Кислотная и щелочная очистка топливных фракций.
Кислотная очистка концентрированной 92-98 %-ной серной кислотой H2S04 (сернокислотная очистка) обычно используется для частичного удаления непредельных и ароматических углеводородов и смолисто-асфальтеновых веществ, сернистых и азотистых соединений из нефтяных топливных фракций, нефтяных растворителей, жидких парафинов и др. Удаление ароматических углеводородов происходит за счет их химического сульфирования серной кислотой с образованием продуктов реакции - сульфированных ароматических углеводородов.
Непредельные углеводороды образуют с серной кислотой кислые эфиры. В процессе очистки кислота разбавляется образующейся водой и загрязняется продуктами реакции, поэтому отработанная 80-85 %-ная серная кислота периодически заменяется на свежую. Расход серной кислоты зависит от достигаемой глубины удаления нежелательных углеводородов и других примесей.
Щелочная очистка 15-20 %-ным водным раствором гидроксида натрия (каустической соды, едкого натра - NaOH) применяется для химической очистки светлых топливных фракций (бензиновых, керосиновых и дизельных) и сжиженных нефтяных газов (С3-С5) от кислых органических соединений (нафтеновых кислот, фенолов), легких сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов и др.) и примесей серной кислоты, если перед этим фракция подвергалась кислотной очистке. Расход щелочи на очистку фракций зависит от состава фракций и количества удаляемых нежелательных примесей.
Процесс щелочной очистки прост и протекает обычно следующим образом. Насосами в смеситель подаются сырье и водный раствор щелочи. Интенсивное перемешивание двух жидких потоков в смесителе обеспечивает химическую нейтрализацию удаляемых примесей. Продукты щелочной очистки разделяются в щелочном отстойнике на щелочь, возвращаемую в головной смеситель, и очищенное сырье, которое далее поступает в следующий смеситель для контакта со свежей очищенной водой с тем, чтобы отмыть (водная промывка) примеси щелочи, унесенные из щелочного отстойника. В следующем водном отстойнике отделяется загрязненная вода, уходящая в заводскую систему очистки сточных вод, от очищаемого сырья, которое направляется в электроводоотделитель (электроразделитель) для тщательного обезвоживания от примесей эмульсионной воды, вынесенной из водного отстойника (т. е. таким образом происходит «осушка» очищенного сырья). При реакциях нейтрализации кислых примесей щелочью образуются вода, которая разбавляет щелочь, а также раствор щелочи, загрязняемый продуктами реакции. Поэтому периодически щелочной раствор Щелочная очистка применяется также для очистки сернистых газовых конденсатов, при этом очищенные газовые конденсаты могут применяться как для производства моторных топлив или в процессах пиролиза, а выделенные меркаптаны (тиолы) также находят широкое применение в производстве гербицидов, одорантов и др.
Кислотная и щелочная очистка масляных фракций.
Масляные фракции, получаемые из нефтей с незначительным количеством сернистых и смолистых соединений, можно очищать кислотной и щелочной очисткой и контактной очисткой отбеливающими глинами, хотя эти процессы не могут конкурировать с эффективными новыми процессами очистки.
Кислотная очистка удаляет из масляных фракций смолисто-асфальте-новые, сернистые и азотистые соединения, непредельные и полициклические ароматические углеводороды, нафтеновые кислоты и другие нежелательные соединения. Серная кислота концентрацией 92-98 % тщательно смешивается с маслом в контакторе, например цилиндрическом вертикальном аппарате с перемешивающим устройством объемом от 25 до 250 м3. Температура контакта в зависимости от вязкости масел равна от 25 до 60 °С, время контакта -обычно 30-70 мин. Продукты реакции образуют кислый гудрон, который может содержать 25-70 % непрореагированной кислоты. Расход кислоты составляет 3-10 % для дистиллятных масел и до 15-20 % на сырье для остаточных масел. После режима перемешивания в контакторе происходит режим осаждения в течение 4-8 ч более тяжелой фазы - кислого гудрона. Верхний слой - кислое масло содержит примеси кислых продуктов реакции и серной кислоты.
Щелочная очистка масел следует за кислотной очисткой. При щелочной очистке масел применяют 3-10 %-ный раствор щелочи, чаще всего едкого натра. При температуре процесса 130-150 °С содержащиеся в масле кислые продукты реакции образуют соли и переходят в щелочной раствор. При этом применяются смесители, мешалки и отстойники, процесс протекает обычно при 0,6-1,0 МПа. Остатки кислых продуктов и щелочи промываются водой (водная промывка) при температуре около 70-90 °С, далее вновь следуют длительное отстаивание и разделение жидких фаз.
Обработанное щелочью и промытое масло осушается пропускаемым через слой масла потоком горячего сжатого воздуха. Кислотно-щелочная очистка имеет ряд недостатков по сравнению с селективными методами очистки масел растворителями: снижение на 10-12 пунктов индекса вязкости масел, использование лишь 40-50 % кислоты, большие потери масел (до 3-10 % дистиллятных и до 25-30 % остаточных).
Очистка в электрическом поле может совмещать химическую очистку нефтяных фракций (бензиновых, керосиновых, легких масляных, легкоплавких парафинов и др.) серной кислотой и/или только щелочью с последущей водной промывкой нефтяной фракции. Сырье смешивается с одним из реагентов (кислота, щелочь, вода) в смесителе или контакторе-мешалке, потом заменяется свежим.
Прореагировавшая смесь направляется в электроосадитель или электроразделитель, в котором под действием электрического поля высокого напряжения (10-25 кВ) между электродами происходит быстрое укрупнение мелких эмульсионных капель и их осаждение на низ аппарата.
Очищенное сырье подвергается водной промывке - очистке, далее смесь разделяется в электроразделителе, при этом осуществляется одновременно достаточно глубокое обезвоживание нефтяной фракции (например, керосиновой фракции до 0,003-0,005 мае. %).
Первый отечественный электроосадитель введен в эксплуатацию в 1960 г. Существует много типов электроразделителей (например, один из них типа 1ЭР-100 представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 3 м, длиной 14,7 м, объемом 100 м3).