СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕКАНЦЕРОГЕННОГО АРОМАТИЧЕСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАСЛА
METHOD OF PRODUCING NON-CARCINOGENIC AROMATIC PROCESS OIL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к нефтехимической либо нефтеперерабатывающей промышленности и может найти применение при получении нефтяных пластификаторов синтетического каучука и шин.
Предшествующий уровень техники
Технологические масла (пластификаторы) для бутадиен-стирольных каучуков и шин с высоким содержанием ароматических углеводородов (содержание ароматического углерода более 25% по ASTM D 2140) получают методом очистки экстрактов масляных фракций нефти селективными растворителями.
В связи с возросшим потреблением таких пластификаторов необходимо увеличивать производительность установок, а также повышать экологическую безопасность и снижать потребление энергии и других ресурсов при их производстве.
Создание эффективных способов получения неканцерогенного ароматического технологического масла с высоким содержанием ароматических углеводородов (более 75%) и низким содержанием канцерогенных, мутагенных, токсичных веществ является актуальной проблемой на сегодняшний день.
Известен способ получения технологических масел методом двухступенчатой экстракции, описанный в патенте № DE 60013106 D.
В качестве селективного растворителя используется фурфурол, фенол, N-метилпирролидон.
Недостатком известного процесса является сложность процесса и токсичность растворителей.
В патенте РФ №2313562, кл. C10G 21/22, C08K 11/00, опубл. 27.12.2007 описан способ получения пластификатора и пластификатор с применением в качестве экстракционного растворителя диметилсульфоксида.
Недостатком процесса является высокая агрессивность и низкая химическая устойчивость экстрагента, что приводит к усложнению системы регенерации растворителя.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа является способ получения пластификатора, защищенный патентом ЕР №0417980. В качестве селективного растворителя используется фурфурол.
Сущность изобретения заключается в том, что экстракт очистки масляных фракций нефти селективными растворителями обрабатывают фурфуролом при объемном соотношении экстракт:фурфурол, равном (0,56÷1):1, и при температуре 20-90°C, а полученный рафинат используют в качестве целевого продукта. Предпочтительно температура верхней части экстрактора как минимум на 10°C выше температуры кубовой части. Экстракт представляет собой дистиллятный экстракт селективной очистки базовых масел.
Изобретение позволяет получить неканцерогенное ароматическое технологическое масло за счет снижения содержания канцерогенных полициклических ароматических соединений.
Недостатком известного способа является низкий выход целевого продукта и низкая химическая стойкость фурфурола, а также невозможность получать технологическое масло из остаточных экстрактов без применения углеводородного растворителя.
При этом при изменении состава и количества подаваемого на очистку сырья имеет место значительное ухудшение качества продукта в течение длительного отрезка времени, обусловленное инерцией массообменного аппарата.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка нового более эффективного способа получения неканцерогенного ароматического технологического масла с высоким содержанием ароматических углеводородов (более 75%) и низким содержанием канцерогенных, мутагенных, токсичных веществ.
Технический результат заключается в повышении эффективности процесса за счет уменьшения инерционности экстрактора, увеличения селективности процесса и упрощения регенерации экстрагента из рафинатного раствора за счет отказа от парафинонафтенового растворителя.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения неканцерогенного ароматического технологического масла, содержащего менее 3,0% экстракта полициклических ароматических углеводородов (ПЦА) по методу IP-346, включающем очистку масляных фракций нефти селективными растворителями и выделение экстракта селективной очистки масел, дополнительную обработку экстракта полярным растворителем и получение рафината в качестве целевого продукта, в качестве полярного растворителя используют пропиленкарбонат, которым обрабатывают сырье, при этом сырье представляет собой смесь экстракта селективной очистки масел, полученного на стадии очистки масляных фракций, и рециклового рафинатного раствора, полученного на стадии дополнительной обработки, полученный в результате дополнительной обработки рафинатный раствор частично направляют на смешение с экстрактом селективной очистки масел, балансовое количество рафинатного раствора направляют на стадию регенерации растворителя из рафинатного раствора, а полученный на стадии дополнительной обработки экстрактный раствор направляют на стадию регенерации растворителя из экстрактного раствора, причем соотношение сырья и полярного растворителя на стадии дополнительной обработки находится в диапазоне (0,67÷0,2):1 и температура верха экстрактора находится в пределах 100-210°C, температура низа экстрактора в пределах 85-200°C.
Перечень фигур чертежей
Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем подробном его описании, приводимом со ссылками на чертеж, на котором изображена установка для получения неканцерогенного ароматического технологического масла.
Подробное описание изобретения
Установка для получения неканцерогенного ароматического технологического масла состоит из экстрактора 1, представляющего собой (но не только) колонный аппарат, снабженный устройством для контакта фаз 2. В качестве устройства для контакта фаз могут использоваться тарелки, регулярная и нерегулярная насадки, устройство для механического перемешивания фаз. В нижней части колонны установлено устройство для регулирования уровня раздела фаз 3. На линии подачи сырья в экстрактор 1 установлен смеситель 4.
Способ получения неканцерогенного ароматического технологического масла осуществляют следующим образом. При очистке масляных фракций нефти и деасфальтизата полярными растворителями - фенолом, N-метилпирролидоном или фурфуролом известными способами выделяют экстракты - остаточный и дистиллятные. Экстракт селективной очистки масляных фракций нефти потоком II через смеситель 4 направляют потоком VI в экстрактор 1 для дополнительной обработки. В смеситель 4 потоком III направляют также рецикловый рафинатный раствор, представляющий собой смесь неканцерогенного ароматического технологического масла и экстрагента.
Соотношение рециклового рафинатного раствора и экстракта в зависимости от колебания состава сырья находится в диапазоне (0,1-1,0):1.
Смешение происходит при температуре нижней части экстрактора, равной 85-200°C. Смеситель может быть выбран из типовых выпускаемых промышленностью перемешивающих устройств. Смесь экстракта и рециклового рафинатного раствора потоком VI направляется в нижнюю часть экстрактора 1 на дополнительную обработку. Экстрактор 1 содержит устройство для контакта фаз 2, выполненное известным способом (ротор с дисками, регулярную насадку, насыпную насадку или перфорированные тарелки) для обеспечения эффективного массообмена и имеет отстойные зоны в нижней и верхней частях для разделения легкой (рафинатной) и тяжелой (экстрактной) фаз. Диаметр и высота экстрактора зависят от требуемой производительности и количества теоретических ступеней контакта для обеспечения наилучшего разделения компонентов исходного экстракта.
В верхнюю часть экстрактора 1 потоком I подается пропиленкарбонат при температуре, обеспечивающей температуру верха экстрактора 1 в пределах 100-210°C, температура низа экстрактора 1 равна 85-200°C, при этом температура низа колонны на 10-20°C ниже температуры верха. Соотношение сырьевой смеси и полярного растворителя на стадии дополнительной обработки находится в диапазоне (0,67-0,2):1.
С низа экстрактора 1 через устройство для регулирования уровня раздела фаз 3 потоком V выводится экстрактный раствор, содержащий пропиленкарбонат, полициклические ароматические углеводороды, смолы и асфальтены. С верха экстрактора 1 потоком VII выходит рафинатный раствор, содержащий рафинат, пропиленкарбонат. Часть рафинатного раствора потоком III направляется в смеситель 4. Балансовое количество рафинатного раствора потоком IV выводят для отделения растворителя от рафината известными способами (дистилляция при пониженном давлении, реэкстракция). Рафинат применяют в качестве технологического масла (пластификатора). Экстракт, полученный отделением пропиленкарбоната от экстрактного раствора известными способами, может быть использован в качестве компонента котельного топлива, в производстве битума и для других целей.
Пример 1 (сравнительный по прототипу).
В качестве экстрактора использовалась колонна, состоящая из двух стеклянных царг, заполненных металлической насадкой и имеющих рубашки для обогрева или охлаждения.
Температура в экстракторе поддерживалась с помощью двух термостатов, один из которых обогревал верхнюю царгу, другой - нижнюю царгу.
а
Экстракт, полученный в результате селективной очистки вакуумного газойля фенолом, содержащий 10% полициклических ароматических углеводородов (ПЦА) и 32,5% ароматического углерода С, дозировочным насосом подавался в нижнюю часть экстрактора. Фурфурол дозировочным насосом поступал в верхнюю часть экстрактора в массовом соотношении экстракт:фурфурол 0,67:1. Температура вверху экстрактора 70°C, внизу экстрактора 35°C.
a
Сверху экстрактора выводился рафинатный раствор, содержащий рафинат и фурфурол. Снизу экстрактора через регулятор уровня раздела фаз выводился экстрактный раствор, содержащий фурфурол, экстракт ПЦА и смол. После отгонки растворителей получают рафинат, использующийся в качестве неканцерогенного ароматического технологического масла, и экстракт, содержащий ПЦА с тремя и более ароматическими кольцами и смолы, который является побочным продуктом. Полученное неканцерогенное ароматическое технологическое масло анализировали на содержание экстракта ПЦА и содержание ароматического углерода C.
Содержание экстракта ПЦА определяли по методу IP-346.
a
Содержание ароматического углерода C определяли по методу ASTM D 2140.
Пример 2-7.
Процесс дополнительной обработки экстракта проводили по примеру 1 описания. В качестве растворителя использовался пропиленкарбонат. Массовое соотношение экстракта и полярного растворителя на стадии дополнительной обработки изменяли в пределах (1-0,2):1. Результаты очистки экстракта полярными растворителями приведены в таблице 1.
№ примера
Соотношение экстракт/полярный растворитель при дополнительной обработке
Температура верх-низ, °C
Выход неканцерогенного ароматического технологического масла, %
Содержание экстракта ПЦА, %
Содержание ароматического углерода Ca, %
Селективность
1 (по прототипу)
0,67:1
70-35
73,3
2,4
26,8
30,7
2
1:1
207-194
93,4
4,4
28,3
95,1
3
0,67:1
193-177
92,2
2,6
27,0
96,8
4
0,5:1
165-144
92,4
2,7
27,0
98,9
5
0,33:1
131-115
92,5
2,8
27,1
99,6
6
0,25:1
114-102
92,3
2,5
26,9
99,8
7
0,2:1
100-87
92,7
2,9
27,2
99,9
Как видно из таблицы 1, при соотношении экстракт:полярный растворитель на стадии дополнительной обработки более чем 0,67:1 полученный продукт не соответствует требованиям по показателю «содержание экстракта ПЦА» по методу IP-346 и составляет более 3,0% (пример 2). Соотношение экстракт:полярный растворитель на стадии дополнительной обработки менее чем 0,2:1 представляется экономически нецелесообразным.
Пример 8-11.
Следующие примеры иллюстрируют применение рециклового рафинатного раствора. В качестве экстрактора использовалась колонна, состоящая из двух стеклянных царг, заполненных металлической насадкой и имеющих рубашки для обогрева или охлаждения.
Температура верхней царги - 131°C, нижней - 115°C. В качестве сырьевого экстракта использовались экстракт, полученный в результате селективной очистки вакуумного газойля фенолом, содержащий 10% полициклических ароматических углеводородов (ПЦА) по методу IP-346 и 32,5% ароматического углерода Ca (экстракт 1), экстракт, полученный в результате селективной очистки вакуумного газойля фенолом, содержащий 12,4% полициклических ароматических углеводородов (ПЦА) по методу IP-346 и 34,9% ароматического углерода Ca (экстракт 2), экстракт, полученный в результате селективной очистки вакуумного газойля фенолом, содержащий 16% полициклических ароматических углеводородов (ПЦА) по методу IP-346 и 38,2% ароматического углерода Ca (экстракт 3). В качестве селективного растворителя использовался пропиленкарбонат со скоростью подачи на 20% ниже скорости захлебывания колонны. Процесс очистки начинали вести на экстракте 1, после смены сырья засекали время выхода экстрактора на стационарный режим. Массовое соотношение рециклового рафинатного раствора и сырьевого экстракта на стадии дополнительной обработки изменяли в пределах (0-1):1. Результаты очистки экстракта полярными растворителями приведены в таблице 2.
№ примера
Время, ч
Сырьевая смесь
Соотношение сырьевая смесь/полярный растворитель при дополнительной обработке
Выход неканцерогенного ароматического технологического масла на поданный сырьевой экстракт, %
Содержание экстракта ПЦА, %
Содержание ароматического углерода Ca, %
8
0
Экстракт 1
0,33:1
92,5
2,8
27,1
1
Рецикл:экстракт 2=0:1
0,28:1
90,6
3,4
28,2
2
0,28:1
90,5
3,2
28,1
3
0,28:1
90,4
3,2
28,0
4
0,28:1
90,3
3,0
27,9
5
0,28:1
90,1
2,8
27,8
9
0
Экстракт 1
0,33:1
92,5
2,8
27,1
1
Рецикл:экстракт 3=0:1
0,25:1
87,5
4,1
29,4
2
0,25:1
87,3
3,8
29,2
3
0,25:1
87,2
3,7
29,1
4
0,25:1
86,9
3,4
28,9
5
0,25:1
86,8
3,2
28,8
6
0,25:1
86,7
3,2
28,8
7
0,25:1
86,6
3,1
28,7
8
0,25:1
86,5
2,9
28,6
10
0
Экстракт 1
0,33:1
92,5
2,8
27,1
1
Рецикл:экстракт 2=0,37:1
0,33:1
90,4
3,1
28,0
2
0,33:1
90,2
2,9
27,8
111
0
Экстракт 1
0,33:1
92,5
2,8
27,1
1
Рецикл:экстракт 3=1:1
0,33:1
86,7
2,9
28,6
2
0,33:1
86,6
2,8
28,5
Как видно из таблицы 2, переходный период работы экстрактора при смене сырья достигает 8 часов, в течение которых получается продукт, неудовлетворительный по показателю «содержание экстракта ПЦА» по методу IP-346 (пример 8, 9). Применение рецикла рафинатного раствора позволяет снизить время неустойчивой работы экстрактора за счет стабилизации потоков сырьевая смесь-экстрагент (пример 10-11).
Таким образом, предложен новый более эффективный способ получения неканцерогенного ароматического технологического масла с содержанием экстракта ПЦА менее 3,0% по IP-346 и содержанием ароматического углерода по ASTM D 2140 не менее 25%.
Способ позволяет получать неканцерогенное ароматическое технологическое масло с высокой селективностью (95% и выше). Эффективность процесса повышается также за счет уменьшения инерционности экстрактора, так как сокращается время неустойчивой работы экстрактора, и упрощения регенерации экстрагента из рафинатного раствора за счет отказа от парафинонафтенового растворителя.
Использование оборудования из углеродистых и низколегированных сталей существенно снижает кроме этого капитальные затраты.
Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.