Экстракция ароматических углеводородов смешанными растворителями морфолин-этаноламин и морфолин-этиленгликоль тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

Введение.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1 Оценка селективности экстрагентов ароматических углеводородов.

1.2 Смешанные растворители для выделения ароматических углеводородов.

1.3 Промышленные селективные экстрагенты.

1.4 Экспериментальные методы определения коэффициентов активности.

2. ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Физико-химическое исследование смешанных растворителей.

2.1.1 Измерение плотности и вязкости.

2.1.2 Исследование равновесия жидкость - пар.

2.2 Определение коэффициентов активности углеводородов в полярных растворителях.

2.3 Измерение магнитного двулучепреломления растворов бензола в бинарных растворителях.

2.4 Изучение фазовых равновесий жидкость - жидкость.

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1 Физико-химические свойства смешанных растворителей морфолин-этаноламин и морфолин-этиленгликоль.

3.2 Сольватация бензола в смешанных растворителях морфолин-этаноламин и морфолин-этиленгликоль.

3.3 Квантово-химическое исследование межмолекулярных взаимодействий в модельных комплексах морфолин-этаноламин-бензол и морфолин-этиленгликоль-бензол.

3.4 Коэффициенты активности углеводородов в смешанных растворителях.

3.5 Изучение смешанных растворителей с использованием диаграмм фазового равновесия жидкость-жидкость.

3.5.1 Экстракционные характеристики смешанных растворителей морфолин этаноламин и морфолин-этиленгликоль

3.5.2 Математическое описание фазовых равновесий жидкость-жидкость.

3.6 Математическое моделирование и оптимизация процесса экстракции ароматических углеводородов.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. В настоящее время основным источником получения моноциклических ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов) являются катализаты процесса риформинга бензиновых фракций, из которых они извлекаются жидкостной экстракцией селективными растворителями. Для успешного осуществления процесса разделения углеводородного сырья, применяемый экстрагент должен удовлетворять ряду требований, важнейшие из которых высокая селективность и растворяющая способность. Однако до сих пор не найден экстрагент, полностью отвечающий требованиям современной технологии. Используемые в настоящее время в отечественной промышленности растворители -диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ) для выделения ароматических углеводородов имеют низкую селективность и растворяющую способность, что вынуждает проводить процесс при высоких кратностях экстрагента к сырью и повышенных температуре и давлении, что приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам. Поэтому совершенствование технологии разделения сложных углеводородных смесей с целью снижения энергетических затрат, путем уменьшения кратности растворителя к сырью и температуры процесса, является актуальной научно-технической задачей. Одним из путей решения данной проблемы является использование экстрагентов смешанного типа. Применение последних позволяет более гибко осуществлять экстракционные процессы разделения углеводородных смесей при переработке сырья переменного состава за счет изменения экстракционных и физико-химических свойств экстрагентов.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением -"Создание научных основ и разработка новых высокоэффективных технологий в химии и нефтехимии" по теме "Изучение природы синергизма межмолекулярных взаимодействий в растворах органических соединений", на период 1995-2000 г., код темы по ГАСНТИ 61.51.17.61.51.37.

Цель работы. Разработка физико-химических основ процесса экстракции аренов из катализатов риформинга смешанными экстрагентами на основе морфолина, с целью снижения энергетических затрат за счет уменьшения кратности экстрагента к сырью и температуры процесса.

Научная новизна. В широком интервале температур и концентраций впервые получены данные по плотности, вязкости и парожидкостного равновесия бинарных смесей морфолин-этаноламин (МЭА) и морфолин-этиленгликоль (МЭГ). Установлено наличие интенсивного межмолекулярного взаимодействия при смешении в системе морфолин-МЭГ путем расчета величин отклонений физико-химических свойств от аддитивных значений.

Произведена оценка параметров межмолекулярных взаимодействий смешанных экстрагентов и ароматических углеводородов с использованием метода линейного магнитного двулучепреломления, выявлено наличие неаддитивных эффектов взаимодействия растворителя морфолин-МЭГ с бензолом.

Установлены закономерности изменения селективности и растворяющей способности изученных биэкстрагентов в зависимости от их состава. Показано, что высокую селективность проявляют смешанные растворители с интенсивным межмолекулярным взаимодействием, характеризующиеся положительными отклонениями предельных коэффициентов активности парафиновых углеводородов от аддитивных значений, значительно превышающих отклонения извлекаемых ароматических углеводородов.

Практическая значимость. Физико-химические свойства биэкстрагентов, данные равновесия жидкость-пар, термодинамические характеристики растворов углеводородов в смешанных растворителях, а также совокупность данных по фазовому равновесию жидкость-жидкость в четырехкомпонентных системах морфолин-МЭГ-н-гексан-бензол, морфолин-МЭА-н-гексан-бензол, морфолин-МЭГ-н-гептан-толуол, морфолин-МЭА-н-гептан-толуол, охватывающих более 50 бинодальных кривых в температурном интервале 40-60 С, представляют материал, необходимый при разработке процессов ректификации, экстракции и экстрактивной дистилляции.

Предложены новые высокоэффективные смешанные растворители морфолин-МЭА и морфолин-МЭГ для извлечения низших ароматических углеводородов из катализатов риформинга.

На основании лабораторных данных и их математической обработки установлены оптимальные условия проведения экстракции ароматических углеводородов из промышленного сырья, которые могут быть рекомендованы для разработки технологии процесса.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на всероссийской конференции "Актуальные проблемы нефтехимии", Москва, 2001 г; на всероссийской научно-технической конференции "Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы" Альметьевск, 2001 г; на отчетных научно-практических конференциях, КГТУ, Казань, 20002001 г.

Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 2 тезиса докладов.

Объем и структура дисертации. Диссертация состоит из введения, трех глав (аналитический обзор, экспериментальная часть, обсуждение результатов), выводов, списка литературы из 165 наименований. Объем работы 175 страниц машинописного текста, 37 таблиц и 29 рисунков.