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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft die chemische oder Petrol-Raffinierindustrie und kann bei der Erzeugung von Petrol-Plastifizierern von synthetischen Kunststoffen und Reifen verwendet werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Entsprechend der Richtlinie 2005/69/EU des Europäischen Parlamentes und des Europäischen Rates vom 16. November 2005 können Petrol-Plastifiziereröle nicht auf den Markt gelangen und bei der Produktion von Reifen und deren Komponenten in der EU seit dem 01.01.2010 verwendet werden, wenn sie mehr als 3,0 PCA enthalten, bestimmt entsprechend dem IP-346:1998-Verfahren.
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Prozessöle (Plastifizierer) für Butadien-Styrol-Kautschuke und Reifen, die einen hohen Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen (der Gehalt von aromatischem Kohlenstoff ist mehr als 25% gemäß ASTM D 2140) haben, werden durch das Verfahren zum Raffinieren von Extrakten von Petrolölfraktionen mit selektiven Lösungsmitteln erzeugt.
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Angesichts des erhöhten Verbrauches solcher Plastifizierer ist es notwendig, die Anlagenkapazität zu erhöhen, ebenso wie die Umweltsicherheit zu verbessern und den Energieverbrauch und andere Ressourcen für denen Produktion zu reduzieren.
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Die gegenwärtig existierenden Verfahren der Lösungsmittelraffinierung von Extrakten von Petrolölfraktionen berücksichtigen nicht das Vorhandensein von kondensierten Verbindungen mit hohem Kohlenstoffgehalt (Carbene, Carboide und dergleichen) in den Extrakten, die tatsächlich in der Hauptzahl von bekannten Lösungsmitteln unlöslich sind. Solche Verbindungen können in der Zufuhr, die bei der Extraktion vorgesehen wird, vorhanden sein oder aufgrund der Verwendung von hohen Temperaturen beim Schritt des Abstreifens von Lösungsmitteln von Extraktionslösungen während der Produktion der Extrakte gebildet werden, weil Extrakte die größte Anzahl von reaktiven Verbindungen (beispielsweise Olefinen) enthalten. Unlösliche Verunreinigungen beeinflussen negativ den Extraktionsvorgang und vermindern die Effizienz des Betriebs der Anlagen zur Erzeugung von hoch-aromatischen Plastifizierern. Ebenso gibt es ein Bedürfnis zur Auswahl von selektiveren Lösungsmitteln, um die Zahl der Extrakte mit einem hohen Gehalt von karzinogenen aromatischen Kohlenwasserstoffen zu vermindern.
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Gemäß
EP 0417980 wird Furfurol als selektives Lösungsmittel verwendet. Der Raffiniervorgang ist gekennzeichnet durch eine niedrige Ausbeute des Endproduktes (60–70%), niedrige Selektivität, weil Furfurol nicht nur polycyclische, sondern auch nicht-karzinogene aromatische Verbindungen auflöst.
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Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist die Verwendung eines toxischen Lösungsmittels (Furfurol), das ebenfalls eine hohe Oxidations- und Harz-Bildungsfähigkeit aufweist.
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Bekannt ist ein Verfahren zur Erzeugung von Prozessölen durch das 2-schrittige Extraktionsverfahren, das in
DE60013106D beschrieben ist.
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Als selektives Lösungsmittel werden Furfurol, Phenol, N-Methylpyrrolidon verwendet.
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Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist die Komplexität des Verfahrens und die Toxizität der Lösungsmittel.
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Als polares Lösungsmittel ist die Verwendung von Dimethylsufoxid (DMSO) bevorzugt.
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Dimethylsulfoxid unterscheidet sich von anderen polaren Lösungsmitteln durch eine größere Selektivität (demzufolge erhöht sich die Endproduktausbeute), niedrige Toxizität (betrifft die Schädlichkeitsklasse 4 – eine Substanz mit geringer Schädlichkeit), bildet keine azeotropen Mischungen mit Wasser (der Prozess zum Trocknen eines Lösungsmittels von Wasser wird vereinfacht). Der Siedepunkt von Dimethylsulfoxid ist bei atmosphärischem Druck +189°C, der Schmelzpunkt ist +18°C. Es wird in großem Umfang in der Medizin verwendet (siehe ”Chemical Encyclopedia”, Bd. 2, Moskau. ”Sovetskaya entsyclopedia”, 1990. S. 64).
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DMSO wird in allen Verhältnissen mit aromatischen Kohlenwasserstoffen vermischt, die keine langen Seitenketten haben, und löst tatsächlich nicht Paraffin-Kohlenwasserstoffe auf – dies erläutert dessen hohe Selektivität gegenüber polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und die hohe Ausbeute von raffiniertem Petroleum beim Raffinieren von Petrolextrakten.
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RU 2313562 , Spalte C10G21/22, C08K11/00 veröffentlicht am 27.12.2007, beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Plastifizierers und einen Plastifizierer unter Verwendung von Dimethylsulfoxid als Extraktionslösungsmittel (nächstliegender Stand der Technik).
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Das Wesentliche von
RU 2313562 liegt darin, dass ein Extrakt von raffinierenden Petrolölfraktionen mit selektiven Lösungsmitteln mit Dimethylsulfoxid behandelt wird, worin das Gewichtsverhältnis von Dimethylsulfoxid:Extrakt 2,0–4,0:1 und ein Temperaturbereich 30 bis 120°C ist und das resultierende raffinierte Petroleum als gewünschtes Produkt verwendet wird. Bevorzugt wird der Extrakt vorher mit einem Paraffin-Naphthen-Lösungsmittel mit einem Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel:Extrakt von 0,1–0,5:1 verdünnt. Der Extrakt ist ein restlicher Extrakt und eine Mischung aus restlichem und Destillatextrakten.
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Die Erfindung ermöglicht die Erzeugung eines nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöls durch Reduzieren des Gehaltes von karzinogenen polycyclischen aromatischen Verbindungen.
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Ein Nachteil des obigen Verfahrens ist die Verwendung eines Paraffin-Naphthen-Lösungsmittels, das eine stark entzündliche Flüssigkeit ist, wodurch die Feuer-Explosionsgefahr des Verfahrens vorliegt.
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Ebenfalls erfordert die Verwendung eines Paraffin-Naphthen-Lösungsmittels die Erniedrigung der Verfahrenstemperatur, wodurch eine Erhöhung des selektiven Lösungsmittels:Zuführ-Verhältnisses und eine Erhöhung von Energieforderungen für die Regeneration des Lösungsmittels von Extraktionslösungen resultiert. Ein anderer Nachteil ist eine starke Einschränkung des Wassergehaltes beim selektiven Lösungsmittel – nicht mehr als 1%. Wenn ein Wassergehalt höher ist, reduziert sich die Entwicklungsfähigkeit von Dimethylsulfoxid, was zu einer Erhöhung des Gehaltes von karzinogenen polycyclischen aromatischen Verbindungen führt. Das Trocknen von Dimethylsulfoxid auf einen Wassergehalt von weniger als 1% erfordert einen großen Energieverbrauch und eine komplizierte Rektifizieranlage.
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Gleichzeitig wird an der Phasengrenzfläche eine Zwischenschicht von unlöslichen Verunreinigungen gebildet, die graduell den Säulenbereich blockiert, was zu einer Erniedrigung der Betriebseffizienz der Extraktionssäule und zu einer Störung von Pumpeneinheiten führt.
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Ebenfalls werden diese Mischungen teilweise mit einer Extraktionslösung zu Verdampfungsanlagen abgezogen, worin die Lösungsmittelregenerierung stattfindet, was zu einer Oberflächenkontamination von Wärmeaustauschvorrichtungen und als Folge einer schlechten Leistung von Verdampfern führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein neues effizienteres Verfahren zur Erzeugung von nicht-karzinogenem aromatischem Prozessöl mit einem hohen Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen (mehr als 75%) und einem niedrigen Gehalt an karzinogenen, mutagenen und toxischen Substanzen anzugeben. Die technische Wirkung der Erfindung besteht in der Erhöhung der Effizienz des Verfahrens durch Ausschluss der Bildung einer Zwischenschicht in einer Extraktionssäule, Reduktion des Lösungsmittel:Extraktverhältnisses und als Folge Verbesserung der Anlagenkapazität, Vereinfachung des Lösungsmittels-Trocknungs-Verfahrens, Ablehnung eines Paraffin-Naphthen-Lösungsmittels, wodurch die Extraktionsmittel-Regeneration von einer Raffinatlösung essentiell vereinfacht wird.
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Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von nicht-karzinogenem aromatischem Prozessöl mit weniger als 3,0% eines PCA-Extraktes gemäß IP-346-Verfahren erzielt, wobei das Verfahren die Schritte des Raffinierens von Petrolölfraktionen mit selektiven Lösungsmitteln und Trennung eines Extraktes, zusätzliche Verarbeitung des Extraktes mit einem polaren Lösungsmittel und Erzeugung eines Raffinates als gewünschtes Produkt umfasst, wobei eine Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon als polares Lösungsmittel verwendet, der Extrakt mit der Mischung vorbehandelt und nach der Vorbehandlung eine Mischung aus dem Extrakt und dem polaren Lösungsmittel filtriert, getrennt und die leichte Fraktion einer zusätzlichen Behandlung des Extraktes mit einem polaren Lösungsmittel und die schwere Fraktion einem Schritt der Regenerierung des polaren Lösungsmittels zugeführt wird.
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Zusätzliche Behandlung: Das Verhältnis von Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon in der Mischung liegt im Bereich von 1:0,1 bis 0,5.
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Das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes bei dem Schritt der zusätzlichen Behandlung liegt in dem Bereich von 1,5–2,5:1.
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Das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes im Schritt der Vorbehandlung liegt in dem Bereich von 0,1 bis 0,3:1.
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N-Methylpyrrolidon (1-Methyl-2-pyrrolidon; N-Methyl-γ-butyrolactam), dessen Molekulargewicht 99,13 ist, ist eine farblose Flüssigkeit, der Schmelzpunkt ist 24°C, der Siedepunkt 206°C, 82–84°C/10 mm Quecksilbersäule; d20 4 1,0328; nD 20 1,4684; frei löslich in Wasser, Alkohol, Aceton, Benzol, Xylol.
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N-Methylpyrrolidon ist wenig toxisch; die kumulativen Eigenschaften sind mild; die Bioabbaubarkeit ist hoch.
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N-Methylpyrrolidon wird bei Verfahren zum Raffinieren von Petrolölfraktionen von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Harzen bei der Erzeugung von Ölen vom Naphthentyp verwendet.
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Die obigen und andere Aspekte und Vorteile dieser Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung davon offenbart, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, worin eine Anlage zur Erzeugung eines nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöls erläutert ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Anlage zur Erzeugung eines nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöls besteht aus einem Mischer (1), der mit einem Wärmetauscher (2) und Filter (3) verbunden ist. Der Filter (3) ist mit einem Phasenseparator (4) verbunden, der mit dem Boden einer Extraktionssäule (5) verbunden ist, die mit einer Kontaktvorrichtung (6) versehen ist. Das Obere der Extraktionssäule (5) ist mit einem Wärmetauscher (7) verbunden. Am Boden der Säule ist ein Grenzflächenniveau-Kontrollgerät (8) installiert.
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Das Verfahren zur Erzeugung von nicht-karzinogenem aromatischem Prozessöl wird wie folgt durchgeführt. Durch Raffinieren von Petrolölfraktionen und Deasphaltieren mit polaren Lösungsmitteln – Phenolen, N-Methylpyrrolidon oder Furfurol durch die bekannten Extraktionsverfahren – werden restliche Stoffe und Destillate wiedergewonnen.
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Der selektive Raffinierextrakt von Petrolölfraktionen in einem Strom (V) durch den Wärmetauscher (2) wird zu einem Strom (IV) zum Mischer (1) für die Vorbehandlung gerichtet. Beim Wärmetauscher (2) wird der Extrakt durch die bekannten Verfahren auf die gewünschte Temperatur (70 bis 110°C) erwärmt. Ein polares Lösungsmittel – eine Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1–0,5 wird zur Mischung in einem Strom (III) gerichtet. Das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes in dem Vorbehandlungsschritt ist im Bereich von 0,1–0,3:1. Das Mischen wird bei einer Temperatur des Säulenbodens von 70 bis 110°C durchgeführt. Die Mischung kann aus industriell hergestellten Standard-Mischvorrichtungen ausgewählt werden, die ein ausreichendes Mischen von Petrolextrakten und polaren Lösungsmitteln ergeben. Aufgrund des Kontaktes eines Extraktes und des polaren Lösungsmittels einer der Phasengrenzfläche erfolgt eine Grenzflächenkoagulation (Flotation) von sehr kleinen Einschlüssen von hohen Kohlenstoffverbindungen und Kontaminationen metallischen Ursprungs zu größeren Teilchen statt. Weiterhin ist die Mischung aus dem Extrakt und dem polaren Lösungsmittel in einem Strom (VI) zum Filter (3) gerichtet, worin die Trennung von Teilchen, die durch Mischen gebildet sind, stattfindet. Das Filtern wird durch bekannte Verfahren, die die Wiedergewinnung von festen Teilchen mit einer Größe von weniger als 20 μm ergeben, bei einer Temperatur von 70 bis 110°C durchgeführt. Das Filtrat in einem Strom (VIII) wird periodisch von dem Filter durch die bekannten Verfahren entfernt und zum Bitumen gerichtet. Weiterhin wird die gefilterte Mischung des Extraktes und polaren Lösungsmittels in einem Strom (VII) zu der Trennung zum Phasenseparator (4) geführt, zum Erzeugen einer leichten Phase (teilweise raffinierter Petrolölfraktionsextrakt) und einer schweren Phase (Extraktionslösung). Der Phasenseparator (4) kann aus industriell hergestellten Gravitätsseparatoren, Zentrifugalseparatoren und Flüssigseparatoren von anderen Typen ausgewählt werden, die ein ausreichendes Trennen von leichten und schweren Phasen ergeben. Die leichte Phase in einem Strom (IX) wird zum Boden der Extraktionssäule (5) für die zusätzliche Behandlung gerichtet, die schwere Phase in einem Strom (X) wird zum Schritt der Regenerierung des polaren Lösungsmittels gerichtet. Die Extraktionssäule (5) umfasst eine Kontaktvorrichtung (6), die durch das bekannte Verfahren vorgesehen wird (Scheibenrotor oder reguläre Packung oder Schüttpackung), unter Erhalt des effizienten Gewichtsaustausches und hat Gravitätszonen im Boden und an der oberen Seite, zum Trennen der leichten (Raffinat-) und schweren (Extraktions-)-Phasen. Der Säulendurchmesser und die Höhe hängen von der gewünschten Kapazität und der Anzahl der theoretischen Platten ab, um die beste Trennung von Komponenten des ursprünglichen Extraktes zu ermöglichen.
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Zu der oberen Seite der Extraktionssäule (5) wird durch den Wärmetauscher (7) in einem Strom (XI) eine Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1–0,5 geführt. Im Wärmetauscher (7) wird die Lösungsmittelmischung auf die Temperatur erwärmt, die Temperaturen an der oberen Seite der Säule (5) innerhalb des Bereiches von 80 bis 120°C ermöglicht, wobei die Temperatur des Säulenbodens (5) 70 bis 110°C ist. Das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes in dem zusätzlichen Behandlungsschritt ist im Bereich von 1,5–2,5:1.
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Vom Boden der Säule (5) wird durch das Phasengrenzflächen-Kontrollgerät (8) in einem Strom (XIII) eine Extraktionslösung, umfassend Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, Harze und Asphaltene abgezogen. Von der oberen Seite der Säule entweicht in einem Strom (XII) eine Raffinatlösung, umfassend raffiniertes Petroleum, N-Methylpyrrolidon und Dimethylsulfoxid. Beim Vervollständigen des Verfahrens werden die Lösungsmittel vom Raffinat und Extrakt durch die bekannten Verfahren (Unterdruck-Destillation, Reextraktion) getrennt. Das raffinierte Petroleum wird als Prozessöl (Plastifizierer) verwendet. Der Extrakt kann als Komponente von Brennstofföl bei der Erzeugung von Bitumen und für einige andere Zwecke verwendet werden.
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Als polares Lösungsmittel wird eine Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon in einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1 bis 0,5 verwendet.
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BEISPIEL 1 (Vergleich):
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Für die Extraktion wurde eine Säule verwendet, bestehend aus zwei Glashüllen mit einem Durchmesser von 25 mm, die mit einer Metallpackung gefüllt waren, und die Erwärmungs- und Kühl-Ummantelungen aufwies.
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Die Temperatur in der Säule wurde mit Hilfe von zwei Thermostaten aufrechterhalten, wobei einer den oberen Wärmetauscher und die obere Hülle erwärmte und der andere die untere Hülle und den unteren Wärmetauscher.
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Der Extrakt, erhalten durch Lösungsmittelraffinieren-Deasphaltieren mit Phenol, umfassend 8,9% polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PCA) gemäß dem IP-346-Verfahren und 33,5% aromatischen Kohlenstoff Ca, wurde durch eine Dosierpumpe durch den Wärmetauscher zum Boden der Extraktionssäule geführt. Dimethylsulfoxid (DMSO) wurde durch eine Dosierpumpe durch den Wärmetauscher zur oberen Seite der Extraktionssäule in dem DMSO:Extrakt-Gewichtsverhältnis von 2,0:1 vorgesehen. Die Temperatur an der oberen Seite der Säule war 115°C, am Boden der Säule –100°C.
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Vom Boden der Säule wurde eine Raffinatlösung, umfassend raffiniertes Petroleum und DMSO, abgezogen. Vom Boden der Säule wurde durch das Phasen-Grenzflächenkontrollgerät eine Extraktionslösung, umfassend DMSO, einen Extrakt von PCA und Harze, abgezogen. An der Phasengrenzfläche ist eine graduelle Akkumulierung der Zwischenschicht beachtbar, und das Betriebssystem der Säule bricht, die Qualität von raffiniertem Petroleum baut sich ab, dies ist der Grund, warum die Dosierungen des Extraktes und DMSO um 30% für einen Monat erniedrigt werden mussten.
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Nach Abstreifen der Lösungsmittel werden raffiniertes Petroleum, das als Plastifizierer verwendet wird, und der Extrakt, umfassend PCA mit drei oder mehren aromatischen Ringen und Harze, die ein Nebenprodukt darstellen, erzeugt. Das erzeugte nicht-karzinogene aromatische Prozessöl wurde bezüglich des Gehaltes eines PCA-Extraktes und des Gehaltes von aromatischem Kohlenstoff Ca analysiert.
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Der Gehalt des PCA-Extraktes wurde durch das IP-346-Verfahren bestimmt. Die Bestimmung wird durchgeführt durch das Extrahieren einer Ölprobe, aufgelöst in Cyclohexan, mit Dimethylsulfoxid, mit anschließender Wiedergewinnung von PCA von der Lösung mit Hilfe von Cyclohexan und 4-%iger wässriger Natriumchloridlösung und Abstreifen von Cyclohexan von PCA durch einen Rotationsverdampfer.
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Der Gehalt von aromatischem Kohlenstoff Ca wurde bestimmt durch das ASTM D 2140-Verfahren. Das Verfahren besteht in der Messung des Refraktionsindex bei 20°C, der Dichte bei 20°C und der kinematischen Viskosität bei 37,8°C. Entsprechend den erhaltenen Meßergebnissen werden der Refraktionsabschnitt und die Gewichts-Viskositätskonstante berechnet. Entsprechend dem Refraktionsabschnitt und den Werten der Gewichts-Viskositätskonstanten auf einem Diagramm wird der Gehalt von aromatischem Kohlenstoff Ca bestimmt. Die Eigenschaften des erzeugten nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöls sind in Tabelle 1 angegeben.
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BEISPIEL 2
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In einer zylindrischen Anlage mit einem Rührer und einer Heizummantelung bei einer Temperatur von 100°C wurden 30 Minuten 3.000 g Extrakt (kinematische Viskosität bei 100°C gemäß ASTM D 445 ist 21,6 mm2/s, der Gehalt des PCA-Extraktes gemäß IP-346-Verfahren ist 8,9%, der Gehalt an aromatischem Kohlenstoff Ca ist 33,5%) und 600 g einer Mischung aus DMSO und NMP bei einem Gewichtsverhältnis von 1:0,1 gemischt. Das Gewichtsverhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes bei der Vorbehandlung ist 0,2:1. Die resultierende Mischung bei einer Temperatur von 100°C wurde durch einen Metallfilter mit einer Porengröße von nicht mehr als 20 μm filtriert.
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Der Filter wurde in die erwärmte zylindrische Unterlaufanlage zum vollständigen Schichten bei einer Temperatur von 100°C geladen. Nach Teilen wurde die schwere Phase getrennt und zur Regeneration des polaren Lösungsmittels geschickt, die leichte Phase wurde zur zusätzlichen Behandlung des Extraktes mit dem polaren Lösungsmittel geschickt.
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Der somit behandelte Extrakt (ohne Lösungsmitteltrennung) wurde weiterhin durch das Extraktionsverfahren gemäß Beispiel 1 mit einer Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon im Gewichtsverhältnis von 0,1:1 in der Extraktionssäule unter folgenden Bedingungen raffiniert: die Temperatur des Säulenbodens ist 115°C, das Gewichtsverhältnis des polaren Extraktes und des Extraktes im Vorbehandlungsschritt ist 1,8:1, das gesamte Gewichtsverhältnis des polaren Extraktes und des Extraktes im Vorbehandlungsschritt und zusätzlichen Behandlungsschritt ist 1,9:1. Das polare Lösungsmittel wurde von dem nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöl durch das Destillationsverfahren bei einem niedrigeren Druck (Druck 5 mbar, Temperatur 180°C) getrennt. Das erzeugte nicht-karzinogene aromatische Prozessöl wurde bezüglich des Gehaltes eines PCA-Extraktes und des Gehaltes von aromatischem Kohlenstoff Ca analysiert.
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Für die Zeit des kontinuierlichen Betriebes (während eines Monats) wurde eine unbeachtliche Bildung einer Zwischenschicht bemerkt, keine Verminderung der Dosierungen war erforderlich.
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Die Ergebnisse der zusätzlichen Behandlung des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 1 angegeben.
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BEISPIELE 3–6
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Das Verfahren der Herstellung und die zusätzliche Behandlung wurden gemäß Beispiel 2 der Beschreibung durchgeführt. Das Gewichtsverhältnis von Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon im Mischer wurde innerhalb des Bereiches von 1:0,08–0,6 variiert. Die Ergebnisse des Raffinierens des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
| Beispiel | Zusammensetzg. des polaren Lösungsmittels DMSO/NMP | Verh. von polarem Lösungsmittel/Extrakt bei der zusätzl. Behandlung | Ausbeute des nicht-karzinogenen arom. Prozessöls, % | PCA-Extraktgehalt % | Gehalt von arom. Kohlenstoff Ca, % |
| 1 (Vergl.) | 1:0 | 2,0:1 | 90 | 3,2 | 27,8 |
| 2 | 1:0,1 | 1,8:1 | 89 | 2,9 | 27,4 |
| 3 | 1:0,08 | 1,8:1 | 90 | 3,1 | 27,8 |
| 4 | 1:0,3 | 1,8:1 | 88 | 2,7 | 26,5 |
| 5 | 1:0,5 | 1,8:1 | 87 | 2,7 | 25,9 |
| 6 | 1:0,6 | 1,8:1 | 85 | 2,7 | 24,6 |
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Wie aufgrund von Tabelle 1 ersichtlich ist, erfüllt, wenn das Verhältnis von Dimethylsulfoxid:N-Methylpyrrolidon in der Mischung weniger als 1:0,1 ist, das resultierende Produkt nicht die Erfordernisse für den Indikator ”PCA-Extraktgehalt” gemäß dem IP-346-Verfahren und ist mehr als 3,0 (Beispiel 3). Wenn das Verhältnis von Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon in der Mischung mehr als 1:0,5 (Beispiel 6) ist, reduziert sich die Extraktionsselektivität von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, so dass der Kohlenstoffgehalt von aromatischen Ringen weniger als 25 ist, wodurch die Eigenschaften der vulkanisierten Kautschuke von Butadien-Styrol-Kautschuk sich verschlechtern (insbesondere wird die Schutzkupplung mit nassem Asphalt verschlechtert), ebenso vermindert sich die Ausbeute des Endproduktes. Bei dem Prototypbeispiel ist ein Schritt der vorhergehenden Herstellung des Extraktes abwesend und die Extraktionssäule wird graduell mit mechanischen Verunreinigungen blockiert.
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BEISPIELE 7–11
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Das Verfahren zur Herstellung und die zusätzliche Behandlung des Extraktes wurden entsprechend Beispiel 2 durchgeführt. Das Gewichtsverhältnis von polarem Lösungsmittel und Extrakt bei dem zusätzlichen Behandlungsschritt wurde innerhalb des Bereiches von 1,4 bis 2,6:1 variiert.
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Die Ergebnisse der Raffinierung des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
| Beispiel | Zusammensetzg. des polaren Lösungsmittels DMSO/NMP | Verh. von polarem Lösungsmittel/Extrakt bei der zusätzl. Behandlung | Ausbeute des nicht-karzinogenen arom. Prozessöls, % | PCA-Extraktgehalt % | Gehalt von arom. Kohlenstoff Ca, % |
| 7 | 1:0,2 | 1,4:1 | 90 | 3,2 | 28,0 |
| 8 | 1:0,2 | 1,5:1 | 89 | 2,9 | 27,8 |
| 9 | 1:0,2 | 1,8:1 | 89 | 2,7 | 26,8 |
| 10 | 1:0,2 | 2,5:1 | 87 | 2,5 | 25,5 |
| 11 | 1:0,2 | 2,6:1 | 86 | 2,3 | 24,5 |
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Wie aufgrund von Tabelle 2 ersichtlich ist, erfüllt, wenn das Verhältnis von polarem Lösungsmittel:Extrakt in der Mischung beim Vorbehandlungsschritt weniger als 1,4:1, das resultierende Produkt nicht die Erfordernisse des ”PCA-Extraktgehaltes” gemäß dem IP-346-Verfahren und ist mehr als 3,0 (Beispiel 7). Wenn das Verhältnis von polarem Lösungsmittel:Extrakt beim zusätzlichen Behandlungsschritt mehr als 2,5:1 (Beispiel 11) ist, vermindert sich die Extraktionsselektivität der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe.
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BEISPIELE 12–16
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Das Verfahren wurde gemäß Beispiel 2 durchgeführt. Das Gewichtsverhältnis von polarem Lösungsmittel und Extrakt im Vorbehandlungsschritt wurde innerhalb des Bereiches von 0,07 bis 0,4:1 variiert. Das Verfahren zur Herstellung und die zusätzliche Behandlung des Extraktes wurde entsprechend Beispiel 2 der Beschreibung durchgeführt.
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Das Gesamtgewichtsverhältnis des polaren Extraktes und des Extraktes bei dem Vorbehandlungsschritt und dem zusätzlichen Behandlungsschritt ist 1,9:1. Bei Beispiel 12 wurde das polare Lösungsmittel vollständig mit dem Extrakt vermischt, die Flotation von Verunreinigungen trat nicht auf. Die Bildung einer Zwischenschicht in einer Extraktionssäule ist beachtlich. Die Ergebnisses der Behandlung des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
| Beispiel | Verh. von polarem Lösungsmittel/Extrakt bei der Vorbehandlung | Verh. von polarem Lösungsmittel/Extrakt bei der zusätzl. Behandlung in der Säule | Ausbeute des nicht-karzinogenen arom. Prozessöls, % | Vorhandensein der Zwischenschicht in der Säule | PCA-Extraktgehalt % | Gehalt von arom. Kohlenstoff Ca, % |
| 12 | 0,07:1 | 1,83:1 | 89 | ja | 3,1 | 28,0 |
| 13 | 0,1:1 | 1,8:1 | 89 | nein | 2,9 | 27,4 |
| 14 | 0,2:1 | 1,7:1 | 89 | nein | 2,8 | 27,2 |
| 15 | 0,3:1 | 1,6:1 | 87 | nein | 2,8 | 26,8 |
| 16 | 0,4:1 | 1,5:1 | 86 | nein | 3,1 | 26,0 |
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Aus den Beispielen 12 bis 16 ist ersichtlich, dass dann, wenn das Verhältnis von dem polaren Lösungsmittel und dem Extrakt sich auf weniger als 0,1:1 bei dem Vorbehandlungsschritt erniedrigt (Beispiele 12), keine Koagulation und Flotation der Kontaminationen stattfindet, so dass folglich Kontaminationen zur Extraktionssäule gelangen, eine Zwischenschicht in der Säule auftritt, was das Extraktionsverfahren verschlechtert. Wenn das Verhältnis von polarem Lösungsmittel und Extrakt über 2,0:1 beim Vorbehandlungsschritt steigt, vermindern sich die Selektivität des Verfahrens (der Gehalt des aromatischen Kohlenstoffes vermindert sich, der Gehalt an PCA-Extrakt erhöht sich), vermindert sich die Ausbeute des Endproduktes und die Qualität davon (Beispiel 16).
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BEISPIEL 17 (Vergleich)
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Das Verfahren zum Raffinieren des Extraktes wird entsprechend Beispiel 2 der Beschreibung durchgeführt. Als selektives Lösungsmittel wurde Dimethylsulfoxid mit einem Wassergehalt von 2 Gew.% verwendet. Die Ergebnisse zum Raffinieren des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 4 angegeben.
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BEISPIEL 18
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Das Verfahren zum Raffinieren des Extraktes wird gemäß Beispiel 2 der Beschreibung durchgeführt. Als selektives Lösungsmittel wird eine Mischung verwendet, die aus Dimethylsulfoxid (85 Gew.%), N-Methylpyrrolidon (13%) und Wasser (2 Gew.%) besteht. Die Ergebnisse des Raffinieren des Extraktes mit polaren Lösungsmitteln sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
| Beispiel | Zusammensetzg. des polaren Lösungsmittels DMSO/NMP | Verh. von polarem Lösungsmittel/Extrakt bei der zusätzl. Behandlung | Ausbeute des nicht-karzinogenen arom. Prozessöls, % | PCA-Extraktgehalt % | Gehalt von arom. Kohlenstoff Ca, % |
| 17 | 98/0/2 | 1,8/1 | 90 | 3,5 | 28,2 |
| 18 | 85/13/2 | 1,8/1 | 89 | 2,8 | 27,5 |
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Wenn das Verhältnis von Dimethylsulfoxid:N-Methylpyrrolidon mehr als 1:0,5 ist, vermindert sich der Dichteunterschied des selektiven Lösungsmittels und des Extraktes, ein treibendes Motiv für das Extraktionsverfahren in einem Säulenextraktor, wenn sich die Fließrate und daher die Rührintensität vermindert. Die Verfahrensselektivität vermindert sich, weil N-Methylpyrrolidon eine höhere Löslichkeit hat als Dimethylsulfoxid und eine niedrigere selektive Löslichkeit für polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, so dass sich die Produktausbeute vermindert, der Gehalt an aromatischem Kohlenstoff sich erniedrigt und folglich die Kompatibilität mit Kautschuken sich erniedrigt. Wenn der Gehalt an N-Methylpyrrolidon niedriger ist als 10%, verbessert sich das Raffinierverfahren im Vergleich zum Prototyp nicht (Beispiel 3).
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Das Gewichtsverhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes im zusätzlichen Behandlungsschritt ist im Bereich von 1,5–2,5:1. Wenn das Verhältnis von dem polaren Lösungsmittel und dem Extrakt niedriger als 1,5:1 ist, ist das Raffinieren von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mehr als 3,0% gemäß dem IP-346-Verfahren und das erzeugte raffinierte Petroleum erfüllt nicht die Erfordernisse der REACH-Richtlinie der Europäischen Union. Wenn das Verhältnis von dem polaren Lösungsmittel und dem Extrakt mehr als 2,5:1 ist, vermindert sich der Gehalt des aromatischen Kohlenstoffes gemäß ASTM D 2140, vor allem erhöhen sich die Energieerfordernisse für die Regeneration von Lösungsmitteln von einer Extraktionslösung und die Kapazität der Extraktionssäule vermindert sich.
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Das Gewichtsverhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes bei der Vorbehandlung ist im Bereich von 0,1 bis 0,3:1. Wenn das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes niedriger als 0,1:1 ist, erfolgt keine Koagulation von Verunreinigungen als Konsequenz der Bildung einer homogenen Lösung und der Abwesenheit eines Zwei-Phasensystems. Wenn das Verhältnis des polaren Lösungsmittels und des Extraktes mehr als 0,3:1 ist, erhöhen sich die Energieerfordernisse für die Regeneration der Lösungsmittel.
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Somit wird ein neues effizienteres Verfahren zur Erzeugung von nicht-karzinogenem aromatischem Prozessöl mit einem Gehalt von PCA-Extrakt von weniger als 3,0% gemäß IP-346-Verfahren und einem Gehalt an aromatischem Kohlenstoff gemäß ASTM D 2140 von wenigstens 25% vorgeschlagen, das zur Verwendung bei Mischungen mit Kautschuken und RTA geeignet ist, wenn Energieerfordernisse des Raffiniervorgangs vermindert werden.
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Der Zweck der Verhinderung des Auftretens der mechanischen Kontaminationen in der Säule wird erzielt, wodurch die Analgenkapazität zur Erzeugung eines nicht-karzinogenen aromatischen Prozessöls verbessert wird.
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Die Einfügung eines Vorbehandlungsschrittes und die Verwendung einer Mischung aus Dimethylsulfoxid und N-Methylpyrrolidon ermöglicht die Erniedrigung des Verhältnisses von polarem Lösungsmittel:Extrakt im Vergleich zum Prototyp-Verfahren, wodurch die Energieerfordernisse bei der Regeneration, Abstreifen des Lösungsmittels erniedrigt, die Leistung des Extraktionsschrittes ohne Erschwernisse und unter Annahme der Säulenkontaktvorrichtungen verbessert wird, die Zeit des kontinuierlichen Betriebs der Säule erhöht wird, ohne dass Säulenkontaktvorrichtungen und Pumpenanlagen gereinigt werden, wodurch die spezifische Produktionseinheitskosten erniedrigt werden, ebenso wie Ausgaben für die Reinigung, das Waschen und die Reparatur der Anlagen.
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Ebenso ermöglicht das Verfahren die Erniedrigung der Energieerfordernisse beim Trocknen eines Lösungsmittels durch Reduzieren des Rückflussverhältnisses und der Verweilzeit des Lösungsmittels in der Rektifiziersäule, weil für die Extraktion ein Lösungsmittel mit einem Wassergehalt von mehr als 1 verwendet werden kann.
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Für den Fachmann können andere Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich sein, ohne die Substanz davon zu ändern, wie es in dieser Beschreibung offenbart ist. Demzufolge sollte die Erfindung nur bezüglich des Umfangs in Bezug auf die folgenden Ansprüche als beschränkt angesehen werden.
