Разработка и испытания прототипа электромембранного комплекса рекуперации щелочи и получения нафтеновых кислот

Спроектирован и разработан электродиализный комплекс для выделения избыточной щелочи и нафтеновых кислот из раствора нафтената натрия. Разработанный электродиализный комплекс состоит из электродиализного модуля с чередующихся катионообменными мембранами МК-40 и биполярными мембранами МБ-2, насосной станции, емкостей, блока управления и источника питания. Электродиализный модуль рассчитан на 30 элементарных ячеек состоит из 30 биполярных и 62 катионообменных гетерогенных мембран. Площадь одной мембраны равна 0,26 м2. Ионообменные мембраны в составе электродиализного модуля образуют трёхамперную элементарную ячейку, в котором солевая камера образована двумя катионообменными мембранами, что исключает перенос анионов нафтеновых кислот в соседнюю щелочную и кислотную камеры. Проведены исследования рекуперации щелочи и получения нафтеновых кислот из нефтепродуктов в процессе переработки 1 М раствора нафтената натрия при плотности электрического тока 2А/дм2. Результаты исследований показывают, что сопротивление элементарной ячейки не превышает 3,5 Ом, а общее энергопотребление для обработки одного литра нафтената натрия составляет порядка 1 кВт/ч на 1 раствора. Выходы по току в щелочной камере равны 0,7, в солевой 0,8. Степень конверсии нафтеновых кислот достигает 98%. Выполнено исследование процесса выделения нафтеновых кислот методом электродиализа из раствора нафтената натрия при разных плотностях тока. Показано, что выходы по току нафтеновых кислот слабо зависят от плотности электрического тока. Приращение плотности тока в 6 раз приводит к увеличению выходов по току на 70% на начальном этапе выделения нафтеновых кислот. Проведены испытания прототипа электромембранного комплекса получения нафтеновых кислот с использованием серной кислоты. Установлено, что при достижении концентраций серной кислоты 0,4 моль/л происходит резкое возрастание энергозатрат из-за неселективного переноса ионов через биполярную мембрану МБ-2. Проведены расчеты оптимальных токовых режимов и энергозатрат прототипа электромембранного комплекса. Установлено, что получение 1 моль нафтеновых кислот достигается при гальваностатическом режиме работы электродиализатора с плотностью электрического тока 1-2 А/дм2. Проведенные ресурсные испытания электродиализного извлечения щелочи показали, что выходы по току в щелочной камере сохраняются стабильно высокими в всем промежутке времени. Незначительная разница выходов по току при разной плотности электрического тока связана с интенсивностью генерации H+ и OH– ионов биполярной мембраной. Область применения разработанной в рамках проекта технологии является химическая и нефтехимическая промышленность. А именно, получение высокочистых органических кислот (нефтяных) кислот из их солей и обработка сточных вод с возможностью рекуперации неорганических солей, щелочей и кислот. Важно отметить, что эффективность электродиализа зависит от типа органической кислоты, концентрации раствора и других параметров процесса. Для каждой конкретной задачи необходима оптимизация параметров процесса для достижения максимальной эффективности. В отличие от дорогостоящих реагентных методов, предлагаемая технология электродиализа позволит нефтеперерабатывающим предприятиям значительно сократить затраты на утилизацию высококонцентрированных солевых стоков и уменьшить потребность в закупке щелочи для выщелачивания нафтеновых кислот на 90%. Масштабируемость электродиализных технологий обеспечивает возможность модернизации существующего оборудования с минимальными капитальными вложениями, а также расширение ассортимента выпускаемой продукции, создавая новые источники прибыли и повышая конкурентоспособность предприятия. Экономический эффект достигается за счет снижения эксплуатационных расходов и повышения эффективности использования сырья. В рамках выполнения проекта получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024681625, «Программа для расчета транспортных и электрохимических показателей электродиализной переработки нафтеновых кислот». Развитие электромембранной технологии рекуперации щелочи и получения нафтеновых кислот методом электродиализа предполагает расширения области применения, в том числе исследование возможности применения технологии для обработки различных типов нефтепродуктов и других отраслей, где присутствуют подобные задачи рекуперации и извлечения ценных компонентов, оптимизации существующей технологии и внедрению на нефтеперерабатывающих предприятиях Успешная реализация данных прогнозов может привести к существенному изменению технологий переработки нефтепродуктов, сокращению экологической нагрузки и повышению экономической эффективности нефтеперерабатывающей промышленности. Все поставленные задачи в рамках выполнения проекта, в соответствии с техническим заданием и календарным планом, выполнены в полном объёме.