НЕФТЕХИМИЯ, 2021, том 61, № 2, с. 266-275

УДК: 665.637.73+661.185.22+66.061

РАФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ

МАСЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОКСИЛИРОВАННОГО АНИОННОГО

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА В КАЧЕСТВЕ ДОБАВКИ

ДЛЯ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ

¹Univ Ouargla, Fac. des Sciences Appliquées, Lab. Génie des Procédés, BP 511 Ouargla, Algérie

²Univ Ouargla, Fac. des Sciences Appliquées, Dept. de Génie des Procédés, Lab. Dynamique,

Interactions et Réactivité des Systèmes, BP 511 Ouargla, Algérie

*Е-mail: hidaya_iza@yahoo.fr

Поступила в редакцию 11 мая 2020 г.

После доработки 11 сентября 2020 г.

Принята к публикации 12 декабря 2020 г.

Исследовано получение легкого смазочного масла посредством фурфурольной экстракции с использо-

ванием поверхностно-активного вещества (ПАВ) в качестве добавки с последующей депарафинизацией

мочевиной. Содержащиеся в смазочном масле ароматические углеводороды экстрагировали при раз-

личных температурах от 60 до 70°C, используя ПАВ с разными концентрациями (от 0.01 до 0.1 мас. %).

Детально изучены рабочие условия образования аддукта мочевины с н-парафинами. В качестве актива-

тора и растворителя при депарафинизации были использованы ацетон и бензин. Чтобы показать влияние

рабочих условий, были определены температура застывания, индекс вязкости и выход масла, производи-

мого на разных стадиях. Для экстракции, проводимой при температуре 70°C, качество очищенного про-

дукта (рафината) было получено с увеличением выхода на 13.41 мас. % за счет использования сульфата

натрия лаурилового эфира SLES в концентрации 0.1 мас. %. Согласно результатам экспериментальных

исследований, полученным при депарафинизации, с увеличением количества мочевины выход продуктов

депарафинизации уменьшается, а выход нормальных парафинов увеличивается. Депарафинизация мо-

чевины оказывает большее влияние на температуру застывания фракций с низкой вязкостью, поскольку

образование аддукта является для н-парафинов селективным.

Ключевые слова: депарафинизация мочевины, легкое смазочное масло, н-парафины, этоксилированное

анионное ПАВ, экстракция

DOI: 10.31857/S0028242121020143

При производстве обычных смазочных масел

Список обозначений

в основном используется следующая технология

средняя молекулярная масса

разделения: рафинирование растворителем для

плотность (20°C)

корректировки индекса вязкости VI и улучшения

индекс вязкости

реакции базового масла на окисление; депарафи-

низация растворителем так, чтобы базовый компо-

показатель преломления

нент оставался жидким при зимних температурах;

SPD

веретенное (легкое смазочное) масло

«окончательная обработка» для достижения реаль-

ного улучшения качества [1]. При обработке сма-

SLES

cульфат натрия лаурилового эфира

зочного масла используется процесс экстракции

фаза рафината

растворителем для удаления нежелательных ком-

понентов, таких как ароматические углеводороды

фаза экстракта

и другие материалы с низким индексом вязкости.

266

АФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

267

В настоящее время в процессах экстракции ис-

простая контактная экстракция с использованием

пользуются следующие основные растворители:

масляного дистиллята и раствора растворителя с

N-метил-2-пирролидон и фурфурол, реже - фенол

различными концентрациями ПАВ. Для повыше-

и жидкий диоксид серы [1, 2]. Фурфурол — один

ния процента выхода рафината в наших исследо-

из наиболее широко используемых растворите-

ваниях предлагалось использовать в качестве до-

лей, поскольку его селективность по отношению

бавки этоксилированное анионное ПАВ - сульфат

к ароматическим соединениям достаточно высока

лаурилового эфира натрия (SLES), который добав-

и медленно снижается при повышении темпера-

ляли в различных концентрациях к фурфуролу для

туры [3, 4]. Использование второго растворите-

повышения процента выхода рафината [9, 10].

ля в жидкостной экстракции - обычная практика

Депарафинизация - важный метод удаления

при разделении процессов. Он может увеличить

парафина из сырья в температурном диапазоне

выход экстракции за счет образования комплекса

желаемой точки застывания [11-13]. Для этого су-

рафинат-растворитель; при этом смесь достигает

ществуют три типа процессов. Первый процесс -

равновесного состояния за более короткое время.

депарафинизация растворителем, при которой мас-

Кроме того, при использовании второго раствори-

ляная часть разбавляется органическими раствори-

теля может повышаться чистота экстракта. По этой

телями. Второй процесс - каталитическая депара-

причине второй растворитель должен иметь более

финизация, представляющая собой селективный

высокую растворимость в одном из экстрактов или

гидрокрекинг для расщепления молекул пара-

в фазах рафината [5].

фина на легкие углеводороды. Третий процесс -

В более ранних работах Lukic J., Li P. и

депарафинизация мочевиной (карбамидная де-

Audeh C.A. [6-8] проводились исследования по

парафинизация). Авторы [14-17] случайно обна-

использованию ПАВ в качестве добавки в жид-

ружили, что мочевина и органические молекулы

костной экстракции при производстве смазочно-

с прямой цепью, такие как н-парафины, а также

го масла. Так, например, в работе [8] был открыт

соединения со слегка разветвленной цепью, при

улучшенный процесс фурфурольной экстракции

комнатной температуре образуют нерастворимые

для основы смазочного масла. Данный процесс экс-

молекулярные комплексы - аддукты. Эти комплек-

тракции содержит материал ароматического типа,

сы впоследствии могут быть подвержены термиче-

когда к фурфуролу добавляются деэмульгаторы для

скому разложению для регенерации н-парафина и

облегчения разделения фаз и селективности. Это

мочевины.

измеряется показателем преломления рафината.

В предыдущих исследованиях изучалось извле-

Авторы предложили широкий выбор ПАВ. Наибо-

чение н-парафина из нефтяного сырья с помощью

лее часто используемые ПАВ имеют следующую

неподвижного слоя мочевины. Так, Matishev V.A. с

формулу: R-CONH-CH₂CH₂SONa. Результаты ис-

соавт. [18] изучали динамику извлечения н-нонана

следования с использованием додецилбензоата на-

из раствора мезитилена с использованием кристал-

трия показывают, что проведение экстракции при

лической мочевины в неподвижном слое, исследуя

температуре 338.70 K и добавление к фурфуролу

влияние отношения высоты слоя к его диаметру и

ПАВ в концентрации 0.04 мас. % обеспечивает

скорости потока исходного материала в расчете на

более эффективное действие фурфурола, чем при

концентрацию н-нонана в выходящем из слоя по-

использовании одного фурфурола. Это привело к

токе при прорыве. Makin Е.С. и др. [19] исследо-

увеличению выхода рафината более чем на 4% по

вали эффективность кристаллической мочевины

объему при том же показателе преломления рафи-

в неподвижном слое для выделения н-парафинов

ната. Следовательно, выход рафината увеличивает-

C₁₀-C₂₀ из керосиновых нефтяных фракций. Has-

ся при сохранении того же его качества.

san N.M. [20] также показал, что твердую кри-

Чтобы оценить качество экстракции с учетом

сталлическую мочевину можно использовать для

влияния различных параметров (количество рас-

адсорбционного разделения н-парафинов, хотя его

творителя, температура, концентрация ПАВ), опре-

данные о равновесии для обоснования механизма

делить выход смазочных масел и узнать характери-

адсорбции очень ограничены. Приведены данные

стики последних, в лаборатории была проведена

по равновесию для адсорбции н-парафинов с ма-

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

268

IZZA, KORICHI

Таблица 1. Физические свойства поставляемого фурфурола и веретенного масла

Характеристики

Фурфурол

Веретенное масло

Плотность (20°C), г/мл

1.1598

0.8696

Вязкость, сСт

25°C

1.49

37.8°C

10.5

98.9°C

2.36

Средняя молекулярная масса, г/моль

96.1

259.1

Температура застывания, °C

Показатель преломления

1.5261

1.4913

Температура вспышки, °C

61.7

172

Содержание серы, мас. %

0.210

Цвет

< 1.5^a

УФ-спектрофотометрич. анализ, %

моноароматические соединения

–

14.59

диароматические соединения

5.15

полиароматические соединения

3.47

Всего ароматических соединений

23.21

Насыщенные углеводороды

76.79

^a Определение цвета продуктов проводилось с помощью сравнительного колориметра. Образец жидкости сравнивают по про-

зрачности со стандартами цветного стекла. Шкала варьируется от 0.5 до 8 с шагом 0.5 от самого светлого до самого темного.

лой и средней длиной цепи из раствора изооктана

Алжир). Исходное сырье для установки вакуумной

на кристаллической мочевине. Перед образовани-

перегонки - атмосферный остаток, полученный из

ем аддукта масло, застывающее при низких темпе-

легкой сырой нефти с месторождения Хасси Месса-

ратурах, обычно разбавляют подходящим раство-

уд (Hassi Messaoud). Их физические свойства пере-

рителем, чтобы снизить его вязкость. Кроме того,

числены в табл. 1. Мочевина и ацетон были приобре-

для образования аддукта используют смачиваю-

тены у компании Fluka. Сульфат лаурилового эфира

щие вещества (активаторы) для исключения вли-

натрия (SLES, C₁₂H₂₅-OCH₂CH₂OCH₂CH₂OSONa)

яния примесей, мешающих образованию аддукта.

с 70%-ным содержанием активного вещества был

Некоторые растворители используют одновремен-

предоставлен компанией Galaxy Surfactants Ltd.

но как разбавители и как активаторы. Мочевина,

под торговой маркой Galaxy LES 70. Растворы ПАВ

реагирующая с н-парафинами, добавляется либо

готовили на растворителе, в качестве которого был

в твердом виде, либо в виде раствора. Подходящи-

использован фурфурол. Бензин, используемый в

ми растворителями для мочевины являются вода и

качестве растворителя для депарафинизации, был

спирты, содержащие небольшое количество атомов

предоставлен нефтеперерабатывающим заводом

углерода, такие как метанол и изопропанол. В на-

Хасси Мессауд.

шем исследовании была изучена депарафинизация

Получение базового смазочного масла. Для

различных рафинатов, полученных экстракцией,

очистки масляной фракции, содержащей нефиль-

с использованием адсорбции длинноцепочечного

трующийся парафин, использовалась следующая

н-парафина на кристаллической мочевине [21].

последовательность методов очистки: экстракция

Цель работы - изучение последствий добавле-

растворителем; последующая депарафинизация

ния этоксилированного анионного ПАВ (SLES) во

растворителем.

фракцию легкого смазочного (веретенного) масла в

Реализация методов. В настоящей работе была

процессе экстракции растворителем.

использована лабораторная экстракционная уста-

новка для депарафинизации исходного сырья -

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

фурфурол-рафинированного смазочного мас-

Материалы. Веретенное масло (SPD) и фур-

ла - путем образования аддукта н-парафиновых

фурол были предоставлены НПЗ г. Арзев (Arzew, компонентов с мочевиной. Результаты экспери-

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

АФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

269

Таблица 2. Условия, используемые в процедуре экстракции

SPD

Фурфурол

SLES

T, °C

100

0.01

100

0.05

100

0.1

100

0.0

100

0.01

100

0.05

100

0.1

ментального исследования были получены при ис-

новых углеводородов, извлеченных комплексом.

пользовании цилиндрического стеклянного реакто-

Количество растворителя для промывки составля-

ра объемом 0.5 л, оснащенного мешалкой.

ло от 100 до 150 мас. % по отношению к фракции,

подлежащей депарафинизации. Комплекс, полу-

Метод экстракции растворителем. Сырье и

ченный на фильтре, или аддукт, спрессовывали

растворитель находились в хорошем контакте бла-

между фильтрующими слоями для удаления жид-

годаря непрерывному перемешиванию в течение

ких продуктов, после чего комплекс взвешивали.

1 ч при частоте вращения мешалки 450 об./мин.

Фильтрат (растворитель + депарафинированное

После операции перемешивания фазы отстаива-

масло) смешивали с равным объемом воды для

ли еще в течение часа. Две фазы были взвешены,

удаления мочевины и спирта из фильтрата. Смесь

чтобы обеспечить сходимость баланса материалов.

разделяли в делительной воронке на два слоя: верх-

Растворитель удаляли из фаз экстракта и рафина-

ний (продукт депарафинизации с растворителем) и

та, промывая их шесть раз горячей дистиллирован-

внутренний (растворитель аддукта в смеси бензин-

ной водой. Затем они были подвергнуты сушке над

вода). Депарафинированное масло обезвоживалось

безводным хлоридом кальция. Фазы очищенного

за счет снижения содержания кальция. Извлечение

рафината и экстракта взвешивали и определяли

растворителя проводили в роторном испарителе

выход рафината. В табл. 2 приведены стандартные

(растворитель + депарафинированная фракция),

экспериментальные условия экстракции.

после чего взвешивали количество депарафини-

Метод депарафинизации мочевиной. Темпера-

рованной фракции. Комплекс разлагали при тем-

туру термостата ванны поддерживали на уровне

пературе от 70 до 80°C водой, предварительно на-

50°C. В реактор были загружены: фракция депара-

гретой до 90°C; количество использованной воды

финизации, активатор, растворитель и мочевина.

составляло 150 мас. %. Горячий парафин отделяли

Для увеличения скорости комплексообразования и

от воды с помощью делительной воронки. Затем

выхода парафинов при депарафинизации использо-

парафин взвешивали.

вали ацетон в качестве активатора (добавляли в ре-

актор). Бензин (фракция с температурой 60-110°С)

использовали в качестве растворителя с целью сни-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

жения вязкости получаемой смеси. Затем подсоеди-

Влияние добавки на жидкостную экстрак-

няли мешалку реактора и устанавливали скорость

цию. Характеристика физических свойств полу-

вращения 5000 об./мин. Процесс депарафинизации

ченных продуктов и исходных материалов была

проходил при температуре 50°C в течение 45 мин.

дана в соответствии со стандартными методами

Затем останавливали мешалку и выгружали обра-

Американского общества испытаний и материалов

зовавшуюся смесь в фильтрующую воронку.

(ASTM) [22]. Экспериментальные данные по физи-

Фильтрование смеси (комплекс - депарафини-

ко-химическим свойствам рафинатов и экстрактов

зированный продукт - растворитель - активатор)

представлены в табл. 3 при различных концентра-

циях SLES и различных температурах.

осуществляли с помощью вакуумного фильтра:

комплекс промывали на фильтре с использованием

Как показано в табл. 3, добавление SLES в не-

холодного растворителя для удаления непарафи-

больших количествах влияет на выход рафината

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

270

IZZA, KORICHI

Таблица 3. Физико-химические свойства рафинатов и экстрактов

SPD

100

1.4913

0.8696

10.49

2.36

259

120

<1.5

0.210

67.71

1.4810

0.8584

10.17

2.46

276

146

<0.5

0.104

32.29

1.5475

0.9563

18.13

2.66

315

<6.5

0.561

73.81

1.4810

0.8586

10.12

2.50

277

151

<0.5

0.129

26.19

1.5280

0.9339

12.70

2.27

278

3.5

0.424

72.00

1.4810

0.8583

10.13

2.36

275

128

0.5

0.105

1.5220

0.9248

12.47

2.26

275

2.5

0.300

67.71

1.4809

0.8582

10.22

2.49

273

129

<0.5

0.124

32.28

1.5235

0.9301

12.42

2.34

291

0.317

63.54

1.4809

0.8590

10.13

2.52

258

149

0.5

0.093

36.46

1.5465

0.9613

14.99

2.30

305

0.426

71.42

1.4810

0.8574

10.19

2.53

270

151

<0.5

0.109

28.57

1.5191

0.9218

12.23

2.27

272

2.5

0.318

70.00

1.4808

0.8591

10.17

2.46

271

132

0.109

1.5192

0.9225

12.81

2.32

290

2.5

0.300

76.94

1.4810

0.8610

10.22

2.49

273

165

<0.5

0.136

23.05

1.5175

0.9177

12.36

2.27

278

2.5

0.367

при различных условиях экстракции. При 60°C и

чине в фазе экстракта может быть получен более

без ПАВ выход рафината составил 67.71 мас. % от

высокий процент парафиновых и нафтеновых угле-

дистиллята. В присутствии ПАВ выход увеличился

водородов.

до 73.81 мас. %. Изменение концентрации добав-

Влияние добавления SLES на характеристи-

ленного ПАВ с 0.01 до 0.1 мас. % не приводит к

ки рафината и экстракта. Относительную мо-

дальнейшему увеличению выхода рафината: при

лекулярную массу оценивали по кинематической

концентрации SLES 0.01% выход рафината увели-

вязкости при 40 и 100°C. Использовался метод,

чился на 6 мас. %; увеличение концентрации SLES

описанный в ASTM D 2502 [22]. Затем из таблицы,

до 0.1 мас. % в фурфуроле к дальнейшему улучше-

приведенной в ASTM D 2502, получали функцию

нию выхода рафината не привело. Данные также по-

H вязкости при 40°C. Полученное значение H и

казывают дополнительное влияние SLES на выход

вязкость при 100°C использовали для оценки мо-

и селективность в рафинатной фазе: при более вы-

лекулярной массы по графику корреляции ASTM D

соких температурах растворимость парафиновых

2502.

и нафтеновых углеводородов в растворителе уве-

В табл. 3 также показаны значения молекуляр-

личивается. Данные показывают уменьшение из-

ной массы фаз экстракта и рафината при различ-

бирательности при повышении температуры. При

ных температурах и концентрациях SLES. Было

добавлении SLES к растворителю селективность

обнаружено, что использование оптимального

растворителя по отношению к ароматическим сое-

значения SLES и температуры приводит к макси-

динениям увеличивалась. Добавление SLES может

мальным молекулярным массам рафинатной фазы.

увеличить содержание ароматических веществ в

В фазе экстракта молекулярная масса была выше

фазе экстракта. При более высоких температурах

по сравнению с фазой рафината. Можно заметить,

селективность фурфурола снижается; по этой при-

что показатель преломления экстрактов выше, чем

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

АФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

271

Таблица 4. Полученный выход парафина как функция отношения масс мочевины и веретенного масла (SPD)

Условия: 70 г сырья и соотношение активатор/растворитель - 80/10

Характеристики

SPD1

SPD2

SPD3

SPD4

Мочевина, г

Выход депарафинированного масла, %

92.43

87.14

85.71

84.28

Выход парафина, %

4.57

7.14

11.43

11.29

Соотношение аддукт/парафин

4.13

4.1

3.41

4.87

Плотность, г/мл

0.8679

0.8805

0.8692

0.8752

Температура застывания, °C

Таблица 5. Выход парафина в зависимости от отношения масс мочевины и рафината

Условия: 70 г сырья и соотношение активатор/растворитель - 25/10

Характеристики

Мочевина, г

3,5

4,5

Выход депарафинированного масла, %

86.57

88.57

87.86

87.14

Выход парафина, %

6.51

3.86

6.14

7.43

Соотношение аддукт/парафин

2.08

1.8

2.05

2.92

Плотность, г/мл

0.8659

0.8652

0.8656

0.8661

Температура застывания, °C

Индекс вязкости

104

Цвет

у рафинатов, так как чем ниже показатель прелом-

наты с меньшим содержанием ароматических сое-

ления, тем выше качество. Индекс вязкости — важ-

динений имеют самые высокие анилиновые точки,

ное свойство смазочных масел. Он характеризует

потому что общая смешиваемость масла с анили-

их работу при высоких температурах. Все рафина-

ном существенно зависит от структурной природы

ты имеют очень высокий индекс вязкости по срав-

масла. Масла с высоким содержанием ароматиче-

нению с экстрактами и необработанным маслом.

ских углеводородов имеют очень низкую анили-

Рафинаты имеют высокий индекс вязкости, дости-

новую точку. Процесс экстракции фурфуролом не

гающий 170. Масла с высоким содержанием аро-

только удаляет ароматические углеводороды, но

матических веществ, такие как экстракты, имеют

также извлекает определенное количество гетеро-

низкий индекс вязкости, с нижним пределом 10.

атомных соединений, содержащихся в масле; сера

Можно сделать вывод, что добавление ПАВ поло-

связывается с некоторыми ароматическими соеди-

жительно влияет на качество рафината. Результат

нениями, поэтому запах и цвет масла улучшаются.

был лучше, когда концентрация ПАВ в фурфуроле

Максимальное количество серы, удаленной из ра-

составляла 0.1 мас. %. При этом индекс вязкости

финатов, составило 38.64 мас. %.

составлял 165, тогда как индекс вязкости масла был

Депарафинизация полученных рафинатов.

равен 120. Увеличение индекса вязкости рафината

Полученные различные рафинаты депарафинизи-

по сравнению с маслом указывает на хорошее раз-

ровали с помощью мочевины, чтобы можно было

деление ароматических углеводородов. Получен-

оценить требуемые характеристики масел, обрабо-

ный без добавления ПАВ рафинат имеет индекс

танных растворителем, которые являются наиболее

вязкости 149. При температуре экстракции 60°C

важными - температуру застывания и индекс вяз-

и низкой концентрации ПАВ наблюдалось увели-

кости. Депарафинизация используемого в качестве

чение индекса вязкости рафината. Результат был

сырья веретенного масла, характеристики которого

лучше, если концентрация ПАВ в фурфуроле со-

были определены, осуществлялась без обработки

ставляла 0. 01 мас. %, при этом индекс вязкости со-

растворителем. В табл. 4-7 показано влияние де-

ставлял 151. Рафинат, полученный без добавления

парафинизации на выход парафина и отношение

активного ПАВ, имел индекс вязкости 146. Рафи-

массы комплекса к массе полученного парафина.

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

272

IZZA, KORICHI

Таблица 7. Выход парафина в зависимости от отношения масс мочевины и рафината

Условия: 70 г сырья и соотношение активатор/растворитель - 80/10.

Характеристики

Мочевина, г

Выход депарафинированного масла, %

74.29

73.57

63.57

82.86

Выход парафина, %

17.14

18.29

28.14

13.57

Соотношение аддукт/парафин

2.25

2.54

2.56

4.15

Плотность, г/мл

0.8649

0.8682

0.8628

0.8662

Температура застывания, °C

-2

-7

-5

-9

Индекс вязкости

Цвет

<1.5

Таблица 6. Выход парафина в зависимости от отношения масс мочевины и рафината

Условия: 70 г сырья и соотношение активатор/растворитель - 80/50

Характеристики

Мочевина, г

Выход депарафинированного масла, %

90.9

82.75

72.5

Выход парафина, %

3.5

19.25

Соотношение аддукт/парафин

2.66

2.54

4.18

Плотность, г/мл

0.8642

0.8676

0.8662

0.8692

Температура застывания, °C

-3

Индекс вязкости

109

Цвет

Образование комплекса мочевины - как физиче-

тических углеводородов и, как следствие, привело

ский, так и химический процесс. Он подчиняется

к значительному снижению температуры застыва-

законам адсорбции и химических реакций. Реак-

ния. Удаление парафинов в количестве 11.43 мас. %

ция комплексообразования представляет собой эк-

позволило получить температуру застывания -9°C.

зотермическую реакцию, в которой наблюдалось

Парафины характеризуются очень высоким ин-

повышение температуры на 5°C при условии, что

дексом вязкости, до 180. Вязкость является очень

температура поддерживалась на уровне 50°C, что

важным фактором при производстве смазочных

также зависит от активности реакции. В зависи-

масел, от которого зависит правильное функци-

мости от полученных экспериментальных данных

онирование оборудования. Из табл. 4 видно, что

для каждого типа сырья необходимо брать опти-

индекс вязкости SPD уменьшается по мере уда-

мальное количество мочевины. По мере увеличе-

ления парафинов; при температуре застывания

ния количества мочевины выход продуктов депара-

-9°C индекс вязкости SPD4 составил 62 с выходом

финизации уменьшается, и, следовательно, выход

84.28 мас. %.

линейных парафинов снова увеличивается. Приме-

Растворители не влияют на результаты депара-

чательно, что после депарафинизации температура

финизации, однако большое количество раствори-

застывания депарафинированных масел варьирует-

теля снижает скорость образования комплексов.

ся в зависимости от типа обрабатываемого масла.

Увеличение выхода парафина наблюдалось с уве-

Депарафинизация веретенного масла мочевиной

личением количества мочевины для всех исполь-

привела к очень низкому выходу парафина, но так-

зованных рафинатов. Максимальный полученный

же и к более низкой температуре застывания. Аро-

выход парафина составил 7.4 мас. % при количе-

матические углеводороды известны своей более

стве мочевины 14.29 мас. %, что соответствует

низкой температурой замерзания по сравнению с

примерно трем частям по массе комплекса по отно-

парафинами. Уменьшение количества парафинов в

шению к массе парафина. Чем больше количество

веретенном масле увеличило концентрацию арома-

мочевины, тем больше требуется активатора. Дан-

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

АФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

273

-3°C индекс вязкости R2 составляет 77 при выходе

72.5 мас. %.

Эксперименты проводились с повышенными

количествами ацетона, который, как было заме-

чено, способствует депарафинизации рафинатов.

Максимальное количество полученного парафина

составило 28.14 мас. % при количестве мочевины

35.71 мас. % и соотношении массы комплекса к

массе парафина 2.56. Уменьшение количества па-

рафина на 13.57 мас. % наблюдалось у рафината

R7 при количестве мочевины 42.86 мас. %. Это по-

Корреляция между массовым количеством парафина и

количеством мочевины.

казывает, что качество рафината влияет на эффек-

тивность депарафинизации, поэтому присутствие

ные, представленные в табл. 5, показывают, что все

ароматических углеводородов снижает скорость

депарафинированные рафинаты имеют высокую

образования комплекса. Для получения более при-

температуру застывания. Чем выше индекс вяз-

емлемых результатов был проведен другой экспе-

кости и ниже температура застывания, тем выше

римент, в котором увеличивалось количество ак-

качество масла. Индекс вязкости этих рафинатов

тиватора при сохранении неизменным количества

относительно высок, но, к сожалению, их темпера-

растворителя. Данные, представленные в табл. 7,

тура застывания также относительно высока. Коли-

показывают, что все депарафинизированные ра-

чество удаленного парафина оказалось недостаточ-

финаты имеют температуру застывания ниже 0°C.

ным для достижения необходимого качества масла.

Для рафинатов низкого качества, таких как R4 и

Как показано в табл. 6, рафинаты R2, R4, R6 и

R7, массовая доля удаленного парафина составляет

R8 депарафинизировали с использованием различ-

18.29 и 13.57% по весу с температурой застывания

ных количеств мочевины и соотношения актива-

-7 и -9°C, соответственно. Для рафинатов хороше-

тор/растворитель 80/50. Депарафинизация рафи-

го качества, таких как R2 и R8, степень удаления

ната R8 с использованием мочевины в количестве

парафина составляет 19.7 и 17.14 мас. % с темпе-

20 мас. % удаляет 12% по массе парафина. У ра-

ратурой застывания -5 и -2°C, соответственно. По

фината R4 наблюдалось уменьшение выхода па-

сравнению с результатами, полученными для депа-

рафина на 10 мас. % при использовании 30 мас. %

рафинированного веретенного масла в тех же ус-

мочевины. Самый высокий выход парафина соста-

ловиях, можно видеть, что присутствие ароматиче-

вил 19.25 мас. % при использовании 60 мас. % мо-

ских углеводородов в сырье снижает температуру

чевины; масса полученного комплекса примерно в

застывания. Для достижения самой низкой темпе-

4 раза превысила массу парафина. Результаты ясно

ратуры застывания в депарафинированном сырье с

показывают, что выход парафина зависит от каче-

высоким содержанием ароматических соединений

ства рафинатов. Для того чтобы улучшить темпера-

необходимо удалить значительное количество па-

туру застывания депарафинированных рафинатов,

рафина. С точки зрения качества готового базового

были увеличены соотношения мочевина/сырье и

масла полученные масла можно классифицировать

активатор/растворитель. Результаты показывают,

в порядке возрастания следующим образом: R2 >

что только депарафинизация рафината R2 дает

> R4 > R8 > R7. При температуре застывания -5°C

температуру застывания -2°C при степени удале-

индекс вязкости R2 составил 76 с выходом рафина-

ния парафина 19.5 мас. % по сравнению со 100%

та 63.29 мас. %.

сырья. Однако этого значения все еще недостаточ-

Связь между массой парафина и массой мо-

но для достижения необходимого качества масла.

чевины. По всем полученным результатам можно

Согласно табл. 3, с точки зрения качества готового

коррелировать массу парафина. Для этого были вы-

базового масла, полученные масла будут ранжиро-

браны результаты, масса парафина в которых со-

ваться в порядке возрастания следующим образом:

ставляет примерно половину массы комплекса, как

R2 > R8 > R4 > R6. При температуре застывания

показано на рисунке.

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

274

IZZA, KORICHI

Для определения корреляции параметров мо-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

дели, массы мочевины и массы парафина, выра-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

женной следующей формулой, был использован

интересов, требующего раскрытия в данной статье.

линейный регрессионный анализ [уравнение (1)]:

(1)

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

H. Izza, ORCID - https://orcid.org/0000-0003-

Для удаления 1 г парафина из депарафинизиро-

1803-8157

ванного масла требуется 0.558 г мочевины. Учиты-

вая, что молекулярная масса масла составляет око-

M. Korichi, ORCID - https://orcid.org/0000-0002-

ло 277 г/моль, линейное уравнение (2) выражается

6608-4433

как функция числа молей:

(2)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

McKetta John J., Encyclopedia of chemical processing

Для удаления 1 моля парафина из веретенного

and design. New York: Marcel Dekker Inc, 1989.

масла, требуется 6 молей мочевины.

Nelson W.L. Petroleum Refining Engineering. New York:

Таким образом, изучение результатов экспери-

McGraw-Hill Inc., 1978.

ментов, проведенных с атмосферным остатком, по-

Zaglyadova S.V., Antonov S.A., Maslov I.A., Kitova M.V.,

лученным из легкой сырой нефти, с целью созда-

Rudyak K.B., Leimeter T.D. Technologies for producing

ния смазочных материалов, которые могут входить

of environmentally safe process oils // Petrol. Chemistry.

2017. V. 57. P. 1105-1114. https://doi.org/10.1134/

в диапазон веретенных масел, позволило опреде-

S0965544117120167

лить следующее:

Jones D.S.J., Treese S.A. Non-energy refineries in

– добавление сульфата лаурилового эфира на-

petroleum processing. In: Treese S., Jones D., Pujado

трия к растворителю может способствовать разде-

P. (Eds.) Handbook of Petroleum Processing. Cham :

лению фаз и, следовательно, увеличению выхода

Springer, 2015. P. 1-33.

рафината;

Fakhr Hoseini S.M., Hatamipour M.S., Tavakkoli T.,

Montahaee A. Experimental liquid-liquid equilibrium of

- распределение различных углеводородных

(lube cut + furfural + 2,2,4-tri-methyl pentane) ternary

компонентов масляной смеси между двумя фазами

system from T = 323.15-343.15 K and simulation with

важно: растворенное вещество лучше экстрагиру-

NRTL // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. V. 48. № 20. P.

ется, когда оно имеет большее количество конден-

9325-9330. https://doi.org/10.1021/ie9003267

сированных ароматических колец;

Lukić J., Orlović A., Spiteller M., Jovanović J., Skala D.

Re-refining of waste mineral insulating oil by extraction

- эффективность депарафинизации зависит от

with N-methyl-2-pyrrolidone // Sep. Purif. Technol.

природы сырья; у фракции веретенного масла, не

2006. V. 51. № 2. P. 150-156. https://doi.org/10.1016/j.

обработанной растворителем, эффективность сни-

seppur.2005.12.029

жается;

Li P., SenGupta A.K. Entropy-driven selective ion

– депарафинизация мочевины оказывает боль-

exchange for aromatic ions and the role of cosolvents //

шее влияние на температуру застывания фракций

Colloids Surf. A. 2001. V. 191. № 1-2. P. 123-132.

с более низкой вязкостью, поскольку образование

https://doi.org/10.1016/S0927-7757(01)00769-5

аддукта является селективным для н-парафинов;

Audeh C.A., Heilweil I.J., White J.R., Yan T.Y. Solvent

extraction production of lube oil fractions // Patent US

- установленная корреляция позволяет спрогно-

№ 4381234. 1983.

зировать количество мочевины, необходимое для

Izza H., Korichi M. The effect of surfactant on selectivity

удаления желаемого количества парафина.

in the extraction of aromatic hydrocarbons from the lube

oil // Arab. J. Sci. Eng. 2016. Vol. 41. P. 2623-2629.

https://doi.org/10.1007/s13369-016-2121-7

БЛАГОДАРНОСТИ

10.

Izza H., Korichi M. Extraction of aromatic from lube oil

Авторы выражают благодарность НПЗ г. Арзев

using a surfactant as an additive // Petrol. Sci. Technol.

и Хасси Мессауд (Алжир) за предоставленные ма-

2017. V. 35. № 2. P. 201-205. https://doi.org/10.1080/1

териалы и контрольно-измерительные приборы.

0916466.2016.1244547

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021

АФИНИРОВАНИЕ И ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ЛЕГКИХ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

275

11. Sequeira A. Lubricant Base Oil and Wax Processing.

17. Hoppe A. Dewaxing with urea. In: Advances in

New York : Marcel Dekker Inc., 1994.

Petroleum Chemistry and Refining. V. 8. New York:

12. Zaky M.T., Tawfik S.M. Production of lubricating base

Inter-science Publishers, 1962. P. 193-234.

oil from slop wax by different subsequent refining

18. 18.Matishev V.A., Ben-Takhar N. Dynamics of adduct

techniques // Fuel Process. Technol. 2011. V. 92. № 3.

formation by hydrocarbons in a fixed bed of crystalline

P. 447-451. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.10.008

urea // Chem. Tech. Fuels Oil+. 1980. V. 16. P. 303-306.

13. Kiseleva T.P., Tselyutina M.I., Aliev R.R., Skornikova S.A.

https://doi.org/10.1007/BF00726618

Manufacturing of low-pour-point fuels using high-silica

19. Makin E.C., Glass K.I., Middlebrooks C.H., Farrar J.M.

zeolite catalysts // Petrol. Chemistry. 2015. V. 55. № 7.

Urea adduction process in semicontin uous fixed bed //

P. 557-562. https://doi.org/10.1134/S0965544115070075

14. Bengen M.F. Mein Weg zu den neuen Harnstoff-

Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1964. V. 3. № 3.

Einschluß-Verbindungen // Angew. Chem. 1951.

P. 226-229. https://doi.org/10.1021/i260011a008

V. 63. № 9. P. 207-208. https://doi.org/10.1002/

20. Hassan N.M. The adsorption of long-chain n-paraffin

ange.19510630903

from isooctane solution on crystalline urea // Separations

15. Marquart J.R., Dellow G.B., Freitas E.R. Determination

Technology. 1994. V. 4. № 1. Р. 62-64. https://doi.

of noramlparaffins in petroleum heavy distillates by urea

org/10.1016/0956-9618(94)80007-3

adduction and gas chromatography // Anal. Chem. 1968.

21. Mohammed A.-H. A.-K., Yasin S.R. Dewaxing of distilled

V. 40. № 11. P. 1633-1637. https://doi.org/10.1021/

oil fraction (400-500ºC) using urea // J. of Engineering.

ac60267a002

2007. V. 13. № 1. Р. 1268-1281.

16. White M.A. Origins of thermodynamic stability of urea:

alkane inclusion compounds // Can. J. Chem. 1998.

22. ASTM. Annual Book of Standards. American Soc. for

V. 76. № 11. P. 1695-1698. https://doi.org/10.1139/v98-

Testing and Materials. USA : WestConshohocken. PA,

184

2003. Vol. 5.

НЕФТЕХИМИЯ том 61 № 2 2021