Очистка фенолом (характеристика растворителя)
Фенол — это кристаллы не имеющие цвета с только ему присущим запахом. Фенол имеет свойство окрашиваться в розовый, а затем в красный цвет в присутствии воздуха и света. В данный момент фенол по большей части получают из изопрпилбензола путем воздействия на него кислородом воздуха и разделения образовавшейся гидроперекиси.
Существует множество способов получения фенола, включая щелочной гидролиз каменноугольных смол.
Поскольку фенол является веществом токсичным, его пары и мельчайшие кристаллы, конденсирующиеся из паров на охлажденном воздухе, действуют отравляюще. Предельн ая концентрация его паров на холодном воздухе составляет 0,005 мг/л. Фенол, попадающий на кожу оставляет ожог. Фенол растворяется в спирте, бензоле, серном эфире и многих других растворителях. Контактируя с водой фенол образует два стабильных раствора — фенола в воде и воды в феноле. Данные о взаимной растворимости этих веществ при различных температурах приведены ниже:
Растворимость (% масс.) при температуре, С
20 30 40 50 60 65
Фенол в воде 8,20 8,75 9,60 33,20 16,80 34,00
Вода в феноле 27,90 30,10 11,80 37,40 44,90 66.00
С водой фенол образует также азеотропную смесь, содержащую 9% (масс.) фенола, с температурой кипения 98С при = 101 кПа (760 мм рт.ст.).
Фенол используется как избирательный растворитель при процедуре очистки деасфальтизатов масляных дистиллятов. Он отлично растворяет ароматические углеводороды обладающие короткими боковыми цепями, в том числе полициклические, и смолы обогащенные ароматическими циклами. Азотсодержащие соединения полностью переходят в экстракт. Содержание серы в результате очистки фенолом снижается на 30-50%, данный процент обусловлен качеством сырья. Из-за высокой растворяющей способности фенола КТР его смесей с сырьем очень низкие, и это фактор затрудняет его использование при очистке маловязких масляных дистиллятов, поскольку пониженная температура экстракции ограничивается высокой температурой кристаллизации фенола.
В заводской практике растворяющую способность фенола уменьшают добавлением к нему воды, однако при этом снижается и его избирательность. С увеличением обводненности фенола повышается выход рафинатов, но ухудшается их качество. При добавлении воды к фенолу снижается также температура его плавления. Воду вводят в несколько точек по высоте экстракционного аппарата: в верхнюю часть, в середину и в нижнюю часть. Наиболее эффективен ввод воды в зону экстрактного раствора, т.е. вниз экстрактора, что способствует выделению рециркулята и, как следствие, увеличению отбора рафината. Вода, вводимая в экстракционную колонну, практически вся отводится в составе экстрактного раствора. Для снижения растворяющей способности фенола к нему можно добавлять и другой растворитель с меньшей растворяющей способностью (этиловый спирт, этиловый спирт, этиленгликоль и др.), однако промышленного применения этот способ не получил.
Экстракцию сырья фенолом осуществляют в насадочных, сетчатых или тарельчатых колоннах. Для более четкого выделения из сырья нежелательных компонентов должна быть установлена разность температур между верхом и низом колонны — температурный градиент экстракции. Эта величина составляет 10-15С при очистке дистиллятных фракций и 15-20С при очистке деасфальтизатов. Температура экстракции в зависимости от сырья составляет обычно 45-115С. Расход фенола для различного сырья и с учетом требований к качеству рафината изменяется в широких пределах: при очистке дистиллятных фракций массовая кратность фенола к сырью составляет 1,5-2:1, при очистке деасфальтизатов — 2,5-3,5:1. В настоящее время возникает все большая необходимость в производстве базовых масел с индексом вязкости 95 и выше. Получать такие масла обычными методами помимо подбора масляных нефтей можно углублением очистки сырья на установках деасфальтизации (до коксуемости деасфальтизата 0,5-0,7%) и углублением селективной очистки фенолом — увеличением кратности растворителя к сырью. При выработке высокоиндексных масел кратность фенола к сырью достигает 2,5-3,5:1 для дистиллятного сырья и 3,5-4,5:1 для остаточного.
При очистке нефтяных фракций фенолом одной из важных задач является снижение потерь ценных компонентов с экстрактом. Для этой цели на заводских установках фенольной очистки используют различные методы выделения рециркулята. Одним из таких методов является введение в экстрактный раствор так называемой фенольной воды, выходящих из отпарных колонн в секциях регенерации фенола из рафинатного и экстрактного растворов. Другим методом выделения ценных компонентов является понижение температуры низа экстракционной колонны подачей туда охлажденного экстрактного раствора. НА многих установках одновременно с вводом фенольной воды понижают температуру внизу экстракционной колонны рециркуляцией части экстрактного раствора через холодильник.
Удельные капитальные затраты в процессе очистки фенолом 1 т сырья составляют 3,3-4,8 руб/ (т год). Общие потери фенола на промышленных установках составляют 0,05-0,15% (масс.) на сырье. Энергетические затраты при фенольной очистке 1 т сырья составляют:
Топливо, кг...............................................48-67
Пар, Дж..................................................377-964
Электроэнергия, кВт ч............................5,9-11,5
Вода, м3................................................10,9-24,4
В заводской практике эксплуатируется несколько типов промышленных установок селективной очистки масел фенолом. Наиболее широко применяют типовые установки. На них очищают как дистиллятное, так и остаточное сырье. Разновидностями типовых установок являются двухблочные укрупненные (повышенной производительности) и двухступенчатые установки.
