Введение к работе
Актуальность темы исследования. Низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) относятся к наиболее важным продуктам нефтехимической промышленности. Рост спроса на бензол, толуол и ксилолы составляет, в среднем, 3-5% в год, что обусловлено потребностью как в самих ароматических углеводородах, так и в их производных.
Одним из основных способов производства низкомолекулярных ароматических углеводородов является каталитический риформинг бензиновых фракций. Ароматические углеводороды могут быть выделены из продуктов риформинга экстракцией с применением селективных растворителей. Экстракция проводится при относительно низких температуре и давлении, позволяет получать концентрат ароматических углеводородов и рафинат, который может быть использован как компонент моторного топлива или сырье пиролиза.
В промышленности реализованы процессы экстракции ароматических углеводородов из риформатов узкокипящих бензиновых фракций. При производстве бензола и толуола используются фракции, выкипающие в пределах 62-105С, для получения ксилолов и этилбензола – 105-140С. В то же время недостаточно изучена экстракция ароматических углеводородов из бензиновых фракций, выкипающих в широких пределах, например 62-180С.
Кроме того, представляет интерес возможность экстракционной подготовки сырья для процесса пиролиза – прямогонной бензиновой фракции 62-180С. Предполагается, что снижение содержания ароматических углеводородов в сырье пиролиза будет способствовать большему выходу целевых продуктов и снижению коксообразования.
В связи с вышеизложенным изучение процесса экстракции ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций является важной и актуальной научно-прикладной задачей.
Цель работы – разработка технологии экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций, позволяющей получать высокоароматизированные экстракты – сырье для нефтехимической промышленности и рафинаты с низким содержанием ароматических углеводородов, используемые как компонент автомобильного бензина или сырье пиролиза.
Основные задачи:
исследование экстракционной способности N-метилпирролидона, триэтиленгликоля и смесей этих растворителей при деароматизации широких бензиновых фракций;
определение состава смешанного растворителя для экстракционной деароматизации риформата и прямогонной бензиновой фракции 62-180С, позволяющего извлекать максимальное количество ароматических углеводородов;
исследование основных факторов, влияющих на степень деароматизации широких бензиновых фракций, подбор эффективных условий проведения процесса;
экспериментальное моделирование многоступенчатой противоточной экстракции ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций;
разработка принципиальной технологической схемы экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций;
оценка технико-экономических показателей установки экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций.
Научная новизна
-
Экспериментально исследована экстракционная способность N-метилпирролидона, триэтиленгликоля и их смесей при деароматизации широких бензиновых фракций. Впервые показано, что использование смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль позволяет повысить степень извлечения ароматических углеводородов на 15-20% (масс.) при меньших кратности растворителя к сырью и температуре процесса.
-
Впервые получены зависимости влияния концентрации N-метилпирролидона в смеси с триэтиленгликолем на степень извлечения ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций. Определены составы смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль, использование которых позволяет снизить содержание ароматических углеводородов в рафинате.
-
Впервые получены зависимости влияния технологических параметров на эффективность деароматизации широких бензиновых фракций смешанным растворителем N-метилпирролидон – триэтиленгликоль. Определены условия, при которых может быть достигнута максимальная степень извлечения ароматических углеводородов.
-
Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность экстракционной подготовки сырья пиролиза – прямогонной бензиновой фракции с целью увеличения выхода целевых продуктов и снижения коксообразования.
Практическая значимость
-
Предложен способ экстракционной деароматизации риформата широкой бензиновой фракции смешанным растворителем N-метилпирролидон – триэтиленгликоль, позволяющий получать низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, этилбензол) и компонент автомобильного бензина, удовлетворяющего экологическим требованиям. Предлагаемый способ позволяет снизить кратность растворителя к сырью и температуру процесса.
-
Предложен способ подготовки сырья пиролиза с целью увеличения выхода целевых продуктов и снижения коксообразования, заключающийся в экстракции ароматических углеводородов из прямогонной бензиновой фракции смешанным растворителем N-метилпирролидон – триэтиленгликоль, и позволяющий также получать низкомолекулярные ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, этилбензол).
-
Предложен вариант принципиальной технологической схемы экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций, предусматривающий использование смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль и рециркуляцию толуола для увеличения степени извлечения ароматических углеводородов, блок ректификации экстракта – для одновременного получения бензола, толуола, смеси ксилолов и этилбензола.
-
Ежегодный экономический эффект за счет использования смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль вместо триэтиленгликоля при деароматизации риформата составляет 37,23 млн. рублей, при подготовке прямогонной бензиновой фракции 62-180С для пиролиза – 29,06 млн. рублей.
Положения, выносимые на защиту:
исследование экстракционной способности N-метилпирролидона, триэтиленгликоля и их смесей в процессе деароматизации широких бензиновых фракций;
влияние концентрации N-метилпирролидона в смеси с триэтиленгликолем на степень извлечения ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций; составы смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль, использование которых позволяет получать высокоароматизированные экстракты;
влияние условий экстракции, в том числе температуры, массового отношения растворителя к сырью, концентрации воды, продолжительности экстракции, состава и концентрации рециркулята на экстракционную способность N-метилпирролидона, триэтиленгликоля и смешанного растворителя N-метилпирролидон – триэтиленгликоль;
экспериментальное моделирование многоступенчатой противоточной экстракции ароматических углеводородов из широких бензиновых фракций;
принципиальная технологическая схема установки экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций;
технико-экономические показатели экстракционной деароматизации широких бензиновых фракций смешанным растворителем N-метилпирролидон – триэтиленгликоль.
Реализация работы. На Газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Астрахань» приняты к внедрению основные положения и выводы кандидатской диссертационной работы.
Основные положения и выводы диссертации используются в Астраханском государственном техническом университете при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплине «Технология нефтехимического синтеза», подготовке курсовых и дипломных проектов по направлениям бакалавриата 240100.62 «Химическая технология», магистратуры 240100.68 «Химическая технология», специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».
Апробация работы. Основные результаты доложены на IV открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников ООО «Газпром добыча Астрахань» «Энергия молодёжи – ресурс развития нефтегазовой отрасли (г. Астрахань, 2011 г.), III Научно-практической молодежной конференции ООО «Газпром ВНИИГАЗ» «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» (г. Москва, 2011 г.), IV Всероссийской научной конференции «Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения)» (г. Уфа, 2011 г.), 55-57 Всероссийских научных конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2011-2013 гг.), III научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (г. Астрахань, 2012г.), Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности. АСТИНТЕХ – 2013» (г. Астрахань, 2013 г.), V открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников ООО «Газпром добыча Астрахань» «Инновации молодежи – потенциал развития нефтегазовой отрасли» (г. Астрахань, 2013 г., диплом III степени).
Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 16 работах, из них 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ, 13 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 145 наименований, приложений. Работа изложена на 153 страницах и содержит 47 таблиц и 56 рисунков.
Изложенный материал и полученные результаты соответствуют паспорту специальности 05.17.07 - Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ.
