ПЕРЕГОНКА ЭКСТРАКТА ЖЕЛТОГО МАСЛА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ ФРАКЦИЙ

АННОТАЦИЯ

В статье подробно анализируется происхождение и образование желтого масла, а также проделанна работа по его переработке. На основе известных актуальных проблем ставится задача выделения экстракта желтого масла путем испарения, исследования свойств извлекаемых фракций и определения областей их применения. Было обнаружено, что экстракт разделяется на две фракции при нагревании до температуры 65 ^oC. Установлено, что испарённая фракция (растворитель-остаток сжиженного газа) составляет 90–92 % и остаток (маслянистая масса) 8–10 % соответственно. Было рекомендовано повторно использовать растворитель при экстракции углеводородного состава. Установлено, что 95 % масляной массы составляют арелы. Указаны направления его использования в качестве важного сырья в технологиях нефтегазохимического синтеза и органического синтеза.

ABSTRACT

The article analyzes in detail the origin and formation of yellow oil, as well as the work done on its processing. Based on the known topical problems, the task is to isolate the extract of yellow oil by evaporation, study the properties of the extracted fractions and determine their areas of application. It was found that the extract is divided into two fractions when heated to a temperature of 65 ^oC. It was found that the evaporated fraction (solvent-liquefied gas residue) is 90-92% and the remainder (oily mass) is 8-10%, respectively. It was recommended to reuse the solvent during extraction of the hydrocarbon composition. It was found that 95% of the oil mass is Karelian. The directions of its use as an important raw material in the technologies of petrochemical synthesis and organic synthesis are indicated.

Ключевые слова: желтоe масло, поликротональдегид, кротональдегид, углеводородный состав, щелочная вода, остаток сжиженного газа, маслянистая масса, нафталин, селективный экстрагент, щелочной раствор.

Keywords: yellow oil, polycrotonaldehyde, crotonaldehyde, hydrocarbon composition, alkaline water, liquefied gas residue, oily mass, naphthalene, selective extractant, alkaline solution.

1. Введение. В промышленности желтое масло упоминается в научных статьях [5; 9; 11; 13; 14], газ получают на химических комплексах при очистке высокосернистых газов с использованием растворов гидроксида натрия различной концентрации. В процессе получения этилена пиролизом этана образование желтого масла и технология ее выделения объяснены в научной статье [6].

Представлен механизм образования желтого масла при очистке пирогаза [1; 6]. Альдегид и кетоны в пирогазе превращаются в кротон альдегид по механизму альдольной конденсации. Кротоновый альдегид полимеризуется в щелочной среде с образованием поликротонового альдегида [1; 2; 8; 10]. Его удаляют со дна абсорберного устройства, смешивают с щелочными растворами.

В данной работе [9; 11] отход жёлтого масла методом отстаивания можно разделить на два слоя. Таким образом, в статье по составу разделённых слоёв  названы как углеводородный состав, так и нижний слой щелочной воды.

В настоящей работе [15] парафиновые углеводороды были выбраны в качестве наилучшего экстрагента при экстракции углеводородной композиции, и было обнаружено, что изменение молекулярной массы и плотности парафиновых углеводородов обратно пропорционально скорости разделения экстракта и рафината в процессе экстрагирования, и гексан был выбран в качестве лучшего селективного экстрагента среди парафиновых углеводородов.

В статье под названием «Extraction of hydrocarbons from “Yellow oil” with liquefied gas residue» [12] было выяснено, что для полного разделения экстракта и рафината при извлечении углеводородного содержания с остатком сжиженного газа необходимо 2,5–3 минуты. Научно доказано, что из-за меньшей плотности остатка сжиженного природного газа, по сравнению с гексаном, продолжительность разделения сократилась вдвое за счет быстрого осаждения частиц рафината в экстракционной смеси.

Учеными были проведены исследовательские работы, такие как выделение желтого масла, экстракция полученного углеводородного содержимого с использованием различных растворителей и подбор эффективных экстрагентов.

Однако процесс экстракции растворителя из экстракта, полученного в процессе экстракции, не изучен.

В данной работе целью было изучение процесса отделения растворителя от экстракта желтого масла и свойств массы, остающейся после выпаривания.

2. Материалы и методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран экстракт, повяленный экстракцией углеводородного состава полученный осаждением желтого масла остатком сжиженного газа [15].

Среди традиционных и классических стандартных методов, широко применяемых в исследованиях: ГОСТ 3900-85 методы определения плотности, ГОСТ 33768-2015 метод определения кинематической вязкости, ГОСТ 20287-91 методы определения температур текучести и застывания, ГОСТ 19121-73 метод определения содержания серы сжиганием в лампе, ГОСТ 5482-90 метод определения показателя преломления (рефрактометр – ИРФ – 22) – и современные методы исследования: хромато-масс-спектрального (ГХ-МС) анализа – Agilent 5975С (спектрометр Шимадзу).

Метод пропаривания. Выделение растворителя – остатка сжиженного газа из состава желтого масла, производилось  в соответствии с требованиями ГОСТ 2177-99 выпариванием экстракта. Выпаривание экстракта желтого масла производилось с помощью специального перегонного аппарата с электрическим нагревателем. Полученные результаты были сформулированы в виде таблицы (табл.1).

Метод анализа ГX-MС. Поскольку маслянистая масса состояла из смеси различных органических веществ, её состав анализировали с помощью ГХ-МС Agilent 5975С инертной MSD/7890A GC (Agilent Technologies). Разделение компонентов смеси проводили на кварцевой капиллярной колонке Agilent HP-INNOWax (30м´250mm´0.25mm) в температурном режиме: 60 °С (10 мин) – 4 °С/мин до 220 °С (10 мин) – 1 °С/мин до 240 °С (20 мин). Объем вносимой пробы 0.2 ml (гексан), скорость потока подвижной фазы 1.1 мл/мин (H₂).

Температура инжектора 250 °С. EI-MS спектры были получены в диапазоне m/z 10-550 а.е.м. Компоненты идентифицировали на основании сравнения характеристик масс-спектров с данными электронных библиотек W9N11.L, W8N05ST.L и NIST08.

3. Полученные результаты и анализы. Прогоняли 100 г экстракта до 65 °С в специальном аппарате по ГОСТ 2177-99. Остаточная фракция, оставшийся элемент после нагревания до 65 °C, взвешивали и определяли по массе (таблица 1). По составу (состоящему из смеси различных углеводородов), свойству (легкое, легковоспламеняющееся вещество из воды) и визуальному состоянию (жидкое вещество масляной вязкости, окрашенное в красновато-черный цвет) этот остаток был назван маслянистой массой.

Таблица 1.

Составные части экстракта

Из таблицы 1 видно, что экстракт 90–92 % массы состоит из растворителя. Свойства масляной массы исследовали традиционно-классическими стандартными методами и получили значения, приведенные в таблице 2.

Таблица 2.

Свойства масляной массы

Когда маслянистую массу зажгли, она горела тусклым пламенем. На основании полного ее сгорания был сделан вывод, что он состоит из смеси различных органических веществ. Затем состав подвергали спектральному анализу на газовом хромато-масс-спектрометре Agilent 5975С инертной MSD/7890A GC (Agilent Technologies).

В результате исследования состав отдельных компонентов масляной массы представлен в таблице 3.

Таблица 3.

Содержание углеводородов в масляной массе, определенное методом газового хромато-масс-спектрального анализа

В целях поиска возможностей переработки масляной массы и использования его для различных целей, масляную массу классифицировали по группам углеводородов на основе состава компонентов, определенного методом газ хромато-масс-спектрального анализа. На основании таблицы 3 установлено, что парафины составляют 5 %, арены – 95 %. Сделан вывод, что  масляная масса вообще не содержит нафтеновых углеводородов.

В литературных источниках [3; 4; 7] имеются сведения о высоко вязкостных свойствах аренов по сравнению с другими классами углеводородов. Это означает, что рассматриваемое вещество можно использовать в качестве присадки повышающей вязкость в технических маслах. Добавление маслянистой массы в различных пропорциях в состав минеральных смазочных материалов, улучшает вязкостные свойства и сглаживает процессы трения твердых поверхностей, повышает коррозионную стойкость металлических поверхностей в 2–3 раза.

4. Выводы и предложения. Выявленные в исследовании свойства и состав масляной массы, представленные в таблицах 2 и 3, являются важными результатами при определении отраслей ее использования в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, транспортной и сельскохозяйственной промышленности для различных целей (в качестве загустителей, наполнителей и присадок, а также в качестве вспомогательного компонента при получении пестицидов для сельского хозяйства).

Наличие ароматических углеводородов в масляной массе означает, что ее можно использовать в качестве важнейшего сырья в процессах органического синтеза. Присоединяя к ним различные функциональные группы, можно также синтезировать вторичное сырье для различных отраслей промышленности.

Например, получить ПАВ можно путем синтеза ароматических сульфосоединений путем сульфурирования ароматических углеводородов в маслянистой массе (в частности, нафталина, который составляет в ней 28 %).

Кроме того, соединения, полученные нитрованием ароматических углеводородов, могут быть использованы в лакокрасочной промышленности.

Цель дальнейших исследований – определение направлений использования выпаренного из экстракта сжиженного газового остатка в качестве экстрагента для процесса экстракции и полученной остаточной масляной массы в различных отраслях промышленности.

Список литературы:

1. Анненкова В. М. и др. Полимеризация кротонового альдегида под влиянием едкого натра // Высокомолекулярные соединения. – Серия Б. – 1995. – Т. 37. – №. 6. – С. 1051–1053.
2. Облокулов Ш.Ш. Полимеризация кротонового альдегида // Scientific Impulse. – 2024. – Т. 2. – №. 17. – С. 1070–1085.
3. Остриков В. и др. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. – М.: Litres, 2022.
4. Остриков В.В. Топливо и смазочные материалы: учебное пособие. – Уфа, 2011. – 291 с.
5. Тиллоев Л.И., Усмонов Х.Р.У., Хамидов Д.Г. Техническая классификация отходов в газовых химических комплексах // Universum: технические науки. – 2020. – №. 5-2 (74). – С. 74–78.
6. Усмонов Х.Р.У., Тиллоев Л.И., Рузиев А.Т. Фракционный состав масляной части из отходного жёлтого масла // Universum: технические науки. – 2021. – №. 5-5 (86). – С. 14–16.
7. Школьников В. М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. – М.: Химия, 1989.  – 432 с.
8. Amerik V.V. et al. The polymerization of crotonaldehyde // Polymer Science USSR. – 1965. – Т. 7. – №. 10. – Р. 1887–1893.
9. Blaschke M. Caustic Tower Fouling: Identifying the Causes // American Instituglevodorodli tarkibe of Chemical Engineers, 15th Ethylene Producers Conference. – New Orleans, Louisiana. – March 30-April 3. – 2003.
10. Patent US3163622 Polycrotonaldehyde. Jerry N. Kora, Stanford, Cona, assignor to American Cyanamid. Company, New York, N.Y., a corporation of Maine.: 29.12.1964. – № 119. – 817 р.
11. Shen C. et al. Fouling of enhanced tubes for condensers used in cooling tower systems: A literature review //Applied Thermal Engineering. – 2015. – Т. 79. – С. 74-87.
12. Tilloev L. et al. Extraction of hydrocarbons from “yellow oil” with liquefied gas residue // E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2024. – Т. 486. – С. 04023.
13. Tilloev L., Dustov K. Fractional composition of the waste yellow oil //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing, 2021. – Т. 839. – №. 4. – С. 042080.
14. Tilloev L., Dustov K., Murodov M. Research of composition of oily part, obtained from the “Yellow oil”-wastes of pyrogas cleaning process by the method chromatography-mass spectrometry analysis // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2022. – Т. 2373. – №. 4. – С. 042001.
15. Tilloyev L.I. Surkov materiallari quyuqlashtiruvchisini olish orqali chiqindi “Sariq moy”ni qayta ishlash texnologiyasini ishlab chiqish / L.I. Tilloyev – texnika fanlari bo‘yicha falsafa doktori dissertatsiyasi avtoreferati. 2023.