СПОСОБ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ
METHOD OF FLUID EXTRACTION

Предполагаемое изобретение относится к способам экстракции с применением селективных растворителей и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности в процессах экстракционной очистки сырья при производстве базовых масел.
За прототип изобретения принят способ жидкостной экстракции (Основы жидкостной экстракции / Ягодин Г.А., Каган С.З., Тарасов В.В. и др. под ред. Г.А.Ягодина - М.: Химия, 1981), согласно которому сырье и селективный растворитель подаются через коллекторы, расположенные в верхней и нижней частях экстрактора - вертикального аппарата колонного типа, оснащенного в центральной части контактными устройствами.
К недостаткам этого способа следует отнести то, что низкая степень диспергирования подаваемого через коллекторы сырья и растворителя и ограниченные возможности создания внутреннего контура циркуляции в экстракторе, приводят к недостаточной селективности экстракционного разделения сырья. Следствием этого является снижение отбора рафината или экстракта в зависимости от цели процесса экстракции - очистки сырья от нежелательных компонентов или максимально возможного извлечения целевых компонентов в экстракт, снижение качества извлекаемой продукции и повышение кратности экстрагента к сырью.
Цель изобретения - повышение отбора целевого продукта процесса экстракции (рафината или экстракта) при обеспечении его требуемого качества и снижении кратности растворителя к сырью.
Поставленная цель достигается тем, что в процессе экстракции подача сырья и селективного растворителя производится через коллекторы, расположенные в верхней и нижней частях экстрактора - вертикального аппарата колонного типа, оснащенного в центральной части контактными устройствами. При этом сырье и растворитель поступают в коллекторы, предварительно проходя инжекторы, инжектируя среду, находящуюся в экстракторе, через коллекторы, расположенные ниже уровня установки коллекторов ввода сырья и растворителя.
Сущность способа поясняется схемой, приведенной на чертеже. Приводится случай, когда селективный растворитель имеет большую плотность, чем сырье. Растворитель 1 подается под давлением в инжектор ввода растворителя 2. Возникающее в полости инжектора разряжение обеспечивает инжектирование среды из экстрактора 3, создавая поток 4. Этот поток попадает из экстрактора 3 в инжектор 2 через коллектор 5. Этот коллектор, как и все остальные, представляет собой конструкцию с центральной трубой 6 и соединенными с ней патрубками 7, имеющими отверстия по всей длине (см. чертеж, разрез А-А).
Смесь 8 растворителя с инжектируемым потоком попадает в расположенный выше коллектор 9, конструкция которого, как указано выше, аналогична коллектору 5. Инжектируемый поток 4 отбирается в коллектор 5 по всему сечению экстрактора. В свою очередь смесь, поступающая в коллектор 9, распределяется этим коллектором также по всему сечению экстрактора.
Аналогичным образом подается в аппарат сырье 10. Сырье, попадающее в инжектор 11, инжектирует поток 12 из экстрактора через коллектор 13. Поток 12 после смешения в инжекторе 11 с сырьем 10 поступает в коллектор 14. Отбор и распределение потоков в коллекторах 13 и 14 аналогичны коллекторам 5 и 9.
Образовавшиеся в результате массообмена в области установки инжекторов подачи сырья и растворителя потоки направляются под действием разности плотностей вверх и вниз по экстрактору. Часть из них попадает в центральную область экстрактора, где в режиме противотока проходит контактные устройства 15.
Балансовые количества потоков после взаимодействия в области установки инжекторов покидают экстрактор в виде рафинатного 16 и экстрактного 17 растворов.
Экстрактор оснащен отражателями 19 для предотвращения турбулизации потоков в нижней и верхней отстойных зонах.
Предлагаемый способ был проверен в промышленных условиях в процессе экстракционной очистки фурфуролом дистиллятной фракции вакуумной разгонки мазута при производстве компонента базового масла и дал положительные результаты.
В качестве сырья процесса экстракции использовали фракцию с пределами выкипания 350-420°С, основные свойства которой приведены ниже:
2
Вязкость кинематическая, мм/с:
при 100°С
4,3
при 40°С
25,2
Индекс вязкости
51
Показатель преломления при 50°С
1,4939
Плотность при 50°С, г/см<sup>3</sup>
0,884
Содержание серы, мас.%
1,4
Содержание твердых парафинов, мас.%
10,2
Температура плавления, °С
24,5
Применяемый селективный растворитель - фурфурол.
Пример 1. Экстракцию проводили в соответствии со способом, принятым за прототип. Сырье и растворитель подавали через две пары коллекторов, расположенных в верхней и нижней частях экстрактора вертикального аппарата колонного типа, оснащенного в центральной части контактными устройствами. Основные показатели режима процесса экстракции приведены в табл.1, отбор и показатель качества рафината - в табл.2.
Таблица 1
Основные показатели режима процесса экстракции
Величина показателей при применении
Известного способа
Предлагаемого способа
Производительность по сырью, м<sup>3</sup>/ч
28,5
33,5
Объемная кратность растворителя к сырью, об. доли на сыре
2,2:1
1,9:1
Температура, °С:
- в верхней части экстрактора
100
100
- в нижней части экстрактора
70
70
Таблица 2
Отбор и показатель качества рафината
При применении
Известного способа
Предлагаемого способа
Отбор рафината
66,1
69,5
Показатель преломления рафината при 50°С
1,4674
1,4685
Пример 2. Экстракцию проводили в соответствии с предлагаемым способом. Процесс экстракции осуществляли в той же колонне, что в примере 1. Подачу сырья и селективного растворителя производили через коллекторы, расположенные в верхней и нижней частях экстрактора. При этом сырье и растворитель поступали в коллекторы, предварительно проходя инжекторы, инжектируя среду, находящуюся в экстракторе, через коллекторы, расположенные ниже уровня установки коллекторов ввода сырья и растворителя.
Основные показатели режима процесса экстракции приведены в табл.1, отбор и показатель качества рафината - в табл.2.
Применение предлагаемого способа позволило повысить отбор рафината на 3,4 мас.%. При этом качество рафината удовлетворяло заданным требованиям. Показатель преломления рафината, характеризующий наличие в нем нежелательных компонентов - полициклической ароматоки и смол - не превышал предельно допустимой для конкретного производства величины - 1,4715.
Следует отметить, что улучшение показателей процесса при внедрении предлагаемого способа экстракции было достигнуто при повышении производительности по сырью на 17,5% наряду со снижением кратности растворителя к сырью на 15,8%.
Предлагаемый способ экстракции обеспечивает не только интенсивное перемешивание с неравновесными потоками в соответствующих зонах аппарата, распределение образующихся смесей по его сечению, но и создание локальных контуров циркуляции потоков между зонами с разной концентрацией компонентов сырья и используемого растворителя. Дальнейшее движение фаз обусловлено разностью их плотностей.
Развитие поверхности контакта фаз и интенсификация массообмена между ними позволяет приблизить сырье и растворитель, поступающие в аппарат к состоянию равновесия с потоками, движущимися в соответствующих зонах колонны. При этом происходит более полное извлечение нежелательных компонентов из сырья уже на стадии его подачи в аппарат и дополнительное извлечение этих компонентов из потока, контактирующего с растворителем в верхней части колонны наряду со снижением потерь целевых компонентов с раствором экстракта. Т.е. создаются условия для повышения селективности процесса и увеличения отбора целевых компонентов (повышения выхода рафината при заданном его качестве) наряду со снижением кратности растворителя к сырью - уменьшением энергоемкости процесса.