Дистилляты первичной переработки нефти могут содержать нежелательные примеси: сернистые, азотистые, кислородные соединения (сера, сероводород, меркаптаны, сульфиды, нафтеновые кислоты, нефтяные фенолы, смолисто-асфальтеновые вещества и др.) и многие металлы. Частичное или практически полное удаление этих соединений в зависимости от начального содержания примесей и необходимого конечного их содержания производят щелочной очисткой, каталитической демеркаптанизацией и гидроочисткой.
Для получения топливных и масляных фракций с низкой температурой застывания применяют разные процессы депарафинизации для удаления жидких парафинов (сырье нефтехимии и микробиологических производств) из средних дистиллятов и твердых парафинов (сырье для парафинов) из масляных фракций. Методы депарафинизации разнообразны: низкотемпературная кристаллизация твердых парафинов в отсутствие или в присутствии разных избирательных растворителей, карбамидная депарафинизация с использованием карбамида (мочевины), адсорбционная депарафинизация нормальных парафинов на цеолитах.
Бензиновые фракции крекинга должны очищаться не только от сернистых соединений, но и от алкадиенов и непредельных циклических углеводородов, которые полимеризуются с образованием смолистых веществ, для этого применяют сернокислотную очистку, различные каталитические методы и адсорбционную очистку.
При получении высококачественных нефтяных масел используют комплекс различных методов очистки для последовательного многоступенчатого удаления асфальтосмолистых, сернистых и непредельных соединений и парафинов применяют разные процессы деасфальтизации, депарафинизации, селективной очистки и гидроочистки с применением экстракционных, адсорбционных и гидрогенизационных методов.
Процессы сернокислотной и щелочной очистки образуют большие количества трудноперерабатываемых жидких отходов производства - сернистощелочных стоков и кислых гудронов, обезвреживание и утилизация которых представляют ряд непростых технико-экономических проблем. Высокие экологические требования к работе предприятий нефтепереработки и нефтехимии, а также современные принципиально новые тенденции создания практически безотходных химических производств заставляют исключать или сводить до минимума вредные газовые выбросы в атмосферу и жидкие отходы (нефтяные шламы, кислые гудроны, сернисто-щелочные стоки и др.). Поэтому современные гидрогенизационные каталитические процессы очистки давно уже вытеснили практически повсюду старые методы очистки нефтепродуктов (особенно с применением серной кислоты, щелочи, фенола, фурфурола).
Масляные фракции - сырье для базовых масел получают вакуумной ректификацией мазута, при этом боковые отборы вакуумной ректификационной колонны называются дистиллятными масляными фракциями - маловязкой 350-420 °С и вязкой 420-500 °С или более узкими фракциями для получения базовых масел, например, типа SAE 10, SAE 20, SAE 30 и SAE 40, а масляные фракции выше 500 °С, получаемые из гудрона, называются остаточными масляными фракциями, например, для получения базовых масел типа брайт-сток (Bright Stock).
Прямогонные масляные фракции превращаются в качественные базовые масла путем последовательного осуществления разных методов очистки. Для удаления из очищаемых масляных фракций комплекса разнообразных нежелательных соединений путем обессеривания, деасфальтизации, депарафинизации, деароматизации применяют разные химические реагенты (серную кислоту, щелочи, карбамид и др.), растворители (фурфурол, фенол, ацетон, бензол, толуол, крезолы, бензиновые фракции, сжиженный пропан, их разные смеси, а также ди- и триэтиленгликоль, N-метилпирролидон, диметил-сульфоксид и др.), адсорбенты (отбеливающие глины, цеолиты и др.) и катализаторы (жидкие растворы и твердые вещества). Для осуществления разных методов очистки применяются процессы смешения, отстаивания, адсорбции, экстракции, азеотропной ректификации, фильтрации, кристаллизации, воздействия электрического поля и др. В последние годы в развитых странах растворители фурфурол и фенол на установках селективной экстракции заменяются на N-метилпирролидон как более эффективный и менее вредный экстрагент высокоиндексных масел. Отдельной перспективной группой процессов очистки являются гидрогенизационные каталитические процессы (гидроочистка, гидрокрекинг), которые радикальным образом видоизменили структуру производства масел и, главное, позволили достичь необычно высокого их качества.
Смешением разных базовых масел получают широкий ассортимент масел различного назначения, при этом обязательной операцией является добавление в товарные масла разнообразных присадок (добавок), которые позволяют улучшить ряд эксплутационных свойств масел, а также понизить глубину некоторых применяемых процессов очистки масляных фракций или иногда даже исключить из процесса подготовки масел отдельные процессы очистки, например, от сернистых соединений, от ароматических углеводородов, а депрессорные присадки позволяют иногда производить менее глубокую депарафинизацию масел.
Далее поясним только некоторые процессы очистки масляных фракций, поскольку современное производство масел представляет собой сложнейший комплекс промышленных процессов, который может существенно отличаться друг от друга на разных НПЗ.
Количество фракционируемых масляных фракций и их интервалы выкипания зависят от применяемой технологии производства масел на каждом НПЗ. Производство остаточных базовых масел сложнее, чем производство дистиллятных базовых масел. Количество стадий (ступеней) очистки масляных фракций из парафинистых нефтей гораздо меньше, чем при получении базовых масел из сернистых нефтей с высоким содержанием смолисто-ас-фальтеновых веществ. Возможность применения процессов гидроочистки, а также гидрокрекинга и гидроизомеризации масляных фракций позволяет видоизменить структуру производства масел и сократить число стадий старых классических способов очистки масляных фракций. Из масляных фракций необходимо удалять полностью или частично все кислые соединения, непредельные углеводороды, сернистые и смолистые соединения, полицикли-ческие ароматические углеводороды (арены), твердые парафинистые углеводороды. При очистке от смолистых соединений цвет масел становится светлее. Удаление смолистых веществ и полициклических аренов снижает коксуемость и повышает индекс вязкости масел. Удаление смолистых и непредельных соединений повышает термическую стабильность масел. Очистка масел от кислых и сернистых соединений понижает коррозионную активность масел. Уменьшение содержания твердых парафинов снижает температуру застывания масел. Нет одного универсального процесса очистки одновременно от всех этих нежелательных соединений (НС), поэтому производят очистку масляных фракций ступенчато, последовательно с применением разных по своей природе процессов: химических - кислотная и щелочная очистка от НС; физических - экстракция НС растворителями, выделение и осаждение НС при низких температурах, адсорбция НС; гидрогенизационных каталитических процессов.
Гидроочистка применяется в различном сочетании с другими классическими процессами масляного производства в зависимости от качества масляных фракций и предъявляемых требований к товарным маслам. Обычно масляные фракции подвергаются гидроочистке после очистки избирательными растворителями. В этом случае гидроочистка заменяет адсорбционную контактную очистку отбеливающими глинами или перколяцию другими адсорбентами и является гидродоочисткой масел. Гидроочистке подвергают депа-рафинированные дистиллятные масла - рафинаты после экстрактивной очистки масляных фракций фенолом или фурфуролом, которые в развитых странах заменены более эффективными и менее токсичными растворителями, например, N-метилпирролидоном. Гидроочистке можно подвергать и де-парафинированные остаточные масла после их деасфальтизации пропаном и фенольной очистки. Кроме того, гидроочистка может осуществляться до и вместо селективной очистки. Например, установка гидроочистки дистил-лятных и остаточных масляных фракций имеет три параллельных блока мощностью по 120 тыс. т/год каждый. Блоки могут перерабатывать как одинаковое, так и разное масляное сырье одновременно. В реакторах применяются неподвижные слои таблетированного алюмокобальтмолибденового (АКМ) или алюмоникельмолибденового (АНМ) катализаторов. Расход водородсодержащего газа (ВСГ) 125-300 нм3/м3 сырья, температура в реакторе 250-325 °С, давление 3,5-4,0 МПа. Газовоздушная регенерация катализатора проводится при температуре 550 °С и давлении 4 МПа в течение 30 ч. Отбор очищенных дистиллятных и остаточных масел до 98 мае. % (см. также раздел 2.4.3.5). Предварительная гидроочистка масляных дистиллятов и деасфальтизатов остаточных масел значительно улучшает показатели последующих процессов селективной очистки.
Гидрокрекинг масляного сырья можно называть также глубокой жесткой гидроочисткой, его применяют вместо процессов селективной очистки или параллельно с ними. Применяют гидрокрекинг для получения базовых масел с индексом вязкости 105-125 и даже 150 и более. Технологический режим гидрокрекинга при производстве масел может быть разным, например температура 370-425 °С, давление до 14-20 МПа, расход ВСГ 600-1500 нм3/м3 сырья. При гидрокрекинге нежелательные соединения не удаляются из масляного сырья, например, растворителем, адсорбентом или другим способом, а химически превращаются в полезные, желательные углеводороды или в вещества, легко удаляемые в газовую фазу (H2S, NH3, Н20). Масла гидрокрекинга - это высококачественные базовые масла, вязкость которых меньше, а индекс вязкости выше, чем исходного масляного сырья. Выход гидрированных масел около 70 % и более на сырье, из них 40-60 % имеют индекс вязкости выше 110.