СОСТАВ СЕЛЕКТИВНОГО РАСТВОРИТЕЛЯ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТОДОМ ЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ИЗ ПРЯМОГОННОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ФРАКЦИИ АЛКИЛДИБЕНЗОТИОФЕНОВ И АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2014 года по МПК C10G21/20 C10G21/22 

Изобретение относится к области нефтепереработки и может быть использовано при получении малосернистого дизельного топлива на стадии подготовки сырья для процесса гидроочистки.

При получении дизельного топлива с содержанием серы не более 10 ppm производители столкнулись с необходимостью повышения «жесткости» режима на установках гидроочистки дизельного топлива: повышения давления, температуры, снижения объемной скорости, повышения концентрации водорода в циркулирующем газе, необходимости применения новых эффективных катализаторов, облегчения фракционного состава сырья установок гидроочистки - прямогонных дизельных фракций с 180-360°С до 180-340°С /1/. Все это в значительной мере привело к удорожанию продукции - дизельного топлива.

Проблемы, возникшие при получении малосернистого дизельного топлива, объясняются содержанием в прямогонной дизельной фракции пространственно блокированной, трудноудаляемой серы содержащейся в алкилдибензотиофенах.

Прямогонная дизельная фракция содержит также различные соединения азота, которые также затрудняют получение дизельного топлива с содержанием серы до 10 ppm.

Такие соединения азота, преимущественно, представляют собой замещенные полиароматические соединения, взаимодействующие с активными центрами катализатора, блокируя их через реакции гидрогенизации/гидрогенолиз.

Благодаря структуре катализатора, такие соединения азота сильнее адсорбируются к катализатору по сравнению с серосодержащими замещенными полиароматическими соединениями. Следовательно, они могут заблокировать доступ серосодержащим замещенным полиароматическим соединениям к активным центрам катализатора и, следовательно, снизить скорость, с которой серу удаляют из самих замещенных полиароматических соединений, что является ограничивающим фактором в производстве дизтоплив со сверхнизким содержанием серы /2/. Выделение алкилдибензотиофенов и азотсодержащих соединений методом фракционирования не представляется возможным, так как температура кипения этих соединений находится в интервале 200-360°С, и они имеют близкие температуры кипения с остальными углеводородами, содержащимися во фракции, 200-360°С.

Удаление алкилдибензотиофенов и азотсодержащих соединений из прямогонной дизельной фракции требует других подходов.

К перспективным методам повышения качества дизельного топлива, альтернативным гидрогенизационным процессам относятся способы облагораживания дизельного топлива жидкостной экстракцией. В монографии /3/ рассмотрен ряд обзоров, посвященных экстракционной очистке нефтепродуктов селективными растворителями. Отмечается эффективность использования методов жидкостной экстракции для извлечения ароматических, азотсодержащих, сераорганических соединений из бензиновых, дизельных фракций, и приводится ряд составов селективных растворителей. Для извлечения из гидроочищенных дизельных фракций ароматических соединений и серосодержащих соединений предлагается использовать ацетонитрил, 2-метоксиэтанол (метилцеллозольв), фенол, N-метилпирролидон-ундекан /4,5/.

Наиболее близким по составу и принятым за прототип является экстракционная система, состоящая из диметилформамида или диметилацетамида, воды 3-5% и пентана /6/. Этот состав используется для извлечения методом жидкостной экстракции из гидроочищенных дизельных фракций ароматических и серосодержащих соединений /6/.

Техническим решением предлагаемого изобретения является состав селективного растворителя представляющий собой раствор ацетанилида в диметилформамиде (ДМФА) или диметилсульфоксиде (ДМСО). Указанные соединения известны в литературе, используются на практике и их физические свойства приведены в таблице 1.

Как видно из физико-химической характеристики, ацетанилид представляет собой твердое кристаллическое соединение, для использования его в качестве селективного растворителя в процессе жидкостной экстракции ацетанилид растворяют в ДМФА или в ДМСО. ДМСО также используется для очистки масляных фракций от полициклических ароматических соединений /7/. Ацетанилид - это органическая соль, продукт взаимодействия анилина и уксусной кислоты, молекула ацетанилида содержит ароматическое ядро и атом азота, его химическое строение способствует извлечению дибензалкилтиофенов и азотсодержащих соединений, что подтверждено экспериментом.

Концентрация ацетанилида выбрана в интервале 40-50% масс, так как при содержании ацетанилида больше 50% начинается кристаллизация ацетанилида, а раствор с концентрацией меньше 40% проявляет пониженную селективность. ДМФА И ДМСО уступают в степени извлечения дибензалкилтиофенов и азотсодержащих соединений из «тяжелых» прямогонных дизельных фракций ацетанилиду.

Результаты процесса жидкостной экстракции с использованием предлагаемого селективного растворителя на трехступенчатой пилотной установке в условиях /8/: температура 40-45°С, массовое соотношение сырье:селективный растворитель 1:3 приведены в таблицах 2-5. Подобранный состав селективного растворителя позволяет снизить содержание в прямогонной дизельной фракции алкилдибензотиофенов, азотсодержащих соединений, общее содержание ароматических углеводородов, повысить цетановый индекс.

Физико-химическая характеристика рафинатов, полученных на трехступенчатой пилотной установке жидкостной экстракции в условиях: температура 40-45°С, массовое соотношение сырье:селективный растворитель 1:3. Селективный растворитель - раствор ацетанилида в ДМФА

Таблица 2 Показатели Сырье пилотной установки Ацетанилид-50%, ДМФА-50% Ацетанилид-45%, ДМФА -55% Ацетанилид-40%, ДМФА -60% 1. Фракционный состав, °С Прямогонная дизельная фракция Рафинат 1 Рафинат 2 Рафинат 3

Продолжение таблицы 2 HK 199 209 205 198 10% 242 258 257 250 50% 298 302 300 298 90% 344 343 344 341 96% 360 356 354 353 2-Плотность при 20°С, г/см³ 0,8507 0.8197 0,8278 0,8293 3. Содержание серы, %масс 1,087 0,403 0,648 0,804 4. Содержание азота, ppm 106,4 15 20 44 5. Содержание ароматических углеводородов, %масс         моно- 14,74 9,81 10,36 13,58 ди- (в том числе алкилдибензотиофены) 7,71 0 2,71 3,81 поли 0,91 0,04 0,18 0,19 суммарное содержание ароматических углеводородов 23,36 9,85 13,25 17,58 4. Цетановый индекс 52 63 61 58

Физико-химическая характеристика экстрактов, полученных на трехступенчатой пилотной установке жидкостной экстракции в условиях: температура 40-45°С, массовое соотношение сырье: селективный растворитель 1:3. Селективный растворитель - раствор ацетанилида в ДМФА.

Таблица 3 Наименование пробы Экстракт 1 Экстракт 2 Экстракт 3 Содержание азота, ppm 179 565 580 Содержание серы, % 2,210 2,385 2,618 Плотность при 20°С, г/см³ 0,909 0,898 0,895

Физико-химическая характеристика рафинатов, полученных на трехступенчатой пилотной установке жидкостной экстракции в условиях: температура 40-45°С, массовое соотношение сырье:селективный растворитель 1:3. Селективный растворитель - раствор ацетанилида в ДМСО.

Таблица 4 Показатели Сырье пилотной установки жидкостной экстракции Ацетанилид-50%, ДМСО-50% Ацетанилид-45%, ДМСО -55% Ацетанилид-40%, ДМСО -60% 1. Фракционный состав, °С Прямогонная дизельная фракция Рафинат 4 Рафинат 5 Рафинат 6 HK 199 208 206 200 10% 242 256 258 252 50% 298 300 301 299 90% 344 345 343 343

Продолжение таблицы 4 96% 360 358 355 354 2. Плотность при 20°С, г/см³ 0,8507 0,8199 0,8280 0,8295 3. Содержание серы, %масс 1,087 0,610 0,672 0,850 4. Содержание азота, ppm 106,4 20 25 50 5. Содержание ароматических углеводородов, %масс         моно- 14,74 9,91 10,88 13,60 ди-(в том числе алкилдибензотиофены) 7,71 2,52 3,20 4,20 Поли- 0,91 0,1 0,20 0,35 суммарное содержание ароматических углеводородов 23,36 12,53 14,28 18,15 6. Цетановый индекс 52 62 61 57

Физико-химическая характеристика экстрактов, полученных на трехступенчатой пилотной установке жидкостной экстракции в условиях: температура 40-45°С, массовое соотношение сырье:селективный растворитель 1:3. Селективный растворитель - раствор ацетанилида в ДМСО.

Таблица 5 Наименование пробы Экстракт 4 Экстракт 5 Экстракт 6 Содержание азота, ppm 175 560 575 Содержание серы, % 2,11 2,360 2,518 Плотность при 20°С, г/см 0,906 0,899 0,893

Раствор ацетанилида в диметилформамиде и диметилсульфоксиде представляют собой слегка окрашенную в розовый цвет жидкость с плотностью при 20°С 1,006-1,0376 г/см 1,008-1,0434 г/см³ соответственно.

Все опыты проводились на трехступенчатой пилотной установке жидкостной экстракции. Технологическая схема пилотной установке жидкостной экстракции приведена на рис.1.

Описание технологической схемы пилотной установки жидкостной экстракции.

Сырье - дизельная фракция 199-360°С, из мерника-1 насосом-3 подают в низ экстракционной колонны-5. Насосом 4 из мерника-2 подают селективный растворитель на верх колонны-5. Сырье, вследствие меньшей плотности, поднимается навстречу селективному растворителю, стекающему вниз. Для увеличения массообмена колонна-5 заполнена насадкой.

После экстрагирования с верха колонны-5 выводят рафинатный раствор, который поступает в емкость-6. С низа колонны-5 выводят экстрактный раствор и собирают в емкость-7. Линии подачи сырья и селективного растворителя в колонну-5, а также линии выводов растворов рафината и экстракта из колонны-5 изготовлены из металлических труб диаметром 8,0 мм и представляют собой теплообменники типа "труба в трубе". Во внешнюю трубу из термостатов поступает вода для обогрева. На установке используют два термостата. Гидравлическую часть насосов-3, 4 и мерников-6, 7 также обогревают горячей водой от термостатов.

Температуру в мерниках-6, 7 и в колонне-5 измеряют с помощью термометров. Давление на выкидных линиях насосов-3, 4 замеряют с помощью манометров.

Выход полученных рафинатов составляет 80-85% масс в пересчете на взятое сырье. Согласно патента /8/? полученные рафинаты являются компонентом сырья установок гидроочистки дизельного топлива среднего давления до 40 кг/см при получении дизельного топлива до 10 ppm. Для подтверждения этого на пилотной установке гидроочистки дизельного топлива провели процесс гидроочистки полученных рафинатов 1-6 (таблицы 2,4) в условиях: давление 40 кг/см², температура 360°С, объемная скорость 2 час^-1, соотношение ВСГ: сырье 300-350 нл/л. Содержание серы в полученных рафинатах было меньше 10 ppm.

Предложенный состав селективного растворителя позволяет извлекать из тяжелой прямогонной дизельной фракции 199-360°С трудноудаляемые в процессе гидроочистки дибензалкилтиофены и азотсодержащие соединения и тем самым расширить фракционный состав сырья при получении дизельного топлива Евро-5 благодаря вовлечению в сырье очищенной дизельной фракции 199-360°С.

Литература

Патент РФ №2387700 С1, 27.04.2010.

1. Salvatore Torrisi, Michael Gunter, журнал "Petroleum Technology Quarueriy", 2004 г., т.9, №4, стр.29-35.

2. А.А. Гайле, В.Е. Сомов, Г.Д. Залищевский. Селективные растворители. Разделение и очистка углеводородсодержащего сырья. Химиздат, Санкт-Петербург, 2008 г.

3. Патенты RU 2139910 С1, 20.10.1999; RU 2148070 С1, 27.04.2000; RU 2148070 С1, 27.04.2000.

4. А.А. Гайле, В.В. Колесов, В.Н. Чистяков, Ю.А. Цхведиане, Б.М. Сайфидинов. Малотоннажная переработка нефти, газа и газоконденсата. Химиздат, Санкт-Петербург, 2010 г.

5. Патент RU 2185416 С1, 20.07.2002.

6. Патент RU 2313562 С1, 02.06.2006.

7. Патент RU 2458104 С1, 22.06.2011.

Изобретение относится к области нефтепереработки. Изобретение касается состава селективного растворителя для выделения методом жидкостной экстракции из прямогонной дизельной фракции алкилдибензотиофенов и азотсодержащих соединений. Селективный растворитель представляет собой раствор ацетанилида в диметилформамиде или в диметилсульфоксиде при следующем соотношении компонентов, % масс: ацетанилид - 40-50, диметилформамид или диметилсульфоксид - остальное. Технический результат - улучшенная очистка дизельного топлива. 1 ил., 5 табл.

Состав селективного растворителя для выделения методом жидкостной экстракции из прямогонной дизельной фракции алкилдибензотиофенов и азотсодержащих соединений, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используется ацетанилид растворенный в диметилформамиде или в диметилсульфоксиде при следующем соотношении компонентов, % масс:
ацетанилид 40-50 диметилформамид или диметилсульфоксид остальное.