Способ получения масла-теплоносителя
Использование: в нефтехимической промышленности для получения масла-теплоносителя. Сущность: нефтяную фракцию с интервалом температур кипения 280 - 520oС подвергают вакуумной перегонке при температуре 200-300oС и остаточном давлении 0,0013-0,0027 МПа до отбора 60-80% целевой фракции. Целевую фракцию химически очищают при 40-55oС с использованием комплекса катализатора (AlСl3 СnН2n-6
НСl) при массовом соотношении фракция : комплекс 1: 0,09-0,13 и при массовом соотношении компонентов в комплексе AlСl3 : ароматический углеводород (СnН2n-6): НСl, равном 0,25-0,27: 0,63-0,66: 0,09-0,13, при этом в ароматическом углеводороде n= 7 или 8, полученную после химической очистки фракцию подвергают адсорбционной обработке с использованием отбеливающей земли или глины и последующей фильтрации. Технический результат - уменьшение материало- и энергозатрат при производстве масла-теплоносителя при одновременном соблюдении требований экологичности процесса и реализации требований, предъявляемых к физико-химическим свойствам готовой продукции, в том числе для различных систем теплоснабжения. 7 з. п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к технологическим процессам получения нефтяных масел и может быть использовано при получении масла- теплоносителя.
Традиционно в качестве масла-теплоносителя применяют обычные нефтяные масла, такие как цилиндровые, компрессорные (см. кн. Чечеткин А.В. "Высокотемпературные теплоносители", Госэнергоиздат, 1962, с. 95-97). Однако указанные масла термически нестабильны при температуре выше 200-250oС, что ограничивает их применение в качестве теплоносителей. Известен способ получения масла-теплоносителя, заключающийся в том, что исходное сырье - фракцию дистиллята, в частности веретенного, подвергают селективной очистке фенолом, полученный экстракт селективной очистки подвергают разгонке в вакуумной колонне, отбирают целевую фракцию, выкипающую в температурном интервале 350-430oС. Целевую фракцию депарафинизируют с применением растворителей, а затем полученный депарафинизированный полупродукт очищают в движущемся слое адсорбента для удаления смол, тяжелых фракций полициклических ароматических углеводородов и их соединений. Процесс адсорбционной очистки производится в растворе бензина "галоша" (а.с. SU 161852, C 10 G 53/08, 1964). Полученное нефтяное масло используется в качестве теплоносителя при Т=300-315oС. Известен также способ получения масла-теплоносителя, согласно которому исходную нефтяную фракцию подвергают переработке и очистке, в том числе с использованием вакуумной перегонки на одной из стадий (а.с. SU 1616967, C 10 G 53/08, 30.12.90). Процесс осуществляется в несколько стадий, на первой из которых исходную нефтяную фракцию с температурой кипения от 310-335oС до 460-475oС подвергают селективной очистке фенолом, на следующей стадии полупродукт селективной очистки подвергают вакуумной перегонке с выделением целевой фракции с температурой кипения 325-460oС, которую после многократной термообработки в интервале температур 350-400oС подвергают депарафинизации и последующей гидроочистке с использованием алюмоникельмолибденового катализатора, давления 3 ат и температуры 300oС, или полученную в результате термообработки целевую фракцию предварительно подвергают гидроочистке с последующей депарафинизацией. Для повышения селективности фенола при очистке указанного дистиллята процесс экстрагирования осуществляют при подаче фенольной воды. Однако для данного технологического процесса по получению масла-теплоносителя характерны следующие недостатки: использование для очистки растворителя, в частности фенола и фенольной воды, что увеличивает материало- и энергозатраты по получению масла-теплоносителя, в том числе за счет многоступенчатости процесса по регенерации растворителя; низкий выход масла-теплоносителя из исходного сырьевого дистиллята. Кроме того, данный процесс получения масла-теплоносителя технологически эффективен (подтверждается описанием изобретения) при очистке нефтяных фракций, которые имеют узкие температурные интервалы кипения от 317 до 460oС или от 322 до 465oС, или от 335 до 475oС, что свидетельствует об ограниченности полезного использования ресурсов углеводородов. Получаемое в результате реализации известного способа масло-теплоноситель относится к типу готовой продукции с низкой температурой застывания. Вместе с тем получаемые по данному способу масла-теплоносители по таким показателям, как температуры самовоспламенения и застывания, кинематическая вязкость при Т= 100oС, соответствуют технологическим требованиям, предъявляемым к этому типу продукции. С учетом этих обстоятельств способ получения масла-теплоносителя по а.с. 1616967 выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. Задача изобретения состояла в обеспечении следующего технического результата: упрощения способа получения эффективного по техническим показателям масла-теплоносителя за счет сокращения стадий процесса, материало- и энергозатрат, в том числе в части используемых реагентов, температур и давлений; расширения ресурса углеводородов для получения масла-теплоносителя за счет использования исходной нефтяной фракции, которая имеет широкий диапазон кипения. Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения масла-теплоносителя, заключающийся в использовании нефтяной фракции с температурой кипения от 280 до 520oC, которую подвергают вакуумной перегонке при температуре 200-300oС и остаточном давлении 0,0013-0,0027 МПа до отбора от исходной фракции 60-80% целевой фракции, которую затем химически очищают при Т= 40-55oС с использованием комплекса катализатора (АlСl3

аппарата для адсорбционной обработки;
фильтра, например вакуум-фильтра барабанного. В состав установки входят также:
отгонная колонна для отгонки с помощью перегретого водяного пара из фильтрата (очищенная отбеливающей землей фракция) "легкокипящих" компонентов, предпочтительно ароматического углеводорода, входившего в состав комплекса катализатора;
емкости для исходных сырьевых компонентов, емкости-сборники, в частности, для целевой фракции вакуумной перегонки, для кубовых остатков, для легкокипящих компонентов, для фракции, полученной в результате химической очистки, для фильтрата, для готового продукта и др.;
трубопроводы, теплообменники, насосы и др. оборудование для осуществления процесса получения масла-теплоносителя, в том числе в режиме технологически замкнутого цикла, обеспечивающего возможность безотходного использования различных кубовых и других остатков после технологических этапов переработки и очистки нефтяных фракций и преимущественно путем использования названных остатков в качестве сырья для топок сжигания котельного оборудования. Процесс получения масла-теплоносителя осуществляют на следующих технологических этапах. Исходный сырьевой продукт в виде нефтяной фракции, имеющей Тн.к. = 280oС и Тк. к. = 520oС, дозирующим насосом через теплообменники предварительного подогрева (соответственно при Т=20-150oС и Т=150-250oС) подается в роторный пленочный испаритель (РПИ). Режим предварительного подогрева нефтяной фракции необходим для удаления из последней "легкокипящих" компонентов. Перегонка в аппарате РПИ ведется при температуре 200-300oС и остаточном давлении 0,0013-0,0027 МПа. Процесс ведется до отбора 60-80% целевой фракции, предпочтительно до 75% отбора от исходной нефтяной фракции, поданной в РПИ. В испарителе в нижней части его колонны образуется кубовый остаток из части высококипящих фракций (смолы, гудрон), которые в дальнейшем предпочтительно используют в качестве компонента в топке сжигания котельного оборудования. Данные по апробированию процесса разгонки исходной нефтяной фракции с учетом необходимого мас.% отбора целевой фракции приведены в табл. 1. Таким образом, из приведенных результатов следует, что заданные параметры по режимам перегонки исходной нефтяной фракции (выбранной в соответствии с заявляемым способом) оптимальны. Уменьшение или увеличение температуры перегонки, параметров остаточного давления приведет к изменению диапазона температур кипения (при нормальном давлении) отбираемой целевой фракции и мас. % изменению отбора целевой фракции от исходного сырьевого дистиллята. Целевая фракция после ее конденсации и при температуре 30-50oС равномерно подается в реактор-смеситель для следующего этапа технологического процесса, обеспечивающего ее химическую очистку. Температура фракции при подаче в реактор химической очистки оптимальна по энергетическим затратам для осуществления этого технологического этапа, обеспечивающего процесс химической очистки в реакторе-смесителе с использованием жидкого комплекса катализатора, предпочтительно (АlСl3:С6Н5СН3:НСl). Этап химической очистки осуществляют при Т = 40-50oС и при маc. соотношении исходный полупродукт (целевая фракция отгона) : комплекс катализатора 1 : (0,09-0,13). Используемый на этапе химической очистки комплекс катализатора предварительно приготавливается путем смешивания (в реакторе-смесителе) при температуре 40-50oС хлористого алюминия (АlСl3), ароматического углеводорода, предпочтительно толуола (С6Н5СН3), в присутствии хлористого водорода (НСl), последний подают в реактор-смеситель со скоростью, при которой нет его проскока. Реакция получения комплекса катализатора осуществляется по схеме
АlСl3+С6Н5СН3+НСl-->АlСl3




комплекса катализатора по изобретению, пример 1;
комплекса катализатора, пример 2 (контрольный). Компонентный состав названных комплексов катализаторов, оценка их активности приведены в таблице 2. Оценка осуществлялась по таким показателям, как кинематическая вязкость (мм2/с) при Т=100oС, содержание серы (%). Данные показатели наиболее эффективно оценивают полученный продукт с точки зрения их оптимальности для получения на следующих этапах технологического процесса готового продукта - масла-теплоносителя. Приведенные в таблице 2 данные соответствуют стадии химической очистки исходной целевой фракции, полученной в результате вакуумной перегонки в РПИ нефтяной фракции с Тн.к.=280oС и Тк.к.=520oС. Экспериментально процесс химической очистки осуществляли в смесителе с якорной мешалкой при температуре 50oС. Исследования проводили в лабораторных условиях в реакторе-смесителе при его загрузки исходной целевой фракцией в количестве 20 кг для каждого примера 1-2 при использовании соответствующего для каждого примера комплекса катализатора. Процесс осуществлялся в течение 4 час (для каждого опыта), что соответствовало стадиям перемешивания компонентов и последующего отстаивания смеси, удаления отработанного катализатора с "захваченными" им примесями и части очищаемой фракции, слива жидкой осветленной очищенной фракции. Из анализа данных, приведенных в таблице 2 следует, что получаемые в результате процесса химической очистки физико-химические показатели очищенного полупродукта более эффективны и оптимальны при использовании в процессе очистки комплекса катализатора (АlСl3






5% выкипает не ниже 365oС,
50% выкипает не ниже 410oС,
95% выкипает не ниже 440oС. Приведенные данные по фракционному составу свидетельствуют об эффективности и оптимальности выбранного этапа химической очистки по заявляемому способу. Выход продукта очистки для примера составил 92,0% от очищаемой целевой фракции. Следующий этап технологического процесса по получению масла-теплоносителя осуществляется посредством адсорбционной обработки полученного продукта химической очистки. Адсорбционную обработку осуществляют предпочтительно с использованием отбеливающей глины - каолина. Процесс очистки отбеливающей глиной полученного в результате описанного выше этапа химической очистки полупродукта позволяет удалить из последнего остатки различных примесей, в том числе примесей катализатора. Адсорбционная обработка производится при подаче полученного на этапе химической очистки полупродукта в реактор-смеситель. Подача осуществляется при температуре 40-50oС, что оптимально по энергетическим затратам и для этапа адсорбционной обработки. Процесс адсорбционной обработки осуществляют при маc. соотношении фракция : каолин 1:0,077. Указанное соотношение компонентов оптимизировано по количеству расходуемой отбеливающей глины, а также с учетом получения в результате этого этапа и последующих готового продукта - масла-теплоносителя. При проведении экспериментальных исследований по эффективности адсорбционной очистки был выработан следующий предпочтительный вариант материального баланса этого этапа:
жидкая фракции полупродукта, полученного на этапе химической очистки, - загрузка ориентировочно 260 кг/час;
каолин - загрузка ориентировочно 20 кг/час. Процесс адсорбционной очистки отбеливающей глиной осуществляют предпочтительно в течение 6-8 час. Следующий этап технологической обработки заключается в фильтрационной обработке суспензионного продукта адсорбционной очистки. В качестве наиболее простого и удобного для фильтрации суспензии (отбеливающая глина, продукт очистки) является непрерывно действующий барабанный вакуум-фильтр. Возможно использование для этих целей и другого технологического оборудования, в том числе центрифуги, дисковых фильтров. Материальный баланс технологического процесса по адсорбционной обработки и фильтрации рассчитан с учетом общей загрузки смесителя 280 кг/час (соответственно 260 кг очищаемой фракции, 20 кг отбеливающей глины), производительность барабанного фильтра (300 кг/час по фильтрату). В результате был получен фильтрат в количестве 240 кг/час, количество твердого остатка составило 40 кг (в том числе 20 кг глины и 20 кг захваченных глиной примесей катализатора, органических примесей и др.). Указанные твердые остатки в дальнейшем предпочтительно утилизируют путем подачи их в печь сжигания, в которую также подают и др. технологические остатки, полученные на предыдущих этапах получения масла-теплоносителя. Таким образом, общий выход фильтрата (продукта, полученного в результате адсорбционной очистки и фильтрации полупродукта предыдущего этапа химической очистки) составил 92,3%. Полученный в результате описанного технологического этапа полупродукт - фильтрат непрерывно поступает в соответствующую емкость - сборник, откуда насосом непрерывно подается в отгоночную колонну на отгонку "острым" паром оставшихся в фильтрате примесей в виде "легкокипящих" компонентов, в частности толуола. Процесс отгонки осуществляется путем подачи в колонну перегретого до температуры не ниже 130oС пара при его давлении, ориентировочно равном 0,3 МПа. При подаче "острого" пара происходит интенсивная циркуляция высококипящей фракции (фильтрата) с отгонкой из нее "легкокипящих" компонентов, преимущественно находящегося в фильтрате толуола. Пары воды с парами легкокипящих органических примесей (в основном, толуола) выходят сверху колонны, конденсируются и стекают в фазоразделитель, где конденсат расслаивается на два слоя: верхний органический и нижний "водный". Слой органических примесей может быть направлен в печь сжигания или после соответствующей переработки путем отделения толуола от органических примесей выделенная часть толуола направляется в реактор приготовления комплекса катализатора. Материальный баланс процесса отгонки представлен в табл. 3. Таким образом, на данном этапе отгонки количество полученного продукта составляет 87,5%. Общий анализ материальных балансов на всех этапах технологического процесса по заявляемому способу получения масла-теплоносителя показал, что полезный выход этого готового продукта на исходную сырьевую нефтяную фракцию с температурой кипения от 280 до 520oС составил (75,0%, 90,0%, 92,3 %, 87,5%) 54,5%, что превышает аналогичный показатель при получении масла-теплоносителя по ближайшему аналогу. Полученный в результате описанного технологического процесса продукт, которому условно присвоена марка Б, может быть использован в качестве органического теплоносителя в системах теплообеспечения с обычной температурой застывания (температура окружающей среды не менее +20oС), а также в качестве полупродукта для последующих химических процессов, например для получения других типов продуктов. Полученный в результате описанного технологического процесса продукт марки Б был подвергнут депарафинизации с целью получения масла-теплоносителя с пониженной температурой застывания. Процесс депарафинизации осуществляют по традиционной для указанной цели технологии путем перемешивания в реакторе депарафинизируемого продукта и растворителя. В качестве растворителя по заявляемому изобретению используют смесь следующих компонентов: метилэтилкетон (МЭК), толуол, бензол при их мас. соотношении МЭК : толуол : бензол 0,70:0,15:0,15. Соотношение продукт: растворитель традиционно соответствует 1:1. Процесс депарафиницации позволяет выделить из продукта переработки некоторое количество н-парафинов, которые обуславливают достаточно высокую температуру застывания этого перерабатываемого продукта. Указанные технологические параметры стадии депарафиницации оптимальны. В результате депарафинизации получен готовый продукт - органическое масло-теплоноситель с пониженной температурой застывания, которому условно присвоена марка А. Для подтверждения эффективности способа получения масла- теплоносителя в соответствии с заявляемым техническим решением готовые продукты по маркам А и Б были оценены по физико-химическим показателям с учетом действующих для отечественной промышленности стандартов. Результаты исследований физико-химических показателей названных продуктов представлены в табл. 4. Таким образом, в результате реализации изобретения получены масла-теплоносители, которые могут быть эффективно использованы в различных системах теплоснабжения с учетом требований потребителя. Подтверждением оптимальности полученных физико-химических показателей полученного в соответствии с изобретением продукта, в частности, марки Б, предназначенного для использования в качестве органического теплоносителя с пониженной температурой застывания, являются физико-химические показатели известных отечественных и зарубежных теплоносителей для аналогичных целей. Требования к технологическим показателям этого типа масел, в частности, показаны в кн. Д. Кламанн "Смазки и родственные продукты". - М.: Химия, 1988, с.362.
Формула изобретения


РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4