DE1933437C3 - Verfahren zum Steuern eines Raffinationsprozesses - Google Patents

Description

Definition der Qualität des Ausgnngsproduktes ist zwar der Brechungsindex allein nur von beschränktem Wert, es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich unter Verwendung des Brechungsindex und des Flammpunktes (ASTM-Norm D-92) des paraffinischen Ausgangsproduktes genaue Beziehungen für die Voraussage der bei der Gewinnung eines Schmieröls mit irgendeinem gewünschten Viskositätsindex anfallenden Extraktausbeute herleiten lassen.

Als Lösungsmittel kann anstelle von Furfurol auch N-MethyI-2-pyrrolidon eingesetzt werden, das nachstehend mit NMP bezeichnet wird. Auch bei Verwendung von NMP besteht eine Beziehung zwischen der NMP-Dosis und der Extraktgemischauslaßtemperatur einerseits und der Qualität des Ausgangsproduktes und derölkonzentration des Extraktgemisches andererseits.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Lösungsmittelextraktionsverfahren zur Herstellung von Schmieröl unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Ausgangsproduktes so zu steuern, daß ein Schmierölraffinat mit gewünschter Viskosität anfällt

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch em Verfahren der eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erzielung eines Schmieröls mit einem gewünschten Viskositätsindex ein der Dichte des Ausgangsproduktes entsprechendes erstes Signal, ein der Viskosität des Ausgangsproduktes entsprechendes zweites Signal, ein dem Brechungsindex des Ausgangsproduktes entsprechendes drittes Signal und ein dem Flammpunkt des Ausgangsproduktes entsprechendes viertes Signal sowie ein dem gewünschten Viskositätsindex des Schmieröls entsprechendes fünftes Signal erzeugt wird, aus dem ersten und zweiten Signal ein dem Watson-Charakterisierungsfaktor des Ausgangsproduktes entsprechendes sechstes Signal hergeleitet wird, aus dem ein der Konzentration des Extraktöls im Extraktgemischstrom entsprechendes siebtes Signal ermittelt wird, aus dem dritten, vierten und fünften Signal ein die Ausbeute an Extraktöl im Extraktgemischstrom angebendes achtes Signal hergeleitet wird, aus Jem zusammen mit dem siebten Signal ein der Lösungsmitteldosis entsprechendes neuntes Signal gewonnen wird, aus dem wiederum zurammen mit dem siebten Signal ein die Temperatur des Extraktgemischstromes angebendes zehntes Signal ermittelt wird, und das neunte Signal zur Steuerung der Lösungsmitteidosis und das zehnte Signal zur Steuerung der Temperatur des Extraktgemischstromes verwendet wird.

Beim Verfahren nach der Erfindung werden Viskosität. Dichte, Brechungsindex und Flammpunkt des Ausgangsproduktes erfaßt und daraus unter Berücksichtigung der gewünschten Viskosität des Raffinats zwei Steuersignale hergeleitet, von denen das eine zur Steuerung der Lösungsmitteldosis und das andere zur Steuerung der Extraktgemischausgangstemperatur herangezogen wird. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht dadurch in einfacher Weise die Erzeugung eines Raffinats mit einer bestimmten Viskosität, da zur Erzielung der gewünschten Viskosität lediglich die Lösungsmitteldosis und die Extraktgemischausgangs· temperatur auf vorgegebene Werte eingestellt zu werden brauchen. Zur Erzeugung eines Raffinats mit einer anderen Viskosität ist lediglich eine entsprechende Umstellung der Lösungsmitteidosis und der Extraktgemischausgangstempcratur erforderlich. Nach erfolgter Umstellung weist das Raffinat sofort die gewünschte andere Viskosität auf.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von Furfurol als Lösungsmittel folgende Gleichung für die Raffination bei optimalen Bedingungen gilt:

, /I = C₁TRf"-⁵ (I)

in der

A = eine Konstante mit einem charakteristischen

Wert für jedes Ausgangsprodukt,
Cc — Konzentration des Extraktöls im Extraktgelu misch,

Tr = Differenz zwischen Extraktgemischauslaßtemperatur und Siedepunkt von Furfurol (323° Fj und

F = Furfuroldosis (in den Raffinationsturm pro 100 π Volumeneinheiten Ausgangsprodukt eingeführte Volumeneinheiten Furfurol).
In dieser und in den folgenden Gleichungen werden die einzelnen Ausdrücke bei der erstmaligen Verwendung definiert und haben dann bei nachfolgender Verwendung die gleiche Bedeutung.

Es hat sich herausgestellt, daß der '-,usdruck A in Gleichung 1 mit dem Watson-Charakterisieoingsfaktor in folgender Beziehung steht:

,. /1 = 60<)9,74 - 487.58 K, {2}

in der

K_v = Watson-Charakterisierungsfaktorist.

Für Ky wurde unter Verwendung der API-Dichte (ASTM-Norm D-287) und der kinematischen Viskosität jo (ASTM-Norm D-445) die folgende Gleichung entwikkelt:

K, = 9,2767 + 0.0765 API + 0.3733 (In cSt)

- 0,0254 (In cSi)- f- (0,0021 APD(lncSt). (3)
r>

in der

"API = Dichte in ⁰API (ASTM-Norm D-287) und
In cSt = natürlicher Logarithmus der kinematischen Viskosität bei 99°C in Centistokes (ASTM-Norm D-44-5) ist.

Für die Extraktölkonzentration des den Boden des Raffin tionsturmes verlassenden Extraktgemisches gilt:

C. =

Y₁.,, + F "

in der

YEn = Extraktölausbeute in % und
F = Furfuroldosis ist.

κι Bei üblicher kommerzieller Arbeitsweise hängt die Extraktölkonzentration des Extrakt-Furfurol-Gemisches mit dem Wert 4 in Gleichung 1 gemäß folgender einfacher Gleichung zusammen:

C₁. = 0.0004 A .

Die Extraktölausbijute ist eine Funktion des Viskosi tätsindex des entparaffinierten raffinierten Öls, d. h.:

in der

VI = der gewünschte Viskosilätsindex des sntparaffinierten raffinierten Öls ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die Extraktölausbeute aus vier Größen berechnet werden kann, die mit der Qualität des Ausgangsproduktos und Vl,,,_ririn Beziehung stehen. Diese vier Größen sind in den nachstehenden

Gleichungen mit G, L, /Wund A/bezeichnel.
Für die Größe GgMl:

G = RI „.,.-0,0001 (Π),

(7)

in der
RI ivf

= Brechungsindex bei21°CdesparaflinhaItigen Ausgangsproduktes (ASTM-Norrti D-1218) und

= Flammpunkt in °!F, mittels eines Cleveland-Testers mit offenem Tiegel gemessen (ASTM-NormD-92)isl.

Die Größe L hängt mit der Größe G gemäß folgender Beziehung zusammen:

ι'. = 0,041 - 1.11(C- 1,4200).

(8)

Die Größe M hängt mit dem Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öls entsprechend folgender Beziehung zusammen:

/V/ = C₁ + C₂(HDO- Vl,„_r9).

(9)

in der
C₁ =

0,805 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von unter 450°F, 0,794 für Ausgangsdestil· late mit einem Flammpunkt von 450° F und darüber und 0,801 für die restlichen Ausgangsprodukte und

0,001155 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von unter 450°F, 0,CHDl445 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von 450°F und darüber und 0,001190 für die restlichen Ausgangsprodukte ist.
Für die Größe Ngilt:

(10)

Die Extraktölausbeute wird aus der Größe N bestimmt, die wiederum eine Funktion von G, L und M ist, wie die Gleichungen 7,8 und 9 zeigen. Zwischen Yeo und Abgilt die folgende Beziehung:

Y_1n = 1154(0,857- N).

(11)

Aus der durch Gleichung 11 festgelegten Extraktölausbeute und aus der durch Gleichung 5 festgelegten Extraktölkonzentration des Extraktgemisches läßt sich die Furfuroldosis nach Gleichung 4 bestimmen, die in folgender Form geschrieben werden kann:

(12)

Da in Gleichung t Tr die Differenz zwischen dem Siedepunkt von Furfurol (323° F) und der Extraktgemischaustrittstemperatur Teo ist, kann Gleichung 1 geschrieben werden:

T_£„-323-

(13)

Die Furfuroldosis Fund die Extraktauslaßtemperatur Tfo, die zur Erzeugung eines Schmieröles erforderlich sind, das nach Entparaffinierung eine bestimmte Viskosität aufweist, lassen sich aus der Dichte (⁰API), der Viskosität (cSt), dem Brechungsindex (RI) und dem Flammpunkt (fl) des paraffinischen Ausgangsmateriais schrittweise folgendermaßen bestimmen:

Schritt 1: Der Watson-Charakterisierungsfaktor K_v

wird gemäß Gleichung 3 aus der Dichte (⁰API) und der Viskosität (cSt) bestimmt

Schritt 2: Der Wert der Konstanten A in Gleichung 1 wird gemäß Gleichung 2 aus dem Charakterisierungsfaktor Kf berechnet.

Schritt 3: Der Wert von C_c in Gleichung 4 wird gemäß Gleichung 5 aus dem in Schritt 2 bestimmten Wert A berechnet.

Schritt 4: Die Extraktölausbeute Yeo wird aus den Größen G, L, M und N bestimmt die wiederum folgendermaßen errechnet werden.

Schritt 4a: G wird gemäß Gleichung 7 aus dem gemessenen Flammpunkt errechnet.

Schritt 4b: Unter Verwendung der Größe Π wird die Größe Z.gemäß Gleichung 8 errechnet

Schritt 4c: Die Größe M wird gemäß Gleichung 9 unter Verwendung des gewünschten Viskositätsindex VI des entparaffinierten raffinierten Öls und der feststehenden Werte der Konstanten Ci und Ci errechnet

Schritt 4d: Aus den Größen L und M wird durch Summierung gemäß Gleichung 10 die Größe N errechnet.

Schritt 4e: Gemäß Gitichung 11 wird unter Verwendung der Größe N die Extraktölausbeute Yeo errechnet.

Schritt 5: Gemäß Gleichung 12 wird die Furfuroldosis F unter Verwendung des in den Schritten 4a —e errechneten Wertes für Yeo und des in Schritt 3 errechneten Wertes C bestimmt.

Schritt 6: die Temperatur Teo des den Raffinationsturm verlassenden Extraktöls wird aus Gleichung 13 unter Verwendung des in Schritt 2 bestimmten Wertes A, des in Schritt 3 bestimmten Wertes C_c und des in Schritt 5 bestimmten Wertes Ferrechnet

Die vorgenannten sechs Rechenschritte lassen sich manuell durchführen, da jede Rechenoperation in Form einer Gleichung vorliegt Die Berechnungen können natürlich auch zur automatischen Steuerung mittels eines Computers durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine Ausführungsform einer Raffinationsanlage zeigt, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist

Das über die Leitung 1 zugeführte Ausgangsmaterial wird im Wärmetauscher 2 auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht und dann über die Leitung 3, das Ventil 4 und die Leitung 5 in den Furfurolraffinationsturm 6 geleitet Ober die Leitung 10 zugeführtes Lösungsmittel wird im Wärmetauscher 11 auf die gewünschte Temperatur gebracht und über die Lei.^ig 12, das Ventil 13 und die Leitung 14 zum Raffinationsturm 6 geleitet Der Raffinationsturm 6 ist als einfacher Gegenstromkontaktturm dargestellt der eine Fühlkörperpackung 7 aufweist Es können jedoch auch andere Kontakteinrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise Drehscheibenkolonnen oder Zentrifugalgegenstromkolonnen. Im Turm 6 wird das Öl und das Lösungsmittel im Gegenstrom miteinander in Berührung gebracht, wodurch aus dem öl die Bestandteile mit geringem Viskositätsindex extrahiert werden. Das aus raffiniertem Öl und einem geringen Anteil gelöstem Lösungsmittel bestehende Raffinat wird durch die Leitung 25 abgezogen. Mittels einer im Boden des Turmes angebrachten Kühlschlange 16 wird ein Temperaturgradient im Raffinationsturm 6 aufrechterhalten. Anstelle oder neben der Kühlschlange können auch andere Einrichtungen zur Erzielung eines Temperaturgradien-

ten im Turm 6 verwendet werden, beispielsweise auch dadurch, daß Ausgangsmaterial mit niedrigerer Temperatur als das Lösungsmittel eingeführt oder ein kalter Rückflußstrom eingeleitet oder seitlich aus dem Turm ein Flüssigkeitsstrom hcrausgeleitet wird, der kühlt und wieder in den Turm eingeleitet wird. Der Kühlwasserdurchsatz durch die Kühlschlange 16 ist mittels eines in der KiHi-'Wasserauslaßleitung 18 angeordneten Ventils 17 einstellbar. Das aus Lösungsmittel und gelösten ölbestandteilen mit geringem Viskositätsindex bestehende Extraktgemisch wird durch die Leitung 20 bei einer Temperatur abgezogen, die mittels der Kühlschlange 16 einstellbar ist.

Das über die Leitung 25 abgezogene Raffinat wird einer Lösungsmittelrückgewinnungseinrichtunp 26 zugeführt, in der das Lösungsmittel aus dem raffinierten Öl abgestreift wird. Das Lösungsmittel wird über die Leitung 28 der Lösungsmitteleingangsleitung 10 zur Wiederverwendung 7iigpfiihrt Pas rgffinjprtp φ! wird über die Leitung 27 einer Entparaffinierungseinrichtung 29 zugeführt, in der das Paraffin abgetrennt wird, beispielsweise durch scharfes Abkühlen mit einem Lösungsmittelgemisch aus Methylethylketon und Entfernung des abgeschiedenen Paraffins durch Filtrieren. Das lösungsmittelraffinierte und entparaffinierte Schmieröl wird über die Leitung 30 zur Lagerung oder zur Vermischung mit anderen ölen abgeleitet. Das abgetrennte Paraffin wird über die Leitung 31 abgezogen.

Das über die Leitung 20 entfernte Extraktionsgemisch vird einer Lösungsmittelrückgewinnungseinrichtung 21 zugeführt, in der das Lösungsmittel vom Extraktöl abgestreift wird. Das abgestreifte Lösungs-₍ mittel wird zwecks Wiederverwendung über die Leitung 23 der Leitung 10 zugeführt. Das Extraktöl wird über die Leitung 22 abgezogen.

Eine geringe Menge des Ausgangsproduktes wird fortlaufend durch eine Probeentnahmeleitung 42 abgezogen und über Zweigleitungen 42a, 42i>, 42c und 42c/ Meßgeräten 43a, 436,43cund 43c/zugeführt, von denen das Ausgangsmaterial über Leitungen 44a, 446 44c und 44c/ zur Zurückführung oder sonstigen Ableitung abgezogen wird. Das Meßgerät 43a ist ein Dichtemeßgerät, das fortlaufend die Dichte des Ausgangsproduktes mißt und ein Steuersignal erzeugt, das ein Maß für die Dichte in Einheiten von "API ist. Das vom Dichtemeßgerät 43a gelieferte Steuersignal wird über eine Signalleitung 46a einem Rechner 50 zugeführt Je nachdem ob das Steuersignal ein pneumatisches, hydraulisches, elektrisches oder mechanisches Signal ist, kann die Signalleitung als Rohr, als Draht oder als Hebel ausgebildet sein. Vorzugsweise verwendet man jedoch elektrische Signale, da diese unmittelbar in den Rechner 50 eingeführt werden können.

Das Meßgerät 436 bestimmt die Viskosität des Ausgangsproduktes bei einer bequemen Temperatur, beispielsweise bei 54° C oder 99° C. Das Ausgangssignal des Meßgerätes 436 wird dem Rechner 50 über die Signalleitung 466 zugeführt. Als Viskositätsmeßgerät kann beispielsweise das in den USA-Patentschriften 27 91 902 und 30 25 232 beschriebene Meßgerät verwendet werden. Das Meßgerät 43c bestimmt den Brechungsindex des Ausgangsproduktes und liefert über die Signalleitung 46c ein entsprechendes Steuersignal an den Rechner 50.

Ein geeignetes Meßgerät zur Bestimmung des Brechungsindex ist in der USA-Patentschrift 25 69 127 beschrieben. Das Meßgerät 43</ bestimmt den Flammpunkt des Ausgangsproduktes und liefert über die Signalleitung 46c/ ein entsprechendes Steuersignal ar. den Rechner 50. Weitere Eingangsdaten wie der gewünschte Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öles werden dem Rechner 50 über die Signalleitung 52 vom Steuereingang 51 zugeführt.

Der Rechner 50 liefert ein Ausgahgssignal für die Steuerung der Furfuroldosis, das über die Leitung 53 einer Dosiereinrichtung 54 zugeführt wird, die entsprechend dem Wert des vom Rechner 50 zugeführten Steuersignals das Verhältnis zwischen Lösungsmittelzufuhr durch die Leitung 14 und Ausgangsproduktzufuhr durch die Leitung 5 einstellt. Die Lösungsmittelzufuhr wird auf einen ungefähren Grenzwert eingestellt und auf diesem Wert durch ein dem Ventil 13 über die Leitung 55 zugeführtes Signal gehalten. Ein über die Leitung 56 dem Ventil 4 ztigeführtes Signal sorgt dafür, daß das Ventil 4 die entsprechende Menge Ausgangsprodukt durchläßt.

Der Rechner 50 liefert weiterhin ein Ausgangssignal zur Steuerung der Extraktgemischauslaßtemperatur, das über die Leitung 65 einem Temperaturregler 66 zur Einstellung des Sollwertes zugeführt wird. Die Temperatur des aus dem Turm 6 austretenden Extraktgemisches wird durch einen Temperaturfühler 69 gemessen, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 68 dem Temperaturregler 66 zugeführt wird. Der Temperaturregler 66 liefert ein Steuersignal über die Leitung 67 an das Ventil 17, das dadurch derart eingestellt wird, daß die Ausgangstemperatur einen Wert aufweist, der dem vom Rechner 50 gelieferten Ausgangssignai entspricht.

Beispiel 1

Ein stark paraffinisches Destillat wird mit Furfurol raffiniert und entparaffiniert, um ein raffiniertes, entparaffiniertes Schmieröl mit einem Viskositätsindex von 95 zu gewinnen.

Mittels der Meßgeräte für die Bestimmung der Dichte, der Viskosität, des Brechungsindex und des Flammpunktes werden für das Ausgangsprodukt die folgenden Werte ermittelt:

Dichte	22,2°API
Viskosität bei 99° C	17,67cSt
RI bei 210C	1,4940
Flammpunkt (Cleveland-Tester)	520° F

Die Extraktölausbeute wird bei einem Endprodukt mit einer gewünschten Viskosität von 95,0 aus diesen Werten folgendermaßen berechnet:

Mittels der oben beschriebenen sechs Schritte umfassenden Rechnung wird der Watson-Charakterisierungsfaktor K_r nach Gleichung 3 mit 12,0 bestimmt. Der Wert A nach Gleichung 2 ist 244. Durch Einsetzen von A in Gleichung 4 erhält man für C_c = 0,0976.

Aus Gleichung 7 ergibt sich G = 1,4420. Aus Gleichung 8 ergibt sich L = 0,017. Aus Gleichung 9 ergibt sich Af = 0,80 IZ /V = 0,8012 + 0,017 = 0,8182 Durch Einsetzen von JV in Gleichung 11 findet man für die Extraktölausbeute Y_EO = 54,0%. Aus Gleichung 12 ergibt sich eine Furfuroldosis F = 409%. Aus Gleichung 13 ergibt sich die Extraktölauslaßtemperatur Tfo = 200°F. Der Rechner liefert an den Temperaturregler und an die Dosiereinrichtung entsprechende Steuersignale, wodurch die Extraktausgcngstempcratur auf 200'F und die Fyrfuroidosis auf 409% der Ausgangsproduktzufuh: eingestellt wird. Für das raffinierte Öl fii.dct man nach Entparaffinierung einen

Viskositätsindex von 95,0.

Nach Umschaltung auf einen anderen Lagertank zeigen die Meßgeräte zur Bestimmung der Qualität des Ausgangsproduktes folgende etwas andere Werte an:

Dichte

Viskosität bei 99° C
RIbei21°C
Flammpunk'

21,7 °API
17,79 cSt

1,4957
500⁰F

Die Verarbeitung zu einem entparaffinierten raffinierten Schmieröl mit einem gewünschten Viskositätsindex von 95,0 wird fortgesetzt. Für die Werte C, L und N errechnen sich neue Werte, die nachgehend mit den vorhergehenden Werten verglichen sind:

Ursprünglicher Wert

1,4420
0,0170
0,3182
0,8012

Die Größe M ändert sich nicht, da sie eine Funktion des gewünschten Viskositätsindex ist. Aus diesen neuen Werten ergibt sich für die Extraktölausbeute YEO = 49,5%. Der Wert für K_v = 11,9>5, der Wert für A = 268 und der Wert von C_e = 0,1172. Aus diesen Werten errechnet sich die neue Furfuroldosis zu 381 % der Ausgangsproduktmenge und die lExtraktgemisch- «usgangstemperatur zu 206⁰F. Die Dosiereinrichtung wird also durch den Rechner derart eingestellt, daß das Verhältnis zwischen Furfurolzufuhr und Ausgangsproduktzufuhr von 4,09 :1 auf 3,81 :1 reduziert wird. Der Temperaturregler wird durch den Rechner derart gesteuert, daß die Temperatur des den Raffinationsturm verlassenden Extraktgemisches von 200⁰F auf nunmehr 206° F ansteigt.

Nachdem ein Teil des hochparaffinischen Ausgangsmaterials aus dem zweiten Tank verarbeitet ist, wird zwecks Herstellung eines anderen Produktes der gewünschte Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öles von 95,0 auf 90,0 verringert. Für die Größen C. L, Wund Nergibt sich dn Wert von 1,4457. 0,0125, 0,8084 bzw. 0,8209. Als Extraktölausbeute ergibt sich 41,5%. Die Werte K_n A und C_c bleiben unverändert. Für die Furfuroldosis ergibt sich 268% und die Extraktgemischausgangstemperatur errechnet sich zu 195° F. Der Rechner bewirkt daher eine Neueinstellung der Dosiereinrichtung und des Temperaturreglers. Das Verhältnis von Furfurolzufuhr zu Ausgangsproduktzufuhr wird von 3,81 :1 auf 2,63 :1 verringert und die Extraktgemischausgangstemperatur von 206⁰F auf 195° F erniedrigt Diese Änderungen der Furfuroldosis und der Extraktölausgangstemperatur ergeben ein raffiniertes öl, das nach Entparaffinierung einen Viskositätsindex von 90,0 aufweist

Beispiel 2

Ein leicht paraffinisches Destillat wird mit Furfurol raffiniert, um ein enlparaffiniertes raffiniertes öl mit einem gewünschten Viskositätsindex von 90 zu erzeugen. Für das leicht paraffinische Ausgangsprodukt findet man folgende Werte:

Die Extraktölausbeute zur Erzielung eines gewünschten Viskositätsin^ex von 90 errechnet sich aus den Gleichungen 7,8,9,10 und 11 zu 28,2%. Die Werte für C. L, Mund Λ/sind 1,4423, 0,016, 0,8165 bzw. 0,8325. Aus ■j Gleichung 3 ergibt sich für K_v = 11,90. Aus Gleichung 2 errechnet sich A = 293 und aus Gleichung 5 errechnet sich Cc — 0,1172. Aus diesen Ergebnissen errechnet sich eine Furfuroldosis von 224% und eine Extraktgemischausgangstemperatur von 156° F. Der Rechner stellt also ίο die Dosiereinrichtung derart ein, daß das Verhältnis von Furfurolzufuhr zu Ausgangsproduktzufuhr 2,64 : 1 beträgt. Der Temperaturregler wird vom Rechner derart eingestellt, daß die Extraktgemischausgangstemperatur 156° F beträgt. Man erhält ein raffiniertes entparaffinier-

η tes Produkt, das einen Viskositätsindex von 90,0

Neuer Wert aufweist.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von

N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel folgende Gleichung für die Raffination bei optimalen in Bedingungen gut:

in der Anmp ist gleich eine Konstante mit einem charakteristischen Wert für jedes Ausgangsprodukt,
Cc = Konzentration des Extraktöles im Extraktgemisch,

Tr = Differenz zwischen der Extraktgemischausgangstemperatur und dem Siedepunkt von jo NMP (300° F) und

S = NMP-Dosis (in den Raff ins tionsturm pro 100 Volumeneinheiten Ausgangsprodukt eingeführte Volumeneinheiten NMP) ist
Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß der Wert /W/paus dem für Furfurol geltenden Wert A hergeleitet werden kann, der aus den physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Dichte und Viskosität des Ausgangsproduktes hergeleitet werden kann. Beispielsweise wurde folgende Beziehung gefunden:

1.4457
0,0125
0,Si 37
0,8012

40

= 0.9 A

Unter Verwendung von Gleichung 15 läßt sich Gleichung 2 folgendermaßen schreiben:

A_slklp = 0.9 (6099,74 - 487,58 K„),

wobei K, durch Gleichung 3 festgelegt ist
Für C_cgilt in Analogie zu Gleichung4:

50

C = -^Y—

Bei üblicher kommerzieller Arbeitsweise hängt die Extraktölkonzentration des Extrakt-NMP-Gemisches mit dem Wert Anmp gemäß folgender einfacher Gleichung zusammen:

Dichte	24,4 0APi
Viskosität bei 99° C	10,03 cSt
RIbei21°C	1,4838
Flammpunkt	415°F

60

65

_ 0,0004
^e ~ ~0~9 ^S

Die Extraktölausbeute ist eine Funktion des Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öles, d. h.:

in der Vl_arg — gewünschter Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öles ist

Es hat sich herausgestellt, daß die Extraktöiausbeute aus vier Größen berechnet werden kann, die mit der Qualität des Ausgangsproduktes und VI_Uiy in Beziehung ü. ehen. Diese vier Größen sind in den nachstehenden Gleichungen mit G, L, /V/und /Vbezeichnet.

Für die Größe Ggilt:

G = RlHr-O₁OOOKn), (7A)

in der RI ivrder Brechungsindex des Ausgangsproduktes (ASTM-Norm D-1218} und

fl = Flammpunkt in °F, mittels eines Cleveland-Testes mit offenem Tiegel gemessen (ASTM-Norm D-92), ist.

Die Größe L hängt mit der Größe Ggemäß folgender Beziehung zusammen:

L = 0,C4l - IJI(G- 1.4200). (8A)

Die Größe M hängt mit dem Viskositätsindex des entparaffinierten raffinierten Öles gemäß folgender Beziehung zusammen:

in der
C₁ =

f C₂ (100 -

(9A)

0,805 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von unter 450° F, 0,794 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von 450° F und darüber und 0,801 für die restlichen Ausgangsprodukte und

Ci — 0,00! 155 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von unter 450° F, 0,001445 für Ausgangsdestillate mit einem Flammpunkt von 450°F und darüber und 0,001190 für die restlichen Ausgangsprodukte ist.
Für die Größe /Vgilt:

N = L + M

Die Extraktöiausbeute wird aus der Größe N bestimmt die wiederum eine Funktion von G, L und M ist, wie die Gleichungen 7,8 und 9 zeigen. Zwischen Yeo und Ngilt die folgende Beziehung:

YEn= 1154(0,857- N).

Aus der durch Gleichung 1IA festgelegten Extraktöiausbeute und aus der durch Gleichung 5 festgelegten Extraktölkonzentration des Extraktgemisches läßt sich die NMP-Dosis gemäß Gleichung 17 bestimmen, die in folgender Form geschrieben werden kann:

S= Y,

Da Tr die Differenz zwischen dem Siedepunkt NMP (300° F) und der Temperatur Teo des den Raffinationsturm verlassenden Extraktgemisches ist, kann Gleichung 14 auch geschrieben werden:

T_E() = 300 -

c,s

0,4.

Für die NMP-Dosis Sund die Extraktausgangstemperatur Teo, die zur Erzeugung eine' Schmieröles erforderlich sind, das nach Entparaffinierung eine bestimmte Viskosität aufweist, lassen sich also aus der Dichte (°API), der Viskosität (cSt), dem Brechungsindex (RI) und dem Flammpunkt (fl) des paraHnisclhen Ausgangsmaterials schrittweise folgendermaßen bestimmen:

Schritt 1: Der Watson-Charakterisierungsfaktor K_v ίο wird gemäß Gleichung 3 aus der Dichte (°API) und der Viskosität (cSt) bestimmt.

Schritt 2: Der Wert der Konstanten A in Gleichung 14 wird gemäß Gleichung 2 aus dem Charakterisierungsfaktor /(,.berechnet.

i$ Schritt 3: Der Wert von C_c in Gleichung 17 wird gemäß Gleichung 18 aus dem in Schritt 2 bestimmten Wert A berechnet.

Schritt 4: Die Extraktöiausbeute Y_EO wird aus den Größen GLM und N bestimmt, die wiederum folgendermaßen errechnet werden:

Schritt 4a: G wird gemäß Gleichung 7A aus dem gemessenen Flammpunkt errechnet.

Schritt 4b: Unter Verwendung der Größe G wird die Größe Lgemäß Gleichung 8A errechnet.
Schritt 4c: Die Größe M wird gemäß Gleichung 9A unter Verwendung des gewünschten Viskositätsindex VXiarg des entparaffinierten raffinierten Öles und der feststehenden Werte der Konstanten Q und Ci errechnet.

jo Schritt 4d: Aus den Werten L und M wird durch Summierung gemäß Gleichung 1OA die Größe N errechnet.

Schritt 4e: Gemäß Gleichung HA wird unter (10A) Verwendung der Größe N die Extraktöiausbeute Yeo

errechnet.

Schritt ">: Gemäß Gleichung 19 wird die NMP-Dosis S unter Verwendung der in den Schritten 4a —e errechneten Wertes für Yfo und des in Schritt 3 errechneten Wertes C_e bestimmt.

Schritt 6: Die Temperatur Teo des aus dem Raffinationsturm austretenden Extraktöles wird aus Gleichung 20 unter Verwendung des in Schritt 2 bestimmten Wertes Anmp, des in Schritt 3 bestimmten Wertes C_e und des in Schritt 5 bestimmten Werf- S 4") errechnet.

Die vorgenannten sechs Rechenschritte lassen sich manuell durchführen, da jede Rechenoperation in Form einer Gleichung vorliegt. Die Berechnungen können natürlich auch zur automatischen Steuerung mittels ■so eines Rechners durchgeführt werden. Mit der in der Zeichnung dargestellten Anlage wurden unter Verwendung von NMP als Lösungsmittel verschiedene Versuchsbeispiele durchgeführt, die in den nachstehenden Tabellen I — III näher erläutert sind.

(HA)

(19)

(20)

Tabelle I

Raffination eines paraffinischen Destillats mit NMP

	Versuch Nr.	II	III	IV	V	VI	VII
	I	200	298	407	108	299	403
(S) VoI.-%	107	200	200	200	180	180	180
(Teo) °F	200	45	37	19,5	70	45	37
(Yeo) Vol.-%	60	0,222	0.178	0,165	0,234	0.159	0.136
cf	0,290

Fortsetzung

13

ί4

Versuch Nr. 1

II

III

VI

VII

1,88 100 188

1,85 100 185

1,74 100 174 1,82
100
182

1.52
120
182

1,56
120
187

1,50 120 180

Tabelle II

Raffination eines Paraffindestillats mit NMP

Versuch Nr. I II

(S) VoI.-%
(7"_£0)°F

= C₁JiS⁰-⁴

III

Tabelle III

RaiTination eines paraffinischen Destillats mit NMP

15

	202	407	(5) VoI.-%
300	140	140	20 [TEO)
160	61,7	43,5	(Yeo)
42,0	0,165	0,125	Cr
0,166	1,39	1,41	7*«,°F
1,63	222	226	25 50.4
228		A KMP

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen Versuch Nr.
II

216	2%	295
181	!SD	160
53,1	44,9	54,4
0,185	0,si 60	0,137
119	120	140
8,58	9,77	9,75
189	188	187

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Steuern eines Rafllnationsprozesses, bei dem ein paraffinisches öl als Ausgangsprodukt mit einem aus Furfurol oder N-methyl-2-pyrrolidon bestehenden Lösungsmittel in Berührung gebracht und ein Raffinatstrom und ein Exlraktgemischstrom erzeugt, aus dem Raffinats tram Lösungsmittel entfernt und ein raffiniurtes lösungsmittelfreies paraffinisches öl gewonnen wird, das dann zu einem Schmieröl entparaffiniert wird, wobei Parameter des Ausgangsproduktes gemessen und der Raffinationsprozeß zur Erzielung eines Produktes mit einer gewünschten charakteristischen Qualität beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Schmieröls mit einem gewünschten Viskositätsindex ein der Dichte des Ausgangsproduktes entsprechende«; erstes Signal, ein der Viskosität des Ausgangsproduktes entsprechendes zweitem Signal, ein dem Brechungsindex des Ausgangsproduktes entsprechendes drittes Signal und ein dem Flammpunkt des Ausgangsproduktes entsprechendes viertes Signal sowie ein dem gewünschten Viskositälsindex des Schmieröls entsprechendes fünftes Signal erzeugt wird, aus dem ersten und zweiten Signal ein dem Watson-Charakterisierungsfaktor des Ausgangsproduktes entsprechendes sechstes Signal hergeleitet wird, aus dem ein der Konzentration des Extraktöls im Extraktgemischstrom entsprechendes siebtes Signal ermittelt wird, aus dem citten, vierten und fünften Signal ein die Ausbeute an Extrakte¹, im Ex—aktgemischstrom angebendes achtes Signal hergeleitet wird, aus dem zusammen mit dem siebten Signal -in der Lösungsmitteldosis entsprechendes neuntes Signal gewonnen wird, aus dem wiederum zusammen mit dem siebten Signal ein die Temperatur des Extraktgemischstromes angebendes zehntes Signal ermittelt wird, und das neunte Signal zur Steuerung der Lösungsmitteldosis und das zehnte Signal zur Steuerung der Temperatur des Extraktgemischstro mes verwendet wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Raffinationsprozesses, bei dem ein paraffinisches Öl als Ausgangsprodukt mit einem aus Furfurol oder N-methyl-2-pyrrolidon bestehenden Losungsmittel in Berührung gebracht und ein Raffinatstrom und ein Extraktgemischstrom erzeugt, aus dem Raffinatstrom Lösungsmittel entfernt und ein raffiniertes lösungsmittelfreies paraffinisches Öl gewonnen wird, das dann zu einem Schmieröl entparaffiniert wird, wobei Parameter des Ausgangsproduktes gemessen und der Raffinationsprozeß zur Erzielung eines Produktes mit einer gewünschten charakteristischen Qualität beeinflußt wird.

   Aus der US-PS 27 37 469 ist bereits ein Verfahren zur Regelung eines zur Herstellung von Schmieröl dienenden Lösungsmittelextraktionsverfahrens bekannt, bei dem die Viskosität des als Endprodukt anfallenden Schmieröls durch Messung der Dielektrizitätskonstante erfaßt und durch entsprechende Bemessung der Zufuhrrate des Ausgangsprodukte₃ bzw. des Lösungs-■i mittels auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Zur Bestimmung des Wirkungsgrades kann gegebenenfalls abwechselnd die Viskosität des Ausgangsproduktes und des Endproduktes erfaßt werden. Weiterhin kann gegebenenfalls die Regelung Hurch

   in Bestimmung der Viskosität des Ausgangsproduktes variiert werden, d.h. eine Störgrößenausschaltung vorgenommen werden, bei der die Regelgröße (Viskosität des Endproduktes) zusätzlich von einer Störgröße (Viskosität des Ausgangsproduktes) her beeinflußt wird.

   ι ·> Fills bei diesem bekannten Regelverfahren ein anderer Soiiwert eingestellt wird, dauert es aufgrund der Regelverzögerungen einige Zeit, bis sich die Regelung stabilisiert hat und das Endprodukt die dem Sollwert entsprechende Viskosität aufweist Weiterhin schwankt

   2» die Viskosität des Endproduktes innerhalb der durch die Regelung vorgegebenen Regelabweichungen.

   Aus der US-PS 32 S5 846 ist weiterhin ein Verfahren zur Regelung eines Lösungsmittelextraktionsverfahrens zur Herstellung eines Schmieröls bekannt, wobei das

   2> spezifische Gewicht des Endproduktes meßtechnisch erfaßt und mit einem Sollwert unter Bildung einer Stellgröße verglichen wird, mit der mi-.idestens ein Parameter des Verfahrens beeinflußt wird, um die Viskosität des Endproduktes an einen gewünschten

   ii> Sollwert anzugleichen. Auch bei diesem Regelungsverfahren fällt beim Übergang auf einen anderen Viskositätssollwert ein Endprodukt mit stark schwankender Viskosität an, das als Abfall verwendet werden muß. bis sich die Regelung stabilisiert hat.

   η Bei der Herstellung von hochwertigen Schmierölen entfernt man die Bestandteile mit geringem Viskositätsindex durch ein Lösungsmittelextraktionsverfahren und entparaffiniert mittels eines Lösungsmittels. Da Jie Entparaffinierung verhältnismäßig kostspielig ist und

   ι» bei der Lösungsmittelextrakiioii ein verhältnismäßig großer Anteil des Schmierölausgangsproduktes entfernt wird, ist es gewöhnlich wirtschaftlicher, zunächst die Lösungsmittelraffination durchzuführen und dann den noch verbleibenden ölanteil zu entparaffinieren. Da

   •r> jedoch die paraffinartigen Bestandteile des Schmierölausgangsmaterials ein hohes Wasserstoff-Kohlenstoff Verhältnis aufweisen, wird durch die Entparaffinierung der Viskositätsindex wesentlich geändert. Man raffiniert daher das Schmierolausgangsprodukt auf einen Viskosi-

   ίο tätsindex, der wesentlich höher liegt als der des fertigen Schmieröls, damit das Schmieröl nach der Entparaffinierung den gewünschten Viskositätsindex aufweist.

   Bv-i der Raffination von Schmierölausgangsprodukten unter Verwendung von Furfurol als lösungsmittel

   Vi verwendet man beispielsweise bezogen auf das Ausgangsprodukt eine Lösungsmitteldosis von ungefähr 75-500 Volumenprozent und eine Extraktgemischauslaßtemperatur im Bereich von ungefähr 40-150⁰C. Es hat sich nun herausgestellt, daß die

   bo erforderliche Lösungsmitteldosis und die erforderliche Extraktgemischauslaßtemperatur in Wechselbeziehung mit der Qualität des Ausgangsproduktes und mit der ölkonzentration im Extraktgemisch steht. Ein Kennwert der Qualität des Ausgangsproduktes ist der von

   κ W a t s ο η u. a. in Ind. Eng. Chem., 25 880 (1933), 27,1460 (1935) angegebene Charakterisierungsfaktor. Ein weiterer Kennwert der Qualität des Ausgangsproduktes ist der Brechungsindex (ASTM-Norm D-1218). Für die