Проектирование установки непрерывной адсорбционной очистки масел

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 60 страниц
В избранное:

4. 2 Техника безопасности при эксплуатации технологических установок 59

4. 3 Влияние работы установки на окружающую среду 62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68

ВВЕДЕНИЕ

Нефтяные масла представляют собой высококипящие вязкие фракции нефти, очищенные от нежелательных примесей. Они используются для обеспечения жидкостной смазки в различных машинах и механизмах и в зависимости от области применения изготавливаются различных марок. Но независимо от назначения все нефтяные минеральные масла получают из остатков атмосферной перегонки - мазута. Процесс производства любых масел состоит из трех этапов:

- подготовка сырья - получение исходных масляных фракций;

- получение компонентов масел из исходных масляных фракций;

- смешение компонентов (компаундирование), добавление присадок для получения товарных марок масел.

Подготовка сырья заключается в разгонке мазутов под вакуумом. Фракции, используемые для производства масел, по способу получения делят на две группы: дистиллятные - выделяемые в виде погонов при вакуумной разгонке мазута и остаточные получаемые из гудрона. Соответственно масла, полученные из дистиллятных масляных фракций называются дистиллятными, масла, полученные из гудрона - остаточными.

Производство компонентов из исходных масляных фракций сложный многоступенчатый процесс. Основное назначение каждой ступени - полное или частичное удаление отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства масел. Из нефтяных фракций необходимо удалить все кислые соединения, непредельные углеводороды, частично серосодержащие и смолистые соединения, полициклические арены с короткими боковыми цепями, твердые алканы.

В результате очистки масляных фракций от смолистых веществ цвет масел изменяется - они становятся светлее. Удаление смолистых веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями способствует понижению коксуемости и повышению индекса вязкости масел. Удаление смолистых веществ и непредельных углеводородов значительно увеличивает термоокислительную способность. Очистка от кислых соединений снижает коррозийную активность, а выделение из состава масел твердых углеводородов приводит к понижению температуры застывания. Эффективность технологических процессов производства масла и характеризуется достижением необходимых качественных показателей масел, а также выходом целевого продукта.

Целью данного дипломного проекта является проектирование установки непрерывной адсорбционной очистки масел. Очистка нефтепродуктов с применением адсорбции основана на способности адсорбентов удерживать на своей поверхности примеси, снижающие качество очищаемого продукта, и содействовать явлениям полимеризации и конденсации непредельных углеводородов, содержащихся в этом продукте. В качестве адсорбентов применяют естественные активированные глины, а также синтетические продукты: силикагель, аморфные и кристаллические цеолиты, алюмосиликаты. Наибольшией адсорбируемостью обладает асфальто-смолистые вещества, затем идут ароматические углеводороды; слабее адсорбируются нафтеновые и парафиновые углеводороды. Непредельные углеводороды, особенно диолефины, интенсивнее адсорбируются на аморфных алюмосиликатах, чем другие углеводороды и смолы; при этом происходит их полимеризация. На кристаллических алюмосиликатах (цеолитах) хорошо адсорбируются парафиновые углеводороды. Ряд глин в натуральном виде не имеют отбеливающих свойств. Некоторые из них после обработки слабой серной или соляной кислотой при 90-95 ºС и последующей промывки водой для удаления избытка кислоты и сушки приобретают хорошие адсорбционные свойства. Такая обработка называется активацией. Можно подвергать активации и глины, которые используют в натуральном виде, например гумбрин. Адсорбционные свойства глин после повышаются в 2-4 раза. Чем больше пористость адсорбента и его удельная поверхность, тем мельче его частицы и меньше молекулы адсорбируемого продукта и тем выше при прочих равных условиях адсорбционная способность адсорбента, характеризуемая количеством поглощенного вещества. Извлечение адсорбированных веществ из пор адсорбента (десорбция) является процессом эндотермическим. Десорбцию проводят как жидкостью (растворителем), так и паром. При десорбции паром необходимо, чтобы адсорбированное вещество в условиях процесса десорбции образовало летучую смесь с паром. При использовании процесса десорбции для масляных фракций полностью извлечь такие соединения, как смолы и полициклические ароматические углеводороды, не удается. Их удаляют с поверхности адсорбента при помощи выжига. В настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности во все уменьшающемся объеме применяют два способа очистки нефтепродуктов глинами.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. 1 Теоретические основы процесса

Адсорбционная очистка масел основана на способности адсорбентов избирательно извлекать из масел смолистые и сернистые соединения, непредельные и полициклические ароматические углеводороды, а также органические кислоты, остатки серной кислоты и растворителей. В результате очистки улучшаются цвет масла, его стабильность, индекс вязкости, коксуемость. В качестве адсорбентов при очистке масел, как и при очистке топлив применяют природные глины (отбеливающие земли) и искусственные алюмосиликаты. Природные глины перед употреблением активируют серной или соляной кислотой и высушивают. В технологии производства масел (и парафинов) адсорбенты наиболее широко применяют для доочистки продуктов от остатков нежелательных компонентов; солей нафтеновых кислот и сульфокислот, кислых гудронов, серной кислоты, избирательных растворителей и смол.

В промышленности получили распространение следующие способы очистки:

контактная очистка с тонко измельченным адсорбентом;
перколяция или фильтрование через слой гранулированного адсорбента.

При контактной очистке масла смешивают с тонко измельченной отбеливающей землей. Поскольку активность адсорбента зависит от степени его измельчения, применяют глину очень тонкого помола. Чтобы снизить вязкость масла и улучшить его проникновение в поры адсорбента, масло нагревают до 120-130 ºС.

Температура процесса зависит от качества сырья, природы адсорбента и требуемой степени очистки готового продукта. На эффективность процесса влияет также продолжительность контакта масла с глиной. Чаще всего время контакта составляет 20-25 минут. Расход глины колеблется от 3 до 25% в зависимости от качества адсорбента, свойств сырья и требований, предъявляемых к качеству готового продукта. К достоинствам процесса следует отнести возможность легко регулировать степень очистки, определяемую цветом готового продукта, путем изменения температуры процесса и соотношения адсорбент - масло. Сырье очищается непрерывно, вредные примеси извлекаются все сразу. К недостаткам процесса относятся трудность регенерации адсорбента, потери масла с адсорбентом (30-40 вес. % от адсорбента), частичное разложение масла вследствие того, что при высоких температурах природные алюмосиликаты проявляют крекирующую способность. Кроме того, в ряде случаев контактная очистка не позволяет получать масла достаточно высокого качества по цвету. Адсорбент не регенируется.

Перколяция (от лат. percolatio - процеживание через . . . ), т. е. процеживание экстрагента через растительный материал с целью извлечения растворимых в экстрагенте веществ. Процесс проводится в емкостях различной конструкции, называемых перколяторами-экстракторами. Они могут быть цилиндрической а, в или конической б формы, с паровой рубашкой в или без нее, опрокидывающиеся и саморазгружающиеся, изготовленные из нержавеющей стали, алюминия, луженой меди и других материалов. В нижней части перколятора имеется ложное дно (перфорированная сетка) 1, на которое помещают фильтрующий материал 2 (мешковина, полотно и др. ), и загружают сырье. Цилиндрические перколяторы удобны в работе при выгрузке сырья, конические - обеспечивают более равномерное экстрагирование.

Метод перколяции включает три последовательно протекающие стадии: намачивание сырья (набухание сырья), настаивание, собственно перколяция.

В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими - взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.

Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом. Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.

Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной очистки.

Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей индивидуальности.

В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов, поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.

Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента. Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.

Благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.

Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение (свободную удельную поверхностную энергию) . Поэтому адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы.

Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т. е. процессы адсорбции экзотермичны.

Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения поглощенных веществ и регенерации адсорбента.

В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем, что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц адсорбента.

Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.

В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II - десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные вещества выжигаются в процессе регенерации.

Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое, специальные электроизоляционные и др. ; из рафинатов II - ароматизированные масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87…89 % рафината I и 6…8 % ароматизированного масла.

Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0, 25-0, 8 им. Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной окислительной регенерации непосредственно на установке.

В основе производства компонентов масляных фракций лежат методы избирательного удаления нежелательных компонентов. Эти методы могут быть физическими - экстракция растворителями, осаждение из растворителей при понижении температуры; физико-химическими - адсорбция; химическими - взаимодействие с серной кислотой, гидроочистка.

Производство остаточных масел сложнее, чем дистиллятных из-за высокого содержания смолисто-асфальтовых веществ в гудронах. Полученный при вакуумной разгонке гудрон подвергают прежде всего деасфальтиэации-удаляют смолисто-асфальтеновые вещества. Деасфальтизат направляют на очистку избирательными растворителями (селективную очистку) фенолом или фурфуролом. Цель селективной очистки - извлечение остаточных смолисго-асфальтеновых веществ и полициклических аренов с короткими боковыми цепями.

Из рафината селективной очистки осаждают твердые алканы при помощи таких избирательных растворителей, как ацетон, дихлорэтан и др. Продукт депарафинизации окончательно доводят до кондиции путем адсорбционной очистки.

Избирательное поглощение молекул вещества поверхностью твердого пористого адсорбента происходит вследствие воздействия на молекулы целевого компонента неуравновешенных поверхностных сил адсорбента. Различают физическую адсорбцию, вызываемую силами межмолекулярного взаимодействия, и химическую (хемосорбцию), при которой молекулы поглощаемого вещества и поверхностного слоя адсорбента вступают в химическую реакцию и поглощенные молекулы целевого компонента не сохраняют на поверхности адсорбента своей индивидуальности.

В отличие от практически необратимой хемосорбции процесс физической адсорбции обратим, что важно при промышленном использовании этих процессов, поскольку после стадии собственно адсорбции обычно требуется проведение обратного процесса - десорбции. Это связано либо с необходимостью регенерации адсорбента с целью его последующего использования в процессе адсорбции, либо с желанием выделить адсорбтив в чистом виде. В промышленной практике почти всегда применяется обратимый процесс физической адсорбции.

Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела-адсорбента. Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую. Физическая адсорбция в основном обусловлена поверхностными вандер-ваальсовыми силами, которые проявляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.

Силы притяжения возникают на поверхности адсорбента благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся в основном к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.

Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает поверхностные силы и вследствие этого снижает поверхностное натяжение (свободную удельную поверхностную энергию) . Поэтому адсорбция является самопроизвольным процессом, течение которого сопровождается уменьшением свободной энергии и энтропии системы.

Убыль свободной энергии и энтропии системы вызывает уменьшение ее энтальпии, что равнозначно выделению тепла, т. е. процессы адсорбции экзотермичны.

Процессы адсорбции избирательны и обратимы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией, которую используют для выделения поглощенных веществ и регенерации адсорбента.

В адсорбционном процессе большое значение имеют размер частиц адсорбента (дисперсность), пористость и удельная поверхность. С увеличением дисперсности частиц возрастает поверхность контакта адсорбента с сырьем, что повышает эффективность процесса. Однако слишком мелкие частицы адсорбента или замедляют фильтрование, или легко проходят через фильтровальную ткань и трудно отделяются от очищенного масла. Для каждого вида сырья и способа контактирования существует оптимальный размер частиц адсорбента.

Как было сказано выше адсорбция - экзотермический процесс, и ей благоприятствует понижение температуры. При повышенных температурах ускоряется процесс обратный адсорбции - десорбция. При необратимой или трудно десорбируемой адсорбции регенерацию адсорбента часто проводят путем выжига адсорбированных компонентов. Значительное влияние на эффективность адсорбции оказывает вязкость сырья, которая определяет скорость диффузии адсорбируемых компонентов в поры адсорбента. Для понижения вязкости очищаемого продукта обычно применяют растворители (например, легкие нефтяные фракции) и повышают температуру процесса.

В процессе непрерывной адсорбционной очистки дистиллятных масел получают два рафината: рафинат I - основной очищенный продукт и рафинат II - десорбированный с поверхности адсорбента обессмоленный ароматизированный концентрат. Остающиеся на адсорбенте смолистые и другие коксогенные вещества выжигаются в процессе регенерации.

Адсорбционной очисткой на базе маловязких масляных дистиллятов вырабатываются масла: из рафината I - трансформаторное, гидравлическое, специальные электроизоляционные и др. ; из рафинатов II - ароматизированные масла - наполнители каучука, смягчители резиновых смесей и пр. В процессе адсорбционной очистки трансформаторного дистиллята получают 87…89 % рафината I и 6…8 % ароматизированного масла.

Непрерывный процесс адсорбционной очистки и доочистки масел с использованием растворителя происходит в противотоке на движущемся синтетическом алюмосиликатом адсорбенте с размером зерен 0, 25-0, 8 им. Растворитель - бензиновая фракция 80-120 "С. содержащая 3-5 % аре нов. В стадии адсорбции растворитель применяется для снижения вязкости масла, в стадии промывки служит десорбентом. Адсорбент подвергается непрерывной окислительной регенерации непосредственно на установке.

1. 2 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов

Основными показателями, определяющими поведение масел в эксплуатации, являются: вязкость и ее изменение с температурой (вязкостно-температурные свойства) ; подвижность при низких температурах (низкотемпературные свойства) ; устойчивость против окисления кислородом воздуха (химическая стабильность) ; смазочная способность; защита металлов от коррозионного воздействия внешней среды.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.