Получение основ нефтяных масел

   Базовые масла обычных технологий получают из одного или смеси нескольких минеральных компонентов (дистиллятных, остаточных), прошедших обработку по классической схеме: селективная очистка или экстракция растворителями – депарафинизация растворителями – очистка адсорбентами. Использование обычных технологий позволяет получить базовые масла со свойствами, достаточными для производства на их основе моторных масел начального уровня качества. В зависимости от химического состава используемой в качестве сырья нефти, различают два типа базовых масел обычных технологий – парафиновые и нафтеновые.

Исходным сырьем для получения базовых масел служат мазуты (остатки от прямой перегонки нефти). Основным способом переработки мазута по масляной схеме является фракционная перегонка. При этом из более легкокипящих фракций мазута получают дистиллятные базовые масла (БМ).

После отгона из мазута масляных дистиллятов в остатке получают гудрон или при менее глубоком отборе - полугудрон. Гудроны и полугудроны используют для получения высоковязких, так называемых остаточных БМ.

Мазуты выкипают в широком интервале температур, причем температура кипения при атмосферном давлении большинства масляных фракций лежит выше температуры их разложения (крекинга). Поэтому фракционную перегонку мазута проводят при пониженном давлении в присутствии водяного пара.

  На рис. 6. показана схема вакуумной установки. Мазут сырьевым насосом прокачивается через теплообменники 9 и 11, нагревается в них за счет тепла отходящих дистиллятов и гудрона и затем прокачивается через трубчатую печь 4, откуда с температурой 420°С попадает в ректификационную колонну 3. Колонна представляет собой высокий стальной цилиндр с теплоизоляцией, который изнутри оборудован специальными горизонтальными перегородками (так называемые тарелки) с отверстиями, а иногда, особой конструкции колпачки, обеспечивающие многократный контакт жидкости и пара в противотоке перемещающимися по длине колонны. Схема работы ректификационной тарельчатой колонны приведена на рис. 7.

За счет этих многократных контактов обеспечивается оптимальное фракционирование смеси, позволяющее выделить из нее на определенных уровнях по высоте колонны узких фракций нефтепродуктов с заранее известными свойствами. Здесь мазут разделяется на отдельные фракции, масляные дистилляты с различной вязкостью.

    Рис. 6. Схема вакуумной установки:

1- эжектор; 2- барометрический конденсатор; 3 – ректификационная колонна; 4 – печь; 5 – вентилятор; 6 – дымовая труба; 7 – подогреватель воздуха; 8 – сырьевой насос; 9 – дистиллятные теплообменники; 10 – холодильник; 11 – мазутные теплообменники; 12 – насос; 13 – колодец

С низа колонны отбирают полугудрон и гудрон. В вакуумных трубчатых установках мазут нагревается без разложения до 425°С. Это достигается за счет непродолжительного пребывания мазута в трубчатых печах и вакуума 250-350 мм рт.ст.

Рис. 7. Схема работы ректификационной колонны:

1-тарелка (полка); 2-трубки для прохода паров; 3-колпачки; 4-переточник

  С повышением температуры нагревания и испарения мазута (в условиях, исключающих возможность его разложения) увеличивается глубина отбора из него масляных дистиллятов, особенно за счет вязких углеводородов.

Полученные путем перегонки мазута масляные дистилляты и остатки состоят из смеси углеводородов различных классов и содержат сернистые соединения. К их числу относятся асфальто-смолистые вещества, нафтеновые кислоты, ароматические углеводороды и др.

  Масляные дистилляты и остатки являются полупродуктами для получения товарных БМ. Чтобы получить готовые масла, необходимо освободить их от вредных примесей. Наиболее просты способом очистки масляных дистиллятов является выщелачивание, т.е. обработка растворами щелочей для удаления кислых соединений.

    Лучшие результаты дает кислотно-щелочная очистка, которая заключается в обработке масляного полупродукта концентрированной серной кислотой (96-98%), а затем щелочью. При этом происходит отделение асфальто-смолистых веществ, части нафтеновых кислот и тяжелых полиароматических углеводородов, склонных к сульфированию, которые при высокой температуре вступают в реакцию с серной кислотой и удаляются из масла. Затем эти полупродукты обрабатываются натриевой щелочью, которая нейтрализует органические кислоты и остатки серной кислоты.  Для удаления остатка щелочи и солей часто используют сушку масла горячим воздухом. Кислотно-щелочным способом многие годы проводилась очистка дистиллятных масел.

  Наряду с кислотной очисткой при получении вязких остаточных БМ,  широко использовалась очистка с применением мелкоразмолотой белой глины. При контакте с горячим маслом глина адсорбирует на своей поверхности асфальто-смолистые вещества, остатки серной кислоты и кислого гудрона. После этого глину отделяют с помощью фильтров. Очистка масла с обработкой серной кислотой и отбеливающей глиной путем контактного фильтрования носит название кислотно-контактной очистки. Однако сегодня, по соображениям экологической безопасности, от этого способа очистки БМ практически полностью отказались.

    При переработке мазутов, содержащих значительное количество полициклических ароматических углеводородов с большим количеством бензольных колец и короткими алифатическими цепями в молекулах, легко окисляющихся и ухудшающих вязкостно-температурные характеристики товарных масел, описанные выше способы очистки оказываются недостаточными. Поэтому с ростом потребления БМ и необходимостью перерабатывать мазуты не только отборных масляных нефтей, ресурсы которых в последнее время исчерпались, но и менее качественных, получила распространение селективная очистка, т.е. очистка с применением селективных (избирательных) растворителей. Этот метод очистки основан на подборе растворителей, обладающих при определенной температуре и соотношении количества растворителя и очищаемого масла разной растворяющей способностью к нежелательным и полезным компонентам БМ.

    При отстаивании смеси БМ с растворителем, она расслаивается на рафинатный слой, состоящий из масла, из которого удалены нежелательные компоненты (рафинат), и экстрактного слоя, представляющего собой раствор удаленных из масла компонентов (экстракта) в растворителе.

После селективной очистки, а иногда также и перед ней производят дополнительную контактную очистку масла. В качестве селективных растворителей долгие годы использовали фурфурол, фенол, нитробензол.

Фурфурол (С₅Н₄О₂) имеет следующую структурную формулу:

                        НС – СН О

                            ║ ║ //

                         НС    С – С

                               \О/   \Н

    Он обладает хорошей селективностью, но ограниченной растворяющей способностью, вследствие чего его применяют в относительно большом количестве (до 150 – 400%) к очищаемому маслу.

    Фурфурол – бесцветная жидкость с приятным запахом хлеба; ядовит; плотность при 25°С – 1,155 г/см³ , температура кипения 161,7°С.

Фенол (С₆Н₅ОН) имеет следующую структурную формулу:

        ОН

    Помилка! Неприпустимий об'єкт гіперпосилання.

      Фенол – бесцветное кристаллическое вещество, с температурой плавления 40,9°С и температурой кипения 181,75°С. Плотность фенола при 41°С – 1,05 г/см³. Фенол имеет характерный запах, обладает несколько меньшей селективностью, чем фурфурол, но хорошей растворяющей способностью. При фенольной очистке значительно (на 30-50%) снижается содержание серы в масле.

     Нитробензол - С₆Н₅NO₂  имеет следующую структурную формулу:

                 NO₂

             Помилка! Неприпустимий об'єкт гіперпосилання.

     Нитробензол принадлежит к числу эффективных селективных растворителей. Отличается высокой токсичностью. Температура кипения 211°С, температура плавления 5,76°С, плотность при 15°С - 1,2 г/см³.

Для получения высококачественных вязких светлых остаточных масел применяют селективную очистку парными растворителями, из которых один селективно растворяет компоненты, подлежащие удалению, а другой -полезные компоненты масла.

Таким способом обеспечивается очень четкая  хорошая очистка. В ка-честве растворителей при этом применяют технический крезол, представляющий смесь о-крезола с п-крезолом.

Структурная формула

                СН₃

             Помилка! Неприпустимий об'єкт гіперпосилання. ОН о-крезол и

                      СН₃

                   Помилка! Неприпустимий об'єкт гіперпосилання.

                                   ОН п-крезол

Используется, в частности, смесь крезолов с 30-50% фенола и технического пропана (С₃Н₈). Процесс проводят при повышенном давлении ( до 2,0 мПа). Рафинат дочищают отбеливающей глиной.

В последние годы получил широкое распространение новый процесс селективной очистки БМ с применением в качестве селективного реагента N-метилпирролидон. Он обладает большой растворяющей способностью к ароматическим углеводородам, но недостаточно селективен. При смешении его с другими специально подобранными растворителями, имеющими близкую температуру кипения, можно получить смесь, обладающую, наряду с хорошей растворяющей способностью, высокой селективностью. В качестве второго такого растворителя в промышленности используют этиленгликоль. Для повышения селективности к смеси добавляют 5-15% (масс.) воды.

N -метилпирролидон имеет следующую структурную формулу:

          ———

        │     │

          \         /  \\

              N    О

              │ 

              СН₃

N-метилпирролидон: температура плавления -24°С, температура кипения 202°С, плотность при 20°С 0,8089 г/см³ смешивается с водой и органическими растворителями. Основным преимуществом его применения в качестве селективного растворителя – малая токсичность и отсутствие экологически вредных побочных продуктов процесса. В настоящее время все новые технологические установки получения БМ строятся и эксплуатируются преимущественно с применением последнего в качестве селективного растворителя.

    При производстве БМ из минерального сырья по новейшим технологиям применяют метод гидроочистки Процессы гидропереработки могут заменить частично или полностью классические методы обработки нефтяного сырья. Минеральные компоненты, получаемые при использовании этих процессов называются гидропроцессингами. Качество гидропроцессинговых БМ зависит от совершенства и глубины процессов нефтепереработки. На этом основании следует различать гидроочищенные и гидрокрекинговые БМ.

Гидроочистка  - каталитический метод очистки вакуумного газойля. Процесс гидроочистки применяют при облагораживании компонентов смазочных масел типа NEXBASE и VHVI базовых масел с повышенным индексом вязкости ( базовые масла второй группы) и парафинов с целью снижения содержания серы. Гидроочистка проводится при температуре 380-420°С  и давлении водорода 2,5 – 4,0 мПа в присутствии алюмокобальтмолибденовых (АКМ) или алюмоникельмолибденовых (АНМ) катализаторов. При этом гидрируются непредельные соединения в предельные, а соединения, содержащие кислород и серу, - в воду и сероводород. В этом процессе при использовании специальных катализаторов достигается высокая степень гидрирования ароматических соединений и изомеризация н-парафинов в изопарафины.

    Каталитический гидрокрекинг и последующая гидроизомеризация являются наиболее сложными гидрогенизационными процессами, позволяющими получить гидрокрекинговые БМ, приближающиеся по своим свойствам к синтетическим. По этой причине некоторые производители называют такие масла гидросинтетическими.