Badanie procesu ekstrakcji wysokoaromatycznych surowców naftowych z zastosowaniem współrozpuszczalnika

• Autorzy: Antosz Artur , Ptak Stefan

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.10.07

Warianty tytułu

EN

Study on extraction process of high aromatic oils using co-solven

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecnie jedną z najpopularniejszych metod wytwarzania plastyfikatora TDAE do kauczuków i gumy jest metoda bazująca na procesie rafinacji ekstraktów naftowych furfurolem. Proces ten zapewnia obniżenie w ekstraktach zawartości rakotwórczych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) do wymaganego poziomu. Technologia produkcji plastyfikatora sprawiała liczne problemy w warunkach przemysłowych związane z koniecznością prowadzenia procesu w niskich temperaturach, co powoduje utrudnienia w przebiegu wymiany masy w kolumnie ekstrakcyjnej w związku z wysoką lepkością przerabianego surowca w niskich temperaturach. Konieczność użycia niższych temperatur w trakcie procesu rafinacji wysokoaromatycznych frakcji wynika z ich charakterystyki rozpuszczalności w furfurolu, oznaczanej na podstawie krytycznej temperatury rozpuszczalności. W artykule zostały przedstawione badania nad wpływem zastosowania współrozpuszczalnika w procesie rafinacji wysokoaromatycznych surowców naftowych na jakość uzyskanych plastyfikatorów oraz możliwość prowadzenia procesu w wyższych temperaturach, zbliżonych do temperatur pracy kolumny podczas ekstrakcji klasycznych frakcji próżniowych. Potwierdzono korzystny wpływ dodatku współrozpuszczalnika na wydajność procesu oraz zwiększenie selektywności ekstrakcji. Badania nad procesem ekstrakcji rozpuszczalnikowej prowadzono na dwóch surowcach charakteryzujących się różnymi lepkościami przy zastosowaniu jako współrozpuszczalnika formamidu w stężeniach 5% i 7,5%. Wykonano również proces ekstrakcji bez współudziału formamidu, służący jako proces odniesienia dla porównania wydajności i jakości otrzymanych rafinatów. W badaniach technologicznych wykorzystano stanowiska wielkolaboratoryjne umożliwiające prowadzenie procesów rafinacji rozpuszczalnikowej, symulującej proces przemysłowy stosowany na bloku olejowym w rafinerii naftowej. W próbach rafinacji rozpuszczalnikowej poszczególnych ekstraktów zastosowano parametry technologiczne dostosowane do wyznaczonych temperatur krytycznych rozpuszczalności dla danych układów. Uzyskane wyniki temperatur krytycznych wskazują na istotny wpływ udziału współrozpuszczalnika na oznaczony wynik temperatury krytycznej dla danego układu. Próbki otrzymanych rafinatów zostały poddane ocenie właściwości fizykochemicznych w zakresie wymaganym dla plastyfikatora TDAE. Wraz z większym udziałem formamidu poprawie ulegały oznaczane w rafinatach kluczowe właściwości fizykochemiczne z punktu widzenia wymagań wobec plastyfikatorów, wzrastała lepkość, gęstość, współczynnik załamania światła oraz zawartość węgla w strukturach CA. Wszystkie procesy rafinacji pozwoliły na obniżenie zawartości WWA poniżej 3% (m/m). Najlepsze efekty w tym zakresie dał proces R1390 przy udziale współrozpuszczalnika w ilości 7,5% (m/m), ponieważ obniżając poziom WWA, nie spowodował gwałtowanego spadku zawartości atomów węgla w strukturach aromatycznych. Przeprowadzone badania pozwoliły na potwierdzenie korzystnego wpływu zastosowania współrozpuszczalnika w procesie rafinacji wysokoaromatycznych surowców naftowych na jakość uzyskanych plastyfikatorów TDAE. Rafinacja z udziałem współrozpuszczalnika zgodnie z założoną koncepcją projektu pozwoliła na wyeliminowanie problemów związanych z prowadzeniem tego procesu w niskich temperaturach. Zaobserwowano również duży wpływ dodatku współrozpuszczalnika na wydajność uzyskiwanych plastyfikatorów w trakcie ekstrakcji rozpuszczalnikowej.

EN

Currently, one of the most popular methods of producing TDAE plasticizer for latex and rubber is the method based on furfural refining of petroleum extracts. This process ensures reduction of carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) content in extracts to the required level. The technology of plasticizer production caused numerous problems in industrial conditions related to the necessity of conducting the process at low temperatures, which impedes the mass exchange process in the extraction column due to high viscosity of the processed raw material at low temperatures. The necessity of using lower temperatures during the refining process of highly aromatic fractions results from their solubility characteristics in furfural determined on the basis of the critical solubility temperature. The paper presents research on the influence of the use of co-solvent in the refining process of highly aromatic crude oils on the quality of plasticizers obtained and the possibility of conducting the process at higher temperatures, similar to those of the column during extraction of classical vacuum fractions. The beneficial effect of co-solvent addition on process efficiency and increased extraction selectivity was confirmed. Studies on the solvent extraction process were conducted on two raw materials characterized by different viscosities, using formamide as a cosolvent at concentrations of 5% and 7.5%. An extraction process without formamide co-solvent was also performed and served as a reference process to compare the yield and quality of the obtained raffinates. In the technological studies, large-scale laboratory workstations were used to carry out solvent refining processes, simulating the industrial process used in an oil block in a petroleum refinery. For solvent refining of individual extracts, technological parameters adjusted to the determined critical temperatures of solubility for given systems were used. The obtained critical temperature results indicate a significant influence of the co-solvent proportion on the determined critical temperature result for a given system. The samples of the obtained raffinates were subjected to physicochemical properties evaluation within the range required for the TDAE plasticizer. With a higher proportion of formamide, the key physicochemical properties determined in the raffinates from the point of view of plasticizer requirements improved. Viscosity, density, refractive index and carbon content in CA structures increased. All refining processes allowed to decrease PAH content below 3% (m/m). The R1390 process with 7.5% (m/m) of co- -solvent gave the best results in this respect as it did not cause a sharp decrease in carbon atoms content in aromatic structures while lowering PAHs level. The studies carried out confirmed the beneficial influence of the co-solvent application in the refining process of highly aromatic petroleum raw materials on the quality of the obtained TDAE plasticizers. The refining process with the use of co-solvent allowed, in line with the project concept, to eliminate the problems associated with conducting the process at low temperatures. A considerable effect of cosolvent addition on the yield of obtained plasticizers during solvent extraction was also observed.

Słowa kluczowe

PL

ekstrakcja rozpuszczalnikowa; współrozpuszczalnik; plastyfikator

EN

solvent extraction; co-solvent; plasticizer

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 10
• Strony: 692--703
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Antosz Artur

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Ptak Stefan

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Antosz A., Ptak S., 2018. Wpływ zastosowania współrozpuszczalnika w procesie ekstrakcji na jakość uzyskanych rafinatów. Dokumentacja, nr archiw. DK-4100-0072/2018. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Antosz A., Ptak S., 2019. Wpływ zastosowania współrozpuszczalnika w procesie ekstrakcji na jakość uzyskanych rafinatów. Cz. 2. Dokumentacja, nr archiw. DK-4100-0009/2019. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Bartyzel A., 2010. Ocena wpływu zastosowania N-metylopirolidonu w procesie ekstrakcji ciągłej na jakość uzyskanych rafinatów i ekstraktów. Dokumentacja, nr archiw. DK-4100-0086/2010. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Bartyzel A., 2011a. Badania laboratoryjne procesów ciągłej ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Nafta-Gaz, 9: 661–666.
• Bartyzel A., 2011b. Badania procesu ekstrakcji rozpuszczalnikowej wysokoaromatycznych surowców naftowych przy zastosowaniu różnych rozpuszczalników organicznych. Dokumentacja, nr archiw. DK-4100-0079/2011. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Bartyzel A., 2012. Badanie selektywności rozpuszczalników organicznych stosowanych w procesach ciągłej ekstrakcji rozpuszczalnikowej wysokoaromatycznych olejów naftowych. Nafta-Gaz, 10: 693–698.
• Bosman J., da Via M., Pattnelli M.E., Tortoreto P., 2004. The Influence of Non-Toxic Extender Oil on SBR Performances. Kautsch. Gummi Kunstst., 57(1–2): 31.
• CONCAWE, 1992. Product dossier – aromatic extracts. Report nr 92/101. Brussels.
• CONCAWE, 1994. The use of the dimethyl sulfoxide (DMSO) extract by the IP 346 as an indicator of the carcinogenicity of lubricant base oils and distillate aromatic extracts. Report nr 94/51. Brussels.
• Epelle E., Lukman Y., Otaru A.J., 2016. A comparative study of the solvent powers of phenol, furfural and NMP in improving the viscosity index of spent lubricating oil. International Research Journal on Engineering, 3(1): 8–24.
• Fakhr Hoseini S.M., Hatamipour M.S., Tavakkoli T., Montahaee A., 2009a. Experimental Liquid−Liquid Equilibrium of (Lube Cut + Furfural + 2,2,4-tri-Methyl Pentane) Ternary System from T = 323.15−343.15 K and Simulation with NRTL. Industrial & Engineering Chemistry Research, 48: 9325–9330. DOI:10.1021/ie9003267.
• Fakhr Hoseini S.M., Tavakkoli T., Hatamipour M.S., 2009b. Extraction of aromatic hydrocarbons from lube oil using n-hexane as a co-solvent. Separation and Purification Technology, 66: 167–170.
• Ghafil A.A., 2010. Evolutionary of extraction base oils unit’s efficiency utilizing mixed solvent. Hydrocarbon Process, 88(9): 155–160.
• Guan C.S., Wang Y.Z., Ding L., Liu Y.R., Wang Z.J., 2014. Extraction separation and sulfur distribution in VGO of Saudi middle crude oil. Acta Petrol. Sin: Pet. Process, 30(1): 38–46.
• Hussein M., Amer A.A., Gaberah A.S., 2014. Used Lubricating Oils Re-Refining by Solvent. Extraction. American Journal of Environmental Engineering and Science, 1(3): 44–50.
• Ibtehal K.S., Muslim A.Q., 2015. Extraction of Aromatic Hydro-carbons from Lube Oil Using Different Co-Solvent. Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering, 16(1): 79–90.
• Kirk-Othmer (ed.), 2007. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley J. & Sons, New York. ISBN: 978-0-471-48496-7.
• Luo T., Zhang L., Zhang C., Ma J., Zhao S., 2018. Role of water as the co-solvent in eco-friendly processing oil extraction: Optimization from experimental data and theoretical approaches. Chemical Engineering Science, 183(29): 275–287. DOI:10.1016/j.ces.2018.03.015
• Mohammed A.H.A.K., Al-Rubai A.K.S., 2008. Viscosity Index Improvement of Lubricating Oil Fraction (SAE – 30). Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering, 9(3): 51–57.
• Pelc L., Wróblewska B., Dettloff R., Szewczyk A., Kaczmarczyk A., Sęk K., 1989. Badania nad rozeznaniem możliwości intensyfikacji procesu selektywnej rafinacji olejów dla G.Z.R. w wyniku zastąpienia furfurolu N-metylopirolidonem. Etap II. Dokumentacja Instytutu Technologii Nafty, nr 2184/1989. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Pelc L., Wróblewska B., Dettloff R., Szewczyk A., Sęk K., 1988. Badania nad rozeznaniem możliwości intensyfikacji procesu selektywnej rafinacji olejów dla G.Z.R. w wyniku zastąpienia furfurolu N-metylopirolidonem. Etap I. Dokumentacja Instytutu Technologii Nafty, nr 2083/1988. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Pillon L.Z., 2007. Interfacial Properties of Petroleum Products. CRC Press.
• Ptak S., 2017a. Ocena procesu odparafinowania rozpuszczalnikowego plastyfikatora TDAE. Nafta-Gaz, 8: 605–615. DOI: 10.18668/NG.2017.08.08.
• Ptak S., 2017b. Plastyfikatory naftowe dla przemysłu gumowego – odparafinowanie plastyfikatora TDAE. Nafta-Gaz, 9: 451–460. DOI: 10.18668/NG.2017.09.07.
• Ptak S., Jakóbiec J., Antosz A., 2018. Wytwarzanie zmodyfikowanego aromatycznego plastyfikatora naftowego TDAE. Nafta-Gaz,1: 49–60. DOI: 10.18668/NG.2018.01.06.
• Sequeira A., 1989. Lubrication Base Oil Processing. Lubrication, 75(1): 5–16.
• Steinmec F., Bartyzel A., 2006. Aromatyczne plastyfikatory naftowe dla przemysłu gumowego. [W:] Parasiewicz W., Rzymski W.M. (red.). Elastomery i przemysł gumowy. Piastów–Łódź.
• Steinmec F., Bartyzel A., Antosz A., 2006. Opracowanie technologii wytwarzania plastyfikatora do kauczuków i gum o obniżonej zawartości policyklicznych węglowodorów aromatycznych. Praca niepublikowana. Dokumentacja Instytutu Technologii Nafty, nr 3958/2006. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Tonkonogov B.P., Os’mushnikov V.A., Karimova A.F., 2015. Use of environmentally friendly plasticizers, obtained, by propane deasphalting, in tire rubbers. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 50(6): 475–482. DOI:10.1007/s10553-015-0552-6.
• Yousef N.S., Ahmed Muhammad Ali, 2018. Dearomatization of lube oil using polar solvents. International Journal of Scientific & Engineering Research, 9(3): 1280–1284.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• Patent US2010243533 Extraction of aromatics from hydrocarbon oil using n-methyl 2-pyrrolidone and co-solvent. Rozporządzenie nr 1907/2006 Parlamentu Europejskiego z dnia 18 grudnia 2006 roku.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).