PL199005B1 - Sposób rozdestylowania oleju przepracowanego - Google Patents

Abstract

Olej przepracowany poddaje się na wstępie destylacji na kolumnie rektyfikacyjnej (5) pod ciśnieniem 0,2-0,5 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną. Pary z kolumny (5) po częściowym schłodzeniu rozdziela się w separatorze (6) na ciekły komponent frakcji oleju napędowego, częściowo zawracany jako orosienie kolumny i na fazę parową. Fazę parową, po redukcji ciśnienia, kondensuje się i rozdestylowuje na kolumnie rektyfikacyjnej (8) pod ciśnieniem zbliżonym do 0,1 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną, na co najmniej 1 frakcję benzynową odbieraną jako destylat, i co najmniej 1 frakcję komponentu oleju napędowego odbieraną jako pozostałość. Pozostałość z kolumny (5) po redukcji ciśnienia przeparowywuje się parą wodną w kolumnie (12) pod ciśnieniem 2-8 kPa. Pary z kolumny (12) po ochłodzeniu tworzą układ 2 - fazowy, który rozdziela się w separatorze (13) na ciekłą frakcję olejową i pary kierowane do układu próżniowego. Sposób znajduje zastosowanie w technologii przerobu olejów przepracowanych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdestylowania oleju przepracowanego, zwłaszcza rozdestylowania przepracowanych olejów silnikowych i przekładniowych.

Olej przepracowany to olej, który w czasie stosowania utracił swoje właściwości użytkowe i nie może być dłużej stosowany w zakresie, do którego był pierwotnie przeznaczony. W trakcie eksploatacji olejów zachodzą procesy tzw. starzenia, będące wynikiem oddziaływania różnych czynników jak podwyższona temperatura, obciążenia mechaniczne, obecność tlenu, itp. Ich skutkiem jest pogorszenie własności użytkowych, a w ostatecznym przypadku utrata przydatności eksploatacyjnej i konieczność wymiany oleju. Aby spełnić wymagania stawiane olejom oraz przedłużyć okres ich eksploatacji do oleju, zwanego bazowym, dodawane są tzw. dodatki uszlachetniające. Szczególnie duże ilości dodatków uszlachetniających, nawet ponad 20% m/m, zawierają oleje silnikowe i przekładniowe. Dodatki uszlachetniające, będące różnorodnymi związkami chemicznymi, w trakcie eksploatacji ulegają destrukcji i innym procesom chemicznym w stopniu znacznie wyższym niż składniki oleju bazowego. Najczęściej spotykanym przypadkiem utraty własności eksploatacyjnych oleju jest gromadzenie się w nich zanieczyszczeń i zuż ycie dodatków uszlachetniają cych.

Olej przepracowany, oprócz komponentów oleju bazowego, które nie uległy destrukcji, może zawierać zanieczyszczenia takie jak: wodę, najczęściej w postaci zemulgowanej, lekkie frakcje węglowodorowe pochodzące z nie spalonych paliw, produkty niecałkowitego spalania paliw, produkty utleniania i rozkładu składników węglowodorowych oleju bazowego, produkty destrukcji i zużywania się dodatków uszlachetniających oleje smarowe, oraz zanieczyszczenia mechaniczne, w tym również produkty erozji układów smarowanych olejami. Zawartość zanieczyszczeń zależy od rodzaju oleju, stosowanych dodatków, intensywności eksploatacji, i może się zmieniać w szerokich granicach.

Normatywnie olej przepracowany może zawierać do 5% m/m wody i do 25% m/m frakcji paliwowych wrzących do 350°C. Z punktu widzenia destylacji niekorzystne jest, że oleje przepracowane zawierają nietrwałe związki tworzące przy ogrzewaniu tak zwany koks - pozostałość po koksowaniu według Conradson'a wynosi zwykle 1 - 3% m/m.

Przerób olejów przepracowanych ma na celu przede wszystkim odzyskanie zawartych w nich frakcji paliwowych i olejowych, które mogą być dalej przerabiane na paliwa i oleje bazowe. Podstawowym problemem w przerobie olejów przepracowanych jest usunięcie dodatków uszlachetniających i produktów ich rozkładu, stanowiących skomplikowaną mieszaninę o trudnym do zdefiniowania składzie, będące skomplikowanymi mieszaninami organicznych związków wapnia, cynku, żelaza, fosforu, siarki, azotu, chloru czy tlenu.

Znane i stosowane metody przerobu olejów przepracowanych są wieloetapowe i składają się co najmniej z następujących etapów:

- wstę pna obróbka oleju przepracowanego w celu oddzielenia wody i zanieczyszczeń mechanicznych, np. metodą odstawania grawitacyjnego, filtracji, wirowania;

- destylacja oleju przepracowanego pod ciś nieniem atmosferycznym lub zbli ż onym do atmosferycznego w celu oddestylowania frakcji benzynowych i wody,

- wł a ś ciwy proces lub procesy usuwania zanieczyszcze ń .

Najbardziej rozpowszechnionym procesem usuwania dodatków i produktów ich rozkładu oraz innych małolotnych składników olejów przepracowanych jest destylacja próżniowa wstępnie odwodnionego i odbenzynowanego oleju przepracowanego.

Proces rozdestylowania oleju przepracowanego zwykle prowadzony jest co najmniej dwustopniowo przy zróżnicowanych ciśnieniach, przy czym w pierwszym stopniu pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego oddestylowywuje się frakcję benzynową i wodę, a w kolejnym lub kolejnych stopniach, pod ciśnieniem znacznie obniżonym w stosunku do atmosferycznego, oddestylowywuje się co najmniej 1 frakcję oleju napędowego i co najmniej 1 frakcję oleju smarowego.

Największą trudnością w realizacji takiego procesu jest wyjątkowa łatwość oleju przepracowanego do zanieczyszczania i zakoksowywania aparatury destylacyjnej, szczególnie urządzeń podgrzewających olej przepracowany do temperatury destylacji, np. pieców rurowych.

Znane są dwie metody realizacji destylacji olejów przepracowanych: albo wykorzystywane są klasyczne rozwiązania destylacji stosowane w technologii przerobu ropy naftowej, albo destylację przeprowadza się pod głęboką próżnią w temperaturach zapewniających stabilność termiczną większości dodatków uszlachetniających.

PL 199 005 B1

Znany z polskiego opisu patentowego Nr 171 473 sposób destylacji olejów przepracowanych polega na wstępnej destylacji w temperaturze 120 - 140°C pod ciśnieniem 25,8 kPa i oddestylowaniu wody oraz lekkich frakcji paliwowych. Następnie odwodniony i odbenzynowany olej przepracowany podgrzewa się w piecu rurowym do temperatury 360°C i rozdestylowywuje się na szereg frakcji olejowych pod ciśnieniem 1,29 - 2,58 kPa.

Z kolei z opisu patentowego USA Nr 4 941 967 oraz z publikacji w Oil & Gas Journal 1991, nr 33 s. 60, znany jest sposób destylacji olejów przepracowanych polegający na wieloetapowym oddestylowaniu kolejnych frakcji w wyparkach filmowych. Na wstępie z olejów przepracowanych usuwa się wodę i frakcje paliwowe metodą destylacji pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego a następnie pod ciśnieniem 2 kPa w temperaturze 220°C. Tak przygotowane oleje przepracowane rozdestylowywuje się na frakcje na kilku kolejnych wyparkach filmowych pod ciśnieniem 150 - 200 Pa w temperaturze do 345°C. Wyparki filmowe charakteryzuj ą się krótkim czasem przebywania destylowanego oleju przepracowanego w strefie wysokich temperatur, co ogranicza stopień skrakowania oleju i niestabilnych termicznie komponentów, zwłaszcza dodatków uszlachetniających.

Znany sposób rozdestylowania oleju przepracowanego stosujący klasyczne rozwiązania destylacji stosowane w technologii przerobu ropy naftowej powoduje konieczność podgrzewania oleju do wysokiej temperatury, co powoduje zanieczyszczanie destylatów produktami krakowania i intensywne zakoksowywanie aparatury. Z kolei sposób rozdestylowania oleju przepracowanego stosujący wyparki filmowe jest wyszukaną technologią o niskiej wydajności i wysokich kosztach.

Sposób rozdestylowania oleju przepracowanego według wynalazku na co najmniej frakcję benzynową, frakcję oleju napędowego i próżniową frakcję oleju smarowego polega na wielostopniowym, w zróż nicowanych warunkach ciś nienia, rozdestylowaniu, wstępnie pozbawionego zanieczyszczeń mechanicznych i zdyspergowanej wody, oleju przepracowanego. Na wstępie olej przepracowany poddaje się destylacji na pierwszej kolumnie rektyfikacyjnej pod ciśnieniem 0,2 - 0,5 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną w ilości 5 - 15% m/m w stosunku do oleju przepracowanego. Pary z pierwszej kolumny po częściowym schłodzeniu rozdziela się w separatorze na ciek ły komponent frakcji oleju napędowego, częściowo zawracany jako orosienie kolumny, i na fazę parową. Fazę parową, po redukcji ciśnienia, kondensuje i rozdestylowywuje się na drugiej kolumnie rektyfikacyjnej pod ciśnieniem zbliżonym do 0,1 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną w ilości 10 - 50% m/m w stosunku do ilości destylatów, na co najmniej 1 frakcję benzynową odbieraną jako destylat i co najmniej 1 frakcję komponentu oleju napędowego odbieraną jako pozostałość. Pozostałość z pierwszej kolumny po redukcji ciśnienia przeparowywuje się parą wodną w ilości 5 - 10% m/m w stosunku do ilości destylatu w trzeciej kolumnie pod ciśnieniem 2 - 8 kPa. Pary z tej kolumny po ochłodzeniu tworzą układ 2-fazowy, który rozdziela się na ciekłą frakcję olejową i pary kierowane do układu próżniowego.

Sposób rozdestylowania oleju przepracowanego według wynalazku umożliwia realizację procesu w niższych temperaturach, co ogranicza krakowanie destylowanego oleju przepracowanego, a tym samym zmniejsza zanieczyszczenie destylatów produktami krakowania oraz ogranicza intensywne zakoksowywanie aparatury. Ponadto sposób według wynalazku zapewnia efektywność destylacji przy zastosowaniu tylko jednego urządzenia do podgrzewania oleju przepracowanego przy zmiennych składach produktów oraz wysoką sprawność cieplną układu rozdziału.

Sposób według wynalazku zostanie objaśniony w przykładach wykonania w oparciu o rysunek przedstawiający ogólny schemat technologiczny układu realizującego rozdestylowanie oleju przepracowanego.

Olej przepracowany podgrzewa się kolejno w wymiennikach ciepła 1, 2 i 3 ciepłem destylatów, a nastę pnie w piecu rurowym 4 podgrzewa się do temperatury wymaganej podczas destylacji. Olej przepracowany poddaje się destylacji na kolumnie rektyfikacyjnej 5 pod ciśnieniem z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną. Pary kolumny 5 po częściowym schłodzeniu rozdziela się w separatorze 6 na ciekły komponent frakcji oleju napędowego, częściowo zawracany jako orosienie kolumny 5, oraz na fazę parową. Fazę parową, po redukcji ciśnienia na zaworze 7, kondensuje i rozdestylowywuje się na kolumnie rektyfikacyjnej 8 z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną. Z kolumny rektyfikacyjnej 8 odbiera się jako destylat co najmniej 1 frakcję benzynową, i co najmniej 1 frakcję komponentu oleju napędowego odbieraną jako pozostałość z kolumny 8. Pozostałość z kolumny 5, po redukcji ciśnienia na zaworze 11, przeparowywuje się parą wodną w kolumnie 12. Pary z kolumny 12 po ochłodzeniu rozdziela się w separatorze 13 na frakcję olejową oraz nie skondensowane pary kierowane do układu próżniowego.

PL 199 005 B1

P r z y k ł a d 1.

Rozdestylowaniu poddaje się mieszaninę przepracowanych olejów silnikowych i przekładniowych o zawartości 3,5% m/m wody oraz 25% m/m frakcji wrzących do 350°C. 5000 kg/h oleju przepracowanego o temperaturze 20°C pod ciśnieniem 0,9 MPa podgrzewa się w wymienniku ciepła 1 do temperatury 127°C ciepłem par frakcji olejowej z kolumny 12, następnie w wymienniku ciepła 2 ciepłem komponentu oleju napędowego z separatora 6 podgrzewa się do temperatury 138°C i w wymienniku 3 ciepłem par z kolumny 5 podgrzewa się do temperatury 201°C. Tak wstępnie podgrzany olej przegrzewa się w piecu rurowym 4 do temperatury 320°C z jednoczesną redukcją ciśnienia do 0,49 MPa i wprowadza się do kolumny 5, na szczycie której panuje ciśnienie 0,40 MPa. Do dolnej części kolumny 5 wprowadza się 500 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciśnieniu 0,67 MPa. Ze szczytu kolumny 5 w temperaturze 306°C wyprowadza się 2107 kg/h par, które po ochłodzeniu w wymienniku ciepła 3 i wykropleniu części węglowodorów, rozdziela się w separatorze 6. Fazę ciekłą z separatora 6 częściowo zawraca się jako orosienie na kolumnę 5 w ilości 133 kg/h, a częściowo odbiera się jako komponent frakcji oleju napę dowego w iloś ci 1197 kg/h. Ciś nienie strumienia par z separatora 6 odbieranego w ilości 777 kg/h, redukuje się na zaworze 7 do poziomu 0,16 MPa. Strumień ten kieruje się do kolumny 8 pracującej pod ciśnieniem na szczycie kolumny wynoszącym 0,11 MPa. Do dolnej części kolumny 8 wprowadza się 20 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciś nieniu 0,67 MPa. Pary ze szczytu kolumny 8 skrapla się w kondensatorze 9 i nastę pnie rozdziela w separatorze trójfazowym na gazy, które mogą powstać w wyniku krakowania, wodę odbieraną w ilości 649 kg/h oraz na frakcję benzynową, częściowo zawracaną jako orosienie do kolumny 8, a częściowo odbieraną jako produkt w ilości 42 kg/h. Z dołu kolumny 8 odbiera się pozostałość w ilości 85 kg/h, będącą komponentem oleju napędowego, którą miesza się z komponentem z separatora 6 i otrzymuje się 1281 kg/h produktu, frakcji oleju napędowego o temperaturze zapłonu 61°C. Pozostałość z dołu kolumny 5 odbiera się w temperaturze 307°C w ilości 3526 kg/h i poprzez zawór redukcyjny 11 kieruje się do kolumny 12, pracującej pod ciśnieniem na szczycie kolumny 7,3 kPa. Do dolnej części kolumny 12 wprowadza się 100 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciśnieniu 0,67 MPa. Ze szczytu kolumny 12 odbiera się w temperaturze 269°C 2401 kg/h par, które po ochłodzeniu w wymienniku ciepła 1 do temperatury 60°C rozdziela się w separatorze 13. Pary z separatora 13 w ilości 109 kg/h, zawierające zasadniczo wodę, kieruje się do układu wytwarzającego próżnię, natomiast fazę ciekłą, otrzymywaną w ilości 2292 kg/h, odbiera się jako produkt; próżniową frakcję olejową o temperaturze zapłonu 141°C. Z dołu kolumny 12 odbiera się w temperaturze 239°C i w ilości 1225 kg/h pozostałość podestylacyjną, zawierającą wszystkie nielotne zanieczyszczenia oleju przepracowanego.

P r z y k ł a d 2.

Rozdestylowaniu poddaje się mieszaninę przepracowanych olejów silnikowych i przekładniowych o zawartości 10% m/m wody oraz 35% m/m frakcji wrzących do 350°C. 5060 kg/h oleju przepracowanego o temperaturze 20°C pod ciśnieniem 0,9 MPa podgrzewa się w wymienniku ciepła 1 do temperatury 93°C ciepłem par frakcji olejowej z kolumny 12, następnie w wymienniku ciepła 2 ciepłem komponentu oleju napędowego z separatora 6 podgrzewa się do temperatury 130°C i w wymienniku 3 ciepłem par z kolumny 5 podgrzewa się do temperatury 208°C. Tak wstępnie podgrzany olej przegrzewa się w piecu rurowym 4 do temperatury 320°C z jednoczesną redukcją ciśnienia do 0,49 MPa i wprowadza się do kolumny 5, na szczycie której panuje ciś nienie 0,40 MPa. Do dolnej części kolumny 5 wprowadza się 500 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciśnieniu 0,67 MPa. Ze szczytu kolumny 5 w temperaturze 303°C wyprowadza się 3994 kg/h par, które po ochłodzeniu w wymienniku ciepła 3 i wykropleniu części węglowodorów, rozdziela się w separatorze 6. Fazę ciekłą z separatora 6 częściowo zawraca się jako orosienie na kolumnę 5 w ilości 257 kg/h, a częściowo odbiera się jako komponent frakcji oleju napędowego w ilości 2310 kg/h. Ciśnienie strumienia par z separatora 6 odbieranego w iloś ci 777 kg/h, redukuje się na zaworze 7 do poziomu 0,16 MPa. Strumień ten kieruje się do kolumny 8 pracującej pod ciśnieniem na szczycie kolumny wynoszącym 0,11 MPa. Do dolnej części kolumny 8 wprowadza się 20 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciśnieniu 0,67 MPa. Pary ze szczytu kolumny 8 skrapla się w kondensatorze 9 i następnie rozdziela w separatorze trójfazowym na gazy, które mogą powstać w wyniku krakowania, wodę odbieraną w ilości 949 kg/h oraz na frakcję benzynową, częściowo zawracaną jako orosienie do kolumny 8, a częściowo odbieraną jako produkt w ilości 53 kg/h. Z dołu kolumny 8 odbiera się pozostałość w ilości 445 kg/h, będącą komponentem oleju napędowego, którą miesza się z komponentem z separatora 6 i otrzymuje się 2755 kg/h produktu, frakcji oleju napę dowego o temperaturze zapł onu 60°C. PozostaPL 199 005 B1 łość z dołu kolumny 5 odbiera się w temperaturze 298°C w ilości 1824 kg/h i poprzez zawór redukcyjny 11 kieruje się do kolumny 12, pracującej pod ciśnieniem na szczycie kolumny 7,3 kPa. Do dolnej części kolumny 12 wprowadza się 100 kg/h przegrzanej pary wodnej o temperaturze 350°C i ciśnieniu 0,67 MPa. Ze szczytu kolumny 12 odbiera się w temperaturze 261°C 1275 kg/h par, które po ochłodzeniu w wymienniku ciepła 1 do temperatury 60°C rozdziela się w separatorze 13. Pary z separatora 13 w ilości 105 kg/h, zawierające zasadniczo wodę, kieruje się do układu wytwarzającego próżnię, natomiast fazę ciekłą, otrzymywaną w ilości 1170 kg/h, odbiera się jako produkt; próżniową frakcję olejową o temperaturze zapłonu 140°C. Z dołu kolumny 12 odbiera się w temperaturze 233°C i w ilości 649 kg/h pozostałość podestylacyjną.

Claims (1)

1. Sposób rozdestylowania oleju przepracowanego na co najmniej frakcję benzynową, frakcję oleju napędowego oraz próżniową frakcję oleju smarowego, polegający na wielostopniowym, przy zróżnicowanych ciśnieniach, rozdestylowaniu wstępnie pozbawionego zanieczyszczeń mechanicznych i zdyspergowanej wody oleju przepracowanego, znamienny tym, że olej przepracowany poddaje się destylacji na kolumnie rektyfikacyjnej (5) pod ciśnieniem 0,2 - 0,5 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną w ilości 5 - 15% m/m w stosunku do oleju przepracowanego, przy czym pary kolumny (5) po częściowym schłodzeniu rozdziela się w separatorze (6) na ciekły komponent frakcji oleju napędowego, częściowo zawracany jako orosienie kolumny (5), i na fazę parową, którą po redukcji ciśnienia kondensuje i rozdestylowywuje się na kolumnie rektyfikacyjnej (8) pod ciśnieniem zbliżonym do 0,1 MPa z jednoczesnym przeparowaniem parą wodną w ilości 10 - 50% m/m w stosunku do ilości destylatów, na co najmniej 1 frakcję benzynową odbieraną jako destylat i co najmniej 1 frakcję komponentu oleju napędowego odbieraną jako pozostałość z kolumny (8), zaś pozostałość z kolumny (5), po redukcji ciśnienia na zaworze (11), przeparowywuje się parą wodną w ilości 5 - 10% m/m w stosunku do ilości destylatów w kolumnie (12) pod ciśnieniem 2 - 8 kPa a pary z kolumny (12) po ochłodzeniu rozdziela się w separatorze (13) na ciekłą frakcję olejową i pary kierowane do układu próżniowego.