CH636902A5 - Procedimento per la rigenerazione di oli esausti. - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda un procedimento per la rigenerazione degli oli esausti.

Più particolarmente la presente invenzione riguarda un procedimento per la rigenerazione degli oli motore esausti.

È noto che gli attuali processi di rigenerazione degli oli esausti ed in particolare di quelli motore, anche nelle elaborazioni più sofisticate, richiedono il trattamento con terra decolorante e/o acido solforico specialmente per quanto riguarda la raffinazione dei prodotti ad alta viscosità.

Quanto sopra comporta, da parte delle raffinerie, la necessità di smaltire le terre decoloranti esauste e/o i fanghi S acidi con le difficoltà derivanti dalle sempre più severe norme contro l'inquinamento. Inoltre questi trattamenti sono economicamente svantaggiosi dato l'alto costo delle terre decoloranti e dell'acido solforico ed in considerazione delle basse rese ottenibili.

io Nel caso che si ricorra all'estrazione dell'olio con n-pa-raffine e successiva idrogenazione catalitica dei prodotti ottenuti, data l'impossibilità di eliminare completamente, mediante estrazione, le impurezze metallo organiche ed i prodotti di ossidazione dall'olio ne risulta che per ottenere le 15 basi lubrificanti ad alto' peso molecolare a norma con le specifiche è necessario ricorrere almeno ad un trattamento terra decolorante. Anche in questo caso però la vita del catalizzatore di hydrofinish risulta estremamente limitata.

Si è sorprendentemente trovato che la possibilità di ese-2o guire la raffinazione di tutta la gamma di oli derivanti dalla raffinazione degli oli motore esausti utilizzando, nella fase finale, il solo trattamento di hydrofinish, e cioè senza ricorrere al trattamento con terra decolorante e/o acido solforico, e contemporaneamente ottenere un migliorato comporta-25 mento nel tempo del catalizzatore di hydrofinish è dovuta sia al nuovo tipo di trattamento termico che non è più rivolto alla massa totale dell'olio da trattare, come nei processi noti, ma soltanto alla frazione dell'olio più pesante, sia al fatto che detta frazione, dopo il trattamento termico, 30 viene sottoposta ad una estrazione con solvente.

È oggetto della presente invenzione un processo che, utilizzando i seguenti stadi di lavorazione e precisamente, predistillazione, estrazione con solvente, frazionamento va-cuum, trattamento termico ed estrazione con solvente della 35 base lubrificante ad alta viscosità ed hydrofinish delle basi lubrificanti ottenute, permetta di ottenere oli lubrificanti a norma senza ricorrere al trattamento terra e/o al trattamento con acido solforico, e con un migliorato comportamento nel tempo del catalizzatore di hydrofinish.

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Più particolarmente l'oggetto della presente invenzione riguarda i seguenti stadi di lavorazione;

a) riscaldare l'olio in un primo forno;

b) inviare l'olio riscaldato in una colonna di predistilla-45 zione separando di testa l'acqua e gli idrocarburi leggeri;

c) recuperare dal fondo della colonna di predistillazione l'olio che viene inviato ad una sezione di estrazione con solvente che elimina dall'olio stesso la maggior parte delle impurezze in esso contenute;

so d) riscaldare l'olio uscente dalla sezione di estrazione dopo strippaggio del solvente in un secondo forno;

e) alimentare l'olio dallo stadio di riscaldamento ad uno stadio di distillazione sotto vuoto con una temperatura di fondo superiore ai 300°C, separando lateralmente le basi

55 lubrificanti a minore viscosità prive di impurezze, la base lubrificante più pesante, in cui si sono concentrate le totalità delle rimanenti impurezze essendo scaricata dal fondo;

f) sottoporre la base lubrificante più pesante a trattamento termico ad una temperatura tra 300 e 450°C, in con-

60 dizioni adiabatiche, per un periodo di tempo che varia da 1 a 120 minuti primi;

g) sottoporre la base lubrificante più pesante, dopo il trattamento termico, ad una seconda estrazione con solvente;

h) inviare la base lubrificante pesante e le altre basi a

65 minore viscosità separatamente ad uno stadio di hydrofinish.

Secondo il processo della presente invenzione l'olio esausto, dopo preriscaldamento in apposito forno ad una temperatura compresa tra 180° e 230°C, viene inviato alla colon-

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na di predistillazione allo scopo di allontanare dall'olio stesso l'acqua e gli idrocarburi leggeri.

Il prodotto ottenuto dopo eliminazione dell'acqua e degli idrocarburi leggeri è sottoposto ad estrazione con solvente allo scopo di allontanare la maggior parte delle impurezze contenute nell'olio. I solventi più idonei per questa operazione sono le n-paraffine a basso peso molecolare con particolare riferimento al propano quantunque l'estrazione possa essere eseguita con qualsiasi altro solvente tipo alcoli, chetoni eteri di opportuno peso molecolare che abbiano una azione insolubilizzante nei riguardi delle impurezze e solvente nei riguardi dell'olio. Nel caso del propano l'estrazione può essere eseguita in una colonna di estrazione in controcorrente con l'olio a temperature comprese tra 30°C e la temperatura critica del propano, ad una pressione compresa tra 25 e 50 kg/cm2. Data la necessità di non eseguire in questo stadio la massima purificazione dell'olio il rapporto solvente olio è generalmente molto ridotto e dell'ordine di 3-10 volumi di propano per volume di olio.

L'olio estratto nella colonna d'estrazione dopo successivo riscaldamento viene inviato al frazionamento sotto vuoto dal quale si recuperano le basi lubrificanti in funzione della viscosità.

Le basi lubrificanti a minore viscosità ottenute in questa distillazione, sono inviate direttamente all'impianto di hydrofinish mentre il residuo della distillazione, costituito dalla base lubrificante ad alta viscosità, contenente la maggior parte delle impurezze, dopo trattamento termico a temperatura generalmente compresa tra 300 e 450°C, viene riciclato alla colonna di estrazione.

Il trattamento termico della base lubrificante ad alta viscosità può anche essere eseguito mantenendo il prodotto in uscita dalla colonna di frazionamento sotto vuoto in condizioni adiabatiche per un periodo di tempo che, a seconda della temperatura, può variare da 1 a 120 minuti primi, l'operazione è in questo caso eseguita inserendo subito dopo la colonna un polmone opportunamente coibentato la cui capacità sarà funzione del tempo di residenza desiderato.

Scopo del trattamento termico è quello di alterare la struttura delle impurezze ancora presenti nell'olio in modo da facilitarne la separazione nella successiva estrazione con solvente.

Dopo trattamento termico la base lubrificante pesante viene riciclata alla colonna di estrazione con solvente.

Anche in questo caso il solvente preferito è il propano quantunque possano essere utilizzati altri tipi di solvente.

La colonna di estrazione può essere la stessa impiegata per la prima estrazione ed in tal caso, l'impianto lavorerà a campagne, oppure una colonna separata.

Le condizioni operative di questa estrazione sono diverse da quelle impiegate nella prima eseguita sull'intero olio dopo predistillazione in quanto la ridotta quantità di impurezze con particolare riferimento a quelle con caratteristiche tensioattive rende l'operazione molto più selettiva e molto più sensibile alle variazioni delle condizioni operative. Variando opportunamente il rapporto solvente olio e la temperatura di estrazione è possibile ottenere una variazione continua ed ampia delle caratteristiche dell'olio e della quantità di residuo prodotto. Le condizioni operative possono variare entro i seguenti limiti: la temperatura di estrazione può essere compresa tra 30°C e la temperatura critica del propano, la pressione può variare tra 25 e 50 kg/cm2 mentre il rapporto solvente olio può essere compreso tra 5 e 20 volumi di propano per volume di olio.

In questa seconda fase .,i impiegano temperature e rapporti solvente olio diversi in quanto lo scopo di questa seconda estrazione consiste non solo nel ridurre il contenuto in impurezze metalliche ma anche quello di migliorare il colore e conseguentemente ridurre la severità delle condizioni operative all'impianto di hydrofinish.

Il residuo di questa seconda estrazione con propano può anche essere riciclato in carico alla prima colonna d'estrazione allo scopo di recuperare l'olio lubrificante in essa contenuto. Le basi lubrificanti ottenute nelle lavorazioni precedenti sono sottoposte ad hydrofinish in presenza di idrogeno su catalizzatori a base di solfuri dei metalli del VI e VIII gruppo del sistema periodico, supportati su allumina.

La temperatura di reazione è compresa tra 250 e 420°C la pressione tra 20 e 150 kg/cm2 la velocità spazio tra 0,1 e 5 v/v/h e l'idrogeno di riciclo tra 15 e 850 (ni/litro).

Un vantaggio della presente invenzione rispetto allo stato dell'arte è quello di ridurre la quantità di calore richiesta per i consumi interni. Infatti i processi noti di raffinazione ricorrono al trattamento termico, dopo eliminazione delle acque e degli idrocarburi leggeri, della totalità dell'olio esausto, allo scopo di alterare la struttura delle impurezze, con particolare riferimento agli additivi detergenti costituiti da solfonati o fenati di calcio, bario, magnesio, ecc. e renderli meno solubili nell'olio lubrificante. Ciò facilita la separazione successiva di queste sostanze specialmente se viene impiegato per la raffinazione un processo di precipitazione mediante solventi.

Le temperature impiegate per il trattamento termico sono generalmente molto elevate e comprese tra 300 e 450°C.

Ciò comporta un notevole dispendio di calore pur tenendo conto che una parte può essere recuperata per il riscaldamento ad esempio della carica alla colonna di frazionamento vacuum. Di contro il trattamento termico previsto nello schema di lavorazione della presente invenzione oltre ad essere eseguito sulla sola base lubrificante pesante può essere ottenuto mantenendo la base stessa alla temperatura di fondo della colonna vacuum e quindi non richiede calore supplementare,

Un ulteriore vantaggio derivante dal nuovo tipo di trattamento termico consiste nella semplificazione nella costruzione del forno di riscaldamento dato che l'olio esausto deve essere riscaldato solamente ad una temperatura di circa 200°C necessaria per la separazione dell'acqua e degli indro-carburi leggeri e dato che a questa temperatura la produzione di gas acidi è notevolmente ridotta rispetto a quella che si ha nel caso del trattamento termico a 300-450°C.

La produzione di una base lubrificante ad alta viscosità notevolmente migliorata rispetto a quella ottenibile con i normali processi di rigenerazione comporta inoltre notevoli vantaggi nel trattamento finale di hydrofinish in quanto viene ridotto il consumo di idrogeno e aumentata la resa dell'olio e la durata del catalizzatore.

L'oggetto della presente invenzione verrà ora illustrato in maniera più dettagliata ma non limitativa facendo riferimento allo schema riportato nella figura allegata.

In questo schema le linee a tratto discontinue si riferiscono alla sola lavorazione della frazione più pesante dell'olio esausto ed in particolare alla lavorazione che detta frazione subisce dopo il trattamento termico; questa diversità nel disegnare le linee di circolazione dell'olio è dovuta al fatto che lo schema presentato utilizza una sola colonna di estrazione con solvente e che quindi è opportuno distinguere l'estrazione con solvente dell'olio intero dall'estrazione con solvente della base più pesante.

Dalla linea (11) l'olio esausto, proveniente dai serbatoi di stoccaggio, viene inviato al forno (1) e tramite la linea (12) mandato alla predistillazione (2); dalla testa di questa colonna si scaricano l'acqua e gli idrocarburi leggeri mediante la linea (13), mentre dal fondo si preleva l'olio che

5

io

ìs

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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4

con la linea (14) è mandato alla colonna di estrazione con solvente (3).

In prossimità del fondo della colonna di estrazione giunge il solvente con la linea (31); dalla testa di questa colonna si recupera, con la linea (15), l'olio e la maggior parte del 5 solvente mentre dal fondo si scaricano, con la linea (16), le impurezze e le rimanenti parti di solvente. Entrambe le correnti, scaricate dalla sopraddetta colonna, sono inviate separatamente in 4 e 5 per il recupero del solvente che con le linee 29 e 30 viene mandato al compressore 6 e quindi in- io tradotto nuovamente in ciclo con la linea 17 al forno 7 e successivamente con la linea 18 alla colonna di distillazione sotto vuoto 8.

Dalla testa di questa colonna si scaricano, con la linea 19, gli idrocarburi leggeri eventualmente ancora contenuti 15 nell'olio e lateralmente si scaricano le basi lubrificanti a bassa viscosità; nel presente schema le basi lubrificanti scaricate lateralmente sono ridotte, non limitativamente, a due e sono scaricate con le linee 26 e 27 ed inviate separatamente al reattore di hydrofinish 10. 20

Dal fondo della colonna 8 si scarica con la linea 20 la base lubrificante più pesante, nella quale si sono concentrate le impurezze, e che è inviata al trattamento termico 9. Dopo un periodo di tempo funzione della temperatura, la base lubrificante più pesante è inviata con la linea 21 alla colon- 25 na di estrazione con solvente 3.

Resta chiaro che nel caso di lavorazione a campagne la colonna d'estrazione 3 verrà utilizzata sia per l'estrazione dell'olio intero dopo predistillazione sia per l'estrazione del-la base lubrificante pesante dopo trattamento termico, ed in tal caso dovranno essere previsti gli stoccaggi necessari per questo tipo di lavorazione, stoccaggi non presentati in figura per semplificare lo schema.

Nel caso che si voglia avere un impianto a funziona- 35 mento continuo sarà sufficiente introdurre nell'impianto stesso una seconda colonna di estrazione simile alla prima.

Anche in questo caso dalla testa della colonna di estrazione si recupera, con la linea 22, la base lubrificante pesante con la maggior parte del solvente mentre dal fondo, 40 con la linea 24 si scaricano le impurezze e le rimanenti parti di solvente. Queste correnti sono inviate al recupero del solvente in 4 e 5; dal fondo di 4 si scarica la base pesante che è inviata al reattore di hydrofinish con la linea 23 mentre dal fondo di 5 si scarica il residuo che, con la linea 25, 45 è riciclato in carica alla colonna di estrazione con solvente, quando questa viene utilizzata per l'estrazione dell'olio intero, per recuperare i residui d'olio ancora mescolati con le impurezze. Le correnti 23, 26 e 27 vengono mandate generalmente a serbatoi di stoccaggio (non mostrati in fi- 50 gura per semplificare lo schema), e quindi inviate separatamente e alternativamente al reattore di hydrofinish 10 da cui le varie basi lubrificanti, completamente rigenerate, si scaricano con la linea 28.

Riportiamo di seguito alcuni esempi di prove eseguite 55 in impianto pilota che sono da ritenersi non limitativi nei riguardi della presente invenzione. Essi mettono in evidenza i migliori risultati ottenibili con lo schema proposto a confronto di quelli noti che ricorrono al trattamento termico sulla massa totale dell'olio da rigenerare. 60

rapporto solvente/olio temperatura testa colonna temperatura fondo colonna pressione

7/1 (volume)

90°C

70°C

38 kg/cm2.

L'olio estratto, dopo strippaggio del propano è stato sottoposto a frazionamento vacuum per la separazione delle diverse basi lubrificanti in funzione della viscosità. Sono state ottenute 3 basi a bassa, media ed alta viscosità. La base ad alta viscosità è stata sottoposta a trattamento termico alla temperatura di 350°C per 15 minuti primi e quindi inviata alla colonna di estrazione con propano. In questo caso le condizioni operative di estrazione sono state le seguenti:

rapporto solvente/olio temperatura di testa colonna temperatura di fondo colonna pressione

15/1 (volume)

85°C

73°C

38 kg/cm2.

Le basi lubrificanti leggere e medie ottenute dall'impianto di distillazione vacuum sono state trattate separatamente con idrogeno su catalizzatore a base di Ni, Mo solfuri su allumina alle seguenti condizioni operative:

temperatura pressione velocità spazio H2 riciclo

350°C 40 kg/cm2 1 V/V/h 168 nl/1,

La base lubrificante pesante ottenuta dalla colonna di estrazione, dopo strippaggio del propano è stata trattata con idrogeno sullo stesso catalizzatore ma alle seguenti condizioni operative:

temperatura pressione velocità spazio H2 riciclo

350°C 40 kg/cm 0,5 V/V/h 168 nl/1.

Esempio 1

Un olio motore esausto è stato sottoposto a frazionamento per la separazione dell'acqua e degli idrocarburi leg- 65 geri ed il residuo è stato inviato all'estrazione con propano su colonna RDC. Le condizioni operative impiegate in questa operazione sono:

Le rese e le caratteristiche dei prodotti ottenuti nelle singole operazioni sono riportate nella tabella 1.

Dal confronto dei due schemi di lavorazione esaminati si osserva come la base lubrificante pesante, ottenuta con lo schema di lavorazione oggetto della presente invenzione, abbia una minor quantità di impurezze ed un colore migliore e pertanto necessita di condizioni operative più blande nel successivo trattamento di hydrofinish.

Dato che la vita del catalizzatore nell'operazione di hydrofinish è influenzata dalla presenza nella carica di impurezze metalliche che si depositano sul catalizzatore, la possibilità di trattare prodotti a minor contenuto di impurezze e con colore migliorato permette condizioni operative più blande e quindi una vita del catalizzatore più lunga.

Esempio 2 (Di confronto)

Un olio motore esausto è stato sottoposto a predistillazione per la separazione dell'acqua e degli idrocarburi leggeri ed il residuo è stato sottoposto a trattamento termico alla temperatura di 380°C per la durata di tre minuti e quindi inviato all'estrazione con propano su colonna RDC.

Le condizioni separative impiegate in questa operazione sono:

rapporto solvente/olio 10/1 (volume)

temperatura testa colonna 90°C

temperatura fondo colonna 70°C

pressione 38 kg/cm2.

5 636902

L'olio estratto dopo strippaggio del propano è stato sot- temperatura 350°C

toposto a frazionamento vacuum per la separazione delle pressione 40 kg/cm2

diverse basi lubrificanti in funzione della viscosità. Sono velocità spazio 1 V/V/h state ottenute n. 3 basi lubrificanti, a bassa, media ed alta Ha riciclo 168 nl/1.

viscosità ed una certa quantità di gasolio vacuum. Le basi 5

lubrificanti leggere e medie sono state trattate separatamente La base lubrificante pesante è invece stata trattata con con idrogeno su catalizzatore a base di Ni, Mo solfuri su idrogeno sullo stesso catalizzatore ma alle seguenti condizio-

allumina alle seguenti condizioni operative: ni operative:

10 temperatura 350°C

pressione 40 kg/cm2

velocità spazio 0,5 V/V/h

H2 riciclo 168 nl/1.

15 I risultati ottenuti in tutte le fasi sono riportati nella tabella n. 2.

TABELLA 1

Caratteristiche prodotti ottenuti con trattamento termico e reciclo della base lubrificante pesante

Resa

% p

Colore ASTM

Viscosità est a 210° F

N° di Neut. mg. KOH/g

Ca

Metalli ppm (Fluorescenza Rx) Ba Zn Pb P CI

Br

Carica

100,0

>8

14,68

Predistillazione:

H;,0

Idrocarburi leggeri Residuo

6,9 3,4" 89,7

13,27

4,51 2,19 3,16

1560

400

900

2600

850

650

580

1° Estrazione propano: Raffinato Residuo

94,2 5,8

>8

9,94

0,81

230

<5

125

120

470

140

50

Frazionamento Vacuum:

Base leggera Base media Base pesante

28,0 47,8 23,3

4 7 >8

5,15 9,58 31,32

0,44 0,28 1,35-

<5 <5 1000

<5 l<5 10

<5 <5 530

<5 <5 510

180 18 1490

95 20 BO

20 <5 18

Trattamento termico base pesante:

100,0

30,5

1,33

980

10

500

570

1460

25

12

Estrazione propano base pesante: Raffinato Residuo

93,0 7,0

<7,5

28,4

0,13

<5

<5

<5

<5

10

15

<5

Hydrofinish: Base leggera Base media Base pesante

98,0 98,0 98,0

<2

<2,5

<4

4,98 9,3 28,0

<0,03 <0,03 <0,03

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<10 <10 <10

<5 <5 <5

<5 <5 <5

636902

6

TABELLA 2

Caratteristiche prodotti ottenuti con trattamento termico eseguito sulla carica totale

Resa Lavorazione % p

Colore ASTM

Viscosità est a 210° F

N° di Neut. mg KOH/g

Ca

Metalli ppm (Fluorescenza Rx) Ba Zn Pb P CI

Br

Carica

100,0

>8

14,8

8/6

Predistiìlazione e tratt. termico:

h2o

Idrocarburi leggeri Residuo

6,9 6,1 87,0

>8

14,08

10,52 3,56 1,1

1500

420

770

2350

980

250

320

Estrazione con propano: Raffinato Residuo

93,66 6,34

>8

10,07

0,34

IO

<5

<5

<5

35

49

—

Frazionamento Vacuum: Gasolio Base leggera Base media Base pesante

2,84 26,95 44,47 25,74

3,5 4,5 >8

5,23 9,92 32,39

0,48 0,30 0,38

<5 <5 36

<5 <5 <5

<5 <5 10

<5 <5 16

45 10 70

60 17 25

43 10 <5

Hydrofinish: Base leggera Base media Base pesante

98,0 98,0 98,0

1,5 2 >8

5,1 9,5 30,0

<0,03 <0,03 <0,03

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<5 <5 <5

<10 <10 <10

<5 <5 <5

<5 <5 <5

v

1 Soglio disegni

Claims (10)

636902

1 a 120 minuti primi;

g) sottoporre la base lubrificante più pesante, dopo il trattamento termico, ad una seconda estrazione con solvente;

h) inviare la base lubrificante pesante le altre basi a minore viscosità separatamente ad uno stadio di hydrofinish.

1. Procedimento per la rigenerazione di oli esausti caratterizzato dal comprendere i seguenti stadi:

a) riscaldare l'olio in un primo forno;

b> inviare l'olio riscaldato in una colonna di predistillazione separando di testa l'acqua e gli idrocarburi leggeri;

c) recuperare dal fondo della colonna di predistillazione l'olio che viene inviato ad una sezione di estrazione con solvente che elimina dall'olio stesso la maggior parte delle impurezze in esso contenute;

d) riscaldare l'olio uscente dalla sezione di estrazione dopo strippaggio del solvente in un secondo forno;

e) alimentare l'olio dallo stadio di riscaldamento ad uno stadio di distillazione sotto vuoto con una temperatura di fondo superiore ai 300°C, separando lateralmente le basi lubrificanti a minore viscosità prive di impurezze, la base lubrificante più pesante, in cui si sono concentrate le totalità delle rimanenti impurezze essendo scaricata dal fondo;

f) sottoporre la base lubrificante più pesante a trattamento termico ad una temperatura tra 300 e 450°C, in condizioni adiabatiche, per un periodo di tempo che varia da

2. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui il solvente usato nella sezione di estrazione è una n-paraffina a basso peso molecolare e particolarmente propano.

2

RIVENDICAZIONI

3. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui l'estrazione con solvente dell'olio intero e della base lubrificante più pesante avviene alternativamente nella stessa sezione di estrazione ed in tal caso dovendo essere previsti gli stoccaggi necessari per questo tipo di lavorazione.

4. Procedimento come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'olio nel primo forno è riscaldato ad una temperatura compresa tra 180 e 230°C.

5 e 20.

5. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui il residuo proveniente dall'estrazione con solvente della base lubrificante più pesante è riciclato in carica alla colonna di estrazione unitamente all'olio intero dopo predistillazione.

6. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui la sezione di estrazione con solvente funziona a temperatura compresa tra 30°C e la temperatura critica della n-paraffina usata.

7. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui la sezione di estrazione funziona ad una pressione compresa tra 25 e 50 kg/cm2.

8. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui l'estrazione dell'olio proveniente dallo stadio di predistillazione è eseguita con rapporti volume di n-paraffina per volume di olio oscillanti tra 3 e 10.

9. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui l'estrazione della base lubrificante più pesante è eseguita con rapporti volumi di n-paraffina per volume di olio oscillanti tra

10. Oli rigenerati mediante il procedimento secondo la rivendicazione 1.