Способ получения канцерогенно безопасных ароматических наполнителей и пластификаторов каучука и резины

Изобретение относится к области нефтепереработки, а более конкретно к производству канцерогенно безопасных ароматических наполнителей и пластификаторов каучука и резины.

Известен способ получения канцерогенно безопасного масла, описанный в патенте US 6248929, 2001. Способ направлен на получение канцерогенно безопасного масла, которое содержит в своем составе не более 3% полициклических ароматических углеводородов, определяемых методом IP 346, и включает в себя следующие операции: приготовление масляного сырья из сырой нефти путем ее вакуумной перегонки и последующей пропановой деасфальтизации вакуумного остатка; последующую экстракцию масляного сырья с использованием избирательного растворителя и образованием первого рафинатного и первого экстрактного растворов; последующее охлаждение первого экстрактного раствора с образованием второго рафинатного и второго экстрактного растворов и дальнейшую отгонку избирательного растворителя из второго рафинатного раствора с получением второго рафината - масла-мягчителя, который используется в каучуковой и шинной промышленности.

В данном способе операция охлаждения первого экстрактного раствора осуществляется без регулировки температурного режима между вторым рафинатным и вторым экстрактным растворами, поэтому выход и качество готового второго рафината - масла-мягчителя низкие.

Из патента RU 2434052, 2011 известен способ получения канцерогенно безопасного масла, заключающийся в том, что из сырой нефти путем ее вакуумной перегонки и последующей пропановой деасфальтизации вакуумного остатка приготавливают масляное сырье, затем сырье подвергают экстракции в присутствии избирательного растворителя с образованием первого рафинатного и первого экстрактного растворов, осуществляют последующее охлаждение первого экстрактного раствора до образования второго рафинатного и второго экстрактного растворов и производят дальнейшую отгонку избирательного растворителя из второго рафинатного раствора с получением второго рафината - масла, причем в процессе охлаждения первого экстрактного раствора температуру второго рафинатного раствора поддерживают на 5-20°С ниже температуры экстракции первых рафинатного и экстрактного растворов, а температуру второго экстрактного раствора - на 5-30°С ниже температуры второго рафинатного раствора. В процессе охлаждения первого экстрактного раствора дополнительно подают антирастворитель - воду в концентрации до 1 мас. % в расчете на первый экстрактный раствор. Во второй рафинат дополнительно добавляют до 5 мас. % алкилфенольных соединений в расчете на второй рафинат.

Недостатками данного способа является сложность технологического процесса и недостаточно низкие показатели канцерогенности, обусловленные вариативностью получаемого продукта по этому показателю.

Наиболее близким техническим решением является способ получения экологически безопасных ароматических пластификаторов каучука и резины, описанный в патенте RU 2382812, 2010. Способ заключается в следующем. Проводится двухступенчатая противоточная экстракционная очистка сырья селективным растворителем, на первой ступени экстракции селективный растворитель взаимодействует с рафинатным раствором второй ступени с получением экстрактного раствора первой ступени и рафинатного раствора первой ступени, после регенерации из которого растворителя получается базовый рафинат, а на второй ступени экстракции сырье взаимодействует с частью экстрактного раствора первой ступени с получением рафинатного раствора второй ступени и экстрактного раствора второй ступени, после регенерации из которого растворителя получается экстракт второй ступени, при этом из второй части экстрактного раствора первой ступени после регенерации растворителя получается экологически безопасный ароматический пластификатор каучука и резины с низким содержанием полициклических ароматических углеводородов.

Недостатком способа является то, что получаемый продукт - пластификатор каучука и резины имеет низкое качество вследствие того, что процесс его получения не является целевым и содержание в продукте нежелательных компонентов парафинового основания не контролируется. Кроме того, при непрерывном ведении технологического процесса не удается обеспечить высокое качество экологически чистого масла-пластификатора, которое должно содержать максимальное количество ароматических углеводородов, в т.ч. полициклических не менее 2,9%, но и не выше 3% (допустимый предел, выше которого нефтепродукт является канцерогеном).

Задачей настоящего изобретения является получение канцерогенно безопасных ароматических наполнителей и пластификаторов каучука и резины с показателем канцерогенности - допустимым содержанием полиароматических углеводородов, которое составляет 2,9-3% по методу IP346.

Поставленная задача достигается разработкой способа получения канцерогенно безопасных ароматических наполнителей и пластификаторов каучука и резины, который заключается в том, что из сырой нефти путем ее вакуумной перегонки получают исходное масляное сырье, которое подвергают двухступенчатой экстракции в присутствии избирательного растворителя. Способ отличается тем, что сырье поступает на первую ступень экстракции, при кратности к растворителю в пределах по массе от 1:0,5 до 1:1, на которой получают первый экстрактный и первый рафинатный растворы, затем на второй ступени осуществляют экстракцию первого рафинатного раствора в присутствии дополнительного количества избирательного растворителя при кратности к растворителю первой ступени в пределах по массе от 1:1 до 3:1 с образованием второго рафинатного и второго экстрактного растворов, после чего из первого и второго экстрактных растворов удаляют растворитель, получая первый и второй экстракты, и определяют величину показателя канцерогенности обоих экстрактов, а затем смешивают второй экстракт с частью первого пропорционально показателям канцерогенности с доведением последнего до величины 2,9-3% в полученной смеси.

В качестве избирательного растворителя может быть использован, например, N-метилпирролидон, фурфурол и другие известные избирательные растворители.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырую нефть нагревают и направляют на вакуумную перегонку, где происходит отделение дистиллятного сырья. Полученное масляное сырье направляют на экстракцию первой ступени, где при температуре ниже критической температуры растворения на 15-20°С в присутствии избирательного растворителя при кратности сырья к растворителю в пределах по массе от 1:0,5 до 1:1, получают первый рафинатный раствор и первый экстрактный раствор, состоящий из растворенного в избирательном растворителе концентрата полициклических ароматических углеводородов. Из первого экстрактного раствора отгоняют растворитель и получают концентрат полициклических ароматических углеводородов. Первый рафинатный раствор направляют на вторую ступень экстракции, на которой добавляют в рафинат дополнительное количество избирательного растворителя при кратности к растворителю первой ступени в пределах по массе от 1:1 до 3:1 с образованием второго рафинатного и второго экстрактного растворов. Отделяют второй экстрактный раствор, из которого удаляют растворитель и получают концентрат ароматических углеводородов. Затем по методу IP346 определяют показатель канцерогенности первого и второго экстрактов. Далее осуществляют расчет массы первого и второго экстракта пропорционально величине показателя канцерогенности таким образом, чтобы в результате смешивания этих частей был достигнут показатель канцерогенности по методу IP346 не менее 2,9% и не выше 3%. В результате такого смешивания получают канцерогенно безопасный экологически чистый ароматический масло-пластификатор, который можно использовать в качестве наполнителя и пластификатора каучука и резины.

Способ иллюстрируют следующие примеры.

В качестве избирательного растворителя в приведенных примерах используют N-метилпирролидон. Аналогичные результаты получены при использовании в качестве избирательного растворителя фурфурола.

Пример 1

Из нефти отгоняют вязкую дистиллятную масляную фракцию в количестве 1000 г. Дистиллятная фракция в первом экстракционном аппарате взаимодействует с 1000 г растворителя N-метилпирролидона (далее N-МП). С низа экстрактора при температуре 45°С отбирается первый экстрактный раствор. С верха экстрактора при температуре 55°С отбирается первый рафинатный раствор. Далее от первого экстрактного раствора отгоняют N-МП и получают 150 г концентрата полициклических углеводородов с показателем канцерогенности по методу IP346 равным 15%. Первый рафинатный раствор направляется во второй экстрактор, где взаимодействует с 1000 г N-МП. С низа экстрактора при температуре 55°С отбирается второй экстрактный раствор. С верха при температуре 62°С отбирается второй рафинатный раствор, после отгонки от которого N-МП получают базовый рафинат в количестве 550 г. Из второго экстрактного раствора после отгонки растворителя получают второй экстракт в количестве 300 г и показателем канцерогенности по методу IP346 равным 2,5%. Далее смешиванием 300 г второго экстракта с 11 г концентрата полициклических углеводородов первого экстракта получают 311 г экологически чистого масла-пластификатора с показателем канцерогенности равным 2,90% и показателем «анилиновая точка» равным 62°С.

Пример 2

Из нефти отгоняют вязкую дистиллятную масляную фракцию в количестве 1000 г. Дистиллятная фракция в первом экстракционном аппарате взаимодействует с 1000 г растворителя N-МП. С низа экстрактора при температуре 45°С отбирается первый экстрактный раствор. С верха экстрактора при температуре 55°С отбирается первый рафинатный раствор. Далее от первого экстрактного раствора отгоняется N-МП и получают 150 г концентрата полициклических углеводородов с показателем канцерогенности по методу IP346 равным 15%. Первый рафинатный раствор направляется во второй экстрактор, где взаимодействует с 2000 г N-МП. С низа экстрактора при температуре 55°С отбирается второй экстрактный раствор. С верха экстрактора при температуре 60°С отбирается второй рафинатный раствор, после отгонки от которого N-МП получают базовый рафинат в количестве 500 г. Из второго экстрактного раствора после отгонки растворителя получают второй экстракт в количестве 350 г и показателем канцерогенности по методу IP346 равным 2,3%. Далее смешиванием 350 г второго экстракта с 19 г концентрата полициклических углеводородов первого экстракта получают 369 г экологически чистого масла-пластификатора с показателем канцерогенности равным 2,95% и показателем «анилиновая точка» равным 64°С.

Пример 3

Из нефти отгоняют вязкую дистиллятную масляную фракцию в количестве 1000 г. Дистиллятная фракция в первом экстракционном аппарате взаимодействует с 1000 г растворителя N-МП. С низа экстрактора при температуре 45°С отбирается первый экстрактный раствор. С верха экстрактора при температуре 55°С отбирается первый рафинатный раствор. Далее от первого экстрактного раствора отгоняется N-МП и получают 150 г концентрата полициклических углеводородов с показателем канцерогенности по методу IP346 равным 15%. Первый рафинатный раствор направляется во второй экстрактор, где взаимодействует с 3000 г N-МП. С низа экстрактора при температуре 55°С отбирается второй экстрактный раствор. С верха при температуре 65°С отбирается второй рафинатный раствор, после отгонки от которого N-МП получают базовый рафинат в количестве 450 г. Из второго экстрактного раствора после отгонки растворителя получают второй экстракт в количестве 400 г и показателем канцерогенности по методу IP346, равным 2,1%. Далее смешиванием 400 г второго экстракта с 32 г концентрата полициклических углеводородов первого экстракта получают 432 г экологически чистого масла-пластификатора с показателем канцерогенности равным 2,99% и показателем «анилиновая точка» равным 72°С.

Полученные канцерогенно безопасные экологически чистые масла соответствуют норме канцерогенной безопасности при значении показателя IP 346, не превышающем 3%, и могут быть использованы в качестве наполнителей и пластификаторов каучука и резины.