Экология

Промышленная экология и медицина труда

Буртная И.А., Ружинская Л.И.

Национальный технический Университет Украины «КПИ»

Извлечение соединений серы из дизельного топлива с использованием мембран

Аннотация

Приводятся данные экспериментальных исследований процесса извлечения соединений серы из дизельного топлива основанного на использовании новой экологически «чистой» мембранной технологии. Данная технология позволяет выделить серные соединения (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены и др.) из дизельного топлива, понизив конечное содержание серы в нем до 0,005% и более.

Ключевые слова: дизельное топливо, серные соединения, очистка, реагент, избирательные растворитель, мембранные аппарат.

1. Введение

Современные требования к экологии с одной стороны и возможность использования всего ресурса двигателя с другой, предъявляют жесткие требования к качеству дизельного топлива и в первую очередь к содержанию в нем соединений серы. Очистка дизельного топлива от соединений серы одна из сложнейших проблем, существующих технологией переработки нефти.

2. Постановка задачи

Нефтеперерабатывающая промышленность в настоящее время использует химические и физико-химические методы очистки дизельного топлива от серусодержащих соединений. К химическим методам принадлежат очистка серной кислотой и гидроочистка, к физико-химическим методам – адсорбционные и абсорбционные способы очистки.

Сернокислотная очистка заключается в том, что дизельное топливо смешивают с небольшим количеством 90-93%-ной серной кислотой при обычной температуре. В результате химических реакций получается очищенные продукт и так называемый кислый гудрон, в который и переходят нежелательные примеси. Кислый гудрон может быть использован для производства серной кислоты. Сернокислотная очистка громоздка, требует большого количества реагентов.

Адсорбционные метод очистки заключается в том, что нефтепродукт соприкасается с адсорбентами (отбеливающими глинами или силикагелем). При этом адсорбируются сернистые, кислородосодержащие, азотистые соединения, смолы, которые и должны удалятся из очищаемого нефтепродукта. Недостаток этого метода – частичное восстановление адсорбентов.

Абсорбционные методы очистки заключаются в избирательном (селективном) растворении вредных компонентов нефтепродукта. В качестве избирательных растворителей используются нитробензол, фурфурол, жидкая двуокись серы, дихлорэтиловый эфир и др. К недостаткам метода можно отнести потери растворителей, вследствие невозможности их восстановления.

Наиболее широко используемая технология очистки – это гидроочистка. Блоки гидроочистки дизельного топлива энергоемки, громоздки и дороги. Их стоимость колеблется в зависимости от производительности и глубины очистки от 15 до 100÷150 млн. долл. США.

Гидроочистка заключается в воздействии водорода на очищаемый продукт в присутствии алюма-кобальт-молибденовых катализаторов. При гидроочистке водород взаимодействует с сернистыми, азотистыми и кислородсодержащими соединениями, образуя сероводород, аммиак и воду. Технологические недостатки этого метода – высокие температура (380-420ºС) и давления (до 4МПа), сложное аппаратурное оформление.

В современных условиях одним из существенных недостатков гидроочистки остается большая техногенная нагрузка на экосистему вследствие значительных выбросов в атмосферу и сточные воды. Обезвреживание выбросов требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Нами предлагаются экологически чистая технология, основанная на принципиально новых технологических и конструктивных решениях (защищенных патентами Украины), которая позволяет выделять серные соединения (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены и др.) из дизельного топлива. Она обладает целым рядом преимуществ по сравнению с известными методами:

- простое аппаратурное оформление;

- глубокая степень очистки (содержание серы не более 0,02% масс.);

- низкая температура (не более 80ºС) и атмосферное давление ведения процесса;

- отсутствие химических превращений;

- отсутствие дорогостоящих катализаторов;

- малые количества используемых реагентов (0,26 кг на 1 кг дизельного топлива) и их полное восстановление в процессе очистки;

- низкие энергетические затраты (0,017 кВт·час на 1 кг дизельного топлива);

- мембранные элементы полностью регенерируются в течении одного цикла и имеют срок службы не менее 5 лет.

Создание представленной технологии стало возможным благодаря разработанному нами мембранному материалу, обладающему избирательной поглощающей способностью к определенным органическим веществам.

Структурная схема установки по глубокой очистке дизельного топлива от соединений серы (не более 0,02%) представлена на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема установки по очистке дизельного топлива от соединений серы.

Условные обозначения: А – мембранный аппарат; Т – термостат; Е – емкость; Г – градирня; ХК – холодильник-конденсатор; Б –блок разделения

В дизельное топливо из емкости Е1 при помощи насоса Н2 подается активный растворитель Р1 (в дальнейшем называемый активатором) и смесь поступает в емкость Е2. Из емкости Е2 смесь подается с помощью насоса Н1 в мембранные аппараты А, в которых производится очистка дизельного топлива. С помощью рабочих элементов из смеси удаляется активатор и соединения серы. Очищенное дизельное топливо из емкости Е2 с помощью насоса Н1 поступает на склад готовой продукции. В результате проведенного процесса содержание серы в дизельном топливе составляет не более 0,02%.

Далее осуществляется разделение активатора и соединений серы с целью его возвращения в технологический цикл. Активатор с соединениями серы поступает в емкость Е5, в которую подается растворитель Р2. В емкости происходит разделение смеси на активатор R1 1 и раствор соединений серы в растворителе Р2.

Активатор (до 95-98%) со следами серы поступает в блок Б1, в котором на мембранных аппаратах осуществляется его до очистка от серы. Очищенный активатор вновь возвращается в технологический цикл (поступает в емкость Е1).

Смесь остатков активатора Р1 (2-5%), и растворителя Р2 с соединениями серы (2-5%) из емкости Е5 подается в блок Б2, в котором на мембранных аппаратах производится выделение активатора и возвращение последнего в технологический цикл.

Растворитель Р2 с соединениями серы из емкости Е5 (в количестве 95-98%) и блока Б2 (в количестве 2-5%) поступает в емкость Е7 в которую подается осадитель О. В емкости из смеси выделяются соединения серы, которые выводятся из технологического цикла, а смесь растворителя Р2 и осадителя О подается в роторно-пленочные аппарат РА. В роторно-пленочном аппарате происходит разделение растворителя Р2 и осадителя О вследствие большой разницы их температур кипения, и разделенные компоненты возвращаются в технологический цикл.

Анализы исходного и очищенного дизельного топлива проводились в лаборатории отдела физико-химических методов исследований Украинского научно-исследовательского института «Нефтеперерабатывающей промышленности «МАСМА»» (аттестат аккредитации № ПТ-0206/01 от 13.09.2001 г., выдан УкрЦСМ Госстандарта Украины).

3. Результаты

Проведены экспериментальные исследования процесса извлечения серы из дизельного топлива с использованием мембран, которые показывают, что мембранные методы очистки позволяют значительно уменьшить содержание соединений серы в дизельном топливе.

4. Выводы

Предлагаемая технология очистки дизельного топлива от серусодержащих соединений позволяет не только получать продукты евростандарта, но и значительно снизить энергозатратность самого процесса.

Литература:

1. Патeнт нa изобретение №43775. Oпубл. 15.09.2003 Бюл. №9 Cпocоб oбpаботки смесей жидких углеводов. Буpтнaя И.A., Pужинcкaя Л.И., Гaчeчилaдзe O.O. и др.

2. Пaтeнт нa изобретение №39067. Oпубл.15.09.2003 Бюл.№9 Cпocоб oбpаботки смесей жидких углеводов и прибор для его совершения. Буpтнaя И.A., Pужинcькa Л.И., Гaчeчилaдзe O.O. и др.