел:89033485666

АльДА

61 12-5/3000

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

_ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»_

Объединенный диссертационный совет ДМ 307.001.04 по химическим и

техническим наукам

На правах рукописи УДК 665.63.541.182:537

АДАСПАЕВА САЙДА АЙДНАЛЯЕВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛЯНОГО СЫРЬЯ 14- МЕТИЛПИРРОЛИДОНОМ ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Пивоварова Н.А.

Астрахань - 2012

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатая установка

НДС - нефтяные дисперсные системы

МО - магнитная обработка

1\Т-МП - N-метилпиррол и дон

КТР - критическая температура растворения

ССЕ - сложная структурная единица

НПЗ - нефтеперерабатывающий завод

ММВ - межмолекулярное взаимодействие

Содержание

Введение................................................................................................................................................................5

Глава 1. Литературный обзор..........................................................................................................8

1.1 Современное состояние и основные направления процесса селективной очистки..........................................................................................................................8

1.2 Назначение процесса очистки масляного сырья........................................................10

1.3 Режимные показатели процесса.................... ..........................................................13

1.4 Применение растворителей в процессе очистки......................................................16

1.5 Интенсификация процесса селективной очистки....................................................23

1.6 Применение внешних воздействий в процессах переработки углеводородного сырья................................................................................................................25

1.7 Изменение строения и свойств нефтяных дисперсных систем

под влиянием внешних воздействий....................................................................................28

1.8 Аппараты для магнитной обработки жидкостей..................................................33

Глава 2. Объекты исследования и методы проведения

экспериментов................................................................................................................................................38

2.1 Характеристика сырья......................................................................................................................38

2.2 Экстрагент процесса селективной чистки...........................................39

2.3 Определение показателей качества сырья и продуктов

стандартными методами..................................................................................................................39

2.4Установка вакуумной перегонки нефтяных остатков........................................40

2.5 Методика определения размеров частиц дисперсной фазы..................41

2.6 Проточная установка обработки углеводородного сырья магнитным полем................................................................................................................................43

2.7 Методика определения группового состава сырья и продуктов..........44

2.8 Методика определения критической температуры растворения

сырья в растворителе................................................................. 46

2.9 Методика проведения жидкостной экстракции........................... 47

2.10 Методика регенерации растворителей из рафинатного и экстрактного растворов.............................................................. 51

Глава 3. Экспериментальные исследования процесса селективной очистки с предварительной обработкой масляного сырья магнитным полем.................................................................... 53

3.1. Исследование влияние магнитной обработки мазута в на выход дистиллятных фракций при вакуумной перегонке.......................... 53

3.2. Влияние постоянного магнитного поля на средние размеры дисперсных частиц и физико-химические свойства масляной фракции 420-500 °С и деасфальтизата......................................... 56

3.3 Параметры и режимные показатели экстракционной очистки 1\Г-метилпирролидоном.............................................................. 59

3.4 Исследование процесса селективной очистки при однократной экстракции М-метилпирролидоном.............................................. 64

3.5 Исследование процесса селективной очистки при многократной экстракции Ы-метилпирролидоном.............................................. 72

3.6 Механизм процесса экстракционной очистки масляного сырья М-метилпирролидоном.............................................................. 79

Глава 4. Разработка технологии процесса селективной очистки с учетом блока магнитной обработки Технико-экономические показатели процесса селективной очистки................................. 84

4.1 Технико-экономические показатели процесса селективной очистки 1\Г-метилпирролидоном с предварительной обработкой исходного сырья магнитным полем.................................................................... 84

4.2 Разработка технологии процесса селективной очистки с учетом блока магнитной обработки....................................................... 98

Выводы.............................................................................. ЮЗ

Список литературы.................................................................. 105

Введение

Спрос на моторные масла с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами постоянно повышается в связи с увеличением производства отечественных и импортных автомобилей. Россия сегодня -четвертый по величине потребитель масел в мире. Потребность страны в нефтяных маслах составляет более 1,7 млн. тонн. К 2015 году ожидается увеличение продажи нефтяных масел до 2,05 млн. т. В последние годы наблюдается тенденция по сокращению производства масел отечественными предприятиями и ростом объемов экспортных поставок, поэтому отечественные нефтяные компании стремятся получить высококачественные базовые масла путем углубления процесса селективной очистки масляного сырья N - метилпирролидоном.

В технологических процессах подготовки сырья для нефтепереработки используются катализаторы, химические реагенты различного назначения, однако традиционные химические методы и стандартные технологии во многих случаях оказываются недостаточно эффективными. В настоящее время специалисты уделяют внимание физическим методам активации углеводородного сырья, среди которых наиболее универсальным является магнитная обработка.

Во многих областях хозяйственной деятельности человека (в том числе и при нефтепереработке) накоплен большой положительный опыт применения магнитного поля, создаваемого специальными устройствами -магнитоактиваторами. Научное объяснение результатов, полученных на практике, ограничено недостаточной теоретической проработкой проблемы действия сил магнитного поля из- за сложности структурных и энергетических превращений в веществах различного строения на микро-и макроуровне. Поэтому всестороннее изучение поведения нефтяного сырья в магнитном поле позволят углубить и расширить наше понимание вопросов, рассматривающих влияние физических полей на различные

структурированные системы, в том числе и на исследуемые нами нефтяные дисперсные системы

Использование магнитного поля расширяет рамки регулирования технологических параметров процесса, приводит к повышению рентабельности производства и является экологически безопасным.

Основной целью диссертационной работы является интенсификация процесса селективной очистки дистиллятной фракции и деасфальтизата 1чГ-метилпирролидоном под действием магнитного поля в динамическом режиме для улучшения качества и увеличения выхода рафината.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, принятых в тексте списка сокращений и приложений.

В первой главе рассмотрены современное состояние и перспективы развития процесса селективной очистки масляного сырья. Увеличение качественного и количественного показателей рафината достигается за счёт инженерных решений, усложняющих технологическую схему процесса, либо за счёт введения в сырьё добавок, действие которых выражается в значительном повышении выхода рафината без улучшения его качества. Показана сравнительная характеристика экстрагентов процесса селективной очистки. Изложены современные представления о природе и строении углеводородного сырья - нефтяных дисперсных систем. Приводятся способы интенсификации различных процессов переработки углеводородного сырья с помощью магнитных полей.

На основании приведенного литературного обзора и сделанного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе приведены характеристики мазута, фракции 420 -500°С и деасфальтизата, использованных при выполнении настоящей диссертации. Описаны методы определения физико-химических и дисперсных свойств объектов исследования. Обоснован выбор и описаны методики проведения исследований процесса очистки углеводородного сырья от нежелательных компонентов.

В третьей главе представлены результаты по изучению возможности интенсификации процесса селективной очистки N-метилпирролидоном дистиллятного и остаточного масляного сырья с помощью постоянного магнитного поля.

В четвертой главе на основании изучения характеристик исходного сырья и экспериментальных результатов предложена блок - схема подготовки сырья процесса селективной очистки, включающая блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном. Представлен технико-экономический расчет и экономический эффект от внедрения блока магнитной обработки перед процессом экстракции.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Пивоваровой H.A., а также выражает свою признательность коллегам из ФГБОУ ВПО «АГТУ» и РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина: к.т.н., доценту Рамазановой А.Р., Власовой Г.В., к.х.н., доценту Кирилловой Л.Б., Похомову М.Д., главному инженеру «Лукойл-Волгограднефтепеработка» Анисимову В.И.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Современное состояние и основные направления процесса

селективной очистки В настоящее время основные тенденции развития современных нефтеперерабатывающих производств обусловлены необходимостью увеличения глубины переработки нефти и ужесточением экологических требований к процессам и продуктам нефтеперерабатывающих заводов. Продвижения в технологиях производства базовых масел, прежде всего, состоят в стремлении крупных нефтяных компаний снизить содержание нежелательных компонентов в маслах путем углубления селективной очистки. Явление растворимости одних компонентов в других нашло широкое практическое применение в различных процессах химической технологии, однако промышленное производство их стало развиваться лишь с конца 60-х годов [1 ].

Одним из первых возможность получения масел из мазута установил Д.И. Менделеев. Исследования кавказских нефтей, приведенные им совместно с В.В. Марковниковым, оказали большое влияние на развитие отечественного масляного производства. Под руководством Д.И. Менделеева на Константиновском заводе (вблизи Ярославля) было организовано производство нефтяных масел и начато систематическое исследование их свойств [1-3].

Развитию производства и улучшению качества нефтяных масел во многом содействовали фундаментальные работы Л.Г. Гуревича (1871-1926 гг.) и К.В. Харичкова (1865-1921 гг.) Широкому применению нефтяных масел способствовали классические работы русского ученого Н.П. Петрова, создавшего гидродинамическую теорию смазки и обосновавшего возможность полной замены растительных масел нефтяными.

Развитие и совершенствование техники, рост быстроходности машин, повышение рабочих температур, контактных нагрузок и продолжительности эксплуатации оборудования существенно изменили роль и повысили

требования к смазочным маслам. Необходимость увеличения объемов производства и улучшения качества масел привела к внедрению более прогрессивных методов очистки масляных дистиллятов и остатков, в частности применению избирательных растворителей, обеспечивающих значительно более полное извлечение из сырья ценных компонентов.

Промышленное использование избирательных растворителей в производстве масел началось в 30-х годах. Впервые на возможность разделения нефтяных фракций при помощи таких растворителей указывали A.M. Бутлеров и В.В. Марковников, на возможность выделения масляных фракций из мазута методом холодного фракционирования - К.В. Харичков. Промышленное применение избирательные растворители получили в 1911 г., когда Эделеану предложил очищать керосиновые фракции сернистым ангидридом. В качестве избирательных растворителей для очистки масляных дистиллятов исследовались многие вещества - фенол, фурфурол, нитробензол, жидкий сернистый ангидрид, крезолы, хлорекс и др. Большой вклад в развитие теории и практики применения избирательных растворителей для очистки нефтепродуктов внесли работы советских ученых Н.И. Черножукова, Л.Г. Жердевой и др. Действие избирательных растворителей основано на различной растворимости в них желательных и нежелательных компонентов масляного сырья, благодаря чему их можно отделить друг от друга. Применение растворителей в процессах очистки позволяет улучшить качество вырабатываемых масел и значительно расширить сырьевые ресурсы за счет вовлечения в производство масел менее качественных нефтей [1-4] .

Очистке селективными растворителями (фенолом, фурфуролом или N-метилпирролидоном) подвергают дистиллятное и остаточное сырье с целью удаления смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов с целью повышения индекса вязкости, снижения коксуемости, улучшения цвета и вязкостно-температурных свойств смазочных масел [5-13]. Первая в СССР установка селективной очистки дистиллятного сырья фурфуролом сооружена в 1937 г. в Баку. Глубина очистки зависит от качества сырья и требований,

предъявляемых к базовым маслам. Процесс очистки селективными растворителями, широко распространенный в производстве масел, имеет некоторые недостатки: наиболее существенный из них - неполное удаление нежелательных компонентов. С увеличением расхода растворителя снижается выход масла и ухудшается его стабильность [1]. Таким образом, развитие экстракционных процессов очистки масляных дистиллятов и деасфальтизатов является в настоящее время актуальной задачей.

1.2 Назначение процесса очистки масляного сырья

Смазочные материалы - это вязкие, жирные жидкости или пасты, предназначенные для снижения трения и износа трущихся поверхностей, получаемые переработкой нефти (минеральные масла), путём синтеза (синтетические масла), или густые пластинчатые смазки [14].

Промышленное производство базовых масел осуществляется переработкой масляных дистиллятов и деасфальтизатов с применением процессов селективной очистки и депарафинизации [1, 15,16].

Химический состав нефти, из компонентов которых формируется базовая основа масел, играют здесь решающую роль.

Масляные фракции из сернистых нефтей, очищенные фенолом, по всем физико-химическим показателям заметно отличаются от масляных фракций из малосернистых бакинских нефтей, очищенных фурфуролом. У малосернистого дизельного масла более благородный химический состав благодаря повышенному содержанию нафтеновых углеводородов [15].

Масляные фракции, получаемые из сернистых нефтей, отличаются от малосернистых по пределам выкипания и по молекулярной массе. В зависимости от состава и молекулярной массы меняется их углеводородный состав. С утяжелением фракционного состава в дистиллятах повышается содержание ароматических углеводородов и смол и серосодержащих соединений.

Естественно, что фракции с утяжеленным фракционным составом будут труднее поддаваться очистке, чем с облегченным составом.

Остаточные полупродукты — деасфальтизаты отличаются от дистиллятов не только фракционным составом, но и молекулярной массой, а также вязкостью. Они труднее переходят в состав полярного растворителя, несмотря на то, что они прошли процесс деасфальтизации и содержат меньше полициклических ароматических углеводородов [15].

Для растворения высокомолекулярных остаточных компонентов требуются высокие температура и соотношение растворителя к сырью.

Поскольку одним из основных назначений процесса очистки масел избирательными растворителями является повышение индекса вязкости, то качество сырья следует рассматривать в первую очередь с точки зрения содержания в нем высокоиндексных компонентов [17] .

На Волгоградский нефтеперерабатывающий завод для производства высококачественных масел отдельно подаются малосернистые нефти Жирновского, Мухановского и Коробковского месторождений, на НовоУфимский нефтеперерабатывающий завод отдельным потоком подается туймазинская нефть. Сортировка нефтей позволяет получать из квалифицированного сырья термически и химически стабильные высокоиндексные масла с лучшими противоизносными и противозадирными свойствами, с лучшей приемистостью к антиокислительным, антикоррозионным, моюще-дисперг�