способ одновременного получения экологически чистого реактивного топлива и ароматического растворителя

Формула изобретения

Способ одновременного получения экологически чистого реактивного топлива и ароматического растворителя путем жидкостной экстракции гидроочищенной фракции реактивного топлива двумя растворителями - полярным и неполярным (пентаном), отличающийся тем, что в качестве полярного растворителя используют ацетонитрил, содержащий 5 мас.% воды и в массовом соотношении к сырью экстракции 2-3:1, а концентрирование экстракта достигается в колонне регенерации растворителей путем азеотропной ректификации экстрактной фазы с ацетонитрилом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для одновременного получения из гидроочищенной керосиновой фракции экологически чистого реактивного топлива, удовлетворяющего требованиям по содержанию аренов и минимальной высоте некоптящего пламени, и ароматических растворителей типа Нефрас AP, Solvesso, Cyclosol с содержанием ароматических углеводородов 98-99,5 мас.%.

В последние годы ужесточаются экологические требования к реактивным топливам за рубежом: так, для наиболее распространенного топлива Jet A-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. Общее содержание ароматических углеводородов в экологически чистом реактивном топливе в перспективе не должно превышать 10 мас.%. [Аналитическая информация: Россия в системе мировой нефтепереработки 1999 г. - Состояние, проблемы, перспективы. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1999. - 137 с.].

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, C 07 C 7/10], диметилмалонатом или диметилсукцинатом [А.с. 432116, СССР, 1974, C 07 C 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 и регенерация экстрагентов осуществляется реэкстракцией другими растворителями, что требует соответствующего оборудования и дополнительных затрат на их регенерацию.

Известен способ деароматизации тяжелого бензина и керосина ацетоном с 1-15 мас.% воды [PL 153738, 1991, C 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. Однако 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 (₄ ²⁰ 0.7908) близка к плотности керосиновой фракции, что затрудняет разделение равновесных фаз.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ выделения ароматических углеводородов из керосиновой фракции с использованием в качестве экстрагента гетерогенной смеси растворителей ацетон - вода - пентан [патент РФ 2150450, опубл. 10.06.2000]. Пентан вытесняет насыщенные углеводороды сырья из экстрактной фазы и тем самым повышает концентрацию ароматических углеводородов в экстракте. Кроме того, пентан, концентрирующийся в рафинатной фазе, снижает ее плотность (плотность пентана ₄ ²⁰ 0.6262), благодаря чему увеличивается разность плотностей экстрактной и рафинатной фаз, значительно ускоряется их расслаивание, что приводит к повышению производительности экстрактора.

Недостатком этого способа является невозможность одновременного получения рафинатов, удовлетворяющих требованиям к экологически чистому реактивному топливу по содержанию ароматических углеводородов не выше 10 мас.%, и экстрактов с содержанием ароматических углеводородов 98-99.5 мас.%, удовлетворяющих требованиям к ароматическим растворителям типа Нефрас AP, Solvesso, Cyclosol (табл. 1).

В настоящее время производство ароматических растворителей и, в частности Нефраса AP 120/200 осуществляется каталитическим риформингом гидроочищенной фракции 140-180^oC с последующей экстракцией аренов ди- или триэтиленгликолем и ректификацией экстракта с получением товарного растворителя [Стекольщиков М. Н. Углеводородные растворители. Свойства, производство, применение. Справочник. - М.: Химия, 1986. - 120 с.]. Для обеспечения достаточно высокой концентрации аренов в Нефрасе при ректификации из экстрактной фазы отгоняется значительное количество рисайкла (80 - 100 об.% на сырье).

С целью одновременного получения экологически чистого реактивного топлива и ароматического растворителя, без использования энергоемкой стадии каталитического риформинга предлагается вместо ацетона использовать более селективный растворитель - ацетонитрил и использовать его способность образовывать азеотропные смеси с насыщенными углеводородами сырья для концентрирования экстракта путем отгонки насыщенных углеводородов экстракта из экстрактной фазы в виде азеотропных смесей с ацетонитрилом, содержащимся в этой фазе.

На чертеже представлена схема одновременного получения экологически чистого реактивного топлива и ароматических растворителей. Сырье - гидроочищенная фракция реактивного топлива и неполярный растворитель (пентан) - поступают в нижнюю часть экстракционной колонны (1), в верхнюю часть которой подается водный ацетонитрил. Рафинатная фаза поступает в ректификационную колонну (2), где отгоняется азеотропная смесь ацетонитрила с пентаном и избыточное количество пентана. Из сепаратора (7) верхний слой (пентан) возвращается в низ экстрактора, а нижний слой (ацетонитрил) - в верхнюю часть экстрактора. Кубовый остаток колонны (2) поступает в промывную колонну (3) для отмывки рафината от следов ацетонитрила. Водный ацетонитрил возвращается в экстрактор (1), а рафинат направляется в реактивное топливо.

Экстрактная фаза поступает в колонну (4), где отгоняется фракция до 36^oC (азеотропная смесь пентан - ацетонитрил), затем в колонну (5), где отделяется фракция до 78^oC (азеотропная смесь насыщенных углеводородов экстракта, ацетонитрила и воды). В колонне (6) отгоняется чистый ацетонитрил и направляется в экстрактор (1).

Верхний продукт колонны (4) разделяется в сепараторе на верхний слой (пентан) и нижний слой (ацетонитрил), которые возвращаются в экстрактор (1).

Верхний продукт колонны (5) разделяется в сепараторе на верхний слой (насыщенные углеводороды экстракта), направляемый в реактивное топливо, и нижний слой - водный ацетонитрил, который возвращается в экстрактор (1).

Как следует из данных, представленных в табл. 2, по предлагаемому способу возможно одновременное получение как реактивного топлива, содержащего 8.31-9.34 мас.% ароматических углеводородов, так и ароматического концентрата, содержащего 98.2- 100 мас.% ароматических углеводородов, что удовлетворяет самым жестким требованиям к нефтяным ароматическим растворителям (опыты 1-3).

Ректификацией ароматического концентрата могут быть выделены ароматические растворители различных марок (табл. 3): Нефрас AP-120/200 (выход 80%), Solvesso 150 (выход 15%) и компонент Нефраса AP-150/330 (выход 5%). Фракция Solvesso 150 также может быть использована как компонент Нефраса AP-150/330.

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 A-1 (табл. 4).

По прототипу также возможно получение ароматического растворителя с содержанием аренов 98.5 мас. %, однако при этом содержание аренов в рафинате значительно выше, чем требуется для экологически чистого топлива (18.5 мас. %) (опыт 4, табл. 2). В случае достижения необходимого содержания аренов в рафинате (менее 10 мас.%) резко снижается концентрация аренов в экстракте (86 мас. %) и он уже не может быть использован как ароматический растворитель. При этом резко снижается выход рафината (до 82.4%) (опыт 5, табл. 2).

Пример 1. В качестве сырья для получения экологически чистого реактивного топлива и ароматического растворителя использовали гидроочищенную керосиновую фракцию с показателем преломления n_D ²⁰ 1.4398, плотностью ₄ ²⁰ 0.784, содержащую 14 мас. % ароматических углеводородов, в том числе 13.3 мас.% - моноциклоарены, 0.7 мас.% - бициклоарены.

В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 25^oC гидроочищенную керосиновую фракцию (расход 100 г/ч) и пентан (70 г/ч), а в верхнюю часть - ацетонитрил с 5 мас.% воды (расход 200 г/ч). В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим отбираются одновременно рафинатная и экстрактная фазы (155.7 и 214.3 г соответственно).

Из рафинатной фазы отгоняют на ректификационной колонке эффективностью 20 теоретических тарелок пентан (57.1 г), ацетонитрил (4.6 г) и воду (0.2 г), кубовый остаток промывают водой. В результате получают 93.8 г рафината с содержанием сульфирующихся 9.34 мас.%.

Из экстрактной фазы последовательно отгоняют на ректификационной колонке (20 т.т.) пентан + ацетонитрил + вода (14.8 г), азеотропную смесь ацетонитрил + насыщенные углеводороды экстракта (51.9 г, в том числе 0.8 г насыщ. угл. ), чистый ацетонитрил (142.1 г). Кубовый остаток (5.7 г) содержит 98.8мас. %. сульфирующихся и может быть использован как ароматический нефтяной растворитель Нефрас AP 120/200 и как компонент растворителя Нефрас AP-150/330.

Пример 2. В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 25^oC гидроочищенную керосиновую фракцию (расход 100 г/ч) и пентан (70 г/ч), а в верхнюю часть - ацетонитрил с 5 мас.% воды (расход 300 г/ч). В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим отбираются одновременно рафинатная и экстрактная фазы (171.7 и 298.2 г соответственно).

После отгонки из рафинатной фазы пентана, ацетонитрила и воды получают 92.2 г рафината с содержанием аренов 8.31%.

Из экстрактной фазы отгоняют на ректификационной колонке (20 т.т.) пентан, ацетонитрил, воду, азеотропную смесь ацетонитрила с насыщенными углеводородами экстракта. Кубовый остаток (6.5 г) содержит 98.2 мас.% сульфирующихся и может быть использован как ароматический нефтяной растворитель Нефрас AP 120/200 и как компонент растворителя Нефрас AP-150/330.

Пример 3. В нижнюю часть насадочной экстракционной колонны эффективностью 5 теоретических ступеней подают при температуре 25^oC гидроочищенную керосиновую фракцию (расход 100 г/ч) и пентан (100 г/ч), а в верхнюю часть - ацетонитрил с 5 мас.% воды (расход 200 г/ч). В результате противоточной экстракции после выхода на стабильный режим отбираются одновременно рафинатная и экстрактная фазы (212 и 288 г соответственно).

После отгонки из рафинатной фазы пентана, ацетонитрила и воды получают 92.7 г рафината с содержанием аренов 8.52%.

Из экстрактной фазы отгоняют на ректификационной колонке (20 т.т.) пентан, ацетонитрил, воду, азеотропную смесь ацетонитрила с насыщенными углеводородами экстракта. Кубовый остаток (6.14 г) содержит 100 мас.% сульфирующихся и может быть использован как ароматический нефтяной растворитель Нефрас AP 120/200 и как компонент растворителя Нефрас AP-150/330.