СПОСОБ ОЧИСТКИ МАСЛЯНЫХ ФРАКЦИЙ
OIL FRACTION PURIFICATION METHOD

Изобретение относится к усовершенствованию способа очистки масляных фракций и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
В настоящее время масляные фракции в основном очищают путем смешения их с избирательными растворителями (N-метилпирролидон, фенол, фурфурол, ацетон) с последующим разделением полученной смеси на рафинат и экстракт. Способ позволяет освободиться от нежелательной ароматики, асфальтенов и смолистых соединений. Однако при этом значительное количество нежелательных компонентов остается в рафинате. В промышленной и исследовательской практике гидрогенизационные методы очистки масел конкурируют с процессами очистки масел растворителями. Однако при этом происходит нежелательное гидрирование полициклических ароматических соединений, расщепление углеводородов и удаление из масел естественных ингибиторов окисления. Кроме того, эти процессы дорогостоящие и с большими потерями сырья.
Известен способ очистки масляных фракций путем обработки их избирательными растворителями отличающийся тем, что масляные фракции предварительно окисляют пероксидом водорода в присутствии катализаторов (прототип. Патент РФ 2243986. Б.И. №1 2005 г.). Недостатком способа является использование в качестве катализаторов окисления кислот с высокой коррозионной агрессивностью (муравьиной, уксусной) и недостаточная эффективность очистки.
Целью изобретения является исключение из технологии очистки кислот и улучшение качества получаемых масел. Поставленная задача решается тем, что в качестве катализаторов окисления (активирующих добавок) используют растительные масла (рапсовое, касторовое, подсолнечное, соевое, горчичное). При этом уменьшается токсичность, улучшаются стабильность, антикоррозионные и противоизносные свойства масел. Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример 1. В четырехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, термометром и капельной воронкой, загружают 100 мл дистиллята маловязкой масляной фракции с температурными пределами выкипания 300-400°С, полученной из западно-сибирской нефти, содержащей 1,5% общей серы. К дистилляту добавляют 1 г рапсового масла (катализатор). Затем вводят в предварительно нагретую до 60°С реакционную массу по каплям 2 г 30% водного раствора пероксида водорода при интенсивном перемешивании. После введения всего количества пероксида водорода выдерживают реакционную массу при заданной температуре и перемешивают в течение 30 минут. Момент начала реакции отсчитывают со времени добавления к реакционной термостатируемой массе рассчитанного количества пероксида водорода. По завершении реакции содержимое колбы охлаждают и отделяют органический слой (оксидат) от водного. Далее проводят селективную очистку N-метилпирролидоном для получения трансформаторного масла селективной очистки ГОСТ 1021-76. Для этого в экстрактор загружают 100 мл сырья и 300 мл растворителя. Смесь нагревают до 56°С и выдерживают в экстракторе в течение 10 минут, для того, что бы загруженное сырье и растворитель приняли заданную температуру эксперимента. Затем включают мешалку для перемешивания, которое осуществляют интенсивно в течение 5 минут. После окончания перемешивания выключают мешалку и содержимому экстрактора дают отстояться в течение 10 минут. За это время происходит разделение системы на два слоя: верхний слой - раствор рафината и нижний слой -раствор экстракта. Экстрактный раствор отделяют с низа эктрактора. Далее процесс ведут в пять рядов по ступеням экстракции в соответствии со схемой Нэша и Хантера (Нигматуллин Р.Г., Золотарев П.А., Сайфуллин Н.Р. и др. Селективная очистка масляного сырья. Нефть и газ. 1998. 208 с).
Полученные с рядов рафинатный и экстрактный растворы многократно промывают горячей (50-79°С) водой для удаления следов растворителя. Одноразовая порция горячей воды составляет не менее трех объемов рафината. Рафинат фильтруют через бумажный фильтр для удаления следов воды. Результаты опытов приведены в табл.1. Для сравнения приведены также данные масла, очищенного по известному способу (патент 2243986).
Результаты опытов по очистке дистиллята маловязкой масляной фракции для получения трансформаторного масла селективной очистки ГОСТ 10121-76
Таблица 1
Показатели
Сырье дистиллят
Очистка по известному способу патент 2243986
Очистка окисленного сырья в присутствии 1% растительного масла
рапсовое
касторовое
Кратность сырья к растворителю
1:3
1:3
1:3
Выход рафината, %
41,5
49,2
44,2
Вязкость кинетическая, мм<sup>2</sup>/с, при 50°С
6,91
7,1
6,5
6,7
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла
0,007
0,06
0,05
0,05
Стабильность против окисления: летучих низкомолекулярных кислот, мг КОН на 1 г масла
0,005
0,006
0,004
0,004
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С
167
172
174
174
Цвет на колориметре ЦНТ, ед. ЦНТ
0,8
0,8
0,6
0,7
Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С, %
1,6
1,5
1,5
Массовая доля серы
1,38
0,12
0,09
0,1
Как видно из таблицы 1, применение рапсового масла улучшает показатели, характеризующие электрические свойства трансформаторного масла: тангенс угла диэлектрических потерь снижается на 7-8%, количество летучих низкомолекулярных кислот - с 0,005 до 0,004 мг КОН на 1 г масла. Уменьшается кислотное число на 10-15% и, следовательно, улучшается коррозионная стойкость и уменьшается токсичность масла.
Пример 2. В четырехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником, термометром и капельной воронкой, загружают 100г дистиллята средневязкой масляной фракции с температурными пределами выкипания 350-420°С, содержащего 1,8% (масс) общей серы. К дистилляту добавляют 3% касторового масла (катализатор). Затем вводят в предварительно нагретую до 70°С реакционную массу по каплям 3 г 30% водного раствора пероксида водорода при интенсивном перемешивании. После введения всего количества пероксида водорода выдерживают реакционную массу при заданной температуре и перемешивают в течение 30 минут. По завершении реакции содержимое колбы охлаждают и отделяют органический слой (оксидат) от водного. Далее проводят селективную очистку оксидата N-метилпирролидоном для получения рафината компонента турбинного масла ТП-22Б ТУ 38.401-58-48-92. Анализ качества рафината приведен в табл.2. Для сравнения приведены такие данные масла, очищенного по известному способу (патент РФ 2243986). Результаты опытов по очистке дистиллята средневязкой масляной фракции для получения масла турбинного Тп-22Б ТУ 38. 401-58-48-92.
Таблица 2
Показатели
Сырье дистиллят
Очистка по известному способу, патент 2243986
Очистка окисленного сырья в присутствии 3% растительного масла
рапсовое
касторовое
Кратность сырья к раствороителю
-
1:4
1:4
1:4
Выход рафината, %
-
38,2
42,2
41,5
Вязкость кинематическая при 40°С, мм<sup>2</sup>/с
30,5
27,6
29,2
29,4
Индекс вязкости
90
95
98
98
Кислотное число, мг КОН +1 г масла
0,04
0,07
0,02
0,03
Стабильность против окисления: в течение 24 ч и расхода кислорода 5 дм<sup>3</sup>/л при 130°С
0,01
0,008
0,007
0,007
-массовая доля осадка после окисления
- кислотное число после окисления, мг КОН на 1 г масла
0,08
0,12
0,05
0,04
- содержание летучих низкомолекулярных кислот, мг КОН на 1 г масла
0,08
0,14
0,03
0,04
Время деимульсации, с
175
178
169
170
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С
180
192
191
191
Цвет базового масла на калориметре ЦНТ, ед. ЦНТ
1,8
1,9
0,8
0,9
Массовая доля серы, %
1,82
0,18
0,11
0,11
Как видно из таблицы 2, применение касторового масла повышает стабильность масла против окисления: массовая доля осадка (по ГОСТ 981-95) уменьшается с 9,08 до 0,07%, кислотное число с 0,07 до 0,3 мг КОН на 1 г масла. Повышается скорость деэмульсации на 10%.
Пример 3. Окисление проводят в реакторе колонного типа в пенно-эмульсионном репсиме. Вспенивание реакционной смеси создают продуванием воздуха со скоростью в полном сечении реактора 0,05 м/с через перфорированную тарелку, вмонтированную в нижнюю часть реактора. 100 г деасфальтизата остаточной фракции, содержащего 1,92% общей серы и 3г рапсового масла, загружают в реактор при подаче воздуха. Реактор нагревают и при достижении температуры 60°С вводят 4 г 30% водного раствора пероксида водорода. После окисления в указанном режиме в течение 30 минут подачу воздуха прекращают. Момент начала реакции отсчитывают со времени добавления к реакционной термостатируемой массе рассчитанного количества пероксида водорода. По завершении опыта содержимое реактора охлаждают, сливают в колбу и проводят селективную очистку продукта N-метилпирролидоном для получения компрессорного масла КС-19 по методике, описанной в примере 1. Анализ качества полученного масла приведен в таблице 3. Для сравнения приведены также данные масла, очищенного по известному методу. Основными требованиями, предъявляемыми к этим маслам, является высокая стабильность их против окисления кислородом воздуха и малая испаряемость, т.е. высокая температура вспышки. Как видно из полученных данных, при окислении в присутствии рапсового масла осадок после окисления уменьшается на 7%, температура вспышки повышается с 268 до 278°С.
Результаты опытов по очистке деасфальтизата остаточной масляной фракции для получения масла компрессорного КС-19
Таблица 3
Показатели
Сырье - деасфальтизат
Очистка по известному способу, патент 2243986
Очистка окисленного сырья в присутствии 3% растительного масла
рапсовое
касторное
Кратность сырья к растворителю
1:4
1:4
1:4
Выход рафината, %
-
30,9
37,2
37,1
Вязкость кинематическая при 100°С мм<sup>2</sup>/с
20,3
21,1
20,2
20,1
Индекс вязкости
81
88
92
93
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С
260
268
278
279
Температура застывания, °С
-13
-13
-16
-16
Коксуемость, %
0,5
0,4
0,3
0,3
Осадок после окисления, %
0,06
0,04
0,03
0,03
Массовая доля серы, %
1,92
0,6
0,5
0,6