Растворительную депарафинизацию я рассматриваю прежде всего как физическое разделение: жидкую или расплавленную фракцию смешивают с растворителем, охлаждают, получают кристаллы и отделяют их от оставшейся жидкости. Из обеих ветвей возвращают растворитель; продуктами становятся депарафинизированное масло и восковый сопродукт. [SEP19, SEP20]
Масляная фракция может хорошо течь в тепле и оказаться неудобной на холоде. Один из способов улучшить её низкотемпературную текучесть — заранее выделить часть восковых компонентов. [SEP19, SEP20]
Пока восковые компоненты растворены, обычный фильтр не может отделить их по названию «воск». Охлаждение уменьшает их растворимость в выбранной среде: появляется отдельная твёрдая фаза, которую уже можно задержать фильтром. В схеме Penn State охлаждение ступенчатое, а отделение выполняет барабанный фильтр. [SEP19]
Но получить кристаллы — только половина дела. Дальше меня интересует осадок, из которого удастся вывести жидкость. Между кристаллами и на их поверхности остаётся масляно-растворительная смесь. Если принять её массу за массу чистого воска, выход окажется завышенным; если потерять с ней слишком много масла, снизится извлечение масляной части. Поэтому кристаллизация, фильтрация, промывка и возврат растворителя образуют одну цепочку учёта. Механизм формирования частиц подробнее разобран в карточке Кристаллизатор, а разные знаменатели выхода — в учебном балансе ниже.
Фильтрат — ещё раствор масла в растворителе. Осадок после удаления растворителя называют гачем: в нём есть и восковые компоненты, и удержанное масло. Дополнительное обезмасливание гача повышает качество воска и возвращает часть этого масла. Влажный осадок, гач и обезмасленный воск поэтому нельзя объединять одним показателем «выход твёрдого».
Прежде чем сравнивать режимы, я уточняю, какой продукт нам нужен. Для масляного производства важны текучесть и сохранение масляной части; в переработке другого сырья интерес может представлять выделяемый воск. При каталитической депарафинизации молекулы превращаются; растворительная ступень прежде всего распределяет их между продуктами. [SEP20]
Принцип процесса и потоки
Слева показана подача фракции и растворителя, далее — охлаждение с образованием кристаллов и фильтрация. Снежинка обозначает охлаждение, ромбы — восковые кристаллы, охристые точки — масляную часть, синие — растворитель; две короткие горизонтальные линии в среднем узле условно обозначают фильтрующую перегородку. Верхняя продуктовая ветвь — жидкий фильтрат, нижняя — влажный осадок; из обеих ветвей растворитель условно возвращается к смешению по синим линиям. Правые блоки обозначают возврат растворителя, а не его единственный возможный аппаратный способ. Это функциональная схема без масштаба, численных режимов и конструкции конкретной установки.
Цифровые выноски не зависят от цвета: 1 — масляная часть; 2 — растворитель. Одинаковые номера у малых круглых значков обозначают одну категорию; ромбы по-прежнему показывают восковые кристаллы. Число значков не задаёт состав потока.
Сырьё и подготовка
Рабочий объект — конкретная жидкая или расплавленная углеводородная фракция. Для неё важны интервал кипения, вязкость, количество кристаллизующихся компонентов и предыстория охлаждения. Общая доля парафиновых углеродных атомов не равна количеству воска, которое выпадет при выбранной температуре.
У отработанного смазочного масла сначала различают воду, лёгкое топливное разбавление, нерастворимый осадок и собственно масляную фракцию. У пиролизного потока отдельно учитывают уже находящиеся в нём твёрдые частицы: они могут попасть в осадок вместе с воском. Депарафинизацию нельзя автоматически считать заменой обезвоживания, удаления загрязнений или выделения нужной фракции.
Для первого сравнения полезны происхождение партии, её низкотемпературные свойства, фактический выход жидкой и твёрдой ветвей после удаления растворителя и поведение при фильтрации. Дополнительные показатели выбирают под назначение продукта. Это помогает оценить применимость процесса без заранее навязанной большой аналитической программы.
Что определяет разделение
Температура конца охлаждения отвечает только на вопрос, до какого состояния довели смесь. Она не описывает, как появились частицы и насколько легко отделится маточник. Температуру фильтрации также нельзя принимать за температуру застывания готового масла: фильтруют смесь с растворителем, а свойство продукта определяют после его удаления.
При разборе процесса я связываю несколько факторов:
- Состав растворителя и степень разбавления определяют растворимость компонентов и вязкость маточного раствора. Большее разбавление одновременно увеличивает объём, который предстоит охлаждать и регенерировать.
- Скорость охлаждения, локальное переохлаждение у стенки и перемешивание определяют историю образования частиц. Полезно проверять не только выпадение воска, но и последующую фильтрацию; кристаллизатор связывает эти две задачи.
- Промывка возвращает часть удержанного масла, но добавляет растворитель и нагрузку регенерации. Выход и качество воска оценивают после оговорённой промывки.
- Давление в кристаллизаторе, разрежение фильтра и давление холодильного контура — разные величины. Указывать только «вакуум» недостаточно для воспроизведения; пропановую схему нельзя описывать давлением кетонного лабораторного опыта.
Поэтому я сравниваю сначала одинаково определённые сырьё и продукт, а затем растворитель, охлаждение, фильтрацию и потери. Одинаковые −20 °C у разных масел сами по себе не означают одинакового результата. Примеры ниже показывают, какие дополнительные условия требуются для содержательного сравнения.
Масляный дистиллят: подробный режим с разными базами выхода
В опыте Texaco использовали очищенную растворителем основу SAE-5 из Arabian Light с температурой застывания +29 °C. На объём масла подавали 3,5 объёма растворителя MEK:толуол 70:30 об. и нагревали до 30 °C для растворения воска. Затем поток последовательно охлаждали от 30 до 0, −10 и −25 °C со скоростью 1 °C/мин. Между ступенями он проходил через два статических смесителя, по одной минуте в каждом. [SDW04]
Для вакуумного фильтра указано 400 мм рт. ст. без явного обозначения абсолютной или манометрической базы. Промывка — 2,65 объёма растворителя на объём исходного масла; далее растворитель удаляли перегонкой.
Получено 75,9% об. депарафинизированного масла с температурой застывания −20 °C. Гач — 18,4% масс. сырья; удержанное им масло — 1,5% масс. сырья, а не 1,5% гача. Скорость фильтрования — 174 кг масла/(м²·ч). Эти массовые и объёмные выходы нельзя складывать. Патентный опыт показывает достижимый результат для названной основы; режим не перенесён на отработанное масло.
Практические случаи
Масло пиролиза пластиков: выделяют очищенный воск
В лабораторном примере Shell 120 г масла пиролиза пластиков растворяли в 180 г метилэтилкетона (MEK) при комнатной температуре. Смесь перемешивали, охлаждали до −20 °C со скоростью 1 °C/мин и выдерживали 20 мин. Кристаллы отделяли при небольшом разрежении, численно не указанном, и однократно промывали 60 г MEK. Разбавление составляло 1,5 кг/кг масла, промывка ещё 0,5 кг/кг. [SDW01]
Получено 10,5 г воска: 10,5/120×100=8,75%, в патенте округлено до 8,8% масс. Именно для этого воска, а не жидкого депарафинизата, приведены S 288→12, N 319→12 и Cl 810→10 мг/кг относительно исходного масла. Для кислорода значение <0,1% выведено из суммы C+H; прямой предел обнаружения метода составлял 0,3% масс.
Эти измерения подтверждают выделение малосернистой и малохлорной восковой фракции данной партии. Масса и качество оставшегося жидкого продукта не приведены; выход воска нельзя превращать в выход очищенного масла. Пример не подтверждает готовность воска или фильтрата как товарного топлива.
Slop wax: вернуть масляную основу из вторичного потока
Zaky и Tawfik исследовали slop wax, побочный маслянистый поток обезмасливания смеси лёгкого, среднего и тяжёлого гачей El-Ameria Refining Company. Уже полученный slop wax затем подвергали растворительной депарафинизации и сравнивали её с последовательностями, включающими экстракцию. Это два разных этапа переработки. [SDW02]
В заключении выбраны −20 °C, смесь MEK:толуол:бензол 40:30:30 и разбавление 3:1. В доступных разделах базы этих двух отношений, давление, скорость охлаждения и выдержка не раскрыты. Указанное в аннотации массовое отношение NMP 3:1 относится к отдельной экстракции, переносить его сюда нельзя.
При одной депарафинизации авторы получили масляную основу с температурой застывания −6 °C и отношением изо- и циклопарафинов к н-парафинам 5,11. Сообщён наибольший выход среди исследованных последовательностей, но его число в доступном тексте отсутствует. Сходство основных свойств с текстильным маслом не означает полную квалификацию готового смазочного продукта. Бензольная смесь здесь описывает исторический опыт, а не выбор для новой установки.
TDAE: более глубокое охлаждение не всегда улучшает результат
Ptak и соавторы изучали пластификатор TDAE из переработанных тяжёлых экстрактов НПЗ. Это нефтяной технологический поток, не масло пиролиза шин. Загрузка каждого лабораторного опыта — 300 г; применяли постепенное охлаждение с добавлением порций растворителя, вакуумный нутч-фильтр, холодную промывку и отгонку растворителя с азотом. [SDW03]
Для TDAE I исходная температура застывания составляла +33 °C. В опытах PR01/PR02 состав MEK:толуол одинаков: 40:60 по массе; общее отношение растворитель/сырьё — 11:1, но массовая либо объёмная база этого отношения в таблице не обозначена. При −28/−20 °C соответственно получили 88/91% масс. депарафинизата, 9/7% гача и 3/2% потерь. Температура застывания обоих жидких продуктов — −15 °C; фильтрация заняла 35/18 с.
В этой паре дополнительное охлаждение на 8 °C не улучшило температуру застывания, сопровождалось меньшим выходом и более долгой фильтрацией. Общая методика указывает модификатор VISCOPLEX 9-350 — 1000 мг/кг; база дозирования и применение именно в PR01/PR02 не уточнены. Численное разрежение, скорость охлаждения и выдержка не сообщены. Секунды относятся к лабораторной фильтрации, а не полному циклу или промышленной производительности.
Промышленная связка: сохранить растворительную ступень
ExxonMobil описывает введённую в 1999 году установку RHC в Baytown как пример модернизации существующего масляного комплекса. В варианте RHC рафинаты экстракции проходят гидроконверсию, после которой продукты депарафинизируют растворителем в существующем аппарате; сохраняется восковой сопродукт. [SDW05]
Это полезное подтверждение промышленной совместимости двух разных ступеней. Изменение молекул и показателей базового масла относится также к предшествующей гидроконверсии, его нельзя приписывать одной кристаллизации. Операторская страница не раскрывает температуру, давление, разбавление, время, выход или свойства отдельного депарафинизата. Сведения о Baytown не представлены как промышленная переработка отходов.
Учебный материальный баланс
Чтобы не смешивать выход продукта с извлечением масла, я разберу условный баланс. В 1000 кг/ч сырья условно находятся 850 кг/ч масляной части и 150 кг/ч кристаллизуемой восковой части. Отделяется 120 кг/ч воска, увлекающего 30 кг/ч масла. После удаления растворителя гач составляет 150 кг/ч; масла в нём 30/150×100=20% масс.
В жидком продукте остаются 820 кг/ч масляной части и 30 кг/ч восковой: всего 850 кг/ч. Балансы: 1000=150+850; масло 850=30+820; восковая часть 150=120+30 кг/ч.
Выход жидкого продукта — 85% масс. сырья. Извлечение исходной масляной части — 820/850×100=96,47%. Это разные показатели. Остаточная доля восковой части 30/850×100=3,53% сама по себе не определяет температуру застывания.
Пусть суммарная циркуляция растворителя, включая промывку, составляет 2000 кг/ч. При потере 2 кг/ч возвращается 1998 кг/ч, требуется подпитка 2 кг/ч. Внешний баланс: 1000+2=850+150+2 кг/ч. Возвратный растворитель не является новым товарным продуктом.
Учебная оценка холода и электричества
Для отдельной учебной оценки холода я приму условный охлаждаемый поток 3000 кг/ч. Это самостоятельное укрупнённое допущение, а не распределение растворителя предыдущего баланса между смешением и промывкой. Приму cp=2,3 кДж/(кг·К), температуры +40 и −10 °C, теплоту кристаллизации 200 кДж/кг выделившегося воска. Это условные входы расчёта, не измеренные свойства сырья из приведённых исследований.
Охлаждение без фазового перехода: 3000×2,3×50=345 000 кДж/ч=95,83 кВт. Кристаллизация 120 кг/ч воска отдаёт 24 000 кДж/ч=6,67 кВт. Холодильная нагрузка составляет 102,5 кВт.
При условном холодильном коэффициенте COP=2,5 компрессор потребляет 102,5/2,5=41,0 кВт. На горячей стороне отводится 102,5+41,0=143,5 кВт. COP — отношение холодопроизводительности к электрической мощности, а не КПД в процентах.
Теплопритоки, насосы, дополнительное охлаждение промывки и регенерация растворителя здесь не включены. Рекуперация уменьшает потребность во внешнем холоде, однако не отменяет горячую часть растворительного контура.
Аппаратура, малый масштаб и побочные потоки
Основные аппараты рассмотрены в карточках Кристаллизатор и Фильтр для технологического потока; схема включает также узлы регенерации растворителя. Площадь фильтра связана с фильтруемостью конкретного осадка, его толщиной и промывкой. При увеличении масштаба меняются распределение температуры, сдвиг и время пребывания; одинаковая конечная температура не гарантирует одинаковых кристаллов.
В периодической схеме охлаждение, фильтрация и выгрузка занимают отдельные части цикла. Поэтому сравнивают не только подачу на фильтр, но и полное время партии, объём ручных операций, удержание масла и потери растворителя. Небольшая подача сырья не делает холодильный и растворительный контуры необязательными.
Кроме масла и гача, учитывают загрязнения от подготовки сырья, остатки регенерации, водосодержащие потоки при попадании воды, продувки и потери паров. Горючие растворители, подсос воздуха под вакуумом, холодные поверхности и давление хладагента требуют соответствующих материалов, герметизации и защиты. Лабораторный приём с открытым испарением или воздухом не служит образцом промышленной безопасности.
Границы применения к отходам
Из приведённых случаев я отделяю два разных результата: пример пластиков подтверждает выделение восковой фракции; пример slop wax — получение масляной основы из вторичного потока НПЗ. В использованных здесь источниках я не нашёл сопоставимого количественного режима растворительной депарафинизации именно отработанного смазочного масла, масла пиролиза шин или биомассы. Это ограничение данного обзора, а не доказательство отсутствия таких технологий.
Для новой партии остаются неизвестными равновесие масло–воск–растворитель, необходимая холодопроизводительность, реальные потери растворителя и назначение обеих продуктовых ветвей. Подтверждённое снижение температуры застывания, серы или хлора остаётся полезным частным результатом. Оно не заменяет требования покупателя к масляной основе, воску или топливному компоненту; готовое топливо требует соответствия всей применимой спецификации.
Связанные карточки
- Кристаллизатор — связать программу охлаждения с образованием и ростом кристаллов.
- Фильтр для технологического потока — проследить отделение и промывку осадка, удержание масла и ограничение производительности.
- Каталитическая депарафинизация: разрушить парафин или перестроить его — сравнить физическое выделение воска с его химическим превращением и разными продуктовыми целями.
Источники и материалы
Источники и материалы
- [SEP19] Semih Eser / Penn State. FSC 432: Solvent Dewaxing. Схема, фильтрование и возврат растворителя; проверено 16.10.2026.
- [SEP20] ExxonMobil. Production Frequently Asked Questions: Basestocks. Назначение растворительной депарафинизации; проверено 16.10.2026.
- [SDW01] Willem Derks / Shell USA. US12559686B2, Recovery of aliphatic hydrocarbons, 2026. Examples, Table 1. Лабораторный патентный пример.
- [SDW02] M. T. Zaky, S. M. Tawfik. Production of lubricating base oil from slop wax by different subsequent refining techniques. Fuel Processing Technology 92 (2011), 447–451. Доступные аннотация, Materials и Conclusions; полный текст не получен.
- [SDW03] S. Ptak et al. Modified TDAE petroleum plasticiser. Open Chemistry 19 (2021), 916–928. §2.2–2.3, таблицы 3–4; первичный текст через индекс издателя.
- [SDW04] H. J. Pitman et al. / Texaco. US4115244A, Solvent dewaxing process, 1978. Example, Tables I–II. Патентный опыт.
- [SDW05] ExxonMobil. Specialty hydroprocessing (RHT/RHC). Раздел RHC, Baytown; проверено 16.10.2026. Операторское описание без открытого режима.
Режимы относятся к указанным партиям и методикам; числа учебных балансов заданы условно.