способ экстракции ароматических углеводородов из керосиновой фракции

Формула изобретения

Способ экстракции ароматических углеводородов из керосиновой фракции водным ацетоном, отличающийся тем, что используют ацетон, содержащий 15 - 20 мас. % воды при массовом соотношении водного ацетона к сырью 2 - 6 : 1, с одновременной подачей в экстракционную колонну второго, несмешивающегося с водным ацетоном растворителя - н-пентана при массовом соотношении к сырью 0,5 - 1 : 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для удаления ароматических углеводородов из прямогонной керосиновой фракции с целью получения высококачественного реактивного топлива, удовлетворяющего требованиям по содержанию аренов и минимальной высоте некоптящего пламени.

В последние годы ужесточаются экологические требования к реактивным топливам за рубежом. Так, для наиболее распространенного топлива Jet А-1 введены ограничения по содержанию нафталиновых углеводородов (не более 3 мас.%) и минимальной высоте некоптящего пламени - 26 мм [Насиров Р. // Нефть России. - 1997. - N 11. - С. 38-42]. Повышенное содержание ароматических углеводородов в реактивном топливе приводит к усиленному нагарообразованию в двигателях и возможным авариям самолетов. Кроме того, в продуктах сгорания увеличивается эмиссия твердых частиц, содержание оксида углерода, загрязняющих атмосферу.

Известны способы экстракции ароматических углеводородов из керосино-газойлевых фракций 3-метоксипропионитрилом [Заявка 1431727, Великобритания, 1976; C 10 G 21/20], N,N-диметилимидазолидоном [А.с. 941341, СССР, 1982, С 07 С 7/10], диметилмалонатом или диметилсукцинатом [А.с. 432116, СССР, 1974, С 07 С 7/10, 15/00], смесями фурфурола с фурфуриловым спиртом [US 3546108, 1970, НКИ 208/323]. Недостаток всех этих способов - близость температур кипения экстрагентов и компонентов сырья, что значительно осложняет регенерацию экстрагентов. Наиболее распространенный способ регенерации - ректификацию - использовать невозможно из-за образования азеотропных смесей с компонентами сырья.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ деароматизации тяжелого бензина и керосина ацетоном с 1-15 мас.% воды [PL 153738, 1991, С 10 G 21/16]. Ацетон не образует азеотропные смеси с углеводородами C₉, содержащимися в керосиновой фракции, что позволяет легко регенерировать его из равновесных фаз ректификацией.

Основной недостаток данного способа - низкая селективность водного ацетона, в связи с чем концентрация аренов в экстракте составляет всего 38-50 мас. % и выход рафината оказывается низким. Кроме того, плотность ацетона (²₄⁰ 0.7908) близка к плотности керосиновой фракции, что затрудняет разделение равновесных фаз.

С целью повышения селективности и эффективности процесса выделения ароматических углеводородов из керосиновой фракции в качестве экстрагента предлагается использовать гетерогенную смесь растворителей ацетон - вода - пентан. Пентан, концентрирующийся в рафинатной фазе, снижает ее плотность (плотность пентана ²₄⁰ 0.6262), благодаря чему также увеличивается разность плотностей экстрактной и рафинатной фаз, значительно ускоряется их расслаивание, что приводит к повышению производительности экстрактора.

В качестве сырья использовалась прямогонная керосиновая фракция ПО "Киришинефтеоргсинтез" следующего фракционного состава, ^oC: н.к. - 140; 10% - 166; 30% - 178; 50% - 190; 70% - 201; 90% - 222; к.к. - 239.

Физико-химические свойства сырья:

Показатель преломления n_D²⁰ = 1.4417

Плотность ²₄⁰ = 0.791

Вязкость, мм/с² при 20^oC - 1.43, при -40^oC - 6.0

Температура вспышки (в закрытом тигле) 41^oC

Высота некоптящего пламени - 19 мм

Содержание ароматических углеводородов - 23.3 мас.%

Содержание серы - 0.9 мас.%

Предварительными опытами одноступенчатой экстракции аренов из керосиновой фракции при 40^oC и массовом соотношении водного ацетона к сырью 3:1 было определено оптимальное содержание воды в ацетоне (табл. 1).

При содержании воды 10 мас. % достигается высокая степень извлечения аренов, но из-за низкой селективности растворителя содержание аренов в экстракте низкое и выход рафината составляет всего 36.6 мас.%. При содержании воды в ацетоне 30 мас. % получен высококонцентрированный ароматический экстракт, но степень извлечения аренов недостаточна для получения рафината, удовлетворяющего экологическим требованиям к реактивному топливу. Поэтому дальнейшие опыты многоступенчатой экстракции проводились при предпочтительном содержании воды в ацетоне 15-20 мас.%.

Как следует из результатов, представленных в табл. 2, экстракция аренов в присутствии пентана позволяет значительно повысить концентрацию аренов в экстракте и выход рафината при близких остальных показателей процесса. Достаточно несколько повысить соотношение водного ацетона к сырью, чтобы в присутствии пентана получить результаты экстракции, более высокие по всем показателям по сравнению с процессом без пентана (опыты 2 и 6, табл. 2). В то же время простое повышение соотношения водного ацетона к сырью, например, с 3:1 до 6: 1 без добавления пентана (опыты 2 и 3, табл. 2), приводит к снижению содержания аренов в экстракте и повышению степени их извлечения, но сопровождается резким снижением концентрации в экстракте и выхода рафината.

Повышение соотношения пентана к сырью при прочих неизменных показателях процесса (опыты 7 и 8, табл. 2) приводит к повышению концентрации аренов в экстракте и к увеличению выхода рафината, т.е. к более селективному выделению аренов. Однако из-за конкурирующего влияния пентана большее количество аренов остается в рафинате и степень их извлечения снижается.

Повышение температуры процесса экстракции (опыты 5 и 9, табл. 2) приводит к противоположному изменению результатов процесса: степень извлечения аренов повышается, меньшее их количество остается в рафинате, но остальные результаты ухудшаются, что обусловлено снижением селективности растворителей.

Принципиальная технологическая схема экстракции аренов из керосиновой фракции водным ацетоном представлена на чертеже.

Регенерация пентана и ацетона из рафинатной и экстрактной фаз производится ректификацией. Вода, находившаяся в экстрактной фазе, после отгона ацетона отделяется от экстракта в сепараторе 7 и используется в качестве реэкстрагента небольшого количества ацетона, остающегося в рафинате. При использовании предложенной схемы осуществляется замкнутый водооборот и исключаются энергозатраты на испарение воды, содержащейся в водном ацетоне.

Характеристика рафината, полученного пятиступенчатой противоточной экстракцией аренов из прямогонной керосиновой фракции водным ацетоном с пентаном (опыт 5, табл. 2), представлена в табл. 3.

Полученный рафинат соответствует требованиям к реактивному топливу TC-1 высшего сорта. Высота некоптящего пламени для рафината значительно выше, чем требуется для топлив TC-1 и Jet А-1. Экстракционной очистке подвергалась негидроочищенная фракция, но даже по содержанию серы рафинат удовлетворяет требованиям к реактивному топливу. Степень извлечения сероорганических соединений - 88.3 мас.%, т.е. выше, чем аренов.

Полученный высокоароматизированный экстракт после гидроочистки может быть использован для производства ценных ароматических нефтяных растворителей типа Нефрас АР-120/200, Сольвент нефтяной (ТУ 38001196-79), Solvesso 100, Solvesso 150, а также технических моющих средств, синтетических ароматических смазочных масел и т.д.

Пример 1 (опыт 5, табл. 2)

В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 25^oC прямогонную керосиновую фракцию (расход 100 г/ч) и пентан (50 г/ч), а в верхнюю часть - водный ацетон (расход 300 г/ч), содержащий 80 мас.% ацетона и 20 мас.% воды. В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим одновременно отбирается рафинатная и экстрактная фаза в количестве 192 и 258 г/ч соответственно. Из 258 г экстрактной фазы на ректификационной колонке эффективностью 20 теоретических тарелок отгоняют 10 г пентана и 179 г ацетона. Кубовый остаток охлаждают до 10^oC, в делительной воронке отделяют нижний слой - 57 г воды и получают 12.0 г экстракта, содержащего 98.1 мас.% ароматических углеводородов. Выход экстракта 12 мас.% на сырье.

Из 192 г рафинатной фазы на ректификационной колонке эффективностью 20 теоретических тарелок отгоняют 40 г пентана и 60 г ацетона. Кубовый остаток охлаждают до 10^oC и экстрагируют оставшееся в нем небольшое количество ацетона (1.0 г) 57 г воды, выделенной из экстрактной фазы. Выход верхнего слоя - рафината 88 г, или 88 мас.% на сырье. Содержание ароматических углеводородов в рафинате 13.1 мас.%. Выход нижнего водного слоя - 61 г, содержание в нем ацетона - 1.64 мас.%.

Пример 2 (опыт 2, табл. 2)

В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 25^oC прямогонную керосиновую фракцию (расход 100 г/ч), а в верхнюю часть - водный ацетон (расход 300 г/ч), содержащий 80 мас.% ацетона и 20 мас.% воды. В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим одновременно отбирается рафинатная и экстрактная фаза, из которых по методике, аналогичной описанной в опыте 1, после ректификационной отгонки ацетона из экстрактной фазы и сепарации водно-углеводородной гетерогенной смеси выделяют 22.4 г экстракта, содержащего 61.5 мас. % ароматических углеводородов. Из рафинатной фазы ректификацией удаляют большую часть ацетона, оставшиеся примеси ацетона (около 0.8 г) реэкстрагируют водой и получают 77.5 г рафината, содержащего 12.2 мас.% ароматических углеводородов.

Опыты 1 и 3 (без использования пентана) проводились по методике, описанной в примере 2.

Опыты 4, 6-9 проводились по методике, описанной в примере 1.