СПОСОБ ОЧИСТКИ МАСЛЯНЫХ ФРАКЦИЙ Российский патент 2002 года по МПК C10G21/00 

Область техники, к которой относится изобретение
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, N-метил-2-пирролидон и другие.

Уровень техники
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", ч. 3, 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 силы 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 N 2113267] 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 не ниже ввода антирастворителя части экстракта при температуре, не превышающей температуру ввода сырья, и вводом в экстрактор между вводами сырья и экстракта части рафинатного раствора, отводимого с верха экстрактора, при температуре не выше температуры его на выходе из экстрактора.

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.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и существенным признакам к предлагаемому способу, то есть прототипом, 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 рафинатного раствора 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 получаемого в нем рафинатного раствора. Рафинатный раствор может подаваться в экстрактор как без принудительного охлаждения, так и при температуре, не превышающей температуру подачи сырья.

Ввод в экстрактор части рафинатного раствора 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 рафинатным раствором удается выделить из него в основном ценные углеводороды, близкие по своей углеводородной природе к рафинатному раствору, а воздействием экстрактом выделить 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 рафинатного раствора. 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.

Перечень фигур чертежей:
фиг.1 - пятиступенчатый экстрактор в виде экстракционной колонны;
фиг. 2 - пятиступенчатый экстрактор в виде системы смесителей-отстойников;
фиг. 3 - пятиступенчатый экстрактор в виде системы двух полных экстракционных колонн;
фиг.4 - пятиступенчатый экстрактор в виде экстракционной колонны с растворителем легче сырья;
фиг.5 - пятиступенчатый экстрактор с вводом антирастворителя в промывную часть;
фиг.6 - пятиступенчатый экстрактор с вводом экстракта в промывную часть;
фиг.7 - пятиступенчатый экстрактор с вводом рафинатного раствора и экстракта в промывную часть;
фиг.8 - шестиступенчатый экстрактор с вводом рафинатного раствора, экстракта и антирастворителя в промывную часть;
фиг. 9 - шестиступенчатый экстрактор с вводом рафинатного раствора 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 по пятый 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 [5, РФ 2113267] . Рециркулятом по предлагаемому способу в любой экстрактор может быть как часть рафинатного раствора первого экстрактора, так и часть рафинатного раствора второго экстрактора.

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 - с подачей части экстракта в пятиступенчатый экстрактор, фиг.7 - с подачей части экстракта и части рафинатного раствора в пятиступенчатый экстрактор, фиг.8 - с подачей части экстракта, части рафинатного раствора и антирастворителя в шестиступенчатый экстрактор; фиг. 9 - с подачей части экстракта и части рафинатного раствора 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 r по отношению к сырью и разность плотностей на четвертой (Δρ₄), пятой (Δρ₅) и шестой (Δρ₆) ступенях для пяти примеров, в табл.3 - массовый отбор рафината r по отношению к сырью в зависимости от массы вводимых экстракта и рафинатного раствора при одинаковой температуре 60^oС при числе ступеней (N) в экстракторе, равном пяти, в табл.4 - массовый отбор рафината r по отношению к сырью в зависимости от температур вводимых по 40 кг экстракта и рафинатного раствора при числе ступеней в экстракторе равном пяти, в табл. 5 - распределение температур (Т_i), рафинатных (R_i) и экстрактных (Е_i) потоков, суммарных потоков (R_i+E_i) по ступеням для аналогов и предлагаемого способа.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
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-й компонент - вода и 14-й 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-пирролидон, 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 рафинатный раствор - на четвертую ступень. В примере 4 рафинатный раствор, экстракт и антирастворитель вводятся на четвертую, пятую и шестую ступени соответственно. В примере 5 рафинатный раствор 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, рафинатного раствора и антирастворителя - фенольной воды; по предлагаемому способу с вводом экстракта и рафинатного раствора.

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 количество вводимых в экстрактор рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 рафинатного раствора в экстрактор и температура его подачи будут 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. 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 (r) и экстракта (e). 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. 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 e и подачей охлаждаемого (в случае необходимости) в теплообменнике (4) части экстракта в многоступенчатый экстрактор. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) 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.

Серия 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. 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 e, а часть рафинатного раствора R_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (5), от потока рафинатного раствора R₁ подается на четвертую теоретическую ступень, то есть в промывную часть экстрактора. Рафинатный раствор (R₁-R_рец.) поступает в блок регенерации (2) и из него выделяется растворитель S_r с получением рафината r, представляющего собой очищенное от нежелательных компонентов сырье. С низа экстрактора выводится экстрактный раствор Е₅, 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_e) возвращается в экстрактор (1).

В этой серии массы подаваемого рафинатного раствора на четвертую ступень и экстракта на пятую ступень при температуре 60^oС составляли 20, 40 и 60 кг. При подаче рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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. 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 (r) и экстракта (e), с вводом в нижнюю часть экстрактора не ниже ввода антирастворителя части экстракта (е_рец.) при температуре, не превышающей температуру ввода сырья, и вводом в экстрактор между вводами сырья и экстракта части рафинатного раствора (R_рец.), отводимого с верха экстрактора, при температуре не выше температуры его на выходе из экстрактора. Регенерированный растворитель (S_r и S_e) возвращается в экстрактор.

Основным примером (пример 4) для сравнения в данной серии принят вариант при подаче экстракта и рафинатного раствора 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. 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 e, а часть рафинатного раствора R_рец., охлаждаемого в случае необходимости в теплообменнике (5), от потока рафинатного раствора R₁ подается на пятую теоретическую ступень, то есть в промывную часть экстрактора. Рафинатный раствор (R₁-R_рец.) поступает в блок регенерации (2) и из него выделяется растворитель S_r с получением рафината r, представляющего собой очищенное от нежелательных компонентов сырье. С низа экстрактора выводится экстрактный раствор E₆, 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_e) возвращается в экстрактор (1).

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

В табл. 1-5 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 r по предлагаемому способу. В частности, в исследуемой системе показано влияние количеств вводимых рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 64,9%, отборы рафината по предлагаемому способу (примеры 3 и 5) равны 65,7% и 66,3% соответственно, то есть на 3,7% и 1,4% больше от прототипа и третьего аналога. В табл. 3 показано влияние масс вводимых экстракта и рафинатного раствора 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 - 67,8% (при массе подаваемых экстракта и рафинатного раствора по 60 кг).

Охлаждение экстракта и рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 рафинатного раствора 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 (E_i) потоков, суммарных потоков (R_i+E_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^oС) (табл. 5).

Рост градиента температур по экстрактору и равномерное снижение температур по ступеням способствуют 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 рафинатного раствора. 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 рафинатного раствора 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 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 64,7 кг, а на пятой - 8,3 кг, то есть сначала вводимый в экстрактор рафинатный раствор 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 рафинатного раствора и увеличения таким образом зоны между местами ввода рафинатного раствора 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.

Использование: в нефтепереработке на установках селективной очистки масляных фракций такими растворителями, как фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон и другими. Сущность изобретения: сырье контактируют 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 экстракта, а часть рафинатного раствора вводят в экстрактор между вводами сырья и экстракта. Технический результат - повышение отбора рафината. 5 табл., 9 ил.

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 экстракта в нижнюю часть многоступенчатого экстрактора, отличающийся тем, что часть рафинатного раствора вводят в многоступенчатый экстрактор между вводами сырья и экстракта.