Глава 4. Переработка высококипящих фракций с получением индивидуальных полициклических углеводородов
При определении оптимальных условий работы опытной установки исходили из следующих положений, сформулированных на основе результатов исследования, полученных в лабораторных условиях.
-
Влиять на компонентный состав поступающего на ректификацию исходного сырья (ТПД) в сторону увеличения содержания целевых компонентов (флуорантен, пирен, хризен) практически невозможно.
-
Пределы варьирования температурных режимов ректификации также весьма ограничены, что непосредственно связано с компонентным составом сырья, определяющим его физико-химические свойства (коксообразование, газовыделение).
-
Смягчить жесткий температурный режим ректификации ТПД за счет снижения температуры в кубе и в ректификационной колонне можно только с применением вакуума, хотя и этот путь имеет весьма существенное ограничение: в промышленных условиях вряд ли удастся уменьшить остаточное давление в кубе ниже 200x102 Па, хотя и такое остаточное давление позволяет снизить температуру кипения целевых компонентов не более, чем на 50-60 °С.
-
Существенное влияние на концентрацию целевых компонентов в получаемых при ректификации сырья фракциях оказывает эффективность ректификационной колонны, что общеизвестно. Однако в реальных промышленных условиях, учитывая высокую температуру и достаточно глубокий вакуум процесса ректификации сырья, с технологической точки зрения очень сложно создать ректификационный агрегат с колонной, имеющей 70-80 реальных тарелок.
-
Достичь увеличения эффективности разделения ректификационной колонны без увеличения количества тарелок можно, варьируя рефлюксное отношение при отборе целевых фракций. Даже, несмотря на то, что такой путь имеет свои ограничения (ни с технологической, ни с экономической точек зрения нельзя растягивать процесс ректификации до пределов, делающих его неэффективным), при переработке ТПД он, пожалуй, является единственно реальным для регулирования компонентного состава фракций в нужном для дальнейшей их переработки направлении.
Исследования на опытной установке были направлены, в основном, на решение вопроса о влиянии рефлюкса на компонентный состав фракций, получаемых при ректификации ТПД. При определении оптимального режима ректификации за основу были приняты результаты лабораторных исследований, которые приведены в табл. 4.21, наряду с опытными данными.
-168-
-169-
Е. Т. КОВАЛЕВ. Научные основы и технология переработки высококипящих фракций каменноугольной смолы с получением полициклических углеводородов
Глава 4. Переработка высококипящих фракций с получением индивидуальных полициклических углеводородов
Таблица 4.21
Таблица 4.22
Выход и качество фракций, полученных в оптимальных условиях на лабораторной ректификационной установке
Влияние рефлюксного отношения на выход и качество фракций, полученных при ректификации ТПД на опытной установке
По сравнению с лабораторными исследованиями режим ректификации на опытной установке отличался тем, что отбор головной фракции проводился без вакуума, а отбор каждой целевой фракции проходил при постоянном рефлюксе как в начале, так и в конце отбора фракции. На опытной установке удалось несколько снизить остаточное давление. Загрузка сырья в куб опытной установки составляла ~ 325 кг (~ 225 л).
Было проведено 5 серий экспериментов, каждая из которых состояла из трех ректификаций, проведенных в идентичных условиях. Усредненные результаты этих исследований представлены в табл. 4.22.
Учитывая, что эффективность ректификационной колонны опытной установки несколько выше лабораторной, 1-я серия экспериментов проводилась при небольших рефлюксных отношениях, т.е. при высокой скорости отбора фракций. При работе установки в таком режиме каждая операция длилась 22 ч.
Сравнение экспериментальных данных, приведенных в табл. 4.21 и 4.22, показывает, что в 1-й серии экспериментов выход головной фракции несколько ниже оптимального (лабораторного, табл. 4.21), а остальных фракций - выше. Содержание флуорантена и пирена в целевых фракциях ниже оптимального. Показатели хризеновой фракции остались примерно на том же уровне, что и в лабораторных условиях.
- 170-
-171-
Е.
Т. КОВАЛЕВ. Научные
основы и технология переработки
высококипящих фракций каменноугольной
смолы с получением полициклических
углеводородов
Продолжение табл.
4.22
Основным недостатком режима в 1-й серии опытов является получение некондиционной пиреновой фракции: концентрация флуорантена и пирена в ней примерно одинакова (соответственно 35,1 и 37,5 %), что делает ее совершенно непригодной для дальнейшей переработки.
Результаты П-й серии экспериментов позволяют заключить, что при работе установки в режиме, аналогичном лабораторному, выходы и качество флуорантеновой, пиреновой и хризеновой фракций практически идентичны полученным в лабораторных условиях и даже несколько превосходят их по некоторым показателям. Самое существенное влияние изменения режима ректификации во П-й серии по сравнению с 1-й серией сказалось на компонентном составе пиреновой фракции: содержание пирена повысилось до 43,7 % (что даже несколько выше лабораторного эксперимента 1 – 43,0 %), а содержание флуорантена снизилось до уровня лабораторного эксперимента (33,5 %), что делает пиреновую фракцию вполне пригодной для дальнейшей переработки. Увеличение рефлюксного отношения при отборе фракций снизило скорость их отбора, что привело к увеличению времени ректификации до 40 ч.
При проведении Ш-й серии опытов были несколько повышены по сравнению со П-й серией рефлюксные отношения при отборе целевых фракций, кроме хризеновой. Эти исследования преследовали цель выяснить, в какой мере незначительное изменение рефлюкса влияет на выход и качество целевых фракций.
Анализ приведенных в табл. 4.22 данных показывает, что незначи-тельные изменения рефлюксного отношения практически не отразились на качестве хризеновой фракции и на степени ее извлечения от потенциальных ресурсов в сырье, чего нельзя сказать о флуорантеновой и пиреновой