При деасфальтизации лёгкий парафиновый растворитель удерживает часть компонентов в масляной фазе, а плохо совместимая с ним тяжёлая часть выделяется отдельно. Из обеих ветвей возвращают растворитель; остаются деасфальтизированное масло, или DAO, и тяжёлый асфальтенсодержащий продукт. Это физическое разделение без крекинга молекул. [SEP17, SEP18]
Тяжёлый нефтяной остаток выглядит однородным, но его компоненты неодинаково ведут себя в растворителе. [SEP17, SEP18]
Почему добавление жидкости вообще способно вызвать выделение тяжёлого вещества? Растворитель не обязан одинаково хорошо удерживать всё содержимое смеси: его добавление меняет среду, в которой находятся компоненты. Само название «асфальтены» относится к выделяемой по растворимости группе, а не к одной молекуле с единственной формулой. Пентан- и гептаннерастворимые фракции могут различаться; выбранный растворитель поэтому является частью определения результата анализа. [SEP17]
В лаборатории большой избыток растворителя может дать твёрдый осадок, который задерживают фильтром. В промышленном разделении при меньшем отношении растворитель/остаток отделяют асфальтную фазу от раствора масла. Масса лабораторного осадка поэтому не определяет промышленный выход DAO. [SDA07]
Практический смысл разделения задаёт следующий передел: каталитическая переработка, выпуск масляной основы или приготовление компонента смеси. Дополнительное извлечённое масло полезно лишь до тех пор, пока вместе с ним не перешло недопустимое количество нежелательных веществ. Получить высокий выход и получить подходящее сырьё для следующей ступени — связанные, но разные задачи. В учебном балансе ниже это различие выражено тремя процентами: выходом DAO, снижением концентрации металла и долей выведенного металла.
Принцип процесса и потоки
Тяжёлое питание и растворитель поступают на разделение; из масляной и тяжёлой ветвей возвращается растворитель. Охристые заполненные круги обозначают масляную часть, коричневые треугольники — тяжёлые компоненты, синие незаполненные круги — растворитель. Верхняя ветвь ведёт к DAO, нижняя — к тяжёлому продукту; малые блоки справа условно показывают возврат растворителя из обеих ветвей. Синие линии обозначают его оборот. Прямоугольники — функциональные стадии, а не конструкция аппаратов. Формы и число значков не задают агрегатное состояние или количество компонентов; масштаб, режимы и выходы на схеме не заданы.
1 — тяжёлое питание; 2 — подача растворителя; 3 — разделение; 4 — условное выделение растворителя из каждой ветви; 5 — тяжёлый продукт; DAO — деасфальтизированное масло. Синие линии — возврат растворителя; полнота его возврата и чистота продуктов схемой не заданы.
Сначала определить питание и назначение продуктов
Выделенная масляная фракция ещё не является готовым моторным топливом, а осадок или пек не становится товарным дорожным битумом по одному названию. Для каждого потока нужен следующий получатель и проверяемые требования к свойствам.
Для вторсырья особенно важно различать поступившее отработанное масло, его обезвоженную часть, вакуумный остаток и пиролизный конденсат. Это разные питания. Практически полезны сведения о происхождении партии, воде, механической примеси, вязкости и тех загрязнениях, которые ограничивают выбранный следующий процесс. Подготовка может включать отстаивание, фильтрацию, удаление воды и лёгких фракций; необходимость этих стадий зависит от исходного потока. Полный набор сложных анализов не является обязательным условием знакомства с методом.
Растворитель и режим выбирают вместе
У парафиновых растворителей растворяющая способность обычно возрастает с числом атомов углерода. Поэтому замена пропана более тяжёлым растворителем меняет набор извлекаемых компонентов. Температура и давление вместе с составом растворителя определяют его состояние; одинаковые численные T/P для пропана и гексана не означают одинакового разделения. Это объясняет общую связь, но не задаёт универсального диапазона для всех остатков. [SDA07]
В учебной пропановой схеме Penn State приведены 4–8 объёмов жидкого пропана на объём остатка. Это объёмное S/R: без плотностей и состояния потоков его нельзя заменить отношением кг/кг. [SEP24] Доза растворителя меняет не только разделение: весь добавленный поток предстоит перекачать, нагреть или охладить, а затем вернуть. Поэтому выход DAO рассматривают вместе с его качеством, количеством тяжёлого продукта и нагрузкой оборотного контура.
В ROSE сверхкритический режим относится к отдельному сепаратору возврата растворителя из DAO. Остаточный растворитель отпаривают из обеих ветвей. Это не режим всей установки. Выход считают после регенерации: растворитель не является произведённым маслом. [SEP18]
Время смешения, отстаивания и продолжительность непрерывного опыта описывают разные этапы. Они не заменяют время пребывания потока в аппарате. Ниже параметры приведены вместе с сырьём, способом контакта и фактически измеренным результатом.
Непрерывная пропановая экстракция: измеренный лабораторный режим
Rincón, Cañizares и García исследовали противоточную экстракцию базового масла из отработанной смазки в колонне высотой 1,7 м. В авторском реферате указаны подача масла 0,5 г/мин, давление 30 кг/см² и продолжительность опыта 6 ч. Основа давления, абсолютная или избыточная, там не уточнена; 6 ч нельзя записывать как время пребывания жидкости. [SDA02]
Среди изученных вариантов авторы выбрали массовое отношение пропан/масло 5 г/г, кольца Рашига и профиль температуры от 80 °C внизу до 95 °C наверху. При указанной подаче этому отношению соответствует 2,5 г/мин пропана. Полученное масло затем перегнали под вакуумом; авторы сочли итоговый продукт сопоставимым с первичным SN-150. Это результат последовательных экстракции и перегонки. Подготовка исходного масла, численный выход и подробные показатели качества в доступном реферате не раскрыты. [SDA02]
Отработанные масла: действующий маршрут LPC
Греческий оператор LPC описывает переработку принятых после входного контроля отработанных смазочных масел. Воду удаляют атмосферной перегонкой, топливные примеси извлекают вакуумной отпаркой и направляют на дальнейшую нефтепереработку. Высоковакуумная перегонка с тонкоплёночным испарителем выделяет масляный дистиллят. Из её остатка селективной пропановой экстракцией извлекают тяжёлую масляную фракцию bright stock; остающийся поток оператор называет asphalt extender для битумной промышленности. Затем и дистиллят, и bright stock проходят каталитическую гидрообработку. [SDA01]
Это полезный промышленный пример извлечения масла именно из вторичного тяжёлого остатка и назначения обоих продуктов. Открытая страница не раскрывает T/P, отношение пропан/остаток, время контакта и выход отдельной экстракционной стадии. Качество конечных базовых масел относится ко всей цепочке с гидрообработкой. [SDA01]
Углеводородные конденсаты: результат для отработанного масла
Hamad, Al-Zubaidy и Fayed применяли конденсат LPG и стабилизированный нефтяной конденсат, в том числе с деэмульгатором. Для варианта со стабилизированным конденсатом авторы сообщают общий выход масла 79%, остаточные асфальтены 0,106 мас.%, зола 0,108% и углеродистый остаток 0,315%. Это конкретные измеренные характеристики, полезные даже без опубликованного в реферате полного баланса. Они не означают 79% эффективности удаления каждого загрязнения. [SDA03]
Доступные реферат и введение не позволяют привязать эти итоговые числа к отдельной ступени, точно восстановить подготовку, отношение фаз, T/P и длительность контакта. Поэтому здесь сохранён общий результат работы, без приписывания его одной деасфальтизации. Авторы отмечают высокую температуру регенерации растворителя как недостаток. Конденсат LPG не следует автоматически заменять чистым пропаном. [SDA03]
Шинное пиролизное масло: осаждение и перенос ПАУ
Henarava, Leschev и Levkina получили масло из шин в лабораторном шнековом реакторе при 500 °C в потоке азота. Для деасфальтизации масло разбавляли n-гексаном, отделяли осадок мембранным фильтром 0,45 мкм и сушили его при комнатной температуре в течение ночи. Проверяли +20, +8, −18 и −70 °C; при охлаждении количество осадка возрастало, при −70 °C составило 10,1±0,3 мас.% исходного масла. [SDA04]
После деасфальтизации авторы сообщают около 0,3% ПАУ в масле и перенос свыше 99% для шести перечисленных многокольчатых ПАУ в осадок. Это частные аналитические результаты, а не доказательство безопасности или топливного соответствия продукта. Значения 60 °C и 15 мин относятся к последующему извлечению ПАУ из осадка n-гептаном для анализа, а не к первичному гексановому осаждению. Отношение гексан/масло, давление, длительность осаждения и выход очищенного масла в методике не заданы. Загрязнения сосредоточиваются в побочном твёрдом потоке. [SDA04]
Лигноцеллюлозная жидкость с нефтяным остатком
В примере 2 патента Petrobras US11505753B2 лигноцеллюлозную жидкость BIO A смешивали с вакуумным остатком. Массовое отношение пентан/совокупное сырьё составляло 5:1; экстракцию вели при 65 °C, под давлением азота 1379 кПа, с перемешиванием 200 об/мин в течение 6 ч и последующим отстаиванием 10 ч. Основа давления не названа. Конкретное происхождение и предварительная подготовка BIO A не раскрыты. [SDA05]
При 25 мас.% BIO A в питании таблица 4 даёт выход DAO 78,2%, кислород в DAO 1,5 мас.% и кислотное число 3,51 мг KOH/г. При 63 мас.% BIO A выход снижается до 52,8%, кислород возрастает до 2,0 мас.%, кислотное число до 10,77 мг KOH/г. Это влияние состава питания при указанных условиях; выход относится к смеси, а не отдельно к биомаслу. Помимо DAO образуется тяжёлая асфальтенсодержащая фаза. Патентный опыт демонстрирует получение промежуточного сырья для дальнейшей конверсии, а не выпуск готового топлива. [SDA05]
В отдельном рецензируемом исследовании Pontes и соавторов пентаном разделяли биомасло и его смесь с нефтяным вакуумным остатком. В DAO обнаруживали алифатические углеводороды и менее полярные компоненты, в тяжёлой фазе концентрировались кислородсодержащие соединения. DAO смеси испытали в лабораторном каталитическом крекинге, тяжёлую фазу — как добавку к битумному вяжущему в испытаниях старения. Это подтверждает исследование двух направлений использования продуктов; открытый реферат не содержит численных режимов, выходов и итоговой товарной спецификации. [SDA06]
Для пиролизных масел пластиков и смешанных отходов в отобранных источниках не найден сопоставимый проверенный эксперимент с полным набором данных именно деасфальтизации. Результаты шинного масла и BIO A не заменяют такое доказательство. Особенно важно не путать масло парового крекинга нефтехимического сырья с маслом пиролиза отходов.
Регенерация и тяжёлые вторичные остатки
KBR относит к возможному сырью ROSE атмосферные и вакуумные остатки, а также остатки термического или каталитического крекинга. DAO может направляться в FCC, гидрокрекинг или производство масляных основ, тяжёлый продукт — на коксование, газификацию либо в компоненты смесей. Это область применения технологии по описанию лицензиара, без гарантированного выхода для конкретного вторсырья. [SEP18]
Учебный баланс: выход, концентрация и удаление
Для учебного расчёта примем следующие условные числа. Из 1000 кг/ч сухого остатка после полного удаления растворителя получают 700 кг/ч DAO и 300 кг/ч тяжёлого продукта. При 100 мг/кг металла M в питании поступает 100 г/ч M. Если в DAO остаётся 10 мг/кг, с ним выходит 7 г/ч, а с тяжёлой фазой 93 г/ч. Её концентрация составляет 310 мг/кг.
Проверки: 1000=700+300 кг/ч и 100=7+93 г/ч металла. Выход DAO равен 70%; снижение концентрации металла в нём — 90%; доля металла, выведенная из DAO-маршрута, — 93%. Это три разных величины. При реальных потерях и дополнительных потоках баланс дополняют, а не записывают всё недостающее в тяжёлый продукт.
Пусть циркулирует 4000 кг/ч растворителя и теряется 4 кг/ч. Тогда возврат равен 3996, подпитка — 4 кг/ч. Внешний баланс: 1000+4=700+300+4 кг/ч, где последний член — учтённый выход растворителя за границу системы. Условное массовое S/R=4 здесь не является пересчётом объёмного диапазона Penn State.
Если все 4000 кг/ч один раз испарить с условной средней теплотой 300 кДж/кг, только фазовый переход потребует 1 200 000 кДж/ч, или 333,3 кВт. При росте циркуляции на 25% эта составляющая составит 416,7 кВт. Нагрев, потери, насосы и рекуперация не включены; для сверхкритического возврата такую модель испарения применять нельзя.
Аппарат, масштаб и практические ограничения
Процесс реализуют с отделением тяжёлой фазы и возвратом растворителя; аппараты контакта рассмотрены в карточке Экстрактор и смеситель-отстойник. Работоспособность определяется не только растворимостью: важны контакт фаз, их последующее разделение, унос капель, агрегация частиц, возможность выгрузить вязкий осадок и загрязнение теплообменников. Длительный лабораторный контакт сам по себе не определяет размеры промышленной колонны.
Периодическая работа разделяет во времени загрузку, контакт и выгрузку; непрерывная связывает эти операции потоками. Выбор зависит от свойств фаз, производительности и обращения с тяжёлым остатком, а не от удобства лабораторного опыта. В обоих случаях нужен герметичный оборот растворителя. Горючие пары, давление, внезапное вскипание при разгерметизации, статическое электричество и закупорка тяжёлой фазой требуют инженерной защиты. Глубокое охлаждение добавляет собственную энергетическую нагрузку. Эффект охлаждения из гексанового опыта с шинным маслом нельзя переносить на пропановую колонну.
Практический смысл метода — выбрать разделение, после которого оба потока имеют понятный дальнейший путь. Для предварительного сравнения полезнее конкретные выход и качество на близком сырье, чем один высокий процент «очистки» без базы расчёта. Приведённые исследования и операторский пример показывают такие направления, сохраняя различия между результатом анализа, промежуточной фракцией и конечным продуктом.
Связанные карточки
- Экстрактор и смеситель-отстойник — разобрать контакт и отделение фаз, включая унос и выгрузку тяжёлой ветви.
- Вакуумная перегонка — проследить предшествующее выделение масляного дистиллята и образование остатка в цепочке регенерации масла.
- Каталитический крекинг и FCC: продукты, кокс и тепловая связка — перейти к одному из обсуждаемых направлений дальнейшего превращения DAO; выход разделения не равен выходу FCC.
- Гидроочистка: считать не исчезновение примеси, а её новый поток — разобрать последующую гидрообработку масляных потоков, которой нельзя приписывать эффект одной экстракции.
Источники и материалы
Источники и материалы
- [SEP17] Semih Eser / Penn State. Deasphalting. Разделение по растворимости; учебный материал.
- [SEP18] KBR. ROSE: Residuum Oil Supercritical Extraction, 2019. The Process. Область применения и схема возврата растворителя по данным лицензиара.
- [SEP24] Semih Eser / Penn State. Simplified Flow Diagram of a Deasphalting Process. Объёмное S/R показанной пропановой схемы.
- [SDA01] LPC. Oil Re-refining. Dehydration, Fuel Stripping, Vacuum Distillation, Propane Extraction, Hydrotreating. Официальное описание оператором своей технологической цепочки.
- [SDA02] J. Rincón, P. Cañizares, M. T. García. Improvement of the Waste-Oil Vacuum-Distillation Recycling by Continuous Extraction with Dense Propane. Industrial & Engineering Chemistry Research 46, 266–272, 2007. Авторский реферат издателя.
- [SDA03] A. Hamad, E. Al-Zubaidy, M. E. Fayed. Used lubricating oil recycling using hydrocarbon solvents. Journal of Environmental Management 74, 153–159, 2005. Реферат и введение; общий результат работы.
- [SDA04] T. Henarava, S. Leschev, V. Levkina. Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons between Solid and Liquid Phases during Deasphalting of Pyrolysis Oils from Waste Tires. High Temperature Material Processes 24(4), 293–304, 2020. Разделы 2.1–2.3, 3.1, 3.4; авторская полнотекстовая копия.
- [SDA05] Petrobras, V. L. Ximenes и соавт. US11505753B2: Process of coprocessing a lignocellulosic liquid stream…, 2022. Пример 2, таблицы 3–4. Первичное патентное раскрытие, не независимая промышленная проверка.
- [SDA06] N. S. Pontes и соавт. Chemical speciation of petroleum and bio-oil coprocessing products. Fuel 288, 119654, 2021. Авторский реферат: состав фракций и направления дальнейших испытаний.
- [SDA07] Semih Eser / Penn State. Gradient Solubility Model. Растворяющая способность парафинов и различие лабораторного осаждения и промышленного разделения.
Источники проверены 16.10.2026.