DE1959869B2 - Verfahren zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit erhöhtem Viskositätsindex - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit erhöhtem Viskositätsindex

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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahrei! zum Verbessern des Viskositätsindex gewisser Schnverölfraktionen und insbesondere auf die Verbesse] ung des Viskositätsindex einer leichteren Schm crölfraktion, die etwa ein Destillat Nr. 1 oder, nach einei üblicheren Bezeichnung, ein 100 Neutralöl darstellt und aus einem hydrierend gecrackten Schmierölprndukt gewonnen wurde. Erfindungsgemäß wird diese isolierte Fraktion einer zweiten Hydrocrack-"· Behandlung unterworfen.
Verschiedene Verfahren wurden von Zeit zu Zeit zum Aufbereiten von Schmieröl-Ausgangsmaterialien angewendet. Diese Verfahren umfaßten im allgemeinen entweder Lösungsmittelextraktion oder Hy-H) drierung, einschl. einer Hydrocrack-Behandlung. In neuerer Zeit besteht eine Nachfrage nach Schmierölen mit erhöhtem Viskositätsindex. Neuere Entwicklungen, speziell der Methoden zum hydrierenden Cracken oder dem »Hydrotreating«, wie es manchmal i> genannt wird, führten zu einem erhöhten Interesse an der industriellen Anwendung solcher Hydrierungsprozesse als Verfahren zum Aufarbeiten eines Schmieröl-Einsatzmaterials, um Schmieröle mit erhöhtem Viskositätsindex zu erzielen. Zu diesem Zweck
-1H wurde das katalytische Hydrocracken des Schmieröl-Ausgangsmaterials bei einer Temperatur in der Größenordnung von etwa 343°C und mehr bei hohem Wasserstoffpartialdruck durchgeführt. Die dem Hydrocracken unterworfenen Schmieröl-Einsatzmaterialien
-'"> werden außerdem vor und nach dem Hydrocracken mehreren konventionellen Raffinationsvorgängen un terzogen. Dazu gehört die im wesentlichen als Endstufe angewendete Fraktionierung oder Destillation des Schmieröl-Einsatzmaterials in verschiedenen Frak-
i» tionen entsprechend ihrer Viskosität, die dann vermischt werden können, um eine spezielle gewünschte Viskosität zu erzielen. Die erste Fraktion weist typischerweise eine S.U.S.-Viskosität von etwa 100 bei 37,8°C und einen Siedebereich zwischen 371,4 und
ir) 426,7°C auf. Diese Fraktion wird in der Technik gewöhnlich als 100 Neutralöl bezeichnet.
Durch die Hydrocrackverfahren wurde zwar der Viskositätsindex der so behandelten Schmieröl-Einsatzmaterialien stark erhöht, zumindest gelegentlich
w zeigen jedoch gewisse Fraktionen und speziell die leichteren Fraktionen (beispielsweise 100 Neutralöl) einen etwas geringeren Viskositätsindex als die schwereren Fraktionen. Es ist jedoch wünschenswert, daß die leichteren Fraktionen im wesentlichen denselben
4-5 Viskositätsindex wie die schwereren Fraktionen aufweisen. Typischerweise umfassen die leichteren und ersten Fraktionen etwa Vj des gesamten endgültigen Schmieröls. Es ist daher äußerst wichtig, daß dieser Anteil völlig zufriedenstellende Eigenschaften, wie
■50 einen hohen Viskositätsindex, zeigt. Aus diesem Grund besteht ein hohes Bedürfnis nach einem Verfahren zum Erhöhen des Viskositätsindex der leichteren Fraktionen eines hydrierend gecrackten Schmieröls. Ziel der Erfindung ist daher die Herstellung von
">5 Schmierölen mit hohem Viskositätsindex in hoher Ausbeute und speziell die Herstellung von leichteren Fraktionen oder eines 100 Neutralöls aus einem aufbereiteten Schmieröl-Einsatzmaterial, welches diese erwünschten Eigenschaften hat. Erfindungsgemäß soll
bu diese Erhöhung des Viskositätsindex erzielt werden, ohne daß die anderen Eigenschaften des Öls beeinträchtigt werden. Dieses Ziel kann erfindungsgemäß in ziemlich wirtschaftlicher Weise erreicht werden.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verb's fahren zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit erhöhtem Viskositätsindex. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein paraffinisches Basisöl, das über einem Hydrocrack-Katalysator bei
einer Temperatur von mehr als etwa 343rC unter hohem Druck gecrackt wurde, fraktioniert, eine im Bereich zwischen 371,4 und 426,7rC siedende erste Fraktion mit einer Viskosität von etwa 100 S.U.S. bei 37,8'C abtrennt und für sich unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie das gesamte Einsatzmaterial der ersten Stufe erneut dem Hydrocracken unterwirft.
Diese leichtere Schmierölfraktion, die zunächst in der ersten Stufe als Teil einer relativ breiten Schmierölfraktion hydrierend gecrackt worden war, hat nach der erfindungsgemäßen Abtrennung und erneuten Hydrocrackbehandlung einen erhöhten Viskositätsindex.
Die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse sind unerwartet, da diese gleiche Erhöhung des Viskositätsindex der leichteren Fraktion bzw. des 100 Neutralöls nicht verwirklicht werden kann, wenn man diese Fraktion im Kreislauf zurückführt, statt sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu isolieren und für sich in Abwesenheit merklicher Anteile an schwereren Fraktionen erneut hydrierend zu cracken.
Die allgemeinen und bevorzugten Bedingungen des Hydrocrackvorgangs, einige geeignete Einsatzmaterialien, dabei durchzuführende konventionelle Verfahrensschritte und, was ebenso wichtig ist, eine Angabe, welche konventionellen Verfahrensschritte weggelassen werden können oder wegzulassen sind, sind sehr ausführlich in der US-PS 29 60458 beschrieben. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Maßnahmen sind - abgesehen von gewissen wichtigen Abänderungen, wie nachstehend genannt werden sollen - bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar. Zum besseren Verständnis soll nachstehend eine kurze Zusammenfassung gewisser Maßnahmen der genannten Patentschrift gegeben werden. In dieser Patentschrift werden folgende Maßnahmen beschrieben: Ein entasphaltiertes Rückstandsöl mit einem Viskositätsindex im Bereich von 75 bis 100 und einer Viskosität im Bereich von 90 bis 200 S.U.S. bei 99°C wird bei einer Temperatur zwischen 343,3°C und 440,6"C, vorzugsweise zwischen 390,6 und 440,60C. unter einem Druck von mindestens etwa 105,46 kg/cm und gewöhnlich und vorzugsweise über etwa 175,77 kg/cm2 mit Wasserstoff behandelt und bei dieser Behandlung eine Raumgeschwindigkeit zwischen 0,2 und 4,0, insbesondere 0,4 und 1,5, eingehalten. Die Wasserstoffbehandlung wird in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der Aktivität sowohl zur Sättigung von Aromaten als auch zur Ringspaltung besitzt. Zu diesen Katalysatoren gehören allgemein ein Sulfid eines Metalls der VI. Nebengruppe des Periodensystems im Gemisch mit einem Metall der Eisengruppe, beispielsweise ein Nickelsulfid-Wolframsulfid-Katalysator in einem Verhältnis der Metalle von 1:1 bis 4:1. Das bei der Wasserstoffbehandlung erhaltene Produkt wird erforderlichenfalls entparaffiniert und dann destilliert, wobei Komponenten erhalten werden, die meist für sich oder nach dem Vermischen miteinander den SAE.-Spezifikationen für ein Mehrbereichsschmieröl genügen und die einen Viskositätsindex von etwa 100 und vorzugsweise 105 oder mehr aufweisen.
Nach den Ausführungen der US-PS 29 60 458 ist es zum Erreichen geeigneter Ausbeuten an Mehrbereichsölen mit der gewünschten Viskosität wesentlich, als Einsatzmaterial für das Hydrocracken dem Reaktor Rückstandsmaterialien zuzuführen, während jedoch erfindungsgemäß mindestens Vakuumdcstillate,
nach dem Duo-Sol-Verfahren extrahiertes Rückstandsöl, mit einem Lösungsmittel, das bevorzugte Löslichkeit für Aromaten aufweist, wie Furfurol oder Phenol extrahierte Rückstandsöle oder Gemische solcher Materialien ebenfalls geeignet sind. Das Einsatzmaterial sollte einen Siedebeginn über etwa 343,3°C und vorzugsweise über etwa 371,4°C aufweisen. Das als Ausgangsmaterial verwendete Rückstandsöl kann jedoch ein beliebiger, durch Destillation unter Atmosphärendruck oder Vakuum erhaltener Rückstand oder ein ähnliches Produkt sein, das aus beliebigen Erdöloder Rückstandsfraktionen erhalten wurde und das nach dem Entasphaltieren, vorzugsweise mit einem niedrig siedenden Kohlenwasserstoff, wie Propan, Propylen oder Butan, einen Viskositätsindex von 75 bis 100 und eine Viskosität von 45 bis 200 S.U.S., vorzugsweise mehr als 50 S.U.S. bei 99°C besitzt. Besonders bevorzugt wird ein derartiges Material, dessen Viskosität bei 99°C mindestens etwa 90 S.U.S. beträgt. So kann beispielsweise das Rückstandsöl durch Vakuumdestillation eines Pennsylvania-, Mid-Continent-, West Texas-, Kuweit-Rohöls oder eines anderen Rohöls hergestellt werden. Im Gegensatz zu der US-PS 29 60458 führt das Entasphaltieren mit Mitteln, wie Schwefelsäure, Phenol, Schwefeldioxyd etc., gemäß der Erfindung nicht notwendigerweise zur Entfernung von Komponenten, die nach dem Hydrieren erwünschte Eigenschaften für ein Mehrbereichsschmieröl aufweisen. Wenn derartige Materialien erfindungsgemäß zur Entfernung von Asphalt verwendet werden, hat in gewissen Fällen das gebildete Produkt eine ebenso gute oder bessere Qualität, und die Ausbeute an Mehrbereichsölen ist gleich oder in gewissen Fällen sogar höher. Eine stärkere Kohlenstoffablagerung bewirkt eine unerwünschte Verkürzung der Lebensdauer des Katalysators unter den zur Herstellung des Mehrbereichsöls angewendeten, relativ strengen Bedingungen des Hydrotreating. Aus diesem Grund wird gewöhnlich die Verwendung von Ausgangsmaterialien mit einem niedrigen Kohlenstoffrückstand, wie einem Rückstand von weniger als 2 nach Conradson, bevorzugt. Wenn jedoch die Lebensdauer des Katalysators keine große Bedeutung hat oder wenn ein unempfindlicher Katalysator verwendet wird, kann auch ein Einsatzmaterial mit höherem Kohlenstoffrückstand Verwendung finden. Die Verwendung eines Einsatzmaterials mit einem Viskositätsindex von 75 bis 100 ist wesentlich, um eine geeignete Ausbeute an Mehrbereichsschmieröl zu erzielen. Das bedeutet, ein Öl mit Viskositätsindex von mehr als 100 wird in guter Ausbeute nur dann erhalten, wenn ein Einsatzmaterial mit einem Viskositätsindex von mindestens etwa 75 verwendet wird. Das Verfahren führt zu bedeutend niedrigeren Ausbeuten, wenn ein Einsatzmaterial mit einem Viskositätsindex von weniger als 75 verwendet wird. Im Gegensatz zu dem Verfahren der US-PS 29 60458 ist erfindungsgemäß eine Viskosität zwischen 90 und 200 S.U.S. bei 99°C nicht absolut erforderlich. Erfindungsgemäß kann die Viskosität niedrige Werte von etwa 45 S.U.S. zeigen, liegt jedoch vorzugsweise über etwa 50S.U.S. bei 99°C. Der einzige wichtige Unterschied bei der Verwendung eines Ausgangsmaterials mit einer Viskosität unter etwa 90S.U.S. bei 99°C ist die Viskosität des Produkts und die Produktverteilung. Wenn ein Einsatzmaterial mit einer Viskosität von weniger als etwa 90S.U.S., beispielsweise von etwa 60 S.U.S. verwendet wird, wird nicht
der volle Bereich der üblicherweise gewünschten Mischkomponenten erzielt. Wenn das Einsatzmaterial nicht eine Viskosität von mindesten.; etwa 45 S.U.S. zeigt, wird nur ein geringer Anteil oder überhaupt keine Schmierölfraktion mit einer Viskosität im Bereich eines 200 Neutralöls gebildet, und das Problem, die Reaktionsbedingungen so einzustellen, daß ein 100 Neutralöl mit zufriedenstellendem Viskositätsindex erzielt wird, tritt überhaupt nicht auf. Bei Viskositäten von weniger als etwa 45 S.U.S. wird als einziges Schmieröl ein Produkt im Viskositätsbereich eines 100 Neutralöls erzielt. Gleichzeitig bildet sich natürlich eine wesentliche Menge leichterer Materialien. Wenn die Viskosität über etwa 45 S.U.S. liegt, wird das Problem der Bildung eines 100 Neutralöls schwieriger und infolgedessen das Bedürfnis nach dem Verfahren der Erfindung verstärkt. In dem Ausmaß, in dem meist gewünscht wird, ein Schmieröl herzustellen, das den vollen Bereich der konventionellen Mischungskomponenten umfaßt, um eine möglichst große Flexibilität für die Viskosität des Mischprodukts zu erhalten, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft und bevorzugt unter Verwendung von Einsatzmaterialien mit einer Viskosität von 90 bis 200 S.U.S. bei 99°C angewendet. In vielen Fällen überschreitet der Viskositätsindex der nach dem beschriebenen Hydrocrackverfahren erhaltenen leichteren oder 100 Neutralölfraktion nicht den Wert von etwa 100 oder ist sogar niedriger. Wenn es wünschenswert ist, daß die leichtere Fraktion einen höheren Viskositätsindex aufweist, wird diese erfindungsgemäß unter den vorher in der ersten Hydrocrackstufe verwendeten Verfahrensbedingungen für sich erneut dem Hydrocracken unterworfen. Die bevorzugten Bedingungen für die anfängliche Hydrocrackbehandlung werden auch zum erneuten Hydrocracken der 100 Neutralöl-Fraktion besonders bevorzugt. Zur vollständigeren Beschreibung der Erfindung werden nachstehend die Bedingungen für das erneute Hydrocracken dieser ersten Destillatfraktion, die den Bedingungen für das Hydrocracken der ersten Stufe, das unter Verwendung des gesamten, ursprünglichen Einsatzmaterials durchgeführt wurde, entsprechen, näher erläutert.
Erfindungsgemäß wird die erste Destillatfraktion mit Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 343,3 und 440,60C, vorzugsweise zwischen 371,4 und 426,70C und insbesondere im Bereich von 390,6°C bis 418,8°C, unter einem Druck von mehr als etwa 105,46 kg/cm2, gewöhnlich und vorzugsweise von mehr als etwa 175,77 kg/cm2 und mit einer Raumgeschwindigkeit zwischen 0,2 und 4,0 und gewöhnlich 0,4 und 1,5 in den Reaktor eingeführt. Die Wasserstoflbehandlung wird in Gegenwart eines Katalysators vorgenommen, der Aktivität sowohl zur Sättigung von Aromaten als auch zur Ringspaltung aufweist und der allgemein ein Sulfid eines Metalls der VI. Nebengruppe des Periodensystems im Gemisch mit einem Eisengruppenmetall enthält, beispielsweise einem Nickelsulfid-Wolframsulfid-Katalysator, wobei das Verhältnis der Metalle 1:1 bis 4:1 beträgt. Abgewandelte Ausfuhrungsformen des Hydrocrackverfahrens, die bekannt oder dem Stand der Technik zu entnehmen sind, können erfindungsgemäß ebenfalls angewendet werden. Beispiele dafür sind in den US-PS 29 18 448, 30 46 218 und 32 22 272 beschrieben. Besonders wichtige Abwandlungen stellen die verbesserten Katalysatoren dar. die in den US-PS 30 78 221 und 30 78 238 beschrieben werden. Weitere Variationen, speziell der Katalysatoren, sind ebenfalls bekannt. Ein Beispiel dafür ist die Verwendbarkeit nichtschwefelaktiver Katalysatoren durch geeignete Vorbehandlung des Einsatzmaterials, um Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu entfernen oder in eine nichtschädliche Form zu überführen. Solcjie Katalysatoren umfassen metallisches Platin und Palladium. Vorzugsweise werden jedoch diese und alle geeigneten Katalysatormetalle in Form der Sulfide eingesetzt.
Beispiele
Ein Einsatzmaterial aus lösungsmittelextrahiertem Schmieröl-Rohgemisch B wurde in eine Rohöl-Destillationsapparatur eingeführt und in etwa 70% einer Kopffraktion und 30% Rückstand fraktioniert. Der Rückstand hatte einen Siedebeginn von 343C bei Atmosphärendruck. Dieser Rückstand wurde in eine Vakuumdestillationsapparatur eingeführt und unter Bildung eines Gasöls, einer Destillationsfraktion und eines Asphaltrückstands fraktioniert, wobei die letzteren Fraktionen einen Siedebeginn bei etwa 368,3 C bzw. 399 C zeigten. Der Rückstand wurde entasphaltiert und unter Verwendung von Propan und eines Phenol-Kresol-Gemisches als Lösungsmittel bei etwa 54,4 C nach dem Duo-Sol-Verfahren extrahiert. Das aus dem Entasphalter erhaltene Raffinat und die Destillatfraktion aus der Vakuumdestillation wurden miteinander kombiniert. Die erhaltene Kombination zeigte folgende Eigenschaften:
Tabelle 1
Dichte, 0API 30,5
Bereiche der Vakuumdestillation
bei etwa 2 mm, angegeben für
760 mm, C
Siedebeginn 307,8
5% 404,4
10% 417,8
30% 442,8
50% 471,7
70% 517,4
Siedeende 554,4
Ausbeute, % 83
Anilinpunkt 115,1
SUS bei 99°C 59,7
Durchschnittliches M.G. 505
Gew.-% Aromaten 22,4
Viskositätsindex 95
Das vorher angegebene Gemisch wurde in der in der US-PS 29 60458 angegebenen, bevorzugten Weise hydrierend gecrackt, das heißt unter den bevorzugten Bedingungen und unter Verwendung eines bevorzugten Nickel-Wolfram-Sulfid-Katalysatorsystems. Für die Hydrocrack-Reaktion wurde ein Wasserstoffstrom, der Wasserstoff und ein anderes Gas enthielt und zu etwa 85 % aus Wasserstoff bestand, verwendet.
Das durch den Hydrocrack-Vorgang erhaltene Rohprodukt wurde in einen Abstreifer oder eine atmosphärische Destillationsapparatur eingeführt und unter Bildung einer Gasfraktion, von Benzin und Heizöl und eines wachsartigen Schmieröls mit einem Siedebeginn von etwa 371,4 C fraktioniert. Zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens wurde ein Gesamtprodukt mit einem durchschnittlichen Viskositätsindex von
etwa 105 (auf entparafTinierter Basis) erhalten. Die Viskositätsindizes der einzelnen Schmierölfraktionen (auf der Basis der entparafTinierten Produkte) hatten folgende Werte:
100 Neutral 200 Neutral 500 Neutral Brightstock
V.l.
100 108 105 105
Die gesamte Fraktion wurde entparaffiniert und eine Fraktion entsprechend einem 100 Neutralöl abge-
trennt und in einen zweiten Hydrocrack-Reaktor eingeführt.
Das bei dem zweiten Hydrocrackvorgang erhaltene Produkt wurde in einen Abstreifer oder eine bei Atmosphärendruck gehaltene Destillationsvorrichtung eingeführt und leichte Fraktionen entfernt, so daß eine Fraktion entsprechend einem 100 Neutralöl erhalten wurde. Die Ausbeute, bezogen auf das eingesetzte 100 Neutralöl, betrug 75%. Die im einzelnen
in in jeder Stufe des Hydrocrackens angewendeten Hydrocrackbedingungen und die erhaltenen Viskositätsindizes hatten folgende Werte:
Tabelle II
Einsatzmaterial
1. Stufe
Rohgemisch mit V.l. 95, 371,4 bis 460°C, nichtextrahiertes Destillat + 460°C + Duo-Sol-Raffinat
2. Stufe
erste Destillatfraktion
aus Stufe 1
Bedingungen
Temperatur, 0C 404,4 Raumströmungsgeschwindigkeit/h 1,5
Gesamtdruck, kg/cm2 175,8
Erste Destillatfraktion
Viskositätsindex
Gew.-% Aromaten 1,5
399
2,0
175,8
106
2,0

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit erhöhtem Viskositätsindex, dadurch gekennzeichnet, daß man ein paraffinisches Basisöl, das über einem Hydrocrack-Katalysator bei einer Temperatur von mehr als etwa 343,3°C unter hohem Druck gecrackt wurde, fraktioniert, eine erste Fraktion, die eine Viskosität von etwa lOOS.U.S. bei 37,8°C aufweist, abtrennt und für sich unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie das gesamte Einsatzmaterial der ersten Stufe erneut dem Hydrocracken unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß als Einsatzmateridl für die erste Stufe des Hydrocrackens eine Schmierölfraktion verwendet wird, die oberhalb etwa 371,4°C siedet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der ersten Stufe des Hydrocrackens abgetrennte und erneut dem Hydrocracken unterworfene erste Fraktion im Bereich zwischen 371,4 und 426,7°C siedet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrocracken in beiden Stufen bei einer Temperatur von mindestens etwa 37 TC durchgeführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrocracken bei einem Wasserstoffpartialdruck von mindestens 105,46 kg/cm2 durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrocracken bei einem Wasserstoffdruck von mindestens etwa 175,77 kg/cm2 durchgeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Stufe des Hydrocrackens bei einer Temperatur im Bereich von 391 bis 441°C und die zweite Stufe des Hydrocrackens bei einer Temperatur im Bereich von 391 bis 413°C durchführt und in beiden Stufen eine Raumgeschwindigkeit im Bereich von 0,4 bis 1,5 einhält.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für beide Stufen des Hydrocrackens als Katalysator ein in Gegenwart von Schwefel aktives Metallsulfid mindestens eines Metalls der VI. Nebengruppe und der VIII. Nebengruppe des Periodensystems verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator eine Kombination aus mindestens zwei der folgenden Verbindungen: Nickelsulfid, Wolframsulfid, Kobaltsulfid und Molybdänsulfid, verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator eine Kombination aus Nickelsulfid und Wolframsulfid in einem Verhältnis der Metalle von 1:1 bis 4:1 auf einem Aluminiumoxydträger verwendet.
DE1959869A 1968-11-29 1969-11-28 Verfahren zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit erhöhtem Viskositätsindex Expired DE1959869C3 (de)

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