Теоретические основы экстракционных процессов очистки масел

Для очистки и разделения нефтяного сырья широко используют процессы, основанные на растворимости компонентов сырья в различных растворителях. Для растворения одного вещества в другом необходимей достаточно сильное притяжение между молекулами растворяемого вещества и растворителя. При растворении компонентов нефтяного сырья рас­творителях могут в той или иной степени проявляться все составляющие сил межмолекулярного взаимодействия. С повышением температуры роль ориентационного взаимодействия и водородных связей снижается, роль дис­персионных сил возрастает. По способности растворять углеводородные ор­ганические и некоторые неорганические растворители можно разделить на две группы.

К первой группе относятся растворители, при обычной температуре смешивающиеся с жидкими компонентами сырья практически во всех отношениях; растворимость твердых компонентов в них подчиняется общей теории растворимости твердых веществ в жидких. Такими растворителями являются, неполярные соединения - низкомолекулярные жидкие и сжиженные углеводороды парафинового ряда, а также соединений с очень небольшим дипольным моментом - четыреххлористый углерод, этиловый эфир, хлороформ и т.д.

Растворители второй группы являются по­лярными органическими соединениями с высоким дипольным моментом фе­нол, фурфурол, крезол, алифатические кетоны, диэтилленгликоль и т.д. Рас­творимость компонентов нефтяного сырья в этих растворителях зависит от их соотношения и температуры, т.е. подчиняется закономерностям, про­являющимся при растворении веществ с ограниченной взаимной смешиваемостью. Растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья на­зывают селективным (избирательным) растворителями. При смешении нефтяного сырья с растворителями второй группы и обычной температуре в сырье растворяется небольшое количество растворителя. С увеличением кратности растворителя (увеличением объема растворителя по отношению к объему сырья) образуется двухфазовая система: в одной фазе - нефтепродукт с небольшим количеством растворителя, в другой - растворитель с частью растворенных компонентов сырья. При дальнейшем увеличении кратности растворителя растворимость в нем компонентов сырья повышается, и при значительной кратности растворителя происходит полное смещение его с сырьем.

При неизменной кратности растворителя с повышением темпера­туры увеличивается содержание растворенных компонентов исходного сырья, и, наконец, при достижении определенной температуры, называемой критической температурой растворения (КТР), и выше этой температуры сырьё полностью смешивается с растворителем, т.е. система становится однофазной. Растворимость компонентов сырья в растворителях второй груп­пы зависит от их химического состава и природы растворителя. При неиз­менных условиях лучше всего в них растворяются полярные компоненты сырья, т.е. смолы и другие не углеводородные компоненты. В этом случае наряду с ориентационными проявляются и дисперсионные силы межмолеку­лярного взаимодействия. Углеводородные компоненты сырья являются не­полярными соединениями и растворяются в полярных растворителях в ре­зультате взаимодействия постоянных диполей молекул растворителя с инду­цированными диполями молекул углеводородов. Помимо химической при­роды на величину КТР влияет и строение молекул углеводородов. Так с уве­личением числа колец в углеводородах их КТР резко снижается, с увеличе­нием длины алкильных цепей - повышается.

При оценке влияния природы растворителя на растворимость компонентов сырья следует учитывать два свойства растворителей, связанных с их природой: растворяющую способ­ность и избирательность. Под растворяющей способностью растворите­ля понимают его способность наиболее полно растворять компоненты сырья, подлежащие извлечению. Общепринятой единой методики для определения растворяющей способности растворителей до сих пор нет. Принято этот показатель оценивать:

1) по выходу растворенного компонента сырья при одинаковой кратности Растворителя;

2) по значению КТР при одинаковой кратности растворителя;

3) количеством растворителя, необходимым для извлечения одного и того же растворенного компонента сырья.

Избирательность растворителя характеризует его способность четко отделять одни компоненты сырья от других. Об избирательности растворителя можно судить по разности (градиенту) таких показателей, как плотность, индекс вязкости, коэффициент преломления или анилиновая точка.

Между рас­творяющей способностью растворителей и их дипольным моментом обна­ружена связь: чем выше дипольный момент, обусловленный характером функциональной группы в молекуле, тем выше его растворяющая способ­ность. Однако это не всегда так. При практическом использовании раствори­телей для очистки нефтепродуктов часто оказывается, что растворяющая способность или избирательность не обеспечивает требуемых результатов очистки. Например, выбранный растворитель имеет большую растворяю­щую способность невысокой избирательности или наоборот. В этом случае используют смешенные растворители или к основному растворителю добав­ляют небольшое количество другого растворителя, улучшающего одно из свойств основного.

Для снижения растворяющей способности в качестве ан­тирастворителя на практике чаще всего используют воду. Но при этом ухудшается и избирательность полярного растворителя. В промышленной практике для повышения растворяющей способности используют органиче­ские неполярные растворители - бензол и толуол. Использование смешанных растворителей для очистки и разделения нефтяного сырья позволяет регули­ровать их растворяющую способность и избирательность.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение и краткую характеристику следующих понятий: критическая температура растворения, растворяющая способность и избирательность растворителей.

2. Какие требования предъявляются к растворителям?

3. Каково целевое назначение процессов селективной очистки масел?

4. Какие растворители применяются в этих процессах?

Литература

1. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Часть III М., Химия,1982.

2. Гуревич И. Л. «Технология переработки нефти и газа» Ч.1. М. Хи­мия 1972 С. 346.

3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Уфа, Гилем, 2002, 672 с.