Для очистки и разделения нефтяного сырья широко используют процессы, основанные на растворимости компонентов сырья в различных растворителях. Для растворения одного вещества в другом необходимей достаточно сильное притяжение между молекулами растворяемого вещества и растворителя. При растворении компонентов нефтяного сырья растворителях могут в той или иной степени проявляться все составляющие сил межмолекулярного взаимодействия. С повышением температуры роль ориентационного взаимодействия и водородных связей снижается, роль дисперсионных сил возрастает. По способности растворять углеводородные органические и некоторые неорганические растворители можно разделить на две группы.
К первой группе относятся растворители, при обычной температуре смешивающиеся с жидкими компонентами сырья практически во всех отношениях; растворимость твердых компонентов в них подчиняется общей теории растворимости твердых веществ в жидких. Такими растворителями являются, неполярные соединения - низкомолекулярные жидкие и сжиженные углеводороды парафинового ряда, а также соединений с очень небольшим дипольным моментом - четыреххлористый углерод, этиловый эфир, хлороформ и т.д.
|
|
Растворители второй группы являются полярными органическими соединениями с высоким дипольным моментом фенол, фурфурол, крезол, алифатические кетоны, диэтилленгликоль и т.д. Растворимость компонентов нефтяного сырья в этих растворителях зависит от их соотношения и температуры, т.е. подчиняется закономерностям, проявляющимся при растворении веществ с ограниченной взаимной смешиваемостью. Растворители, проявляющие разную растворяющую способность по отношению к различным компонентам нефтяного сырья называют селективным (избирательным) растворителями. При смешении нефтяного сырья с растворителями второй группы и обычной температуре в сырье растворяется небольшое количество растворителя. С увеличением кратности растворителя (увеличением объема растворителя по отношению к объему сырья) образуется двухфазовая система: в одной фазе - нефтепродукт с небольшим количеством растворителя, в другой - растворитель с частью растворенных компонентов сырья. При дальнейшем увеличении кратности растворителя растворимость в нем компонентов сырья повышается, и при значительной кратности растворителя происходит полное смещение его с сырьем.
При неизменной кратности растворителя с повышением температуры увеличивается содержание растворенных компонентов исходного сырья, и, наконец, при достижении определенной температуры, называемой критической температурой растворения (КТР), и выше этой температуры сырьё полностью смешивается с растворителем, т.е. система становится однофазной. Растворимость компонентов сырья в растворителях второй группы зависит от их химического состава и природы растворителя. При неизменных условиях лучше всего в них растворяются полярные компоненты сырья, т.е. смолы и другие не углеводородные компоненты. В этом случае наряду с ориентационными проявляются и дисперсионные силы межмолекулярного взаимодействия. Углеводородные компоненты сырья являются неполярными соединениями и растворяются в полярных растворителях в результате взаимодействия постоянных диполей молекул растворителя с индуцированными диполями молекул углеводородов. Помимо химической природы на величину КТР влияет и строение молекул углеводородов. Так с увеличением числа колец в углеводородах их КТР резко снижается, с увеличением длины алкильных цепей - повышается.
|
|
При оценке влияния природы растворителя на растворимость компонентов сырья следует учитывать два свойства растворителей, связанных с их природой: растворяющую способность и избирательность. Под растворяющей способностью растворителя понимают его способность наиболее полно растворять компоненты сырья, подлежащие извлечению. Общепринятой единой методики для определения растворяющей способности растворителей до сих пор нет. Принято этот показатель оценивать:
1) по выходу растворенного компонента сырья при одинаковой кратности Растворителя;
2) по значению КТР при одинаковой кратности растворителя;
3) количеством растворителя, необходимым для извлечения одного и того же растворенного компонента сырья.
Избирательность растворителя характеризует его способность четко отделять одни компоненты сырья от других. Об избирательности растворителя можно судить по разности (градиенту) таких показателей, как плотность, индекс вязкости, коэффициент преломления или анилиновая точка.
Между растворяющей способностью растворителей и их дипольным моментом обнаружена связь: чем выше дипольный момент, обусловленный характером функциональной группы в молекуле, тем выше его растворяющая способность. Однако это не всегда так. При практическом использовании растворителей для очистки нефтепродуктов часто оказывается, что растворяющая способность или избирательность не обеспечивает требуемых результатов очистки. Например, выбранный растворитель имеет большую растворяющую способность невысокой избирательности или наоборот. В этом случае используют смешенные растворители или к основному растворителю добавляют небольшое количество другого растворителя, улучшающего одно из свойств основного.
Для снижения растворяющей способности в качестве антирастворителя на практике чаще всего используют воду. Но при этом ухудшается и избирательность полярного растворителя. В промышленной практике для повышения растворяющей способности используют органические неполярные растворители - бензол и толуол. Использование смешанных растворителей для очистки и разделения нефтяного сырья позволяет регулировать их растворяющую способность и избирательность.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение и краткую характеристику следующих понятий: критическая температура растворения, растворяющая способность и избирательность растворителей.
2. Какие требования предъявляются к растворителям?
3. Каково целевое назначение процессов селективной очистки масел?
4. Какие растворители применяются в этих процессах?
Литература
1. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Часть III М., Химия,1982.
2. Гуревич И. Л. «Технология переработки нефти и газа» Ч.1. М. Химия 1972 С. 346.
3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Уфа, Гилем, 2002, 672 с.