Тезисы научно-исследовательской работы «Зелёная» химия в нефтепереработке

Производство минеральных нефтяных масел – сложный, многоступенчатый процесс, включающий стадии подготовки исходного сырья, его очистки и компаундирования с целью получения товарного продукта. Целевое назначение экстракционных процессов масляных производств – удаление из исходного сырья низкоиндексных и коксогенных компонентов, таких как смолисто-асфальтеновые и полициклические углеводороды, а также высокоплавких парафинов, ухудшающих низкотемпературные свойства товарных масел.В качестве избирательных растворителей предложено большое количество различных органических и неорганических соединений, однако сложный комплекс требований, предъявляемых к экстрагентам, ограничивает возможность использования многих из них для промышленных экстракционных процессов.

 

Промышленные экстрагенты (растворители) должны обладать, прежде всего, следующими эксплуатационными свойствами:

— оптимальной растворяющей способностью и высокой избирательностью в достаточно широком интервале температур (эти показатели обусловливают выход и качество целевых продуктов);

— низкими теплотой испарения и температурой кипения по сравнению с сырьем, что позволяет уменьшить энергетические затраты на регенерацию растворителей;

— достаточно высокой разностью плотностей с исходным сырьем и низкой вязкостью для облегчения процесса разделения гетерогенных фаз образующейся дисперсной системы.

 

Кроме того, они должны быть дешевыми и недефицитными, а также удовлетворять следующим экологическим требованиям:

— иметь высокие химическую и термическую стабильности;

— быть нетоксичными, взрыво- и пожаробезопасными;

— не вызывать коррозии аппаратуры.

 

Определенное значение имеют также поверхностное натяжение, теплоемкость, критические температура и давление и другие показатели растворителей.

 

Из анализа вышеприведенных требований к качеству экстрагентов можно констатировать, что практически невозможно рекомендовать универсальный растворитель для всех видов сырья и для всех экстракционных процессов. В этой связи приходится довольствоваться узким ассортиментом растворителей для отдельных экстракционных процессов. Так, в процессах деасфальтизации гудронов широко применялись и применяются низкомолекулярные алканы, такие как этан, пропан, бутан, пентан и легкий бензин, являющиеся слабыми растворителями, плохо растворяющими смолисто-асфальтеновые соединения нефтяных остатков. В процессах селективной очистки масляных дистиллятов и деасфальтизатов применялись сернистый ангидрид, анилин, нитробензол, хлорекс, фенол, фурфурол, крезол и N-метилпирролидон.

 

В последние десятилетия стало невозможно закрывать глаза на вредоносное воздействие химии на окружающую среду. На вызовы времени экологи ответили созданием концепции «зеленая химия». «Зеленая» химия – это новая стратегия развития химии. Ее основные положения сформулированы в 2004 г. Полом Анастасом, одним из руководителей Агентства защиты окружающей среды США.

 

В рамках данной концепции закономерно стремление заменить не экологичные органические растворители новыми средами с  дружественными окружающей среде свойствами. Альтернатива традиционным органическим растворителям нашлась в виде ионных жидкостей. Будущее экстракции связано именно с ними.

 

Ионными жидкостями называется новый класс жидких при комнатной температуре веществ на основе расплавов органических солей. Выбор комнатной температуры условен, и к ионным жидкостям причисляли соли и с более высокой температурой плавления – от 100°C, хотя известны ионные жидкости, остающиеся в жидком состоянии и при -80°C. Первая ионная жидкость (нитрат этиламмония) с температукрой плавления 12°C получена Паулем Вальденом в 1914 г. С 1990 г. интерес к таким жидкостям стал расти ускоряющимися темпами.

 

Ионные жидкости (ИЖ) не горючи, имеют пренебрежимо малое давление паров, термически устойчивы и нетоксичны; многие ИЖ не смешиваются с водой и практически все хорошо проводят электрический ток. Благодаря этим свойствам ИЖ привлекают внимание как экологически безопасные растворители.

 

Потенциально количество ИЖ практически безгранично и лимитируется лишь доступностью подходящих органических катионов и неорганических, органических или металлкомплексных анионов.

 

Цель исследования:

- повышение эффективности процесса селективной очистки масел за счет замены высокотоксичного растворителя фенола (2 класс опасности) на фениламмонийформиатный комплекс (ионная жидкость)

 

Задачи исследования

- получение целевых продуктов согласно требованиям СТП предприятия ОАО  «Орскнефтеоргсинтез»

- снижение выбросов фенола в воздух

- сокращение платы за выбросы фенола в воздух

 

В результате исследования проведено  сопоставление свойств трех основных растворителей, которые применяются в процессе селективной очистки, и ионной жидкости синтезированной на основании анилина и муравьиной кислоты. Традиционно используемые растворители обладают следующими недостатками

1. Основные недостатки фенола – высокая токсичность, высокая температура застывания, склонность к образованию стойких эмульсий при смешении сырьем, а также образования азеотропной смеси при кипении с водой. Фенол обладает средней избирательностью при высокой растворяющей способности
2. К недостаткам фурфурола относится невысокая стабильность и образование азеотропной смеси с водой при кипении
3. К недостаткам N-метилпирролидона относится низкая термоокислительная стабильность и высокая цена

 

Преимущества ионных жидкостей:

1. ИЖ обладают уникальным набором свойств (пренебрежимо малое давление паров, термическая устойчивость, электропроводность).
2. С точки зрения экологической чистоты, наиболее важна нелетучесть, если не исключающая, то на порядки снижающая, по сравнению с обычными органическими растворителями, возможность загрязнения воздуха.
3. ИЖ, как правило, не воспламеняются, что снижает риск несчастных случаев катастроф.
4. ИЖ часто рассматривают как сравнительно малотоксичные соединения.
5. При применении ионных жидкостей в качестве растворителей увеличивает процент выхода целевого продукта.

 

Фениламмонийформиатный комплекс (ФАФК) синтезируется из анилина и  муравьиной кислоты.При добавлении ФАФК в неочищенное масло наблюдается четкая граница раздела фаз. В ходе лабораторных испытаний было подобрано оптимальное соотношение растворитель:сырье равное 3:1 Оптимальный температурный режим 50°С. Время контакта, обеспечивающее наибольшую эффективность экстракции составляет 2 часа.

В ходе лабораторных испытаний при оптимальных параметрах экстракции выход рафината- целевого продукта, подаваемого на дальнейшую переработку, составил 82%. Это на 20 % больше, чем при экстракции фенолом.

 

Таким образом, при использовании предлагаемого растворителя ФАФК:

- увеличивается выход рафината на 20% ;

- улучшается экологическая обстановка;

- снижается сумма платы за выбросы фенола.

 

Список используемой литературы

1. С.А. Ахметов Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа.: Химия, 2002, - 672с.
2. Е.Е. Бибик  Новый справочник химика и технолога. Основы технологии. СПб НПО  «Профессионал», 2006,- 1464 с.
3. А.К.Мановян. Технология переработки природных энергоносителей. – М.: Химия, КолосС, 2004. – 456с.
4. В.Г.Спиркин, И.Г.Фукс. Химмотология в нефтегазовом деле. Химия смазочных масел (состав, получение и применение). Учебное пособие. – М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003. – 144с.
5. А.Г. Азизов, Ф.И. Самедова, М.Д. Ибрагимова, Р.З. Гасанова и др. // Мир нефтепродуктов. 2007 №6. С. 22-24.
6. Р.Б. Мамедов, Ф.И. Самедова, М.Д. Ибрагимова и др.// Нефтепереработка и нефтехимия. 2009 №6. С. 29-31.
7. И.В. Плетнев, С.В. Смирнова, К.С. Хачатарян, В.В. Зернов// Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. И.М. Менделеева). 2004. №6, С 51-57.
8. Б.И. Петров. Химия//2010. № 9. С. 184-191
9. А.С. Беляева, Т.В. Грибеник, А.В. Котов// Башкирский химический журнал. 2010. № 3. С.225-228
10. Технологический регламент технологический регламент процесса глубокой селективной очистки масел фенолом. Установка 37-4 ОАО «Орскнефтеоргсинтез»