Способ очистки масляных фракций нефти Советский патент 1993 года по МПК C10G21/20 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для очистки масляных фракций нефти от полициклических ароматических углеводородов, смолистых веществ и гетероатомных соединений, которые ухудшают эксплуатационные качества масел - снижают индекс вязкости, термическую и термоокислительную стабильность смазочных масел; ухудшают диэлектрические свойства трансформаторных масел и т.д.

Известны способы очистки масел от нежелательных примесей жидкостной экстракцией с использованием в качестве селективных растворителей диметилсуль- фоксйда, диметилформамида, триметилфос- фата, морфолйна, фенола, фурфурола, N-формилморфолина, N-ацетилоксазолиди- на, 2,5-диметил-1,3,4-оксадиазола. Однако эти способы недостаточно эффективны в связи с низкими экстракционными свойствами используемых растворителей - низкая селективность или низкая растворяющая

способность по отношению к извлекаемым компонентам, недостаточная термическая стабильность, высокая токсичность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и наиболее эффективным из известных способов является способ очистки дистиллятных масляных фракций, заключающийся в обработке масляной фракции селективным растворителем - N- метилпирролидоном при температуре выше 10°С и соотношении экстрагент : масляная фракция (0,5-4,5):1. Индекс вязкости смазочного масла после депарафинизации ра- фината повышается на 10 единиц по сравнению с исходной фракцией. Недостатком этого способа является низкий выход очищенного масла (62% на фракцию 420- 500°С) в связи со сравнительно невысокой селективностью N-метилпирролидона по отношению к полициклическим аренам, что приводит к потерям ценных компонентов масел с экстрактом. Повышение селективности N-метилпирролидона путем использования его в смеси с водой приводит к

v4 00 О О (Я Ю

снижению качества рафината и увеличению энергетических затрат вследствие необходимости повышения кратности экстрагента к сырью.

Цель изобретения - увеличение выхода и улучшение качества очищенного масла.

Цель достигается тем, что в качестве экстрагента используют N-метилморфо- лон-3. л

N-Метилморфолон-З .

N

...,VCH3j

представляет собой бесцветную жидкость со слабым характерным запахом, хорошо растворимую в воде, т.кип. 103°С при 13 мм рт.ст., плотность при 20°С 1,14 г/см3, показатель преломления при 20°С 1,4780,

Ранее N-метилморфолон-З был предложен для выделения низших ароматических углеводородов из их смесей с неароматическими углеводородами.

N-Метилморфолон-З относится к классу циклических амидов(лактамов), в отличие от N-метилпирролидона имеет в своей структуре дополнительный гетероатрм- кислород, что и обеспечивает более высокую селективность его по отношению к ароматическим углеводородам и гетероатомным соединениям различного строения, В промышленности N-метилморфолон-З может быть получен из доступного сырья - диэтиленгли- коля и метиламина в две стадии по схеме

(носн2снг)2о оДосн ш .огУсу.

V-/

N-Метилморфолон-З проявляет хорошее сочетание экстракционных и эксплуатационных свойств:

1) селективность N-метилморфолона-З по отношению к стандартной системе гек- сан - бензол, оцениваемая как отношение коэффициентов активности гексана и бензола при бесконечном разбавлении в растворителе, составляет при 25°С 16,5, в то время как селективность N-метилпирролидона в тех же условиях 13,1;

2) N-метилморфолон-З проявляет высокую термическую и гидролитическую стабильность, что является необходимым свойством селективного растворителя, Кипячение N-метилморфолона-З при 230°С на воздухе в течение 100 ч, как безводного, так и в присутствии 5% воды, практически не

вызывает изменения его вязкости, что свидетельствует об отсутствии процесса смолообразования/ Хроматографический анализ показывает отсутствие как .низкокипящих,

так и высококипящих продуктов разложения. Высокая гидролитическая и термическаястабильность позволяет регенерировать растворитель из экстракт- ной фазы ректификацией, а из рафинатной

фазы отмывкой водой с последующей ее отгонкой.

Экстракционные свойства N-метилморфолона-З оценивали как на искусственных смесях, моделирующих состав масляных

фракций нефти, так и на промышленных фракциях..

Пример 1. В делительную воронку загружают 6,66 г смеси, содержащей 35 мас.% дифенилсульфида и 65 мас,% тетрадекана, и 13,32 г N-метилморфолона-З. После перемешивания в течение 10.мин и отстаивания в течение 20 мин образуются два слоя, которые разделяют и взвешивают. Вес нижнего (экстрактного) слоя 15,28 г. Вес

верхнего (рафинатного) слоя 4,70 г. Экстрак- тная и рафинатная фазы анализируют хро- матографически. Состав рафинатной фазы, мас.%: тетрадекан 90,5; дифенилсульфид 6,4; растворитель 3,1. Состав экстрактной

фазы, мас.%: тетрадекан 2,1; дифенилсульфид 11,7; растворитель 86,7. Степень извлечения дифенилсульфида 76,7%; Выход рафината 68,3 мас.%..

Пример 2. В делительную воронку

загружают 8,28 г смеси, содержащей 34,4% гексилбензола и 65,6 мас.% тетрадекана, и 16,08 г N-метилморфолона-З. После перемешивания в течение 10 мин и отстаивания в течение 20 мин образуются два слоя, которые разделяют и взвешивают. Вес экстрактной фазы 17,13 г, вес рафинатной фазы 7,22 г. Обе фазы анализируют хроматогра- фически. Состав рафинатной фазы, мас.%: тетрадекан 71,0; гексилбензол 25,1; растворитель 3,9. Состав экстрактной фазы, мас.%: тетрадекан 1,7; гексилбензол 5,6; растворитель 92,7. Степень извлечения гексилбензола 33,7 мас.%, Выход рафината 83,9 мас.%.

При м е р 3. В делительную воронку загружают 6,78 г смеси, содержащей 35,2 мас.% диметилнафталина и 64,8 мас.% тетрадекана, и 13,56 г растворителя (N-метилморфолона-З). После перемешивания в

течение 10 мин и отстаивания в течение 20 мин образуются два слоя, которые разделяют и взвешивают. Вес экстрактной фазы 15,66 г, вес рафинатной фазы 4,68 г. Обе фазы анализируют хроматографически, экстрактной фазы, мас.% : тетрадекан

3,0; 1,3-диметилнафталин 11,4; растворитель 85,6, Состав рафинатной фазы, (мае. %): тетрадекан 80,0; 1,3-диметилнафталин 15,0; растворитель 5,0. Степень извлечения 1,3- диметилнафталина 74,8% от потенциала. Выход рафината 66,7 мае.%.

П р и м е р 4. В делительную воронку загружают 6,93 г масляной фракции 300- 400°С и 19,03 г N-метилморфолона-З. После перемешивания в течение 15 мин иотстаива- ния в течение 20 мин образуются два слоя, которые разделяют и взвешивают. Вес рафинатной фазы 5,736 г, вес экстрактной фазы 20,22 г. Растворитель из рафинатной фазы отмывают водой. Вес полученного рафината 5,39 г. Исходное масло и полученный рафинат анализируют на спектрофотометре. Состав экстрактной фазы и экстракта определяют по разности масс компонентов исходной загрузки и рафинатной фазы. Составсырья, (мас.%): бензольные 40,1; нафталиновые 4,6; парафиновые 55,3. Состав рафината, мас,%; бензольные 28,4; нафталиновые 2,6; парафиновые 68,1. Состав экстракта, мас.%: бензольные 81,6; нафталиновые 11,8; парафиновые 6,6. Степень извлечения бензольных углеводородов составляет 44,9 мас.%, нафталиновых 57,5 мас.%. Выход рафината 77,8 мас.%.

П р и м е р 5. Трехступенчатая противс- точная экстракция проводится в системе де- лительных воронок. Температура на выходе рафинатной фазы 90°С, на выходе экстрактной фазы - 70°С. Соотношение растворитель; сырье 2:1 масс (1,5:1 об.). Количество сырья, пропущенное в течение опыта, со- ставляет 1 кг. После выхода на режим количество полученной рафинатной фазы составляет 820 г. После отмывки рафинатной фазы от растворителя водой и осушки количество рафината составляет 730 г. Сырье и рафинат анализируют на спектрофотометре. Состав сырья, мас.%: бензольные 40; нафталиновые 4,6; парафиновые 55,3. Состав рафината, (мас.%): бензольные 23; нафталиновые 1,7; парафиновые 75,3. Показатель преломления при 50°С 1,4595. Плотность при 20°С 0,835 кг/м3. Выход рафината составляет 73 мас.%. Индекс вязкости рафината 142. В аналогичных условиях при использовании N-метилпирролидона выход рафината 69,7 мае, %, а индекс вязкости 124,5. .

В табл.Т приведены результаты одно-ступенчатого экстрагирования ароматических углеводородов и гетероатомных соединений из смеси с тетрадеканом N-ме- тилмофолоном-3. Как следует из данных, представленных в табл.1, N-метилмофолон- 3 проявляет высокую селективность к ком- понентам, подлежащим удалению из

масляной фракции - бициклическим аренам (1,3-диметилнафталин) и гетероатомным соединениям - дифенилсульфиду и хинолину. Степень извлечения этих соединений за одну ступень экстракции составляет 69,7-81,6 мае. %. В то же время моноциклическ.ие арены с длинными алкильными заместителями, не снижающие эксплуатационные свойства масел, слабо увлекаются N-метилморфоло- ном в экстракт. Так, 66,3% гексилбензола остается в рафинатной фазе. Таким образом, N-метилморфолон-З проявляет не только высокую групповую селективность, но и достаточно высокую селективность к аренам с различным числом конденсированных ароматических колец.

Высокая селективность N-метилморфолона-З по отношению к бициклическим аре- нам подтверждается результатами одноступенчатой экстракционной очистки дистиллятной масляной фракции 300- 400°С, содержащей 4,6 мас.% нафталиновых углеводородов. Как следует из данных, представленных в табл,2, при практически одинаковом выходе рафината, содержание в нем нафталиновых углеводородов сущест-; венно ниже при использовании в качестве селективного растворителя N-метилморфолона-З (2,5 и 3,5%) по сравнению с N-метил- пирролидоном (3,6 и 4,3%).

Трехступенчатая очистка дистиллятной масляной фракции 300-400°С (характеристика фракции приведена в табл.3) N-метил- морфолоном-3 позволяет получить выход рафината на 3,3 мас.% выше, чем при использовании N-метилпирролидона (табл.4). Содержание серы при этом снижается с 0,97 до 0,2 мас.%. Индекс вязкости полученного на 17,5 единиц выше индекса вязко-, сти рафината, полученного при очистке этой же фракции N-метилпирролидоном.

Результаты трехступенчатой противо- точной экстракции масляной фракции 300- 400°С селективными растворителями, приведены в табл.4.

В табл.5 приведены данные по сравнению результатов очистки дистиллятных масляных фракций N-метилморфолоном-З и N-ацетилоксазолидином (авт.св. СССР № 732362).

Поскольку трехступенчатая противоточ- ная очистка с использованием N-ацетилок- сазолидина и N-метилморфолона-З проводилась на фракциях с различными пределами кипения, сравнение эффективности экстрагентов осуществлялось по относительному уменьшению отношения

v50 C/V1GO c Как следует из данных табл.5, при очистке масляной фракции Nацетилоксазолидином уменьшение отношения v50 с /v 10° с исходной фракции и ра- фината составляет 1,04, а для N-метилморфолона-З - 1,12, что свидетельствует о большей эффективности N-метилморфолона-З.

Таким образом, использование изобретения позволит увеличить выход очищенной масляной фракции с одновременным повышением ее качества за счет более селективного извлечения би- и полициклических эре- нов, а также N- и S-содержащих гетероатом- ных соединений.

Формул а изобретения

Способ очистки масляных фракций нефти путем экстракции селективным растворителем, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения качества масла, в качестве селективного растворителя используют М-метилморфолон-3.

Для очистки масляных фракций нефти путем экстракции в качестве селективного растворителя используют N-метилморфо- лон-3. 5 табл.

Результаты одноступенчатой экстракции аренов и гете роатомных соединений из смеси с тетрадеканом N-Метилморфолрном-З. Соотношение растворитель: сырье (массовое) 2:1, температура 50°С

Результаты одноступенчатой Очистки фракции 300-400°С

Характеристика дистиллятной масляной фракции 300-400°С

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Результаты очистки .масляных фракций нефти полярными растворителями

Продолжение табл.3

Таблица 4

Таблица 5