В нефтепереработке для глубокой очистки топливных и масляных фракций от нежелательных примесей широко применяются химические методы, основанные на использовании серной кислоты и растворов щелочи. Эти процессы позволяют существенно улучшить качество конечных продуктов.
Очистка топливных фракций
Кислотная очистка осуществляется с помощью концентрированной серной кислоты (92-98%). Этот метод эффективен для удаления из бензинов, керосинов, дизельных фракций, растворителей и жидких парафинов таких компонентов, как непредельные и ароматические углеводороды, а также сернистые, азотистые и смолисто-асфальтеновые соединения. Механизм очистки основан на химических реакциях: ароматические углеводороды сульфируются, а непредельные — образуют с кислотой кислые эфиры. В ходе процесса кислота постепенно разбавляется образующейся водой и загрязняется продуктами реакций, поэтому отработанный реагент (80-85%) периодически заменяют свежим. Расход серной кислоты напрямую зависит от требуемой глубины очистки и состава исходного сырья.
Щелочная очистка проводится с использованием 15-20% водного раствора гидроксида натрия (едкого натра). Этот процесс предназначен для нейтрализации и удаления из светлых топливных фракций и сжиженных газов кислых соединений — таких как нафтеновые кислоты, фенолы, а также легких сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов). Кроме того, щелочная очистка часто применяется после кислотной для удаления остатков серной кислоты. Технологическая схема обычно включает несколько этапов: сырье и щелочной раствор интенсивно смешиваются, затем в отстойнике разделяются на очищенный продукт и отработанную щелочь. Далее следует промывка водой для удаления следов щелочи и окончательная «осушка» (обезвоживание) в электроводоотделителе. Образующиеся в реакциях вода и соли загрязняют щелочной раствор, что также требует его периодической замены. Важно отметить, что побочные продукты очистки, например меркаптаны, могут быть ценным сырьем для химической промышленности.
Очистка масляных фракций
Для очистки масляных дистиллятов, полученных из малосернистых нефтей, также могут использоваться кислотно-щелочные методы, хотя они и уступают по эффективности современным селективным процессам с растворителями.
Кислотная очистка масел позволяет удалять широкий спектр нежелательных компонентов: смолы, асфальтены, сернистые и азотистые соединения, непредельные и полициклические ароматические углеводороды. Процесс ведется в контакторах с перемешиванием при температуре 25–60 °C в течение 30–70 минут. В результате образуется тяжелый побочный продукт — кислый гудрон, который отделяется отстаиванием. Расход кислоты значителен и может достигать 10% для дистиллятных и 20% для остаточных масел.
Щелочная очистка масел, как правило, является следующим этапом после кислотной. Она проводится с более разбавленными (3-10%) растворами щелочи при повышенных температурах (130–150 °C) и давлении. В ходе этого этапа нейтрализуются кислые продукты предыдущей стадии. За щелочной обработкой следуют промывка водой, отстаивание и окончательная сушка масла горячим воздухом.
Несмотря на свою отработанность, кислотно-щелочная очистка масел имеет существенные недостатки: приводит к потерям ценного масляного сырья (до 30% для остаточных масел), неполному использованию реагентов и снижению индекса вязкости очищенного продукта.
Совмещение с электроочисткой
Эффективность химической очистки может быть повышена за счет применения электрического поля. После смешивания сырья с реагентом (кислотой или щелочью) эмульсия поступает в электроосадитель. Под действием высокого напряжения (10–25 кВ) мельчайшие капли реагента и воды быстро укрупняются и оседают, что позволяет интенсифицировать процесс разделения фаз. Такая технология обеспечивает глубокое обезвоживание продукта, например, для керосиновых фракций — до содержания воды 0.003–0.005%. Первые отечественные электроосадители были введены в эксплуатацию еще в 1960-х годах, и сегодня существует множество конструкций таких аппаратов, включая крупногабаритные горизонтальные цилиндрические установки.