background image

 
TCC0154 l – Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu organicznego, laboratorium 

 

 

Ćwiczenie realizowane w laboratorium 119A, bud. F-2, pod kierunkiem dr E. Beran 

 
 

PROCESY RAFINACJI PRODUKTÓW NAFTOWYCH: 

RAFINACJA ADSORPCYJNA OLEJÓW 

 
 
WPROWADZENIE 
 
 

Procesy  adsorpcyjne wykorzystywane są do rozdzielania  i odzysku  substancji oraz do 

oczyszczania  zarówno  gazowych,  jak  i  ciekłych  strumieni  technologicznych.  Procesy  te 
oparte są na zjawiskach adsorpcji, które polegają na zagęszczeniu substancji na powierzchni 
lub  w  objętości  mikroporów  ciała  stałego  wskutek  działania  przyciągających  sił 
międzycząsteczkowych.  
 

W  procesie  adsorpcji  uczestniczą  co  najmniej  dwa  składniki.  Ciało  stałe,  na  którego 

powierzchni  lub  w  objętości  porów  następuje  zagęszczenie  substancji  pochłanianej  nazywa 
się adsorbentem. Substancja pochłaniana, znajdująca się w fazie ciekłej lub gazowej nazywa 
się adsorptywem, a po przejściu w stan zaadsorbowany – adsorbatem [1].  

W  technice  wykorzystuje  się  stałe  adsorbenty  o  silnie  rozwiniętej  powierzchni 

wewnętrznej takie jak:  

-  adsorbenty pochodzące z surowców organicznych typu węgle aktywne;  
-  adsorbenty  nieorganiczne  typu  żele  krzemionkowe,  syntetyczne  i  naturalne  zeolity, 

aktywne  tlenki  glinu,  modyfikowane  termicznie  i/lub  chemicznie  naturalne  skały 
ilaste (naturalne glinokrzemiany); 

-  jonity typu żywic jonowymiennych [2]. 

Na procesy przebiegające w czasie rafinacji adsorpcyjnej, ma wpływ adsorpcja fizyczna 

jak również adsorpcja chemiczna, w zależności od składu chemicznego i budowy chemicznej 
adsorbentu. 

Adsorpcja fizyczna wynika z działania przyciągających sił międzycząsteczkowych (np. 

sił  van  der  Waalsa)  adsorptywu  i  adsorbentu,  na  które  składają  się  siły  dyspersyjne  i  siły 
elektrostatyczne  (orientacyjne  i  indukcyjne)  powstające  pod  wpływem  wzajemnego 
oddziaływania cząstek.  

Adsorpcja chemiczna jest procesem, w którym przy zbliżeniu się cząstek adsorptywu do 

powierzchni adsorbentu następuje przemieszczenie elektronów oddziaływujących składników 
z wytworzeniem wiązania chemicznego.  

Przy  chemisorpcji  cząsteczki  zaadsorbowane  nie  mogą  przemieszczać  się  po 

powierzchni  adsorbentu,  ich  położenie  jest  ustalone  i  taka  adsorpcja  nazywa  się  adsorpcją 
zlokalizowaną.  Natomiast  adsorpcję  fizyczną  można  porównać  ze  zjawiskiem  kondensacji  i 
zazwyczaj  przy  podwyższonej  temperaturze  cząsteczki  adsorbatu  nabierają  ruchu  i  może 
zachodzić proces desorpcji. 

Ze względu na złożony charakter mechanizmu adsorpcji można stwierdzić, że dla każdej 

substancji  poddawanej  oczyszczaniu  przez  połączone  fizyczne  i  chemiczne  oddziaływania 
adsorbentów,  istnieją  pewne  optymalne  warunki  na  które  ma  wpływ  przede  wszystkim 
aktywność  stosowanego  adsorbentu,  parametry  procesu  rafinacji  oraz  charakterystyczna 
budowa chemiczna i stężenie usuwanych substancji w wyjściowym surowcu. 

Metoda  adsorpcyjna  wyróżnia  się  swoją  uniwersalnością,  co  pozwala  na  szybkie 

oczyszczanie substancji od kilku składników. 

background image

 
TCC0154 l – Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu organicznego, laboratorium 

 

 

W przemyśle rafineryjno-petrochemicznym proces rafinacji adsorpcyjnej stosowany jest 

przede  wszystkim  do  końcowej  obróbki  lekkich  produktów  naftowych,  olejów  smarowych, 
olejów o specjalnym przeznaczeniu i parafin [3, 4]. 
 

Rola  rafinacji  adsorpcyjnej  w  oczyszczaniu  produktów  naftowych  polega  na 

adsorbowaniu  asfaltenów,  żywic,  diolefin,  kwasów  itp.  na  powierzchni  adsorbentów,  co  w 
konsekwencji  pozwala  uzyskać  produkt  końcowy  o  poprawionej  barwie,  zapachu,  oraz 
stabilnych właściwościach fizykochemicznych i eksploatacyjnych.  
 

Proces  realizowany  jest  zazwyczaj  w  prostych    urządzeniach  na  zimno  lub  na  gorąco 

przy  zastosowaniu  metody  kontaktowej  lub  perkolacyjnej.  Rafinacja  adsorpcyjna  metodą 
kontaktową,  gdzie  zastosowane  są  adsorbenty  w  postaci  pylistej  (np.  ziemie  odbarwiające 
otrzymywane  z  naturalnych  glinokrzemianów),  stosowana  jest  np.  w  rafineriach  i 
regionalnych  bazach,  w  końcowych  procesach  uzdatniania  i  poprawy  właściwości 
produkowanych baz olejowych. Natomiast metoda perkolacyjna, która wymaga zastosowania 
zgranulowanego adsorbentu, ze względu na prostotę obsługi i urządzenia, preferowana jest w 
małych instalacjach do regeneracji olejów.  
 

Procesy  rafinacji  adsorpcyjnej  znalazły  zastosowanie  w  technologiach  uzdatniania,  a 

także regeneracji eksploatowanych olejów smarowych.  
 

Zaletą  metody  rafinacji  adsorpcyjnej  jest  możliwość  szerokiego  jej  zastosowania  w 

małych instalacjach bezpośrednio w zakładach użytkowników olejów. 
 

Racjonalny  i  ekologicznie  bezpieczny  system  gospodarowania  produktami  naftowymi 

wymaga  między  innymi  upowszechnienia  technologii  regeneracji  przepracowanych  olejów 
mineralnych.  Stosowane  metody  regeneracji  olejów  stanowią  zespoły  fizycznych, 
chemicznych  i  fizykochemicznych  operacji  jednostkowych,  przy  czym  często  preferowana 
jest regeneracja wykorzystująca procesy rafinacji adsorpcyjnej
 

Proces  rafinacji  adsorpcyjnej  umożliwia  usuwanie  z  eksploatowanego  oleju 

rozpuszczonych  w  nim  produktów  starzenia,  jakimi  są  substancje  o  charakterze  żywic  i 
asfaltenów  oraz  polarne  i  kwaśne  produkty  utlenienia  węglowodorów  itp.  Zachodzi  więc 
zasadnicza  regeneracja  składu  węglowodorowego  i  właściwości  olejów,  czego  nie  można 
uzyskać stosując takie operacje jak sedymentacja, filtracja, wirowanie, destylacja itp. 
 

Przykładem  rozpowszechnionego  na  świecie  zastosowania  adsorbentów  w  celu 

poprawy  lub  przywrócenia  właściwości  jest  rafinacja  oleju  transformatorowego.  Rafinację 
adsorpcyjną  przeprowadza  się  zarówno  w  stacjonarnych  jak  i  przewoźnych  instalacjach  do 
regeneracji oleju jak i w różnego typu adsorberach wbudowanych do urządzeń, w których olej 
jest eksploatowany, w celu sukcesywnego oczyszczania oleju z powstających w nim w czasie 
eksploatacji produktów starzenia. 
 

W  procesie  rafinacji  olejów  stosowane  są  zarówno  adsorbenty  otrzymane  na  drodze 

modyfikacji termicznej lub termiczno-chemicznej naturalnych surowców mineralnych  jakimi 
są glinokrzemiany  [5],  jak  i  adsorbenty syntetyczne,  takie  jak  żel krzemionkowy  lub tlenek 
glinu, czy też węgle aktywne.  

Przy doborze  adsorbentu zwraca się uwagę  nie tylko na efektywność procesu  rafinacji 

związaną  z  poprawą  właściwości  olejów,  ale  również  na  stronę  ekonomiczną  procesu.  Dla 
umożliwienia  właściwego  doboru  adsorbentu  konieczne  jest  przeanalizowanie  niektórych 
jego właściwości fizykochemicznych, a przede wszystkim zdolności do selektywnej rafinacji, 
wytrzymałości  mechanicznej,  wielkości  kosztów  i  łatwości  zakupu  oraz  możliwości  jego 
reaktywacji i utylizacji. 
 
 
 
 
 

background image

 
TCC0154 l – Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu organicznego, laboratorium 

 

 
WYKONANIE ĆWICZENIA 
 
 

Celem  ćwiczenia  jest  przeprowadzenie  prób  rafinacji  eksploatowanego  oleju 

transformatorowego  przez  zastosowanie  procesu  rafinacji  adsorpcyjnej,  zarówno  metodą 
rafinacji  kontaktowej  jak  i  perkolacyjnej,  z  wykorzystaniem  ziemi  bielącej  i  adsorbentów 
granulowanych. 
 
1. Rafinacja oleju metodą kontaktową 
 
 

Proces  rafinacji  metodą  kontaktową  należy  przeprowadzić  stosując  następujące 

parametry: 
- ilość użytej ziemi odbarwiającej 5 % mas. 
- czas kontaktowania 30 min. 
- temperatura procesu 70-80 

o

 
 

W celu przeprowadzenia rafinacji należy w kolbie odważyć 100 g oleju i po podgrzaniu 

go na łaźni do temperatury  70-80 

o

C wprowadzić 5 g ziemi odbarwiającej, która stosowana 

jest  zarówno  w  przemyśle  rafineryjno-petrochemicznym  do  rafinacji  produktów  naftowych 
jak  i  w  przemyśle  olejarskim  do  rafinacji  jadalnych  olejów  roślinnych.  Utrzymując 
temperaturę  70-80 

o

C  i  mieszając  olej  z  ziemią  proces  kontaktowania  prowadzić  przez  0,5 

godz. 
Po zakończeniu procesu rafinacji oddzielić olej od ziemi  przez  sączenie pod zmniejszonym 
ciśnieniem przez lejek Buchnera. 
 
 

Zrafinowany  olej  przeznaczyć  do  oznaczenia  efektu  rafinacji  na  podstawie  obliczenia 

wskaźnika aktywności określanego ze zmiany liczby kwasowej oleju przed i po rafinacji oraz 
efektu  odbarwienia,  określonego  przez  pomiar  intensywności  zabarwienia  oleju  przed  i  po 
rafinacji  za  pomocą  fotokolorymetru  „Specol”.  Liczbę  kwasową  należy  oznaczyć  wg  PN-
85/C-04066 (patrz załącznik 1 do ćwiczenia). 
Za  pomocą  fotokolorymetru  należy  dokonać  pomiaru  ekstynkcji  lub  przepuszczalności 
światła  badanych  olejów  przy  odpowiednio  dobranej  długości  fali  światła,  tak  aby 
przepuszczalność surowca, tj. oleju przeznaczonego do rafinacji wynosiła nie mniej niż 40 %. 
 
Uwaga: jeśli odczyty dokonywane są w skali przepuszczalności należy z odpowiednich tabel 
przeliczyć przepuszczalność na ekstynkcję! 
 
 
Efekt rafinacji(określony na podstawie stopnia rozjaśnienia oleju) obliczamy ze wzoru: 
 

%

100

[%]

sur

raf

sur

E

E

E

R

 

 

 

gdzie:  

R – stopień rozjaśnienia próbki 
E

sur

 – ekstynkcja próbki surowca (olej przed rafinacją) 

E

raf

 – ekstynkcja próbki oleju rafinowanego 

 
 
 

background image

 
TCC0154 l – Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu organicznego, laboratorium 

 

 
 

Efekt rafinacji (oznaczony na podstawie wskaźnika aktywności określonego ze zmiany liczby 
kwasowej oleju) obliczamy ze wzoru: 
 

%

100

%

,

.

.

sur

kw

raf

kw

sur

kw

l

l

l

W

 

 

 

gdzie: 

W – wskaźnik aktywności 
l

kw

sur.

 – liczba kwasowa oleju przed rafinacją 

l

kw

raf.

  – liczba kwasowa oleju po rafinacji 

 
 
2. Rafinacja oleju metodą perkolacyjną 
 
 

Proces  rafinacji  oleju  metodą  perkolacyjną  należy  zrealizować  przepuszczając  olej 

przez przygotowane w szklanych perkolatorach złoża granulowanych sorbentów, prowadząc 
proces w temperaturze 70-80 

o

C. 

 

Utrzymując co najmniej 1-2 cm warstwę oleju nad powierzchnią złoża oraz prowadząc 

rafinację z szybkością objętościową przepływu oleju przez złoże V = 1-2 h 

-1

  (tzn.  1-2  cm

3

 

oleju/  1  cm

3

  sorbentu  ·  h),  odbierać  zrafinowany  olej  w  ilości  2,  4  i  6-krotnej  objętości  w 

stosunku do objętości złoża sorbentu. 
 
 

Efekt rafinacji oznaczyć jak w p. 1 na podstawie zmiany barwy oraz liczby kwasowej 

oleju przed i po rafinacji i obliczając stopień rozjaśnienia i wskaźnik aktywności. 
 
SPRAWOZDANIE winno zawierać: 
- cel ćwiczenia, 
- krótki wstęp teoretyczny, 
- wyniki pomiarów i obliczenia, 
- zestawienie w tabeli uzyskanych wyników efektów rafinacji dla zastosowanej metody 

kontaktowej i perkolacyjnej, 

- krótkie wnioski. 
 
Zalecana literatura: 

1.  Kielcew N. W., Podstawy techniki adsorpcyjnej – Inżynieria Chemiczna, WNT 

Warszawa, 1980. 

2.  Sarbak Z., Adsorpcja i adsorbenty – teoria i zastosowanie, wyd. nauk. UAM Poznań, 

2000. 

3.  Rutkowski M., Technologia chemiczna ropy naftowej i gazu, wyd. PWr, Wrocław, 

1976. 

4.  Speight J. G., The Chemistry and Technology of Petroleum, M. Dekker INC, N.Y. 

1991, s. 635-640. 

5.  Beran E., Modyfikacja właściwości sorpcyjnych granulowanych sorbentów, 

przeznaczonych do regeneracji olejów, Przemysł Chemiczny, 73/10, 1994r.  

 

Uwaga: cytowana literatura jest dostępna w bibliotece wydziałowej a także u prowadzącej ćwiczenie  
dr E, Beran (F3 p. 223). 

background image

 
TCC0154 l – Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu organicznego, laboratorium 

 

Załącznik 1 

Oznaczanie liczby kwasowej olejów 
 
 

Liczba  kwasowa  jest  parametrem  określającym  czystość  oleju.  Jej  wartość  w 

eksploatowanym oleju nie powinna przekraczać 10 

-1

 -  10

-2

 mg KOH/g oleju. 

 

Liczbę  kwasową  oleju  oznacza  się  min  wg  normy  PN-85/C-04066  metodą 

miareczkowania  wobec  wskaźnika.  Oznaczenie  to  polega  na  pomiarze  objętości  titranta  (tu 
mianowany  roztwór  KOH)  potrzebnej  do  zobojętnienia  znajdujących  się  w  badanym 
produkcie substancji kwaśnych. 
 

Jako  rozpuszczalnik  próbek  olejowych  stosowany  jest  roztwór  przygotowany  przez 

zmieszanie toluenu, alkoholu izopropylowgo i wody w stosunku objętościowym 500-495-5. 
 

Miareczkowanie prowadzone jest wobec wskaźnika 1-naftolobenzeiny, dodawanego do 

rozpuszczalnika w ilości 0,5 % (v/v). 
 

Do obliczania liczby kwasowej stosowane są następujące wzory: 

 

1)  Do wyznaczania miana roztworu KOH: 
 

X=(V

HCl

 · 0,1 N HCl)/ 5 ml KOH 

 
w którym: V

HCl

  - obj. 0,1N roztworu kwasu  solnego użytego do zmiareczkowania 5 ml   

KOH 

 
Na podstawie wyznaczonej wartości X obliczamy stałą (Y) [mg KOH/cm

3

] tj. miano 

roztworu KOH: 
 

Y= 5,611 ·X/0,1 

 
2)  Do obliczenia całkowitej liczby kwasowej (LK): 
 

LK=Y ·V

KOH

/m 

oleju 

  gdzie: 
  V

KOH 

– obj. roztworu KOH zużytego do miareczkowania badanego produktu [cm

3

  m 

oleju

  - masa próbki [g] 

 
Uwaga do wykonania ćwiczenia: 
Do  oznaczenia  liczby  kwasowej  należy  pobrać  ok.  10  g  próbki  oleju  (zważonej  z 
dokładnością  do  0,0001  g)  i  dodać  50  cm

3

  rozpuszczalnika.  Miareczkować  roztworem 

KOH aż do zmiany barwy z pomarańczowej na zielono-brązową.