Методичка: Комплексная переработка углеводородного сырья

Смешанные (компаундированные) битумы получают в основном путем смешения битума деасфальтизации (остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

Нефтяные битумы, как твердые или вязкопластичные, так и жидкие, находят широкое применение в строительстве. Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов в лакокрасочной и химической промышленности.

Таблица 6.1

Порядок выполнения работы

Подготовка к испытанию. Перед испытанием образец битума, при наличии влаги, обезвоживают осторожным нагреванием без перегрева до температуры на 80 - 100 °С выше ожидаемой температуры размягчения, но не ниже 120 °С и не выше 180 °С. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через сито и затем тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Масса пробы битума около 50 г. Битум наливают с некоторым избытком в два гладких или ступенчатых кольца (для битумов с температурой размягчения свыше 80°С используют два ступенчатых кольца, которые первоначально подогревают с помощью горелки или электрической плитки до предполагаемой температуры размягчения битума), помещенные на пластинку, покрытую смесью декстрина с глицерином (1:3) или талька с глицерином (1:3), при этом следует избегать образования пузырьков воздуха. После охлаждения колец с битумом на воздухе в течение 30 мин при (2510) °С избыток битума гладко срезают нагретым ножом вровень с краями колец. Для битума с температурой размягчения свыше 110 °С избыток битума срезают после охлаждения на воздухе в течение 5 мин, а затем выдерживают еще 15 мин. Для битумов с температурой размягчения ниже 30 °С кольца с битумом помещают на 30 мин в стакан с водой, температура которой на (81) °С ниже предполагаемой температуры размягчения. Избыток битума срезают нагретым ножом.

Проведение испытания. Для битумов с температурой размягчения ниже 80 °С. Кольца с битумом помещают в отверстия на верхней пластинки аппарата. В среднее отверстие верхней пластинки вставляют термометр так, чтобы нижняя точка ртутного резервуара была на одном уровне с нижней поверхностью битума в кольцах.

Штатив с испытуемым битумом в кольцах и направляющими накладками помещают в стеклянный стакан (баню), заполненный дистиллированной свежевскипиченной водой, температура которой (5±1) °С, уровень воды над поверхностью колец не менее 50 мм. По истечении 15 мин штатив вынимают из бани, на каждое кольцо в центре поверхности битума кладут пинцетом стальной шарик, охлажденный в бане до (51) °С, и опускают подвеску обратно в баню, избегая появления пузырьков воздуха на поверхности битума. Устанавливают баню на нагревательный прибор так, чтобы плоскость колец была строго горизонтальной. Температура воды в бане после первых 3 мин подогрева должна подниматься со скоростью (5±0,5) °С в минуту.

Для битумов с температурой размягчения свыше 80 °С определение проводят со следующими изменениями:

· для битумов с температурой размягчения от 80 до 110 °С в баню наливают смесь воды с глицерином (1:2);

· для битумов с температурой размягчения свыше 110 °С в баню наливают глицерин;

· температура выдерживания образцов битумов в течение 15 мин в бане, наполненной глицерином с водой или глицерином, должна быть (341) °С;

· шарик должен быть нагрет в бане до (341) °С.

Для каждого кольца и шарика отмечают температуру, при которой выдавливаемый шариком битум коснется нижней пластинки.

Примечание. Если шарик продавливает битум, то испытание повторяют. Если при повторном испытании продавливание повторяется, то отмечают это в результате.

Обработка полученных результатов

За температуру размягчения битума принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений, округленных до целого числа.

Рисунок 8 - Приборе «кольцо и шар» («К и Ш»): 1 - стеклянный стакан; 2 - штатив; 3 - накладка; 4 - латунное гладкое кольцо; 4а - латунное ступенчатое кольцо; 5 - верхняя пластинка; 6 - нижняя пластинка; 7 - шарик; 8 - крышка; 9 - термометр

Лабораторная работа №8. Изучение процесса фенольной очистки масляного дистиллята с целью получения высококачественных масел.

Теоретичесике основы

При селективной очистке из сырья удаляются нежелательные компоненты, отрицательно влияющие на эксплуатационные свойства товарных нефтепродуктов (топлив, масел и др.). К ним относятся полициклические,ароматические и нафтено-ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями, непредельные углеводороды, серо- и азотсодержащие соединения и смолистые вещества. Глубина селективной очистки и четкость разделения на желательные и нежелательные компоненты зависят от избирательной и растворяющей способностей растворителя, его кратности к сырью и температуры очистки; их выбирают в соответствии с требованиями к получаемому продукту и качеством очищаемого сырья (групповым химическим составом и молекулярной массой).

Поскольку непременным условием селективной очистки является наличие двухфазной системы -- легкой фазы (рафинатяого раствора) и тяжелой фазы (экстрактного раствора), то верхний температурный предел очистки определяется критической температурой растворения (КТР), выше которой при любом соотношении растворителя и растворяемого продукта образуется однофазная система. Критическую температуру растворения определяют примерно так же, как и анилиновую точку нефтепродуктов, но при соотношениях растворителя и сырья, соответствующих условиям очистки данным растворителем. При выборе температуры очистки основываются на критической температуре растворения и очистку проводят при температуре на 10--15 °С ниже критической при выбранной кратности растворителя к сырью.

Наибольшее распространение процесс селективной очистки получил при производстве масел, где основными растворителями являются фенол и фурфурол. Кроме того, избирательные (селективные) растворители (этиленгликоли, сульфолан и др.) применяют для извлечения из нефтяного сырья ароматических углеводородов, необходимых для нефтехимического синтеза. В заводских условиях селективную очистку проводят в аппаратах непрерывного действия (колоннах, смесителях и отстойниках, центробежных экстракторах и др.). При исследовательских работах и в лабораторном практикуме очистку проводят в лабораторных приборах периодического и непрерывного действия.

Цель работы: проведение селективной очистки масляных фракций и освоение принципа работы на аппарате

Аппаратура

Аппарат для селективной очистки масляных фракций

Стаканы на 100, 200мл

Цилиндры на 10,50 мл

Градуированные пипетки

Колбы

Реактивы

Масло І- ІІІ погон

Фурфурол или фенол

Задание. Провести селективную очистку масло ІІ погон, сделать общий анализ исходного и очищенного продукта.

Периодический процесс селективной очистки (экстракции) в лабораторных условиях

Наиболее простым и доступным методом селективной очистки в лабораторных условиях является периодическая экстракция. Ее можно осуществлять однократной или многократной обработкой очищаемого продукта селективным растворителем (обводненным или сухим фенолом, фурфуролом и др.). В лабораторной практике также широко применяется нротивоточно-нериодическая экстракция (псевдопротивоток), при которой создаются условия, близкие к условиям непрерывного процесса в нротивоточной экстракционной колонне.

При периодической экстракции выполняются следующие операции: смешение растворителя с сырьем при выбранной температуре экстракции; отстаивание смеси при той же температуре; Разделение рафинатного и экстрактного растворов; отгон растворителя из рафинатного и экстрактного растворов. Продолжительность перемешивания и отстаивания зависит от свойства -соотношения сырья и растворителя. Периодическая экстракция осуществляется в аппаратах, один из которых изображен на рис. 9.

Рис. 9. Схема аппарата для периодической селективной очистки: 1 -- мешалка; 2 -- экстрактор; 3 -- обратный рубашка; холодильник; 4 -- масляный затвор;5 -- термометр 6 - баня для нагрева; 7 -- электрообмотка; 8 -- спускной кран.

Он состоит из стального экстрактора 2 с завинчивающейся крышкой, погруженного в зависимости от температуры очистки в водяную или масляную баню с электрообогревом 7, регулируемым лабораторным автоматическим трансформатором (ЛАТРом). Можно применять экстрактор с непосредственным электрообогревом. В горловину экстрактора вставлена мешалка 1 с масляным затвором 4, которая приводится в действие электромотором. В одну из боковых горловин экстрактора вставлен на пробке обратный холодильник 3, являющийся одновременно и воздушником. В эту же горловину вставляют воронку, через которую загружают сырье и растворитель. В другую горловину вставлен термометр 5 или карман для термопары: нижняя конусная часть экстрактора оканчивается спускным краном 8, через который сливают экстрактный и рафинатный растворы.

Рис. 10. Схема цилиндрического стеклянного экстрактора: 1 -- мешалка; 2 -- водяная 3-- экстрактор.

Более прост цилиндрический стеклянный экстрактор (рис. 10) с конусным дном, рубашкой для обогрева и мешалкой. В качестве теплоносителя в нем применяют нагретые воду или масло, циркулирующие через ультратермостат. Экстрактный и рафинатный: растворы сливают через нижний кран. Размеры экстрактора: общая высота 600 мм, высота цилиндрической части 380 мм, конусной части с краном 120 мм, горловины 100 мм, внешний диаметр экстрактора (включая рубашку) 120 мм, внутренний 80 мм.

Периодическая экстракция осуществляется также в лабораторном приборе , один из которых изображен на рис. ++. Он состоит из трехгорлой колбы, водяная или масляная баня, электрическая плитка, обратногот холодильника, термометр, перемешивающее устройство, регулируемым лабораторным источником постоянного и переменного напряжения (В-24).

Рис. 11 Прибор для селективной очистки

Рис.12 Делительная воронка

Рис. 13 Прибор для перегонки а-с колбой Вюрца без шлифов;в-с круглодонной колбой и насадкой на шлифах.

Проведение эксперимента

Взвешенное сырье и необходимое количество растворителя (по объему) загружают в трехгорлую колбу, после чего включают электрическую плитку с водяной или масляной баней, и мешалку. Постепенно нагревают воду или масло в термостате до требуемой температуры (на 5-8 °С выше температуры экстракции). После перемешивания в течение 20-40 мин переводим смесь в делительныую воронку. После отстаивания смеси: в течение 30-60 мин при температуре экстракции отстаивания смеси сливают через, нижний сливной кран экстрактный, а затем и рафинатный растворы в отдельные тарированные колбы. Определяют массу растворов, отгоняют от них растворитель и определяют массу рафината и экстракта, а также отогнанного от них растворителя (для этого колбы и кубики для отгона растворителя и приемники для отогнанного растворителя предварительно-взвешивают). Составляют материальные балансы процесса очистки, по сырью и по растворам. Проводят анализ сырья, рафината и экстракта, определяя их плотность, показатель преломления, (для рафината), вязкость при 50-100 °С, температуру застывания и вспышки.

Периодическая экстракция с трехкратной обработкой сырья растворителем.

При трехступенчатой очистке принимают, что температура; экстракции первой, второй и третьей ступеней соответствует температурам низа, середины и верха экстракционной колонны при непрерывной очистке. Применяемый при очистке растворитель (фурфурол, обводненный фенол и др.) подают равными порциями в каждой ступени очистки. Содержание воды в феноле колеблется от 3 до 18% в зависимости от вида очищаемого сырья (при тяжелом высоковязком продукте 3--5%, при маловязком -- До 18%).

Первая ступень экстракции. В экстрактор загружают очищаемый продукт и 1/8 объема необходимого для очистки растворителя. Содержимое экстрактора нагревают при перемешивании до требуемой в данной ступени температуры. После 30-минутного перемешивания и 40--45-минутного отстаивания при этой температуре экстрактный раствор сливают, а рафинатный вновь обрабатывают растворителем во второй ступени экстракции.

Вторая ступень экстракции. Оставшийся в экстракторе после первой ступени рафинатный раствор смешивают со второй порцией растворителя, нагревают до температуры второй ступени экстракции и после перемешивания при этой температуре в течение 30 мин и 40-45-минутного отстаивания экстрактный раствор сливают, а рафинатный вновь обрабатывают очередной (последней) порцией растворителя.

Третья ступень экстракции. При третьей ступени экстракции повторяют те же операции, что и в предыдущих ступенях, но при более высокой температуре, соответствующей температуре верха колонны при непрерывном процессе. От полученного в третьей ступени очистки рафинатного раствора и смеси экстрактных растворов, полученных в каждой ступени экстракции, отгоняют растворитель. Затем составляют материальный баланс, анализируют сырье и полученные продукты.

Правила оформления работы

Результаты работы оформляются следующим образом: приводится краткое описание, условия опыта, материальный баланс по сырью, характеристики сырья и очищенного продукта.

Условия опыта.

1. Количество сырья ( в гр)

2. Количество растворителя:

а) на разбавление ( вес, % на сырье) 100%

б) Температура процесса, С 50

в) Время перемешивания, мин 40

Таблица 8.1 Материальный баланс