Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Деасфальтизация - это процесс удаления из нефтяных остатков смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости.

Деасфальтизация нефтяных остатков углеводородными растворителями используется для выделения масляных фракций нефти, которые применяются в качестве основы для производства моторных, авиационных, цилиндровых, трансмиссионных, компрессорных и других масел.

Традиционным сырьем процессов является остаток вакуумной перегонки нефтей - гудрон. Целевым продуктом являются деасфальтизаты, используемые для выработки остаточных масел, и побочным - асфальты, служащие сырьем для производства битумов или компонентами котельных топлив.

Процесс деасфальтизации гудронов в мировой нефтепереработке применяют при производстве не только высоковязких остаточных масел, но и компонентов сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Деасфальтизация, направленная на выделение остаточных масляных фракций нефти, осуществляется исключительно с использованием пропана.

Процесс деасфальтизации гудронов сжиженными низкомолекулярными углеводородами, главным образом жидким пропаном, используется как при производстве высоковязких остаточных масел, так и компонентов сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Процесс деасфальтизации основан на различной растворимости компонентов масляного сырья в жидком пропане. Наименее растворимы в пропане смолы и особенно асфальтены. При температурах близких к критической температуре (96,8° С) растворимость составных частей масляного сырья уменьшается. Это связано с тем, что с приближением температуры раствора к области критического состояния данного растворителя резко снижается его плотность, что приводит к увеличению мольного объема. Растворимость углеводородов масляного сырья в пропане в области повышенных температур (75-90° С) уменьшается с увеличением их плотности и молекулярной массы. Смолы и особенно асфальтены - наименее растворимые в жидком пропане компоненты сырья (на этом основано использование пропана как деасфальтирующего растворителя). При дальнейшем повышении температуры выделяются высокомолекулярные углеводороды полициклического строения, а в растворе остаются в основном моноциклические углеводороды с длинными алкильными цепями. Процесс деасфальтизации сырья техническим пропаном - жидкофазный процесс, осуществляемый во избежание испарения растворителя при давлении около 4 МПа, кратности сырья к растворителю 1: (5-8) по объему. Выход деасфальтизата определяется характером сырья и колеблется в диапазоне от 26 до 90 масс.%.Главными факторами процесса деасфальтизации являются температура, давление, кратность пропана к сырью, качество пропана и сырья.

С повышением температуры верха деасфальтизационной колонны выход и коксуемость деасфальтизата снижаются. При уменьшении температуры по высоте колонны растворяющая способность сжиженного пропана растет, что приводит к повышению выхода, коксуемости и ухудшению цвета деасфальтизата.

Давление в процессе поддерживается 3,6-4,2 МПа. С ростом давления плотность пропана возрастает, что приводит к повышению выхода процесса повышение подачи пропана до определенного предела позволяет более селективно осаждать из сырья смолисто-асфальтеновые соединения. При избытке пропана смолы переходят в деасфальтизат, повышая его вязкость деасфальтизата и ухудшению его качества. При выбранной температуре, коксуемость и ухудшая цвет. Технический пропан не должен содержать более 7% примесей. При содержании в пропане метана или этана снижается отбор и вязкость деасфальтизата, возрастает давление в аппаратуре. При содержании бутана в пропане от 3-х до 5% увеличивается выход деасфальтизата и его коксуемость. Чем меньше содержится в сырье смолисто-асфальтеновых веществ, тем больше требуется пропана для получения деасфальтизата заданного качества. При деасфальтизации гудронов из малосмолистых нефтей соотношение пропана к сырью составляет 8: 1 (об.), при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ оптимальные результаты достигаются при объемном соотношении (4-5): 1. При переработке облегченного и маловязкого сырья разбавление сырья пропаном составляет (8-10)

Нефтяные масла являются основным видом смазочных материалов, предназначенных для снижения трения и износа трущихся поверхностей. Они давно и широко используются в различных областях техники, и от правильного применения масел во многом зависят надежность и долговечность работы машин, механизмов и разнообразного оборудования. Рост быстроходности машин, повышение рабочих температур, контактных нагрузок и продолжительности эксплуатации оборудования существенно изменили роль и повысили требования к смазочным материалам. Возрастающее значение нефтяных масел для надежной эксплуатации техники вызвало необходимость более глубокого изучения их природы и свойств, выявления оптимальных условий их производства и применения.

На заре нефтепереработки для производства масел было достаточно осуществить очистку вакуумных дистиллятов от переработки мазута отбеливающими землями или серной кислотой, и полученное масло становилось пригодным для использования. При этом для производства смазочных масел использовали благородные малосмолистые и малосернистые нефти (сураханскую отборную, доссорскую и др.). Неглубокая очистка исходных дистиллятов из этих нефтей (отбеливающими землями или серной кислотой) обеспечивала достаточное качество маловязких масел.

Получение же вязких остаточных масел, особенно авиационных, было сопряжено с определенными трудностями. Как известно, в остатках от переработки мазута на установках фракционирования под вакуумом концентрируется основное количество смолистых веществ, серо- и металлоорганических соединений. Достаточное удаление этих соединений из полученных концентратов обеспечивает снижение нагарообразований, отложений углистых веществ на деталях двигателей и улучшение вязкостно-температурных характеристик масел.

Для удаления смол и других нежелательных примесей была введена двухступенчатая очистка остаточного масла, включая очистку 98%-ной серной кислотой (около 10% на сырье) и гумбрином (около 25% на сырье). Очистка авиационных масел осуществлялась и хлористым алюминием.

30-40-е годы XX века характерны бурным развитием многих отраслей промышленности, и в первую очередь моторостроения. Возрастает спрос на моторные масла, ужесточаются требования к их качеству. Малосмолистых нефтей становится недостаточно.

В сферу масляного производства вовлекаются смолистые парафинистые нефти, для чего потребовалось разработать новую, совершенно отличную от прежней, технологию производства масел и парафинов.

К.В. Харичков первым начал исследования высокомолекулярных углеводородов фракций, содержащихся в нефтяных остатках. Специально для разделения высоковязких углеводородов он разработал метод дробного осаждения их из раствора органических растворителей. Этот метод получил название холодного фракционирования.

Изучая процессы адсорбции на различных естественных и искусственных адсорбентах, Л.Г. Гурвич показал, что наибольшую склонность к адсорбции на полярных адсорбентах проявляют непредельные углеводороды, затем, в убывающем порядке, ароматические, нафтеновые и парафиновые. При исследовании тяжелых фракций бакинских нефтей им было установлено, что по мере повышения температуры кипения фракций увеличивается цикличность в молекулах нафтеновых углеводородов.

Работами ГрозНИИ было установлено, что высококипящие фракции алканов разрушают коллоидное состояние тяжелых остатков от переработки нефти.

В 1911 г. в промышленном масштабе освоен процесс очистки нефтепродуктов растворителями. В качестве первого селективного растворителя был использован сернистый ангидрид.

Для очистки остаточных углеводородных фракций в СССР и за рубежом применяли нитробензол, но впоследствии эта технология утратила свое практическое значение.

В процессах деасфальтизации вакуумных остатков и обессмоливания сырья для каталитического крекинга используются жидкие низкомолекулярные алканы. Так при деасфальтизации нефтяных остатков используется жидкий пропан, обладающий коагулирующими свойствами по отношению к асфальтенам гудронов и полугудронов и свойствами селективного растворителя по отношению к парафино-нафтеновым углеводородам и легким ароматическим углеводородным компонентам масел.

К началу 1950 г. в мире было около 20 эксплуатируемых и строящихся установок пропановой деасфальтизации общей пропускной способностью 9000т/сут.

При кислотно-щелочной и селективной очистке, деасфальтизации и доочистке отбеливающими глинами из масел извлекаются многие нежелательные примеси, но не удаляются твердые углеводороды. Такие масла нельзя использовать при низких температурах, а транспортировка их связана с большими затратами.

Для повышения доли остаточных масел в отечественном масляном производстве в 60-е годы XX века ускоренными темпами было начато строительство установок пропановой деасфальтизации в Поволжском районе и в Предуральской зоне.

При деасфальтизации тяжелых остатков пропаном используют две модификации технологии (фирмы «Келлог» и «Фостер Уиллер»).

Значение процессов деасфальтизации нефтяных остатков в производстве масел в последние годы возросло, поскольку одно из возможных направлений углубления переработки как обычных, так и высоковязких нефтей, а также различных видов «синтетической нефти» (сланцевой смолы, битуминозной нефти, продуктов ожижения угля и др.) состоит в глубокой деасфальтизации остатков с получением деасфальтизата и асфальта [2].

1. Литературный и патентный обзор

1.1 Патентный обзор

Таблица 1.1 - Патентный обзор деасфальтизации гудрона

1.2 Литературный обзор

масло датчик деасфальтизация технологический

Многообразие и сложность состава сырья, вовлекаемого в переработку с целью деасфальтизации, высокие давления, при которых осуществляют процесс, трудности регенерации растворителя в лабораторных условиях - основные причины отсутствия систематизированных исследовательских данных по фазовому равновесию и по фазовым переходам высокомолекулярных углеводородов.

Трудности получения достоверных данных при изучении процесса деасфальтизации определяются и тем, что низшие углеводороды парафинового ряда, и в первую очередь пропан, обладают рядом особенностей. Метан, этан, пропан, бутан и пентан относятся к растворителям-коагуляторам и одновременно к селективным растворителям.

Теория коагуляции была разработана в начале 30-х годов коллективом ГрозНИИ под руководством А.Н. Саханова. Впервые было показано, что тяжелые нефтяные остатки типа гудронов и полугудронов можно отнести к коллоидным системам, в которых дисперсной фазой являются асфальтены с адсорбированными на них смолами, а дисперсионной средой - масла и растворимые в них смолы.

Сами по себе тяжелые нефтяные остатки можно отнести к стойким коллоидам, не способным к самопроизвольной коагуляции асфальтенов. Как показали последующие работы, устойчивость коллоидного состояния зависит от природы асфальтенов и их концентрации в сырье, от природы масел и смол и от концентрации их в остатке.

В результаты исследований, приведенных в ГрозНИИ, показали, что углеводороды парафинового ряда обладают свойством разрушать сольватную структуру тяжелых остатков, что ведет к укрупнению частиц асфальтенов с последующей их коагуляцией из коллоидного раствора. При добавлении к тяжелому остатку фракции парафиновых углеводородов в значительных количествах лиофильный коллоид переходит в лиофобное состояние и уже склонен к коагуляции асфальтенов. При удалении из остатка парафиновой углеводородной фракции самопроизвольно начинается обратный процесс - пептизация асфальтенов. Таким образом, для нефтяных остатков от переработки нефти коагуляция и пептизация асфальтенов - обратимые процессы.

Применительно к пропановой деасфальтизации гудронов с позиции теории коагуляции можно легко объяснить многие закономерности. Например, более низкую глубину деасфальтизации при использовании в качестве растворителя пропан-пропиленовой фракции вместо пропана объясняют более высокой пептизирующей способностью по отношению к асфальтенам пропиленовой части растворителя. Переход в коагулят вместе с асфальтенами значительного количества масляных фракций объясняют высокой адсорбционной способностью асфальтенов. Известное повышение глубины деасфальтизации с повышением температуры объясняют усилением лиофобности асфальто-смолистых веществ по отношению к осаждающим растворителям.

Легкие масляные фракции, согласно теории коагуляции, должны усиливать лиофобное состояние системы, а вместе с тем глубина деасфальтизации облегченного соляровыми фракциями сырья заметно понижается. И совершенно невозможно с позиции теории коагуляции объяснить механизм холодного фракционирования пропаном масляного сырья, лишенного асфальтенов.

Теория растворимости, экспериментально доказанная Н.Ф. Богдановым, более удобно объясняет те или иные закономерности процесса пропановой деасфальтизации. Ее сторонники считают, что пропан - типичный неполярный растворитель и в силу своей химической природы способен предпочтительно растворять в себе парафино-нафтеновые углеводороды и ароматические углеводороды с длинными алкильными цепями. Причем растворимость этих углеводородов увеличивается с уменьшением их молекулярной массы.

Работая при больших соотношениях пропан: сырье (4-20 объемов растворителя на 1 объем сырья), Р.Е. Вильсон и П.К. Кейс выявили определенные закономерности по влиянию температуры на деасфальтизацию тяжелых остатков в растворе пропана. Они установили, что с повышением температуры процесса область концентраций масло-асфальт, при которых жидкость разделяется на две фазы, расширяется. Иными словами, при больших разбавлениях пропаном сырья повышение температуры приводит к смешению фазового равновесия системы и способствует ее переходу из гомогенного в гетерогенное состояние.

Из всех перерабатываемых на нефтеперерабатывающих заводах тяжелых остатков только гудрон и асфальт поддаются глубокой деасфальтизации. Основной причиной, обеспечивающей более полное коагулирование асфальто-смолистых веществ из исходного сырья, даже при относительно низком разбавлении гудрона пропаном, принято считать благоприятный групповой углеводородный состав остатка (высокая концентрация асфальтенов и низкая концентрация маловязких масел). При высокой концентрации твердой фазы степень диспергации асфальтенов в дисперсионной среде будет довольно низкой, что повышает степень лиофобности системы и предопределяет возможность быстрого укрупнения асфальтенов с их последующей коагуляцией.

Маловязкие масла в тяжелых остатках выступают в роли растворителя - они растворяют смолистые соединения и вместе со смолами переходят в пропановый раствор. Образуется устойчивый двойной раствор, и смолистые соединения вместе с маловязкими маслами переходят в деасфальтизат, ухудшая его качественную характеристику, в первую очередь по коксуемости и цвету.

На полноту коагуляции асфальто-смолистых веществ из концентратов, полугудронов и гудронов существенно влияет соотношение между асфальтенами, смолами и маслами в перерабатываемом сырье.

Пфейффер наиболее близко подошел к рассмотрению зависимости физико-механических свойств коллоидных систем от соотношения указанных групп компонентов и их химических свойств, попытавшись выяснить влияние каждой из этих групп на реологические свойства системы. Он указал на важное значение атомарного соотношения С:Н как показателя степени ароматичности систем. Для оценки устойчивости коллоидной системы Пфеффер использовал критерий склонности к поляризации.

Природа растворителя-коагулятора, применяемого для разделения тяжелых остатков, имеет весьма существенное значение. Чем выше молекулярная масса парафинового растворителя, тем больше его потребуется для полной коагуляции асфальтенов.

Метан обладает самой высокой коагулирующей способностью по отношению к асфальто-смолистым соединениям, но и самой низкой растворяющей способностью по отношению к масляным углеводородам. В процессе метановой деасфальтизации экстрагируются парафино-нафтеновые углеводороды с низкой коксуемостью, но с чрезвычайно низким выходом.

Бутан, наоборот, обладает низкой коагулирущей способностью по отношению к асфальтенам, но растворяет масляные углеводороды с повышенной коксуемостью в значительных объемах. При бутановой деасфальтизации резко снижается выход асфальтовой фазы. В раствор бутана переходит основная часть масляных углеводородов, а также часть смол. При высоком выходе деасфальтизата его коксуемость резко повышается.

Пропан обладает средней коагулирующей способностью и средней растворяющей способностью. При заранее выбранных режимных показателях деасфальтизации в пропановый раствор переходит основная часть желательных масляных углеводородов.

Как показали исследования, избирательные растворяющие свойства пропана в диапазоне температур от отрицательных до критической изменяются в широких пределах. От отрицательных температур до +38⁰С растворяющая способность пропана к компонентам исходного сырья постепенно повышается. Начиная с +38⁰С и до критической температуры растворителя растворяющая способность пропана постепенно снижается. Из пропанового раствора начинают выпадать смолистые соединения, а затем ароматические углеводороды. При повышении температуры верхней части экстракционной колонны не только снижается растворяющая способность пропана, но и повышается его избирательность. С повышением температуры резко снижается плотность растворителя, а обратная величина плотности - молекулярный объем - резко возрастает.

При смешении первой порции пропана с гудроном наблюдается взаимное растворение пропана и компонентов тяжелого остатка. Эта закономерность сохраняется и далее, после чего система из гомогенного состояния переходит в гетерогенное с образованием пропано-масляной и асфальтовой фаз.

При низком соотношении растворитель: сырье нет четкой границы раздела фаз в системе. Пропано-масляная фаза загрязнена смолистыми веществами и полициклическими ароматическими углеводородами, в асфальтовой фазе присутствуют в значительных количествах желательные компоненты масла.

При сверхвысокой концентрации растворителя в системе увеличивается общая растворяющая способность растворителя, и в пропано-масляную фазу вновь начинают вовлекаться фракции ароматических углеводородов полициклической структуры.

Основываясь на опыте и на многочисленных литературных данных, следует признать, что пропан - растворитель с весьма специфическими свойствами. Пропан, несомненно, растворитель-коагулятор и вместе с тем селективный растворитель. В отличие от полярных растворителей его растворяющие свойства снижаются при повышенных температурах, а избирательность проявляется, в первую очередь, по молекулярной массе углеводородов и во вторую - по групповому химическому составу. Легко растворяя парафино-нафтеновые углеводороды, пропан значительно труднее растворяет даже при низких температурах.

При температурах, близких к критической (96,85⁰С), пропан почти полностью теряет свои растворяющие свойства и удерживает в растворе только самые низкомолекулярные компоненты масла. Но если при этой температуре повысить давление до критического (4,2 МПа), то растворяющая способность пропана вновь резко возрастает.

Таким образом, в процессе деасфальтизации пропан выступает одновременно и как коагулятор дисперсной фазы из дисперсионной среды и как избирательный растворитель по отношению к желательным компонентам масла. Разрушая коллоидную структуру гудронов, он тем самым вызывает коагуляцию асфальтенов и смол, а за счет своих

растворяющих свойств переводит нафтеновые, парафиновые и легкие ароматические углеводороды в пропано-масляную фазу. Комплексного подхода при рассмотрении механизма процесса деасфальтизации придерживаются многие исследователи.

1.3 Классификация и характеристика масел

Работа смазочного масла в узле трения значительной степени зависит от условий эксплуатации (температуры, нагрузки, скорости перемещения, состава окружающей среды и т.п.) и характера работы механизма или машины (постоянных или переменных внешних воздействий, остановок и т.п.). Наибольшее значение имеют: конструктивные особенности узла трения (тип, размер, характер движения трущихся поверхностей и т.п.); система смазки и материала, с которыми масло контактирует в процессе работы; условия эксплуатации узла трения; сроки смены масла.

Существует три общепринятые классификации нефтяных масел: по составу, по способу производства (или способу очистки) и по назначению. По составу нефтяные масла подразделяют на: дистиллятные, полученные из соответствующих масляных фракций вакуумной перегонки мазута; остаточные, полученные из остатка от вакуумной перегонки мазута, т.е. из гудрона или концентрата; компаундированные, полученные при метении дистиллятного и остаточного компонентов; запущенные, полученные введением в базовке масла полимерных присадок. По способу очистки выделяют следующие группы масел: кислотно-щелочной очистки, кислотно-контактной очистки; селективной очистки; гидроочистки.

По назначению нефтяные масла можно разделить на смазочные и несмазочные. Группы смазочных масел: моторные, индустриальные и приборные, трансмиссионные, цилиндровые и судовые, турбинные, компрессорные.

Несмазочные нефтяные масла делятся на: электроизоляционные, консервационные, гидравлические, технологические, вакуумные и белые. Вакуумные и белые масла в некоторых случаях выполняют также смазочные функции: так белые (нафтеновые) масла используют для смазки компрессоров при производстве стирола и полипропилена. Моторные масла в зависимости от вида двигателей, для которого они предназначены, делятся на автомобильные, дизельные и авиационные. Последние в зависимости от объектов применения делятся на масла: для поршневых, турбореактивных, турбовинтовых двигателей и для вертолетов. Классификация по назначению является наиболее обширной и разветвленной. Моторные масла предназначены для смазки двигателей различных систем. Доля моторных масел для двигателей внутреннего сгорания в общем объеме мирового производства составляет 50%, а в СССР - примерно 60%. Развитие современного автомобиля - и тракторостроения связано с совершенствованием конструкций и ростом мощности двигателей внутреннего сгорания. Увеличение метровой мощности и давления сжатия привело к повышению температуры стенок цилиндра и канавок поршневых колец и следовательно, температуры масла в картере двигателя (в настоящее время она достигает 150°С, а десятки лет назад редко превышало 100°С). Это, в свою очередь способствует повышенному окислению масла, образованию на поршнях лаков и нагаров, коррозии цилиндров. Появилась необходимость в четкой дифференциации моторных масел по свойствам и условиям применения. В СССР разработана и получила распространение классификация моторных масел (таб. 1.) в зависимости от условий эксплуатации и напряженности работы двигателей (ГОСТ 7479-72 «Масла моторные. Классификация»). Эта классификация распространяется на моторные масла с присадками, применяемые для смазывания двигателей внутреннего сгорания (автомобилей, тракторов, морских и речных судов, тепловозов, сельскохозяйственных и строительных машин и др.)-

Она отличается большой подвижностью, связанной с постоянным ужесточением условий работы масел в двигателях и появлением более высококачественных масел. Стандартом установлены соответствующие обозначения масел (табл. 2). В зависимости от указанных выше условий по эксплуатационным свойствам, масла разделены на шесть групп и три подгруппы с изменением вязкости при 100 С в интервале от 6 до 20 мм/с (с.С.т). По вязкостным свойствам моторные масла разделены на 11 классов (таб. 2). Товарные масла обозначаются следующим образом - М-8А, М-10Б_Ь М-6₃/10В] и т.п.: буква «-М» обозначает моторное масло; цифра «6», «8» - класс вязкости масла; индекс «3» означает, что масло содержит заглушающие (вязкостные) присадки и применяется как зимнее и всесезонное; буква «В» с индексом «1», что масло по эксплуатационным свойствам относятся к группе «В» и предназначено для смазывания среднефорсированных карбюраторных двигателей. Для улучшения эксплуатационных свойств автотракторных масел к ним как правило, добавляют многофункциональные присадки ВНИИ НП-360, ДФ-11 и т.п. В ГОСТ на автомобильные масла контролируется до 15 показателей их качества. Показатели качества дизельных масел, контролируемых ГОСТ, также, как у автомобильных. В специфических условиях работают масла в судовых дизелях, важным свойством масел для судовых двигателей является способность препятствовать образованию углеродистых отложений на внутренней стенке днища поршня и т.п.

Смазочные масла для авиационных двигателей в зависимости от объектов применения делят на четыре группы. Специфические условия работы авиационных поршневых двигателей (средние и высокие температуры) исключают применения в них металлосодержащих присадок, ведущих к накоплению зольных отложений в камере сгорания. Выпускают масла нескольких марок и модификаций в зависимости от состава нефти: МС - 14, МС - 20 и др., ГОСТ на авиационные масла предусмотрено 12-15 показателей качества.

Среди газотурбинных двигателей наиболее распространены турбореактивные (ТРД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели. В современных турбореактивных двигателях масло работает при температуре до 150°С. Поэтому одним из основных требований к маслам для ТРД являются их высокая теплоокислительная стабильность и низкая испаряемость. Масла для ТРД должны обладать хорошими вязкостно-температурными свойствами, обеспечивать легкий запуск двигателя при температуре окружающего воздуха до 50°С и в то же время быть достаточно вязкими при рабочих температурах. Для реактивной авиации разработана и производится в промышленных масштабах несколько сортов нефтяных и синтетических масел (МК-8, МК-6, МС-6, 36/1 и др.). Авиационные масла для ТВД вводят противоизносные и противозадирные присадки, а также синтетические жидкости.

Индустриальные масла предназначены для смазки машин и механизмов, различного промышленного оборудования. До недавнего времени по вязкости индустриальные масла делили на легкие (3,5-10мм²/с при50°С), средние (10-58мм²/с при 50°С) и тяжелые (11-96мм²/с при 100°С).

Таблица 1.2 - Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам (ГОСТ 17479 - 72)

По условиям применения выделяют две группы масел: для легких и средних режимов скоростей и нагрузок; для тяжелых режимов работ. Легкие инструментальные масла применяют для смазки малонагруженных узлов трения, работающих при высоких скоростях (велосит, вазелиновое швейное, сепараторные и др.). Средние индустриальные масла по мере увеличения вязкости используют в более нагруженных и менее быстроходных механизмах (ИС-12, ИС-20, ИС-30, ИС-45 и др.). Тяжелые индустриальные масла применяют для смазки тяжелонагруженных механизмов (краны, буровые установки, оборудования мартеновских печей т. п.). К этой группе относятся высоковязкие дистиллятные масла - цилиндровое 11, цилиндровое 24 (вискозин), цилиндровое 52, для прокатных станов (П-28, П-40) и др. Товарный ассортимент среди индустриальных масел насчитывает около 100 наименований. В эти масла, как правило, не добавляют присадок, поэтому они часто не отвечают требованиям надежной эксплуатации оборудования. Индустриальные масла должны удовлетворять к ряду специфических требований, обусловленных их назначением и условиями применения. Так масла для зубчатых передач, обеспечивая надежную передачу мощности с ведущего элемента на ведомый, выполняют следующие функции: снижают трения и потери мощности на его преодоление, уменьшают износ трущихся деталей и предотвращают их коррозию, снижают шум, вибрацию и защищают детали от ударных нагрузок, вымывают загрязнения и отводят тепло. Основным критерием подбора масел без присадок является вязкость; при выборе масел для зубчатых передач учитывают условия работы зацепления-нагружность, твердость зубьев, окружную скорость. Масла серий: ИТП, ИСП, ИСПи ИРП и ИЦП (11 марок с изменением вязкости при 50°С от 27 до 190мм7с) применяют для смазки малонагруженных зубчатых передач станков, прессов и другого оборудования. Масла серии ИСП и ИСПи предназначены для смазки средненагруженных зубчатых передач и направляющих металлорежущих станков. Для смазки зубчатых передач и средненагруженных узлов трения промышленного оборудования используют масла серии ИРП. Широко применяется приборное масло МВП. Выпускается также более 10 марок часовых масел. Важными специфическими показателями их свойств является: растекаемость, нарастание вязкости при окислении в тонком слое испаряемость.

Трансмиссионные масла используются в транспортных средствах и предназначены для смазки зубчатых передач различных типов (цилиндрических, конических, четвертых, гипоидных и др.).

Различают масла для механических трансмиссий, где их основной функцией является смазочное действие, и масла для гидромеханических коробок передач, где помимо всего основного назначения они служат и гидравлической средой, заполняющей систему. В зависимости от условий применения выпускают три группы трансмиссионных масел: А - без присадок или с химически малоактивными противозадирными присадками; Б - с противозадирними присадками и противоизносными присадками средней активности; В-с высокоактивными противозадирными присадками. Масла без присадок используют только в случае жидкостного режима трения, когда главную роль играет вязкость смазочного материала. В зависимости от климатических условий различают летние, зимние (в том числе северные и арктические) и всесезонные трансмиссионные масла. Большинство трансмиссионных масел готовят смешением экстрактов N-МП очистки с дистиллятными маслами. Для бессезонных трансмиссионных масел наряду с

вязкостью при двух температурах (или индексом вязкости) важна температура застывания.

Турбинные масла применяют для смазки и охлаждения подшипников различных турбоагрегатов (гидротурбин, турбонасосов, компрессоров и т.д.). Они должны обладать высокой стабильностью против окисления, предотвращать высокий износ трущихся деталей, защищать их от коррозии, не пениться и не образовывать с водой стойких эмульсий. В современные турбинные масла добавляют композиции присадок, улучшающих комплекс необходимых эксплуатационных свойств. Улучшить качество турбинных масел можно также, используя базовые масла с высоким индексом вязкости и температурой вспышки и низкой температурой застывания. Вырабатывают более 10 марок и модификаций турбинных масел, различающихся составом и свойствами. Компрессорные масла предназначены для смазки цилиндров и клапанов компрессоров, а также используются в качестве уплотнительного смазочного материала для герметизации камер сгорания и штоков поршней компрессоров.

Компрессорные масла при работе нагреваются до высоких температур и соприкасаются с различными средами (как высокотемпературными, так и хладагентами). В связи с этим они должны обладать высокой термической и химической стабильностью, высоким индексом вязкости и хорошей подвижностью при низких температурах (низкой температурой застывания). К компрессорным маслам для тяжелых условий работы стали добавлять различные присадки-ингибиторы окисления и коррозии, противоизносные и др. Ряд специфических требований, обусловленных непрерывным контактом масла с различными хладоагентами (аммиаком, углекислотой, фреоном и др.), а также значительными изменениями температуры и давления серы, предъявляются к компрессорным маслам для холодильных машин. Помимо низкой температуры застывания и высокого ИВ при подборе масла необходимо учитывать возможности химического взаимодействия хладоагента (сернистого ангидрида, фреона) с углеводородами масла, а также взаимную растворимость и коррозионную агрессивность образующихся смесей. Масла для компрессоров холодильных машин (вырабатывается около 10 сортов - ХА, ХА-23, ХФ-12, ХФ-22 и т.п.) готовят на основе дистиллятных и остаточных базовых масел, а также смешением. В масла вводят антиокислительные, депрессорные и другие присадки. Практически все высококачественные компрессорные масла получают вводя соответствующие присадки в глубокоочищенные базовые масла. В СССР выпускаются более 15 марок компрессорных масел.

Электроизоляционные масла, к которым относятся трансформаторные, конденсаторные и кабельные, представляют собой специфическую группу так называемых несмазочных нефтяных масел. Основным их назначением является изоляция токонесущих частей электрооборудования, гашение электродуги в выключателях; выполняют они также функцию теплоотводящей среды. В наибольших количествах и ассортименте производят и применяют трансформаторные масла (6 марок). Наряду с традиционными требованиями к большинству нефтяных масел - высокой стабильностью против окисления, низкой температурой застывания и т.п. Важнейшими свойствами электроизоляционных масел являются низкие диэлектрические потери и проводимость, высокая электрическая прочность и газостойкость. В ГОСТ и ТУ на электроизоляционные масла предусмотрено определение таких специфических показателей, как тангенс угла диэлектрических потерь (tg…) и диэлектрическая проницаемость (Е), удельное объемное электрическое сопротивление (Pv), электрическая прочность и газостойкость в электрическом поле. Существенное влияние на свойства электроизоляционных масел оказывает их состав. Они имеют и наилучшие вязкостно-температурные показатели, хотя в наибольшей степени склонны к окислению, которое существенно ухудшает диэлектрические свойства масел. Высокой газостойкостью обладают ароматические углеводороды (под воздействием электрического поля они даже поглашают газ), нефтено-парафиновые углеводороды имеют низкую газостойкость. Во всех случаях газостойкость масел возрастает с повышением их вязкости.

Таким образом, с точки зрения эксплуатационных свойств для производства электроизоляционных масел целесообразно использовать базовые масла средней вязкости с НВ не менее 90. Переочистка масел нежелательна, поскольку это может привести к повышенному газовыделению. Наряду с антиокислительными и вязкостными присадками в электроизоляционные масла вводят присадки, улучшающие их диэлектрические свойства.

Гидравлические масла служат несжимаемой жидкой средой для передачи энергии в гидравлической системе от одного угла или агрегата машины к другому и превращения этой энергии в полезную работу. Масла для гидравлических систем представляют собой высокоочищенные нефтяные фракции, содержащие различные присадки. При повышении вязкости затрудняется запуск и снижается чувствительность гидросистемы, при резком снижении вязкости появляются утечки жидкости, снижается смазочная способность. Гидравлические масла имеют индекс вязкости не менее 85. Важной характеристикой гидравлических масел противопенные свойства - способность жидкости выделять растворенный воздух или другие газы без образования пены. Интенсивное пенообразование сокращает срок службы масла, так как при этом усиливается его окисление, ухудшается охлаждающая способность. При контакте с резинами гидравлические масла могут резко изменять их свойства, резины могут набухать, впитывая значительное количество некоторых углеводородов масла, или твердость и терять эластичность вследствие растворения в масле некоторых компонентов. Современный ассортимент гидравлических масел в зависимости от состава газового масла и наличие присадок можно разделить на три группы: масла без присадок, масла на обычной основе с присадками и глубокоочищенные масла с присадками.

Технологические масла используют при производстве разнообразных материалов и продуктов в качестве сырьевых компонентов и добавок, а также для различных целей в технологических процессах. К таким маслам относятся закалочные, абсорбционные (поглотительные), текстильные (для замасливания хлопка и производства химических волокон), пластификаторы и смягчители-наполнители, теплоносители, для производства смазок и присадок, белые масла - медицинские и парфюмерные.

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Теоретические основы процесса деасфальтизации

Основные факторы, влияющие на процесс

Протекание процесса деасфальтизации определяют следующие факторы: температурный режим экстракции, давление, кратность пропана к сырью, качество сырья и растворителя.

С повышением температуры верха деасфальтизационной колонны (или РДК) получают более светлый деасфальтизат с меньшим выходом и коксуемостью. При приближении температуры верха деасфальтизационной колонны к критической плотность жидкого пропана и его растворяющая способность уменьшаются; следовательно, уменьшается растворимость в пропане углеводородных компонентов сырья. Последние осаждаются из раствора вместе со смолами и асфальтенами, выход деасфальтизата при этом снижается.

По мере уменьшения температуры по высоте колонны растворяющая способность сжиженного пропана растет, он удерживает в растворе не только парафино-нафтеновые и высокоиндексные ароматические углеводороды, но и низкоиндексные ароматические углеводороды с высоким показателем преломления (n _d ²⁰ 1,53). Ухудшается осаждение в осадок смолистых соединений, возрастает коксуемость и ухудшается цвет деасфальтизата.

Создание температурного градиента деасфальтизации - разности температур между верхом и низом колонны, постепенное равномерное снижение температуры по ее высоте позволяет наиболее полно и селективно отделить смолисто-асфальтеновые вещества от деасфальтизата. Необоснованное снижение температуры низа деасфальтизационной колонны может привести к избытку внутренней флегмы и захлебыванию аппарата.

Чем ниже температура процесса, тем выше плотность пропана и его растворяющая способность. Для растворения углеводородной части гудрона по мере снижения температуры требуется меньше пропана, однако в раствор при этом наряду с масляными углеводородами переходят и смолистые вещества, селективность процесса падает. В таких случаях приходится увеличивать кратность пропана к сырью.

Кратность пропана

При выбранной температуре процесса повышение подачи пропана до определенного предела позволяет избирательно осаждать из сырья смолисто-асфальтеновые соединения, однако при избытке пропана смолы все более растворяются в нем, переходят в деасфальтизат, повышая его вязкость и коксуемость и ухудшая его цвет.

Приведенные на рис. 5 кривые характеризуют зависимость выхода и качества деасфальтизата от соотношения пропан: сырье при переработке концентрированных гудронов ромашкинской нефти. Оптимальное разбавление гудронов выбирают на промышленной установке в зависимости от качества сырья и требуемых параметров деасфальтизата, от эффективности контакта сырья и растворителя в колонне, числа ступеней экстракции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Влияние кратности пропан: сырье на качество деасфальтизатов

Сырье

Чем меньше содержится в сырье смолисто-асфальтеновых веществ, тем труднее его деасфальтировать, тем большая кратность пропана необходима для получения деасфальтизата заданного качества. С повышением в гудроне доли углеводородных компонентов возрастает их концентрация в растворе; чтобы добиться необходимой селективности процесса, кратность пропана к сырью увеличивают.

При переработке гудронов с относительно высокой долей масляных углеводородов оптимальные результаты достигаются при большем разбавлении сырья пропаном, чем при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Так, при деасфальтизации гудронов из малосмолистых жирновской и коробковской нефтей рекомендуемое соотношение пропана к сырью составляет 8:1 (объемн.), при деасфальтизации гудронов с высоким содержанием смолисто-асфальтеновых веществ из ромашкинской нефти оптимальные результаты достигаются при объемном соотношении 4 - 5:1.

При вовлечении в гудрон низкокипящих фракций и маловязких углеводородов заметно ухудшается селективность процесса, уменьшается вязкость деасфальтизата, одновременно в нем увеличивается содержание смолистых соединений, ухудшается его цвет. При переработке облегченного и маловязкого сырья предпочитают больше разбавлять его пропаном (до 8-10:1). Температуру деасфальтизации (75 - 83⁰С) подбирают экспериментально в зависимости от растворяющей способности содержащихся в сырье углеводородов.

Давление

В экстракционных колоннах промышленных установок деасфальтизации гудронов пропаном поддерживается давление 3,6-4,2 МПа (36-42 кгс/см²). При применяемых температурах обработки сырья

плотность пропана с ростом давления в колонне заметно повышается, что приводит к повышению выхода деасфальтизата. Одновременно повышается его коксуемость, ухудшается цвет.

Качество пропана

При содержании в пропане метана или этана значительно возрастает осаждение в асфальт ценных масляных углеводородов, снижается отбор и вязкость деасфальтизата, возрастает давление в аппаратуре блоков деасфальтизации и регенерации растворителя, ухудшаются коэффициенты теплопередачи в конденсаторах-холодильниках. При содержании в пропане 3-5% Н-бутана увеличивается выход деасфальтизата, несколько возрастет его вязкость и коксуемость. Растворимость масляных углеводородов в изобутане меньше, чем в Н-бутане. При наличии 3-5% пропиленов и бутиленов в одинаковых условиях процесса вследствие повышения растворимости смол и полициклических соединений коксуемость деасфальтизата увеличивается на 0,1-0,25%

Принципиальная технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации

На рисунке 2.2 приведена технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации. Установка состоит из следующих секций: деасфальтизация I ступени (колонна 10 со вспомогательным оборудованием); деасфальтизация II ступени (колонна 18 и вспомогательные аппараты); регенерация пропана при высоком давлении из раствора деасфальтизата I, из раствора деасфальтизата II, из битумного раствора II (три секции); регенерация пропана при низком давлении из обедненных растворов, выходящих из предыдущих секций регенерации.

Рисунок 2.2 - Технологическая схема установки двухступенчатой деасфальтизации гудрона жидким пропаном 1, 2, 12, 13, 27, 30, 35 - насосы; 3, 6, 14, 25, 26, 36-холодильники; 4, 15 - подогреватели; 5, 6-приемники; 7, 17 - аппараты воздушного охлаждения; 8 - редукционный клапан; 9-паровой встроенный подогреватель; 10, 18 - колонны; 11 - регулятор расхода; 19-трубчатая печь; 20-23- испарители; 24 - сепаратор; 28 - компрессор; 29, 31, 34-отпарные колонны; 32 - каплеотделитель; 33 - конденсатор смешения.

Сырьем I ступени является гудрон или концентрат, а исходной смесью для II ступени - битумный раствор, переходящий под давлением из первой колонны снизу во вторую.

Сырье насосом 1 подается через паровой подогреватель 4 в колонну деасфальтизации I ступени 10. В нижнюю зону этой же колонны вводится через холодильник 3 жидкий пропан, забираемый насосом 2 из приемника 5.

Пройдя верхний встроенный подогреватель 9 и верхнюю отстойную зону, раствор деасфальтизата I после снижения давления (примерно с 4,2 до 2,7 МПа) поступет в секцию регенерации пропана при высоком давлении.

Требуемое рабочее давление в колонне 10 поддерживается с помощью редукционного клапана 8; колонна оборудована тарелками жалюзийного типа. Битумный раствор I выводится с низа колонны 10, подогревается водяным паром в аппарате 15 и вводится в колонну 18 деасфальтизации II ступени. Пропан в колонну 18 подается насосом 12 через холодильник 14. Из раствора деасфальтизата I основное количество пропана выделяется в последовательно соединенных испарителях 21 и 22, а из раствора деасфальтизата II - в испарителях 20 и 23. Деасфальтизаты I и II практически полностью освобождаются от пропана соответственно в отпарных колоннах 29 и 31 тарельчатого типа. Далее оба деасфальтизата направляются насосами 27 и 30 соответственно через холодильники 25 и 26 в резервуары. Битумный раствор II ступени, пройдя регулятор расхода 11, нагревается в трубчатой печи 19; испарившийся пропан отделяется от жидкости в сепараторе 24. Смеси пропановых и водяных паров из колонн 29, 31, и 34 поступают в общий конденсатор-холодильник смешения 33. Здесь при контакте с холодной водой водяные пары конденсируются, а пары пропана низкого давления сжимаются компрессором 28 до давления 1,7-1,8 МПа. Освобожденный от растворителя битум деасфальтизации из отпарной колонны направляется насосом 35 через холодильник 36 в резервуар [58].