Способ очистки масляных фракций

 

Использование: в нефтепереработке на установках селективной очистки масляных фракций такими растворителями, как фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон и другие. Сущность: сырье контактирует с избирательным растворителем противотоком в многоступенчатом экстракторе с получением рафинатного и экстрактного растворов с последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением рафината и экстракта. В нижнюю часть экстрактора вводят часть экстрактора, а часть рафината вводят в экстрактор между вводами сырья и экстракта. Технический результат - повышение отбора рафината. 9 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в процессах жидкостной экстракции, например, в нефтепереработке на установках селективной очистки масляных фракций такими растворителями, как фенол, фурфурол, М-метил-2-пирролидон и другие.

В качестве аналогов можно выделить следующие способы селективной очистки: Первый аналог [1, Альдерс А. "Жидкостная экстракция", 1961, С.232] - это способ селективной очистки, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья с избирательным растворителем в многоступенчатом экстракторе, с вводом антирастворителя в многоступенчатый экстрактор, получением в нем рафинатного и экстрактного растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением рафината и экстракта.

В этом способе с целью увеличения отбора рафината в экстрактор вводится антирастворитель для снижения растворяющей способности растворителя и повышения его избирательности, но это не позволяет интенсифицировать процесс, особенно в промывной части, то есть получить значительный поток рисайкла (поток в промывной части экстрактора, движущийся в противотоке к потоку растворителя и называемый также потоком орошения), не позволяет создать высокую разность плотностей потока экстрактной фазы и потока рисайкла, которая является движущей силой процесса сепарации взаимодействующих фаз и косвенно определяет качество рисайкла. В результате этого достаточно низок отбор рафината (целевого продукта процесса), который получается после регенерации растворителя из рафинатного раствора.

Например, в нефтепереработке при очистке масляных фракций (сырья) таким селективным растворителем, как фенол, процесс осуществляется в экстракционных колоннах гравитационного типа (экстракторах), где сырье, вводимое в среднюю часть экстрактора, контактирует в противотоке с растворителем, вводимым в верхнюю часть экстрактора, а в качестве антирастворителя используется фенольная вода, подаваемая в нижнюю часть экстрактора [2 - Черножуков Н.И. "Технология нефти". 1952, с.207].

Основным недостатком этого способа является относительно низкий отбор рафината и плохая работа промывной части экстрактора, то есть зоны ниже ввода сырья. Кроме этого, отсутствуют резервы для повышения эффективности процесса жидкостной экстракции в промышленных аппаратах из-за малых количеств потока рисайкла в зоне ниже ввода сырья (зоне орошения или промывной зоне экстрактора), а также невысокого значения температурного градиента (разности температур между верхом и низом экстрактора).

Второй аналог [1, С.235] - это способ селективной очистки, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья с избирательным растворителем в многоступенчатом экстракторе, с получением в нем рафинатного и экстрактного растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением рафината и экстракта и вводом части экстракта в многоступенчатый экстрактор.

В этом способе подаваемый экстракт взаимодействует с внутренним потоком экстрактного раствора, поступающим из зоны ввода сырья.

В результате этого взаимодействия из экстрактного раствора выделяется в виде внутреннего потока рафинатный раствор - рисайкл. Этот способ позволяет лишь незначительно повысить отбор рафината, но не позволяет получить значительный поток рисайкла. Разность плотностей потока экстрактной фазы и потока рисайкла, которая является движущей силой процесса сепарации взаимодействующих фаз, также невелика. Основным недостатком этого способа является относительно низкий отбор рафината. Кроме этого, отсутствуют резервы для повышения эффективности процесса жидкостной экстракции в промышленных аппаратах из-за малых количеств рисайкла и низких значений движущей силы процесса сепарации фаз (разности плотностей взаимодействующих потоков) в промывной части экстрактора, а также невысокого значения температурного градиента.

Например, в нефтепереработке при очистке масляных фракций (сырья) селективным растворителем, где процесс осуществляется в гравитационных экстракторах, с вводом растворителя в верхнюю часть экстрактора, а сырья - в среднюю часть экстрактора для орошения может подаваться часть охлажденного экстракта, получаемого после регенерации растворителя из экстрактного раствора [3 - Гольдберг Д.О. "Смазочные масла из нефтей восточных месторождений". 1972, с.89]. Этот способ не дает значительного прироста отбора рафината, а также мала эффективность процесса экстракции в промышленных аппаратах в зоне ниже ввода сырья (зоне орошения или промывной зоне экстрактора) из-за малых количеств потока рисайкла.

Третий аналог - это способ селективной очистки масляных фракций [4 - РФ 2107710] путем противоточного контактирования сырья, вводимого в среднюю часть экстрактора, с растворителем, вводимым в верхнюю часть экстрактора, в присутствии антирастворителя, подаваемого в нижнюю часть экстрактора, с последующей регенерацией растворителя из рафинатного и экстрактного растворов с получением рафината и экстракта, с вводом в нижнюю часть экстрактора выше ввода антирастворителя части экстракта при температуре, не превышающей температуру ввода сырья, и вводом в нижнюю часть экстрактора между вводами сырья и экстракта части рафината при температуре, не превышающей температуры ввода сырья в экстрактор.

Этот способ позволяет повысить отбор рафината, но мала эффективность процесса экстракции в промышленных аппаратах в зоне ввода антирастворителя в основном из-за малой разности плотностей потока экстрактной фазы и потока создаваемого рисайкла. Кроме того, например, при переходе установок селективной очистки масляных фракций на использование современного растворителя N-метил-2-пирролидон стремятся на всей установке исключить использование воды, в том числе и как антирастворителя, из-за возникающих проблем с коррозией оборудования.

Четвертый аналог - это способ очистки масляных фракций [5 - США 4333824] путем противоточного контактирования сырья с растворителем с вводом в нижнюю часть экстрактора или в растворитель части экстракторного раствора, полученного после частичной регенерации из него растворителя, а также с возможностью подачи части рафинада в растворитель. Этот способ направлен на изменение селективных свойств растворителя и селективности процесса в верхней части экстрактора, что не позволяет интенсировать работу всего экстрактора, особенно его нижней части.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и существенным признакам к предлагаемому способу является второй аналог.

Сущность изобретения заключается в том, что селективная очистка осуществляется путем противоточного контактирования сырья с избирательным растворителем в многоступенчатом экстракторе с получением в нем рафинатного и экстрактного растворов и последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением рафината и экстракта, вводом части экстракта и части рафината в многоступенчатый экстрактор.

Основной целью настоящего изобретения является повышение отбора рафината при селективной очистке сырья в процессе жидкостной экстракции за счет его интенсификации.

Поставленная цель достигается тем, что в многоступенчатый экстрактор вводится часть экстракта и часть рафината. Рафинат может подаваться в экстрактор как без принудительного охлаждения, так и при температуре, не превышающей температуру подачи сырья.

Ввод в экстрактор части рафината и части экстракта позволяет осуществить селективное перераспределение сырьевых компонентов и растворителя, связанное с их различной взаимной растворимостью во взаимодействующих между собой потоках рафинатного и экстрактного растворов внутри экстрактора. В результате этого перераспределения происходит дополнительное извлечение ценных сырьевых компонентов из экстрактного раствора, поступающего в промывную часть экстрактора из зоны питания (зоны вода сырья), и увеличение отбора рафината в пересчете на массу исходного сырья. Повышение эффективности процесса жидкостной экстракции достигается за счет увеличения движущей силы процесса сепарации встречных взаимодействующих потоков в нижней части экстрактора, роста температурного градиента и увеличения количества внутренних потоков рафинатного раствора, способствующих изменению гидродинамической структуры потоков в промывной части промышленных экстракторов.

Эффективность экстракторов определяется числом теоретических (равновесных) ступеней экстракции. В связи с тем, что на каждой теоретической ступени происходит взаимный массообмен компонентами между взаимодействующими фазами до состояния фазового равновесия, экстрактный раствор ступени ввода сырья содержит некоторое количество ценных сырьевых компонентов, потеря которых недопустима. Воздействием на этот экстрактный раствор рафинатом удается выделить из него в основном ценные углеводороды, близкие по своей углеводородной природе к рафинату, а воздействием экстрактом - выделять в поток рисайкла оставшиеся ценные компоненты.

Предлагаемый способ селективной очистки реализуется в экстракторе - экстракционной системе, состоящей из экстракционной (или концентрационной) части, зоны питания (ввода сырья) и промывной (или отгонной) части. В отличие от прототипа в заявленном способе усилена эффективность работы отгонной части экстрактора за счет подачи в нее части рафината. Увеличение массовых внутренних потоков рафинатного раствора и суммарных встречных взаимодействующих (или равновесных) потоков по ступеням приводит к более эффективному взаимодействию внутренних потоков. Это позволяет интенсифицировать процесс экстракции и позволит расширить диапазон работы по загрузке сырьем как в существующих промышленных экстракторах, в особенности работающих на пониженных загрузках по сырью, так и во вновь проектируемых аппаратах.

Совокупность отличительных признаков, описанных выше, обеспечивает новые технические свойства предлагаемого способа: повышение отбора рафината за счет организации более высокой эффективности работы экстракционной системы; увеличение массовых внутренних потоков рафинатного раствора и суммарных встречных взаимодействующих потоков по ступеням экстракционной системы; повышение разности плотностей потоков экстрактного раствора и рафинатного раствора в промывной части экстракционной системы, что повышает движущую силу процесса сепарации взаимодействующих фаз.

В приложении приведены следующие фигуры: 1) фиг.1 - пятиступенчатый экстрактор в виде экстракционной колонны; 2) фиг. 2 - пятиступенчатый экстрактор в виде системы смесителей-отстойников; 3) фиг. 3 - пятиступенчатый экстрактор в виде системы двух полных экстракционных колонн; 4) фиг. 4 - пятиступенчатый экстрактор в виде экстракционной колонны с растворителем легче сырья; 5) фиг. 5 - пятиступенчатый экстрактор с вводом антирастворителя в промывную часть; 6) фиг. 6 - пятиступенчатый экстрактор с вводом экстракта в промывную часть; 7) фиг. 7 - пятиступенчатый экстрактор с вводом рафината и экстракта в промывную часть; 8) фиг. 8 - шестиступенчатый экстрактор с вводом рафината, экстракта и антирастворителя в промывную часть;
9) фиг. 9 - шестиступенчатый экстрактор с вводом рафината и экстракта в промывную часть.

Реализация экстракционной системы может быть различна. Это могут быть, например, экстракционная колонна гравитационного типа, группа экстракционных колонн, система смесителей-отстойников, центробежные экстракторы и другие.

На фиг.1-4 приведены возможные, но не ограничивающие область применения изобретения варианты экстрактора (экстракционной системы).

В качестве примера на фиг.1 представлен экстрактор, характеризуемый пятью теоретическими ступенями, являющийся экстракционной системой, где растворитель тяжелее сырья и подается в верхнюю часть экстрактора, сырье - в среднюю часть экстрактора, образуя таким образом экстракционную часть. В промывную часть экстрактора, в данном случае нижнюю, подается часть экстракта. Эта колонна является полной, то есть состоящей из экстракционной (или концентрационной) части и промывной (или отгонной) части.

Та же самая экстракционная система по фиг.1 может быть представлена системой смесителей-отстойников (фиг. 2), где каждый смеситель-отстойник с первого (1) по пятый (5) является одной теоретической ступенью, а схема движения и взаимодействия потоков рафинатных растворов (R) и экстрактных растворов (Е) описывает их взаимодействие по аналогии с пятиступенчатым экстрактором.

На фиг. 3 представлена экстракционная система, состоящая из двух подсистем в виде двух полных экстракторов. Здесь в обоих экстракторах в отгонные части подается экстракт. В первом экстракторе разделяемая смесь (сырье) экстрагируется потоком, обладающим свойствами селективного растворителя, а именно промежуточным экстрактным раствором второго экстрактора. Во втором экстракторе растворитель взаимодействует с разделяемой смесью, которой является поток рафинатного раствора из первого экстрактора [6 - РФ 2113267] . Рафинат по предлагаемому способу может подаваться в любой экстрактор.

На фиг.4 представлен вариант, когда разделение сырья происходит в экстракторе растворителем легче сырья. В этом случае растворитель подается в нижнюю часть экстрактора.

На фиг. 5-9 представлены схемы, по которым в качестве примера производился расчет процесса экстракции масляной фракции фенолом. Фиг.5 представляет способ селективной очистки с подачей антирастворителя в промывную зону пятиступенчатого экстрактора, фиг.6 - то же, с подачей части экстракта в пятиступенчатый экстрактор, фиг.7 - то же, с подачей части экстракта и части рафината в пятиступенчатый экстрактор, фиг.8 - то же, с подачей части экстракта, части рафината и антирастворителя в шестиступенчатый экстрактор; фиг.9 - то же, с подачей части экстракта и части рафината в шестиступенчатый экстрактор.

В табл.1-5 представлена часть результатов расчетов, которые подтверждают достижение поставленной задачи.

В табл.1 приведен массовый состав модельной смеси углеводородов, характеризующих IV масляную фракцию, в табл.2 - массовый отбор рафината г по отношению к сырью и разность плотностей на четвертой (Δρ₄), пятой (Δρ₅) и шестой (Δρ₆) ступенях для пяти примеров, табл. 3 - массовый отбор рафината г по отношению к сырью в зависимости от массы вводимых экстракта и рафината при одинаковой температуре 60^oС при числе ступеней (N) в экстракторе, равном пяти, табл.4 - массовый отбор рафината г по отношению к сырью в зависимости от температур вводимых по 40 кг экстракта и рафината при числе ступеней в экстракторе, равном пяти, табл.5 - распределение температур (Т_i), рафинатных (R_i) и экстрактных (Е_i) потоков, суммарных потоков (R_i+Е_i) по ступеням для аналогов и предлагаемого способа.

Для проверки предлагаемого способа на примере селективной очистки масляных фракций фенолом проведены исследования на ЭВМ (электронной вычислительной машине) с помощью модели адиабатической противоточной многоступенчатой жидкостной экстракции. Одним из основных элементов расчета на ЭВМ противоточной адиабатической многоступенчатой жидкостной экстракции является расчет коэффициентов активности, для расчета которых использовался метод группового вклада. Для этого на основании группового и химического анализа сырья оно было представлено в виде модельной смеси (табл.1), состоящей из 12 компонентов, характеризующих следующие группы углеводородов: парафины, изопарафины, нафтены, однокольчатая и многокольчатая ароматика. В качестве антирастворителя использовалась фенольная вода (примеры 1 и 4), а растворителем был сухой фенол, то есть к системе добавляется 13-ый компонент - вода и 14-ый компонент - фенол. Таким образом, расчет фазового равновесия между взаимодействующими потоками на каждой теоретической ступени проводился для 14 компонентов.

Что касается процесса фенольной очистки масляных фракций, то в промышленности широкое распространение получил способ создания рисайкла путем ввода в промывную часть экстрактора фенольной воды, являющейся антирастворителем. В настоящее время при переходе многих отечественных установок селективной очистки масляных фракций на использование современного растворителя N-метил-2-пирролидона, обладающего рядом существенных преимуществ перед фенолом, отказываются от использования воды в качестве антирастворителя из-за возникающих проблем с коррозией оборудования и в результате промывная часть экстрактора фактически не работает, то есть она исключается из технологического процесса, в том числе и при использовании малоэффективного способа селективной очистки с вводом в отгонную часть колонны экстрактной фазы. Предлагаемый способ дает возможность, в частности, на установках селективной очистки масляных фракций отказаться от использования воды. Основные преимущества в этом случае следующие: устранение водного контура на установке и таким образом решение проблемы коррозии металла, а также экологической проблемы, связанной с уносом растворителя с установки вместе с водой; удаление целого аппарата - колонного абсорбера для поглощения растворителя из водного потока; меньшие энергетические затраты - не нужно выделять воду из азеотропных смесей.

Лабораторные исследования показали, что эффективность промышленных экстракторов селективной очистки различных нефтяных масляных фракций эквивалентна трем-шести теоретическим ступеням. В связи с этим при очистке IV масляной фракции фенолом (для примера) в качестве прототипа была выбрана схема с пятью и шестью теоретическими ступенями, то есть с более жесткими условиями, когда речь идет об увеличении выхода рафината.

В качестве примера взяты экстракторы с пятью (примеры 1-3) и шестью (примеры 4-5) теоретическими ступенями, где растворитель подается на первую ступень, сырье - на третью ступень. В примерах 1 и 2 антирастворитель или экстракт вводится на пятую ступень, в примере 3 экстракт вводится на пятую, а рафинат - на четвертую ступень. В примере 4 рафинат, экстракт и антирастворитель вводятся на четвертую, пятую и шестую ступени соответственно. В примере 5 рафинат и экстракт вводятся соответственно на пятую и шестую ступени (фиг.5-9).

Проведено несколько серий расчетов: по первому аналогу с вводом антирастворителя - фенольной воды; по второму аналогу - прототипу с вводом экстракта; по третьему аналогу с вводом экстракта и рафината
и антирастворителя - фенольной воды; по предлагаемому способу с вводом экстракта и рафината.

При расчетах на каждой теоретической ступени достигалось фазовое равновесие взаимодействующих потоков (рафинатного и экстрактного растворов, поступающих с соседних ступеней).

Температуры сырья, растворителя, рециркулята, их расходы, отбор рафината зависят от особенностей конкретного технологического процесса и требований, предъявляемых к качеству и отбору рафината. В приведенных примерах для очистки IV масляной фракции количество сырья, растворителя (фенол), их температуры ввода были одинаковы для всех серий расчетов. Соотношение указанных потоков, их составы и температуры приняты в соответствии с технологическим режимом промышленных установок селективной очистки IV масляной фракции фенолом, за исключением использования сухого, а не обводненного фенола.

Исходные данные (параметры процесса):
Масса вводимого сырья - 200 кг
Масса вводимого фенола - 340 кг
Температура ввода сырья - 67^oС
Температура ввода фенола - 73^oС
Массовое соотношение фенол: сырье - 1,7:1,0
В примерах приведены результаты расчетов на ЭВМ по каждой серии расчетов после выхода многоступенчатой системы на стационарный режим, что подтверждалось материальным балансом процесса, постоянством качества и выхода рафината и экстракта, а также постоянства количества и состава внутренних жидкостных потоков и температурного профиля по ступеням.

Основными параметрами, оказывающими определяющее воздействие для достижения поставленной цели - повышения отбора рафината по предлагаемому способу, является количества вводимых в экстрактор рафината и экстракта.

Дополнительное влияние, но не определяющее, оказывает и температурный градиент в экстракторе (разность температур по ступеням экстрактора), рост которого удается обеспечить снижая температуру подаваемых рафината и экстракта.

Для количественной оценки влияния каждого из этих определяющих параметров на увеличение отбора рафината были проведены расчеты на ЭВМ с изменением значений указанных параметров. Количество вводимых экстракта и рафината варьировалось от 20 до 60 кг при температуре от 70^oС до 55^oС.

При реализации предлагаемого способа в экстракторах потребуется осуществить оптимальный выбор количества вводимого рафината и его температуры с учетом распределения внешнего потока рециркулята по сечению аппарата и реальной гидродинамической структуры взаимодействующих встречных потоков в насадочных и других конструкциях экстракторов. Необходимо отметить, в свою очередь, что выбор количества вводимого рафината в экстрактор и температура его подачи будет зависеть также и от конкретных параметров технологического режима очистки, физической природы и свойств как очищаемого сырья, так и растворителя.

Серия 1. Первая серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование первого аналога. Расчет для заданной системы производился по схеме, приведенной на фиг.5 (приложение). Были получены следующие результаты (табл. 2 и 5), характеризующие способ селективной очистки масляной фракции, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья (F) с избирательным растворителем (S) в многоступенчатом экстракторе (1), с подачей антирастворителя (С) в многоступенчатый экстрактор, получением в нем рафинатного и экстрактного растворов, последующей регенерацией растворителя из этих растворов в блоках регенерации (2 и 3) с получением рафината (г) и экстракта (е). Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор. Антирастворитель (фенольная вода с массовым содержанием фенола в 9%) подавался в соответствии с технологическим режимом установок фенольной очистки масляных фракций в количестве 4 кг и при температуре 30^oС.

Серия 2. Вторая серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование прототипа. Расчет для заданной системы производился по схеме, приведенной на фиг. 6 (приложение). Были получены следующие результаты (табл. 2-5), характеризующие способ селективной очистки масляной фракции, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья F с избирательным растворителем S в многоступенчатом экстракторе (1), с получением в нем рафинатного R₁ и экстрактного E₅ растворов, последующей регенерацией растворителя из этих растворов в блоках регенерации (2 и 3) с получением рафината г и экстракта е и подачей охлаждаемого (в случае необходимости) в теплообменнике (4) части экстракта в многоступенчатый экстрактор. Регенерированный растворитель (S_r и S_е) возвращается в экстрактор.

В этой серии масса подаваемого экстракта на пятую тарелку при температуре 60^oС составляла 20, 40 и 60 кг. При подаче экстракта в количестве 40 кг расчеты проводились при температуре 65, 60 и 55^oС.

Основным примером (пример 2) данной серии для сравнения принят вариант при подаче экстракта массой 40 кг при температуре 60^oС.

Серии 3. Эта серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование предлагаемого способа. Расчет для предлагаемого способа селективной очистки в качестве примера, не ограничивающего область применения способа, производился по принципиальной схеме, приведенной на фиг.7 (приложение). В этих схемах сырье F подается на третью, считая сверху, теоретическую ступень контактирования (в принципе, можно предусмотреть несколько вводов сырья на различные ступени), противотоком ему в верхнюю часть экстрактора (на первую теоретическую ступень) подается растворитель S, на нижнюю (пятую) теоретическую ступень подается часть экстракта е_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (4), от потока экстракта е, а часть рафината г_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (5), подается на четвертую теоретическую ступень, то есть в промывную часть экстрактора. Рафинатный раствор R₁ поступает в блок регенерации (2) и из него выделяется растворитель S_r с получением рафината, представляющего собой очищенное от нежелательных компонентов сырье. С низа экстрактора выводится экстрактный раствор E₅, после выделения из которого фенола S_e в блоке регенерации (3) получают экстракт, представляющий собой в основном нежелательные компоненты, извлеченные растворителем из сырья. Регенерированный растворитель (S_r и S_е) возвращается в экстрактор (1). Рафинат г выводится с установки.

В этой серии массы подаваемого рафината на четвертую ступень и экстракта на пятую ступень при температуре 60^oС составляли 20, 40 и 60 кг. При подаче рафината и экстракта в количестве 40 кг расчеты проводились при температуре 70, 65, 60 и 55^oС.

Основным примером (пример 3) для сравнения в данной серии принят вариант при подаче экстракта и рафината массой по 40 кг при температуре 60^oС.

Серия 4. Эта серия расчетов на ЭВМ была направлена на исследование третьего аналога. Расчет для заданной системы производился по схеме, приведенной на фиг. 8 (приложение). Были получены следующие результаты (табл.2 и 5), характеризующие способ селективной очистки масляной фракции, осуществляемый путем противоточного контактирования сырья (F), вводимого в среднюю часть экстрактора (1), с растворителем (S), вводимым в верхнюю часть экстрактора, в присутствии антирастворителя (С), подаваемого в нижнюю часть экстрактора, с последующей регенерацией растворителя в блоках регенерации (2 и 3) из рафинатного и экстрактного растворов с получением рафината и экстракта (е), с вводом в нижнюю часть экстрактора выше ввода антирастворителя части экстракта (е_рец.) при температуре, не превышающей температуры ввода сырья, и вводом в нижнюю часть экстрактора между вводами сырья и экстракта части рафината (r_рец.) при температуре, не превышающей температуру ввода сырья в экстрактор. Регенерированный растворитель (S_r и S_е) возвращается в экстрактор. Рафинат г выводится с установки.

Основным примером (пример 4) для сравнения в данной серии принят вариант при подаче экстракта и рафината массой по 40 кг при температуре 60^oС на пятую и четвертую ступени соответственно с вводом антирастворителя (фенольная вода с массовым содержанием фенола в 9%) на шестую ступень в количестве 4 кг и при температуре 30^oС.

Серии 5. Эта серия расчетов на ЭВМ была направлена на сравнение предлагаемого способа с третьим аналогом. Расчет для предлагаемого способа селективной очистки в качестве примера производился по принципиальной схеме, приведенной на фиг.9 (приложение). В этой схеме сырье F подается на третью, считая сверху, теоретическую ступень контактирования, противотоком ему в верхнюю часть экстрактора (на первую теоретическую ступень) подается растворитель S, на нижнюю (шестую) теоретическую ступень подается часть экстракта е_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (4), от потока экстракта е, а часть рафината r_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (5), подается на пятую теоретическую ступень, то есть в промывную часть экстрактора. Рафинатный раствор R₁ поступает в блок регенерации (2) и из него выделяется растворитель S_r с получением рафината, представляющего собой очищенное от нежелательных компонентов сырье. С низа экстрактора выводится экстрактный раствор Е₆, после выделения из которого фенола S_е в блоке регенерации (3) получают экстракт, представляющий собой в основном нежелательные компоненты, извлеченные растворителем из сырья. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор (1). Рафинат г выводится с установки.

Основным примером (пример 5) для сравнения в данной серии принят вариант при подаче экстракта и рафината массой по 40 кг при температуре 60^oС.

В таблицах 1-5 (приложение) представлены результаты проведенных расчетов, демонстрирующих возможность достижения поставленной цели и преимуществ предлагаемого способа по сравнению с аналогами и прототипом. Представленные сведения о результатах исследования аналогов и предлагаемого способа позволяют сделать следующие основные обобщения.

Проведенные исследования подтверждают принципиальную возможность повышения отбора рафината г по предлагаемому способу. В частности, в исследуемой системе показано влияние количеств вводимых рафината и экстракта и их температур.

В табл.2 приведены результаты по массовому отбору рафината по отношению к сырью для аналогов и предлагаемому способу (для основных примеров проведенных серий расчетов). Предлагаемый способ, как видно, позволяет повысить отбор рафината по сравнению с аналогами и прототипом. В табл.3 и 4 представлены результаты по отбору рафината и показано влияние количеств и температур вводимых рафината и экстракта. Сравнивая значения отборов рафинатов в этих расчетах, можно заметить, что предлагаемый способ позволяет добиться существенного повышения отбора рафината по сравнению с другими известными способами. Так, например, при сравнении сопоставимых вариантов: прототип (пример 2) и третий аналог (пример 4) отбор рафината составляет 62,0 и 65,4%, отборы рафината по предлагаемому способу (пример 3 и пример 5) равны 66,3% и 67,1% соответственно, то есть на 4,3% и 1,7% больше от прототипа и третьего аналога. В табл.3 показано влияние масс вводимых экстракта и рафината на отбор рафината при фиксированной температуре. При этих параметрах максимальный массовый отбор рафината в заданном диапазоне расходов составляет для прототипа 62,8%, для предлагаемого способа - 68,6% (при массе подаваемых экстракта и рафинатного раствора по 60 кг).

Охлаждение экстракта и рафината оказывает незначительное влияние на выход рафината (табл.4).

Нижнее (наименьшее) значение температуры рециркулята неоднозначно и определяется условиями, при которых обеспечивается достаточная текучесть потоков, которая в свою очередь зависит от природы сырья, растворителя и теплофизических свойств охлаждаемых потоков, в частности, таких, как вязкость, плотность, температура застывания, теплоемкость и другие.

Увеличение количества вводимого рафината и экстракта в промывную зону способствует увеличению отбора рафината, однако повышенный отбор рафината может повлечь ухудшение его качественных характеристик. При реализации предлагаемого способа на промышленных установках потребуется осуществить оптимальный выбор количеств вводимых рафината и экстракта и их температур, основанный на технико-экономическом анализе. Однако необходимо особо подчеркнуть, что качество рафината, удовлетворяющее техническим требованиям, в частности, предъявляемым к базовым основам масел, является определяющим критерием при окончательном выборе указанных факторов. Необходимо отметить также, что количество вводимого рафината и экстракта в промывную часть экстрактора будет зависеть от конкретных параметров технологического режима процесса экстракции, физической природы и свойств очищаемого сырья, а также предельной (допустимой) суммарной нагрузки потоков по сечению экстрактора, в особенности, для существующего оборудования.

В табл.5 показано распределение температур (Т_i), рафинатных (R_i) и экстрактных (Е_i) потоков, суммарных потоков (R_i + Е_i) по ступеням для аналогов и предлагаемого способа (для основных примеров серий). Предлагаемый способ позволяет добиться более равномерного снижения температур по ступеням экстрактора и в случае необходимости увеличить градиент температур по экстрактору (так, если для прототипа разность температур между первой и пятой ступенями составляет 3,4^oС, то для предлагаемого способа в примерах 3 и 5 - 4,3 и 4,4^oС) (табл.5).

Рост градиента температур по экстрактору и равномерное снижение температур по ступеням способствует более эффективной очистке в процессе экстракции (улучшение селективности процесса, увеличение отбора ценных сырьевых компонентов и другое).

Анализ данных (табл.5) показывает, что отмечается увеличение внутренних потоков рафинатного раствора и рост суммарных потоков на ступенях. Суммарная нагрузка экстрактора по встречным взаимодействующим потокам рафинатного и экстрактного растворов возрастает с увеличением количества рециркулируемого рафината. За счет этого в предлагаемых способах достигается интенсификация процесса экстракции во всем экстракторе. Возросшая суммарная нагрузка внутренних потоков по ступеням позволит эффективно осуществлять процесс экстракции на существующем промышленном оборудовании, особенно на том, которое работает на низких и средних производительностях по сырью.

Анализ увеличения внутренних потоков рафинатного раствора на ступенях ввода рафината и вышерасположенных ступенях, представленных в табл.5, показывает, что рециркулят извлекает из внутренних потоков экстрактных растворов дополнительное количество ценных компонентов. Для прототипа (пример 2) внутренние потоки рафинатных растворов (рисайкл) составляют 19,6 кг и 2,5 кг для пятой и четвертой ступеней соответственно. А при вводе рафинатного раствора в том же количестве (пример 3) поток рафинатного раствора на четвертой ступени составляет 74,2 кг, а на пятой - 6,8 кг, то есть сначала вводимый в экстрактор рафинат на четвертой ступени извлекает основную часть ценных компонентов, а экстракт на пятой ступени способствует доизвлечению оставшейся части ценных компонентов. В отличие от третьего аналога предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс экстракции в большей части промывной части экстрактора за счет исключения подачи антирастворителя и смещения мест ввода экстракта и рафината и увеличения, таким образом, зоны между местами ввода рафината и сырья.

Важной характеристикой экстракционных процессов, в которых происходит сепарация фаз, например, за счет гравитационных сил, является разность плотностей взаимодействующих между собой внутренних потоков рафинатного и экстрактного растворов по ступеням. Из исследований промышленных экстракторов, работающих по известным способам, известно, что в связи с малой разностью плотностей в их промывной части наблюдается унос вместе с потоком экстрактного раствора потока рисайкла (рафинатного раствора), находящегося в дисперсной фазе, что явно снижает выход ценных сырьевых компонентов в рафинате.

В предлагаемых способах наблюдается увеличение разности плотностей рафинатного и экстрактного раствора в промывной части экстрактора (табл.2) по сравнению с известными способами. Разность этих плотностей, как известно, является движущей силой процесса сепарации и определяет интенсивность тепломассообмена взаимодействующих фаз на существующем промышленном экстракционном оборудовании.

Реализация предлагаемого способа на промышленных установках достаточно проста и не требует значительных затрат.

Таким образом, как показывают результаты проведенных исследований, использование предлагаемого способа селективной очистки позволяет существенно повысить отбор рафината и интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшения работы промывной части экстракционной системы.

Формула изобретения

Способ селективной очистки масляных фракций путем противоточного контактирования сырья с избирательным растворителем в многоступенчатом экстракторе с получением рафинатного и экстрактного растворов с последующей регенерацией растворителя из этих растворов с получением рафината и экстракта и вводом части рафината в многоступенчатый экстрактор, отличающийся тем, что в нижнюю часть экстрактора вводят часть экстракта и часть рафината вводят между вводами сырья и экстракта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12