Доочистка высокосернистой масляной фракции селективной очистки адсорбцией на силикагеле

УДК 621.311.3.048

ДООЧИСТКА ВЫСОКОСЕРНИСТОЙ МАСЛЯНОЙ ФРАКЦИИ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ АДСОРБЦИЕЙ НА СИЛИКАГЕЛЕ

Л.Р. ГАЙНУЛЛИНА, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет

Исследовано влияние температуры и высоты слоя силикагеля в адсорбционной колонке на процесс удаления сернистых соединений из масляной фракции с температурой кипения 300-400 °С.

Ключевые слова: масляная фракция, адсорбция, сернистые соединения.

Масляные фракции селективной очистки с температурой кипения 300-400 °С, как и трансформаторные масла селективной очистки, по сравнению с трансформаторным маслом гидрокрекинга характеризуются повышенным содержанием сернистых соединений и полициклических углеводородов [1-5].

Настоящая работа посвящена исследованию повышения качества трансформаторного масла путем доочистки методом адсорбции с целью повышения его эксплуатационных показателей и срока службы в маслонаполненном электрическом оборудовании.

В качестве объекта исследования использована масляная фракция Арланской нефти селективной очистки с температурой кипения Гкип = 300-400 °С и содержанием 6,4 % сернистых соединений, или в пересчете на общую серу 0,91 % серы. Количество полициклических углеводородов составляло 3,19 %.

Адсорбционную очистку фракции осуществляли в лабораторном стеклянном адсорбере диаметром 15 мм и высотой 700 мм со стационарным слоем адсорбента, в качестве которого был использован силикагель марки АСК. Адсорбер снабжен электронагревателем, напряжение которого регулируется лабораторным автотрансформатором. Внутри адсорбционной установки установлены термометры для измерения температуры адсорбции масла.

Разделение фракции Арланской нефти селективной очистки на углеводородные группы производили путем адсорбции на силикагеле [6]. Для каждой группы выделенных углеводородов определяли выход и содержание серы.

При проведении эксперимента исследовали влияние высоты слоя силикагеля в адсорбционной колонке и температуры на процесс удаления серы из трансформаторного масла адсорбцией.

Влияние температуры на удаление серы из масла адсорбцией изучали при постоянной высоте слоя силикагеля в колонке, равной 600 мм. В ходе исследования температура изменялась в интервале 30-100°С. Экспериментальные данные по влиянию температуры на удаление серы из масла представлены на рис. 1.

Точность определения содержания серы в масляной фракции составляла 5 % отн.

Рис. 1 иллюстрирует влияние температуры на процесс удаления серы из масляной фракции и показывает, что с повышением температуры содержание серы в масле после прохождения через адсорбер сначала снижается, а достигнув минимума - возрастает. Такой характер кривой объясняется тем, что вначале с повышением температуры адсорбции происходит понижение вязкости сернистых соединений, содержащихся во фракции. Это в значительной мере способствует улучшению условий диффузии с одновременным повышением адсорбции

© Л.Р. Гайнуллина, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2010, № 11-12

сернистых соединений из фракции на силикагеле. Максимальное удаление сернистых соединений (85-87 %) происходит в узком температурном интервале 59,1-73,4 °С. При дальнейшем повышении температуры свыше 73,4 °С содержание серы медленно возрастает. Данное обстоятельство связано с тем, что с повышением температуры адсорбции сернистых соединений из фракции усиливается процесс десорбции их из силикагеля. Это способствует ухудшению процесса удаления серы.

Температура, С

Рис. 1. Влияние температуры на процесс удаления серы из трансформаторного масла

Влияние высоты слоя силикагеля в адсорбционной колонке на процесс удаления сернистых соединений из фракции изучали при широком варьировании высоты слоя адсорбента. Высота слоя адсорбента в процессе проведения эксперимента изменялась от 250 мм до 600 мм. Опыты проводили при температуре 70±0,5 °С. Экспериментальные данные приведены на рис. 2.

Рис. 2. Влияние высоты слоя адсорбента на процесс удаления серы из трансформаторного масла

Из рис. 2 следует, что с увеличением высоты слоя адсорбента в колонке происходит возрастание количества адсорбированных сернистых соединений из фракции, поскольку повышение высоты слоя адсорбента равноценно увеличению числа ступеней адсорбции. Вместе с тем увеличивать высоту слоя адсорбента в колонке следует до определенного предела, о чем свидетельствует затухающий характер кривой, приведенной на рис. 2.

Влияние режимных параметров на процесс адсорбции сернистых соединений из фракции изучали с использованием полного факторного эксперимента типа 2 .

В результате моделирования процесса очистки трансформаторного масла от сернистых соединений получено следующее уравнение регрессии [7]:

y = 17,276 + 62,58 • 10-2 (Г - 60) - 1,526 (W - 20) + 1,189 (V - 40) + 12,467 • 102 (Г -60)2 - 34,59 • 10-2 ( W- 20)2 + 25,584 • 10-2 (V- 40)2 + 7,166 • 10-2 (Г - 60) ( W- 20) + 8,994 • • 10-2 (Г - 60) (V- 40) + 2,788 • 10-2 (W - 20) (V- 40),

где y - степень очистки трансформаторного масла от сернистых соединений; Т -температура; °С, W - линейная скорость подачи трансформаторного масла, мл/ч; V - объем силикагеля в колонке, см3.

Уравнение справедливо при 40 °С < t < 70 °С; 15 мл/ч < W< 25 мл/ч; 33 см3 < V< 47 см3.

В результате оптимизации полученного уравнения найден оптимальный режим процесса адсорбции сернистых соединений из трансформаторного масла: температура - 60 °С, линейная скорость подачи масла - 6,0 мл/ч, количество силикагеля - 45 см3.

Выводы

1. Установлено влияние температуры и высоты слоя силикагеля на количество удаляемых из масляной фракции сернистых соединений.

2. С использованием метода планирования эксперимента найдены критериальные уравнения, адекватно описывающие процесс удаления сернистых соединений из трансформаторного масла при широком варьировании технологических параметров процесса. Определены оптимальные условия проведения адсорбции сернистых соединений из масла.

Summary

Influence of temperature and layer height of silikagel in adsorption column on process of removal of sulphurous connections of transformer oil is investigated.

Key words: transformer oil, adsorption, sulphurous connections.

Литература

1. Современные методы исследования нефтей / Под ред. Л. И. Богомолова, М. Б. Темянко, Л. И. Хотынцевой. Л.: Недра. 1984. 431 с.

2. Кроль Б. Б., Жердева Л. Г., Розанова З. И., Рождественская А. А. Новости нефтяной и газовой промышленности // Нефтепереработка и нефтехимия. 1962. № 1. 237 с.

3. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

4. Митрофанов Г. А., Пястолов А.А. Контроль состояния трансформаторного масла // Сибирский вестник. С.-х. науки. 1992. №3. С. 127-129.

5. Хабибуллина Л.Р., Тутубалина В.П. Влияние сернистых соединений на термостабильность трансформаторного масла / Четвертая Российская научно-техническая конференция. Ульяновск: УлГТУ, 2003. С. 205-208.

6. Тутубалина В.П., Гайнуллина Л.Р. Повышение стабильности трансформаторного масла путем регенерации его на ТЭС. Казань: КГЭУ, 2003. 100 с.

7. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.З. Планирование эксперимента при поисках оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 285 с.

Поступила в редакцию 01 февраля 2010 г.

Гайнуллина Лейсан Раисовна - канд. тех. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51; 8-927-4016587.

Тутубалина Валерия Павловна - д-р техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51.