Депарафинизация
Депарафинизация — это технологический процесс удаления парафиновых углеводородов (твердых алканов) из нефтяных фракций, масел, дизельного топлива и других нефтепродуктов с целью улучшения их низкотемпературных свойств, в первую очередь — снижения температуры застывания и помутнения.
История
Необходимость в депарафинизации возникла с развитием двигателей внутреннего сгорания и авиации. В начале XX века, при эксплуатации техники в холодном климате, выявилась проблема застывания смазочных масел и дизельного топлива. Высокомолекулярные парафины, содержащиеся в нефти, при понижении температуры кристаллизовались, образуя сетчатую структуру, которая лишала топливо текучести, а масла — смазывающей способности.
Первые промышленные методы депарафинизации появились в 1920-х годах. Они основывались на разбавлении масла растворителем (например, бензолом) с последующим охлаждением и фильтрацией выпавших кристаллов парафина. В 1930-х годах этот процесс был усовершенствован с использованием смеси кетона (метилэтилкетона) и толуола, что позволило повысить эффективность разделения. В СССР первые установки депарафинизации были запущены в 1930-е годы на нефтеперерабатывающих заводах в Баку и Грозном.
Современные технологии включают как традиционные растворительные методы, так и каталитические процессы (гидроизомеризация), которые были внедрены в 1970–1980-х годах.
Классификация методов
Методы депарафинизации делятся на две основные группы: физические (экстракционные и адсорбционные) и химические (каталитические).
Растворительная депарафинизация
Наиболее распространённый метод. Основан на избирательном растворении масляной части сырья в органических растворителях при низких температурах (от −10 до −30 °C). Парафины, имеющие более высокую температуру кристаллизации, выпадают в осадок и отделяются фильтрацией.
Основные стадии:
- Смешение сырья с растворителем (обычно смесь метилэтилкетона или ацетона с толуолом).
- Охлаждение смеси в кристаллизаторах до заданной температуры, при которой парафин кристаллизуется.
- Фильтрация суспензии на вакуумных барабанных фильтрах. В результате получают фильтрат (раствор депарафинированного масла в растворителе) и гач (смесь кристаллов парафина с остатками растворителя).
- Отгонка растворителя из фильтрата и гача в дистилляционных колоннах. Растворитель возвращается в цикл.
Этот метод позволяет получать масла с температурой застывания до −15…−25 °C, но требует больших энергозатрат на охлаждение и регенерацию растворителя.
Каталитическая депарафинизация (гидроизомеризация)
Химический метод, при котором длинноцепочечные парафины (н-алканы) превращаются в изопарафины под действием водорода и катализатора (например, на основе цеолитов или платины). Изопарафины имеют более низкую температуру застывания и не кристаллизуются при низких температурах.
Преимущества:
- Высокий выход целевого продукта (до 95–98%).
- Отсутствие отходов в виде крупных кристаллов парафина (гача).
- Возможность одновременного снижения содержания серы и ароматики.
Недостатки:
- Высокие требования к чистоте сырья (содержание серы, азота, металлов).
- Значительные капитальные затраты на оборудование (реакторы высокого давления, компрессоры).
- Потребность в водороде.
Адсорбционная депарафинизация
Основана на избирательном поглощении парафинов пористыми адсорбентами (цеолитами, силикагелем). Применяется в основном для очистки малых объёмов высокочистых масел или для доочистки после растворительной депарафинизации. В промышленности используется редко из-за низкой производительности и сложности регенерации адсорбента.
Депрессорная депарафинизация
Не является процессом удаления парафинов, а скорее их модификацией. В сырьё добавляют специальные присадки (депрессоры), которые препятствуют образованию крупных кристаллов парафина и их срастанию в сетчатую структуру. Это позволяет эксплуатировать топливо или масло при температурах ниже их естественной температуры застывания. Применяется в основном для дизельного топлива и некоторых масел.
Применение
Депарафинизация является ключевым процессом в производстве:
- Смазочных масел (моторных, трансмиссионных, индустриальных, трансформаторных). Без депарафинизации масла теряют текучесть при низких температурах, что делает невозможным запуск двигателя зимой.
- Дизельного топлива (особенно зимнего и арктического). Депарафинизация снижает температуру помутнения и застывания, обеспечивая работоспособность топливной аппаратуры при отрицательных температурах.
- Товарного парафина (гача). Побочный продукт растворительной депарафинизации — гач — используется для производства свечей, восковых составов, в медицине и косметике.
- Базовых масел II и III группы (высокоиндексных). Каталитическая депарафинизация позволяет получать масла с высоким индексом вязкости и низкой температурой застывания, что необходимо для современных высокофорсированных двигателей.
Технологические особенности
Растворительная депарафинизация
- Температура фильтрации — один из ключевых параметров. Чем ниже температура, тем глубже извлекаются парафины, но возрастают энергозатраты и вязкость фильтрата.
- Скорость охлаждения — медленное охлаждение способствует образованию крупных кристаллов парафина, которые легче фильтруются. Быстрое охлаждение даёт мелкие кристаллы, забивающие фильтр.
- Соотношение растворитель : сырьё — обычно от 2:1 до 4:1. Увеличение доли растворителя улучшает разделение, но требует больше энергии на регенерацию.
Каталитическая депарафинизация
- Катализаторы — чаще всего используются цеолиты типа ZSM-5, модифицированные платиной или палладием. Они обладают специфической пористой структурой, пропускающей только линейные парафины.
- Температура — 280–380 °C.
- Давление — 3–5 МПа.
- Водородсодержащий газ — подаётся в избытке для предотвращения коксообразования на катализаторе.
Экономическое значение
Депарафинизация является одним из самых энергоёмких процессов в нефтепереработке. На установках растворительной депарафинизации расходуется до 15–20% энергии, потребляемой всем заводом. Каталитическая депарафинизация, хотя и требует высоких капитальных затрат, позволяет снизить эксплуатационные расходы за счёт меньшего потребления пара и электроэнергии.
В России крупные установки депарафинизации действуют на Омском НПЗ (Газпром нефть), Новокуйбышевском НПЗ (Роснефть), Московском НПЗ (Газпром нефть) и других предприятиях. Суммарная мощность установок растворительной депарафинизации в РФ оценивается в 5–7 млн тонн в год по сырью.
Экологические аспекты
Растворительная депарафинизация сопряжена с выбросами паров растворителя (кетоны, ароматика) в атмосферу, а также с образованием сточных вод, содержащих остатки растворителей. Современные установки оснащаются системами улавливания и рекуперации паров, а также замкнутыми циклами водоснабжения.
Каталитическая депарафинизация считается более экологичной, так как не использует органические растворители и не образует твёрдых отходов в виде парафинового гача. Однако она требует большого расхода водорода, который чаще всего получают из природного газа, что связано с выбросами CO₂.
Источники
- Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. — Уфа: Гилем, 2002.
- Мановян А. К. Технология переработки природных энергоносителей. — М.: Химия, 2004.
- Смидович Е. В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2. — М.: Химия, 1980.
- Капустин В. М., Гуреев А. А. Технология переработки нефти. Ч. 2. — М.: КолосС, 2007.
- ГОСТ 20287-91. Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания.
BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.
На главную BFOmetr →