DE2235454C2

DE2235454C2 - Gegenstromextraktionsverfahren zur Abtrennung der aromatischen Bestandteile aus einem Kohlenwasserstofföl mit N-Methyl-2-Pyrrolidon und Wasser

Info

Publication number: DE2235454C2
Application number: DE2235454A
Authority: DE
Inventors: Charles C. Columbus Ohio Hong; John M. Sarnia Ontario MacDonald
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1972-07-20
Publication date: 1983-10-13
Also published as: JPS568079B2; US3843515A; DE2235454A1; CA978125A; IT963440B; JPS493906A; FR2175722A1; FR2175722B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegenstromextraktion unter Verwendung von N-Methyl-2-Pyrrolidon und Wasser als Lösungsmittel, um mindestens einen Teil der aromatischen Bestandteile aus dem Ausgangsmaterial, insbesondere einem Schmieröl, zu entfernen.

Bei Flüssigkeitsextraktionsverfahren hängt der Grad der Trennung der Aromaten von dem Beschickungsmaterial u. a. von der kritischen Lösungstemperatur der Mischung der Bestandteile ab. Die kritische Lösungstemperatur wird in »Chemical Engineer's Handbook«, McGraw-Hill, 4. Ausgabe, Seiten 14 bis 44, 1963, als diejenige Temperatur definiert, oberhalb welcher zwei relativ unmischbare Flüssigkeiten vollständig miteinander mischbar werden. Die Mischbarkeit des Extraktes und der Raffinatphasen steht in direkter Beziehung zur kritischen Lösungstemperatur. Oberhalb der kritischen Lösungstemperatur werden die beiden Phasen vollständig miteinander mischbar und eine Trennung ist nicht möglich. Wenn man bei Temperaturen unterhalb der kritischen Lösungstemperatur im Bereich einer teilweisen Mischbarkeit arbeitet, steigt, wenn die Temperatur erhöht wird, der Betrag des in der Extraktphase gelösten Öles und des in der Raffinatphase gelösten Lösungsmittels ebenfalls an. Die Kraft des Lösungsmittels wächst mit einem Ansteigen der Temperatur, bis eine vollständige Mischbarkeit erreicht ist, während die Trennschärfe rapide abnimmt, wenn man sich dem Mischbarkeitsbereich nähert. Wenn man nun die kritische Lösungstemperatur eines besonderen Lösungsmittels mit einem Schmieröldestillat durch Hinzufügen von Wasser anhebt, wird es möglich, die Raffinatausbeute bei der vorgegebenen Extraktionstemperatur auf Grund einer gesteigerten Trennschärfe anzuheben und das Absetzen der beiden Phasen bei einer höheren Extraktionstemperatur wegen der gesteigerten Grenzflächenspannung zu verbessern.

Aus der DE-OS 21 15 762 ist eine Lösungsmittelraffination von Schmieröl mit einem Lösungsmittel aus N-Methyl-2-Pyrrolidon und Wasser bekannt.

Bei dem Verfahren der US-PS 22 46 297 wird Wasser neben einem weiteren Lösungsmittel an einem Punkt zwischen dem ölanlaß und der Abführung des Raffinats zugeführt.

Die herkömmlichen Verfahren leiden unter wirtschaftlichen Nachteilen, insbesondere der Notwendigkeit der Behandlung des Ausgangsmaterials mit großen Lösungsmittelmengen und einer niedrigen Gesamtausbeute.

Dem gegenüber betrifft die Erfindung ein Gegenstromextraktionsverfahren zur Abtrennung der aromatischen Bestandteile aus einem Kohlenwasserstofföl, bei dem man das öl in einer Extraktionszone mit N-Methyl-2-Pyrrolidon und Wasser zusammenführt, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wasser und das N-Methyl-2-Pyrrolidon voneinander getrennt in die Extraktionszone eingeführt werden, wobei eine Mischung des Wassers mit dem N-Methyl-2-Pyrrolidon im wesentlichen verhindert wird, bevor das N-Methyl-2-Pyr-

rolidon mit dem Öl in Berührung kommt. Das vorzeitige Vermischen von Wasser und NMP wird verhindert, indem man das Wasser an einem Punkt in die Extraktionszone einleitet, der unter dem Einführungspunkt des NMP und entweder oberhalb oder unterhalb des Einführungspunktes des Beschickungsmaterials liegt. Die Menge des in die Extraktionskolonne zu injizierenden Wassers soll im Bereich von 0,5 bis 30 Gewichtsprozent liegen, bezogen auf das gesamte Lösungsmittel. Wenn man in dieser Weise arbeitet, werden erhebliche Verbesserungen des Extraktionswirkungsgrades im Verhältnis zu einem Vormischen des Wassers und des N-Methyl-2-Pyrrolidon erreicht.

Die vorzeitige Verhinderung einer wesentlichen Vermischung des NMP und Wasser bedeutet, daß weniger als 0,5% Wasser (bezogen auf das Gesamt-NMP, das in Jie Extraktionszone eingeführt wurde), vorzugsweise eniger als 0,1% H2O sich mit dem NMP vermischen,

bevor das letztere mit dem öl in Berührung kommt. Das Lösungsmittel kann aus dem Extrakt und dem Raffinat beispielsweise durch Destillation zurückgewonnen werden.

Durch das Verfahren sollen die aromatischen Bestandteile einer Beschickung, die eine Mischung dieser Bestandteile mit paraffinischen und naphthenischen Kohlenwasserstoffen darstellt, abgetrennt werden. Beispiele für solche Beschickungen sind Erdöldestillatfraktionen oder Schmierölrückstände (helles Material). Die Destillatfraktionen haben einen Siedepunkt im Bereich von 204 bis 649° C. Bevorzugt handelt es sich um Schmierölfraktionen, deren Siedepunkt in dem Bereich von 260 bis 593° C liegt und die zwischen 5 und 70% polare aromatische Bestandteile aufweisen. Die Schmierölrückstände besitzen im allgemeinen einen Siedepunkt oberhalb 427⁰C. Sie können aus den verschiedensten Quellen stammen.

Erfindungsgemäß wird Wasser kontinuierlich in der Nähe des Fußes des Gegenstromextraktors injiziert und kommt in gegenläufigen Kontakt mit dem NMP. Letzteres wird in der Nähe des Kopfes des Extraktors zugeführt. Das Wasser kann oberhalb oder unterhalb des Zuführungspunktes für das Beschickungsmaterial in den Extraktor eingeführt werden. Nach dem Absetzen werden die beiden Phasen getrennt und die Lösungsmittel zurückgewonnen.

Das Extraktionsverfahren wird bei einer solchen Temperatur durchgeführt, daß die Beschickung und das Lösungsmittel in flüssiger Phase vorliegen. Dabei sollen die Beschickung und die Lösungsmittel-Wassermi-

schung teilweise miteinander mischbar sein.

Die Temperatur liegt im Bereich zwischen 38 und 118° C, je nach den verwendeten Lösungsmittel-Wassermischungen.

Die gesamte eingesetzte Lösungsmittehnenge, nämlieh NMP und Wasser, soll zwischen 0,5 und 10 Teilen liegen, berechnet auf 1 Teil Ausgangsir.aterial.

Abgesehen von sehr hohen Drucken ist der Druckeinfluß auf das Flüssigkeitsgleichgewicht gering. Der Betriebsdruck soll jedenfalls oberhalb des Dampfdruckes der Lösungen liegen.

Der Einsatz von NMP und Wasser in einem im Gegenstrom verlaufenden Extraktionsverfahren, bei welchem das NMP und Wasser getrennt in den Extraktor eingeführt werden, bringt gegenüber dem herkömmlichen Verfahren, bei welchem das NMP und Wasser vorgemischt werden, große wirtschaftliche Vorteile.

Das Diagramm vergleicht den Extraktionswirkungsgrad bei einer Vormischung des Wassers und des NMP gegenüber einer getrennten Wasserzuführung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird NMP und zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-% Wasser, bezogen auf das gesamte Lösungsmittel, eingesetzt, um die kritische Lösungstemperatur in einem Bereich zwischen 10 und 284° C anzuheben. Vorzugsweise soll die kritisehe Temperatur der im Verfahren entstehenden Mischung mindestens 93°C betragen. Es können 1 bis 20 Böden verwendet werden.

Beispiel 1

In einer Versuchsanlage, die aus einem kontinuierlicher Extraktor bestand, wurden Versuche mit einem 600 N-Destillat eines leichten arabischen Rohöls durchgeführt Es handelt sich um ein schweres Schmieröl, das eine Viskosität von 100 Centistokes bei 40⁰C besitzt Das Ausgangsmaterial hat einen Aromatengehait von 35 bis 40%. Dabei wurde das öl bei 82° C im Gegenstrom in einer Extraktionskolonne mit 8 Böden behandelt, in die von oben NMP, von unten Wasser und zwischen dem zweiten und dritten Boden das Rohöl eingeleitet wurden. Im Gegenversuch wurde das Wasser zwischen dem 7. und 8. Boden und das Rohöl unten in die Kolonne eingeleitet. Dabei wurden die Mengenverhältnisse zwischen Rohöl, Lösungsmittel und Wasser, wie in der folgenden Tabelle angegeben, variiert. Es wurde eine erheblich höhere Ausbeute des gewünschten Raffinats bei gleicher Wassermenge im NMP erreicht, wenn man das Wasser mit dem NMP vormischt. Überraschenderweise wurde auch die erforderliche Lösungsmittelmenge reduziert. Das durch die Extraktion des Ausgangsmaterials erhaltene Raffinat besitzt einen Viskositätsindex von 93 und einen Aromatengehait von etwa 25%. Die D^ten sind in der Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I

Leichtes arabisches 600 N-Destillat-Raffinatöl 93 Vl, kontinuierliche Gegenstromextraktion

Wassergehalt	vorgemischtes Wasser	Lösungsmittel pro	injiziertes Wasser	Lösungsmittel pro
des NMP (total)	Raffinatausbeute	100 Teile der	Raffinatausbeute	100 Teile der
		Beschickung		Beschickung
	Vol-%	104	Vol-%	104
0	58	143	58	120
2	63	198	63,5	-
3	64,5	—	-	140
4	—	240	67,5	_
5	66	_

Die Daten sind in der Figur graphisch dargestellt, wobei deutlich wird, daß die Wasserinjektion gegenüber einer Vormischung des Wassers bei dem Einsatz von NMP beträchtliche Ausbeute- und Behandlungsvorteile besitzt.

Beispiel 2

des Phenol-Wassersystems nicht wesentlich verbessert und die Wasserinjektion die Wirtschaftlichkeit des NMP-Wassersystems beträchtlich erhöht.

Unter Einsatz des gleichen Gegenströmungsextraktors und der gleichen Schmierölbeschickung wie in Beispiel 1 wurden Daten für eine Extraktion von öl mit Phenol/Wasser und NMP/Wasser ermittelt unter der Bedingung, daß (a) das Lösungsmittel und das Wasser vorgemischt wurden und (b) das Wasser unterhalb des Zuführungspunktes des Lösungsmittels injiziert wurde. Die Daten sind in Tabelle II zusammengestellt. Aus dieser Tabelle wird deutlich, daß unter äquivalenten Bedingungen die NMP-Wassermischungen erheblich bessere Extraktionslösungsmittel darstellen als Phenol-Wassermischungen, die Wasserinjektion die Wirtschaftlichkeit

50 Tabelle II Leichtes arabisches 600 N-Destillat-Raffinatöl 93 Vl kontinuierliche Gegenstromextraktion

Lösungsmittel-System

Relative Raffinatausbeute bei Behandlung
mit gleichen
Lösungsmittelmengen

Phenol/vorgemischtes Wasser 100
Phenol/injiziertes Wasser 105
NMP/vorgemischtes Wasser 103
NMP/injiziertes Wasser 112

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegenstromextraktionsverfahren zur Abtrennung der aromatischen Bestandteile aus einem Kohlenwasserstofföl, bei dem man das öl in einer Extraktionszone mit N-MethyI-2-Pyrrolidon und Wasser zusammenführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser und das N-Methyl-2-Pyrrolidon voneinander getrennt in die Extraktionszone eingeführt werden, wobei eine Mischung des Wassers mit dem N-Methyl-2-Pyrrolidon im wesentlichen verhindert wird, bevor das N-Methyl-2-Pyrrolidon mit dem öl in Berührung kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser unterhalb des Beschikkungspunktes für das N-Methyl-2-Pyrrolidon zugeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeführten Wassers im Bereich von 0,5 bis 30 Gew.-°/o liegt, bezogen auf das gesamte Lösungsmittel.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionstemperatur im Bereich zwischen 38 und 118° C liegt.