Способ выделения ароматических углеводородов из депарафинированной фракции 200 - 320oc

 

Описывается способ выделения ароматических углеводородов из депарафинированной фракции 200 - 320^oC путем жидкостной экстракции. В качестве экстрагента используют метилцеллозольв, содержащий 0,3-10,0 мас.% воды, и в качестве второго, не смешивающегося с экстрагентом растворителя - н-пентан. Технический результат - повышение селективности процесса, повышение степени извлечения и концентрации ароматических углеводородов в экстракте. 2 табл.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для выделения ароматических углеводородов из депарафинированной фракции 200 - 320^oC - денормализатов установок "Парекс". Денормализаты, полученные в результате адсорбции на цеолитах жидких н-парафинов, используются в качестве компонента дизельных топлив. Однако концентрация ароматических углеводородов в денормализатах составляет 25-30 мас.%, и по этому показателю они не удовлетворяют экологическим требованиям к дизельным топливам.

В соответствии с ТУ 38.1011348-90, изм.1 содержание ароматических углеводородов в экологически чистом летнем дизельном топливе ДЛЭЧ-В ограничивается не более 20 мас.%, в большинстве зарубежных стран - не более 10 мас.%, а в Швеции - 5 мас.%. С повышением содержания ароматических углеводородов в дизельном топливе быстро возрастает эмиссия твердых частиц в выхлопных газах и их дымность, снижается цетановое число. В соответствии с российскими требованиями цетановое число дизельного топлива должно быть не менее 45, а в ряде стран Европы - не менее 58.3.

Снижение содержания ароматических углеводородов в дизельном топливе возможно гидрогенизационными методами, однако при этом вместо традиционных установок гидроочистки, работающих при давлении 3.5-4 МПа, требуется создание новых установок, рассчитанных на давление 7- 10 МПа, при этом капитальные вложения удваиваются, а энергетические затраты увеличиваются на 65-77%. Снижение же содержания аренов до 10 мас.% возможно при давлении водорода около 30 МПа.

С целью снижения энергозатрат и капиталовложений предлагается использовать экстракционный метод для снижения содержания ароматических углеводородов в денормализатах до уровня, удовлетворяющего экологическим требованиям к дизельным топливам.

Экстракция ароматических углеводородов из денормализатов - более сложная задача, чем из прямогонных среднедистиллятных фракций или из н-алканов. В денормализатах насыщенные углеводороды представлены циклоалканами и алканами изостроения, лучше растворимыми в полярных экстрагентах по сравнению с н-алканами. Например, критическая температура растворения метилцеллозольва (2- метоксиэтанола) с метил-циклогексаном 25^oC, а с н-гептаном 48^oC, с изооктаном 46^oC, а с н-октаном 67.5^oC. Поэтому селективность растворителей по отношению к аренам при экстракции их из денормализатов ниже, чем при экстракции из фракций, обогащенных н- алканами.

Патенты на экстракционные способы выделения углеводородов из депарафинированной фракции 200-320^oC (денормализатов установок "Парекс") не обнаружены.

Известен способ деароматизации тяжелого бензина и керосина с использованием в качестве экстрагента ацетона с 1 - 15 мас.% воды [Пат. 153738 Польша, 1991] . Недостаток данного способа - низкая селективность водного ацетона, в связи с чем концентрация аренов в экстракте составляет всего 38 - 50 мас.% и в результате выход рафината снижается.

Наиболее близок по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению способ выделения аренов из нефтяных фракций 120-380^oC путем жидкостной экстракции метилцеллозольвом с добавкой до 30% воды на экстрагент [SU 349674. 11.09.72]. Недостатком этого способа является невозможность получения высококонцентрированных экстрактов с высокой степенью извлечения аренов из-за недостаточной селективности и растворяющей способности водного метилцеллозольва.

С целью повышения селективности и эффективности процесса выделения ароматических углеводородов из денормализатов в качестве экстрагента предлагается использовать гетерогенную смесь растворителей метилцеллозольв-вода-пентан. В этой смеси водный метилцеллозольв селективен по отношению к аренам, а пентан - к насыщенным углеводородам денормализата, в результате селективность процесса разделения увеличивается.

В качестве сырья использовали фракцию денормализата 200 - 320^oC с показателем преломления n²_D⁰ 1.4656, плотностью ²₄⁰ 0.839, содержащую 27.5 мас.% аренов.

В связи с тем, что сопоставление эффективности различных экстрагентов должно проводиться при использовании одного и того же сырья и при одинаковом числе теоретических ступеней экстракции, в табл. 1 (в конце описания) представлены результаты одноступенчатой экстракции аренов из денормализата метилцеллозольвом с различным содержанием воды (в присутствии пентана и без него) и ацетоном с 11 мас.% воды (такое содержание воды в ацетоне рекомендовано как предпочтительное в патенте [Пат. 153738 Польша, 1991]). Как следует из результатов, представленных в табл. 1, метилцеллозольв с оптимальным содержанием воды 5 мас.% по всем показателям превосходит водный ацетон: выходу рафината, концентрации аренов в экстракте и степени их извлечения. Применение экстракционной системы метилцеллозольв-вода-пентан позволяет улучшить все показатели экстракции по сравнению с экстракцией водным метилцеллозольвом.

Для дальнейшего повышения концентрации аренов в экстракте и снижения их содержания в рафинате была исследована пятиступенчатая противоточная экстракция метилцеллозольвом с 5 мас.% воды при объемном соотношении к денормализату 5:1 в присутствии пентана (объемное соотношение к денормализату 1:1) (табл. 2 в конце описания). Для сравнения приведены результаты пятиступенчатой экстракции метилцеллозольвом с 5 мас.% воды при объемном соотношении к денормализату 5:1.

Как следует из данных табл. 2, предложенная смесь растворителей на основе метилцеллозольва и пентана значительно эффективнее водного метилцеллозольва. Отношение концентраций аренов в экстракте и рафинате при использовании предлагаемого способа равно 28, а для водного метилцеллозольва - 5.7, что свидетельствует о значительно более высокой селективности предлагаемого способа экстракции.

Преимуществом предлагаемого способа является также значительно более высокая разность плотностей экстрактной и рафинатной фаз и быстрое их расслаивание. Продолжительность расслаивания равновесных фаз при использовании водного метилцеллозольва - около 1 мин, а для предлагаемой смеси растворителей - 10 секунд, что позволяет использовать экстракторы меньшего объема.

Регенерация метилцеллозольва и пентана может быть осуществлена ректификацией, т.к. метилцеллозольв (т.кип. 124.5^oC) не образует азеотропных смесей с углеводородами денормализата и с пентаном.

Пример 1.

В герметичную емкость с магнитной мешалкой загружают 50 см³ денормализата (41.95 г) и 150 см³ (145 г) смеси метилцеллозольва и воды (137.75 г метилцеллозольва и 7.25 г воды). Смесь термостатируют в течение 30 мин при 40^oC при интенсивном перемешивании. После отстаивания рафинатную и экстрактную фазу разделяют, отгоняют на ректификационной колонке эффективностью 20 теоретических тарелок воду и метилцеллозольв. Получают 33.06 г рафината, содержащего 18.8 мас. % аренов и 8.89 г экстракта, содержащего 59.9 мас.% аренов.

Пример 2.

В герметичную емкость с магнитной мешалкой загружают 120 см³ (100 г) денормализата, 360 см³ (348.5 г) смеси метилцеллозольва и воды состава 95:5 мас. % соответственно и 120 см³ пентана. Смесь термостатируют в течение 30 мин при 40^oC и интенсивном перемешивании. После отстаивания рафинатную и экстрактную фазу разделяют, отгоняют на ректификационной колонке пентан, воду и метилцеллозольв. Получают 84.4 г рафината, содержащего 19.0 мас.% аренов и 15.6 г экстракта, содержащего 73.6 мас.% аренов.

Пример 3.

В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 40^oC денормализат (расход 100 см³/ч) и пентан (100 см³/ч), а в верхнюю часть - метилцеллозольв с 5 мас.% воды (расход 500 см³/ч). В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим отбирается одновременно рафинатная и экстрактная фаза. Из равновесных фаз отгоняют на ректификационной колонке эффективностью 20 теоретических тарелок пентан, воду и метилцеллозольв и полученные экстракт и рафинат анализируют. Содержание аренов в рафинате 3.2 мас.%, в экстракте - 89.6 мас. %. Выход рафината и экстракта 72.3 и 27.7 мас.% соответственно на пропущенный денормализат.

Формула изобретения

Способ выделения ароматических углеводородов из депарафинированной фракции 200 - 320^oC путем жидкостной экстракции с использованием экстрагента - метилцеллозольва, воды и второго растворителя, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют метилцеллозольв, содержащий 0,3 - 10,0 мас.% воды, и в качестве второго, не смешивающегося с экстрагентом растворителя,- н-пентан.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2