DE3107360C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lösungsmittelraffinierung von Kohlenwasserstoffgemisch, insbesondere Schmieröl-Einsatzmaterial, mit aromatischen und nichtaromatischen Bestandteilen, wobei das Einsatzmaterial in einer Lösungsmittelextraktionszone bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C mit N-Methyl-2-pyrrolidon kontaktiert wird, und ein aromatenreicher Extrakt und ein lösungsmittelraffiniertes Ölraffinat gebildet werden.

Es ist bekannt, N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel zur Extraktion aromatischer Kohlenwasserstoffe aus Gemischen von aromatischen und nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen einzusetzen. Die Vorteile von N-Methyl-2-pyrrolidon gegenüber anderen Lösungsmitteln als Schmieröl-Extraktionslösungsmittel zum Abtrennen unerwünschter aromatischer und polarer Bestandteile aus Grundschmierstoffen sind ebenfalls bekannt. N-Methyl-2-pyrrolidon ist chemisch beständig, von geringer Toxizität und kann im Vergleich zu anderen bekannten Lösungsmitteln Raffinatöle hoher Güte erzeugen. Ein Verfahren, das N-Methyl-2-pyrrolidon als Lösungsmittel einsetzt und herkömmliche Verarbeitungsabläufe aufweist, ist in der US-Patentschrift 34 70 089 beschrieben.

Bei der herkömmlichen Schmierölraffinierung mit N-Methyl-2-pyrrolidon wird der Lösungsmittelextraktionsschritt unter Bedingungen durchgeführt, die die Gewinnung von ca. 30-90 Vol.-% des Schmierstoffeinsatzes als Raffinat oder Raffinatöl und ca. 10-70 Vol.-% des Einsatzes als aromatischer Extrakt gestatten.

Es ist auch bekannt, daß ein Sekundärraffinat von einem Primärextraktgemisch, das bei der Extraktion eines Mineralöls mit einem selektiven Lösungsmittel erhalten wird, getrennt werden kann. In der US-Patentschrift 20 81 720 ist die Bildung eines Sekundärraffinats aus Schmierölextrakten unter Anwendung selektiver Lösungsmittel, z. B. Furfurol und Phenolen, angegeben, wobei das Sekundärraffinat im Kreislauf zur Extraktionskolonne rückgeführt wird, um die Zusammensetzung und/oder Ausbeute eines Sekundärextrakts zu verbessern.

Solche Verfahren bedingen entweder eine Güteverminderung des Raffinatöls bei gegebener Lösungsmittel-/Produktöl-Dosierung oder eine Erhöhung der Lösungsmitteldosierung, bezogen auf das Volumen des Raffinatölprodukts, oder beide Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das diese Nachteile behebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Einsatzmaterial in der Lösungsmittelextraktionszone kontaktiert und den aromatenreichen Primärextrakt auf eine um 10°C bis 45°C unter der Lösungsmittelextraktionstemperatur liegende Temperatur kühlt, so daß zwei getrennte Flüssigphasen, eine Sekundärextraktphase, die relativ reicher an aromatischen Kohlenwasserstoffen als der Primärextrakt ist, und eine Sekundärraffinatphase, die relativ ärmer an aromatischen Kohlenwasserstoffen als der Primärextrakt ist, gebildet werden, daß man das Sekundärraffinat von dem Sekundärextrakt trennt und daß man 0,1 bis 0,5 Volumen Sekundärraffinat je Volumen Einsatzmaterial in die Lösungsmittelextraktionszone zurückführt.

Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu einer gesteigerten Ausbeute an raffiniertem Grundschmierstoff einer spezifizierten Produktgüte bei verringertem Lösungsmittelbedarf, bezogen auf das Produktvolumen, führt. Somit ergibt sich durch dieses Verfahren sowohl der Vorteil einer erhöhten Produktausbeute aus einem bestimmten Grundöleinsatz als auch die Möglichkeit zur Einsparung von Energie, die für die Herstellung eines bestimmten Produktvolumens benötigt wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Die Figur ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das das Lösungsmittelraffinationsverfahren nach der Erfindung veranschaulicht. Dabei wird als bevorzugtes Ausführungsbeispiel die Anwendung des Verfahrens für die Lösungsmittelraffination von Grundschmierstoffen erläutert. Trockener Grundschmierstoff tritt in das System durch eine Leitung 5 ein und wird in eine Extraktionskolonne 6 geleitet, in der er in innigen Gegenstromkontakt mit einem Lösungsmittel für die aromatischen und ungesättigten Bestandteile des Grundschmierstoffs gebracht wird. Das Lösungsmittel tritt durch die Leitung 7 in den oberen Teil der Extraktionskolonne ein.

In der Extraktionskolonne 6 wird der Grundschmierstoff in Gegenstrom in engen Kontakt mit N-Methyl-2-pyrrolidon gebracht. Typischerweise arbeitet die Extraktionskolonne 6 mit einem Druck von 550-1000 kPa. Der erhaltene Primärextrakt wird am Unterende der Extraktionskolonne 6 durch eine Leitung 8 abgezogen und durch einen Wärmetauscher 102 geschickt, der das Primärextraktgemisch kühlt, und anschließend durch eine Kühleinheit 103 geleitet, in der er noch weiter auf eine Temperatur gekühlt wird, die so weit unter der Temperatur in der Extraktionskolonne 6 liegt, daß zwei nichtmischbare flüssige Phasen gebildet werden und in den Dekantierer 104 gelangen, in dem die Trennung der beiden Phasen stattfindet. Die Abkühlung des Primärextrakts aus der Extraktionskolonne 6 auf eine Temperatur, die ca. 10°C oder mehr unterhalb der im Unterende der Extraktionskolonne herrschenden Temperatur liegt, resultiert in der Bildung von zwei flüssigen Phasen, die im Dekantierer 104 infolge der Schwerkraft voneinander getrennt werden. Die eine flüssige Phase, ein Sekundärextrakt, ist relativ reicher an aromatischen Kohlenwasserstoffen als das aus der Extraktionskolonne abgezogene Gemisch, und die andere flüssige Phase, ein Sekundärraffinat, ist relativ ärmer an aromatischen Kohlenwasserstoffen. Der Primärextrakt kann vor der Abtrennung des Sekundärraffinats um 10-40°C abgekühlt werden.

Das Sekundärraffinat wird aus dem oberen Teil des Dekantierers 104 durch eine Leitung 106 abgezogen und von einer Pumpe 107 zum unteren Teil der Extraktionskolonne 6 durch eine Leitung 108 rückgeführt. Das Sekundärraffinat kann in die Extraktionskolonne 6 auf jeder Höhe unterhalb des Einleitungspunkts des Lösungsmittels in die Kolonne eingeleitet werden, und zwar entweder als gesonderter Strom oder in Mischung mit dem Grundöleinsatz.

Die Rückführung des Sekundärraffinats im Kreislauf entsprechend der Erfindung resultiert in einer erhöhten Raffinatausbeute mit gleichzeitiger Verringerung der Lösungsmittelzumessung auf der Basis des Volumens des frischen Grundöleinsatzes und des raffinierten Öls. Sekundärraffinat wird in einer Menge im Bereich von 0,1-0,5 Volumeneinheiten Sekundärextrakt pro Volumeneinheit Grundöleinsatz im Kreislauf rückgeführt.

Aus dem unteren Teil des Dekantierers 104 wird eine Sekundärextraktphase abgezogen und durch eine Leitung 109 in indirekten Wärmeaustausch mit dem Primärextrakt aus der Extraktionskolonne 6 im Wärmetauscher 102 geführt, wodurch der Primärextrakt gekühlt und der Sekundärextrakt erwärmt wird. Dann wird der Sekundärextrakt durch Wärmetauscher 10 und 11 in herkömmlicher Weise zu einer Niederdruck-Verdampfungskolonne 12 geführt, wo Lösungsmittel aus dem Extrakt rückgewonnen wird. Typischerweise arbeitet die Verdampfungskolonne 12 mit einem Druck von 170-205 kPa. Sekundärextrakt aus der Leitung 109 wird in den oberen Teil der Verdampfungskolonne 12 als Rücklauf durch Leitungen 115, 116 und 117 eingeleitet. In der Niederdruck-Verdampfungskolonne 12 vom Extrakt abgetrenntes Lösungsmittel wird durch die Leitung 14 zum Wärmetauscher 10 geführt, in dem Lösungsmitteldämpfe gekühlt und kondensiert werden, wobei der Einsatzstrom zur Kolonne 12 vorgewärmt wird; dann wird das Lösungsmittel durch den Kühler 16 und die Leitung 110 zum Wiedereinsatz im Verfahren zu einem Lösungsmittelbehälter 112 geleitet.

Der unverdampfte Anteil des von der Pumpe 19 aus dem Unterende der Fraktionierkolonne 12 abgezogenen Extraktgemischs wird durch eine Heizeinheit 21 und eine Leitung 22 zu einer Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 geleitet. Die Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 arbeitet typischerweise mit einem Druck von 375-415 kPa, und Extraktrücklauf wird ihr durch die Leitung 118 zugeführt. In der Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 wird eine weitere Lösungsmittelmenge aus dem Extrakt abgetrennt. Am Kopf der Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 durch die Leitung 28 austretende Lösungsmitteldämpfe werden durch den Wärmetauscher 11 in indirekten Wärmetausch mit dem Sekundärextraktgemisch aus dem Dekantierer 104 geschickt, wobei die Lösungsmitteldämpfe kondensiert werden und das Extraktgemisch vor seiner Einleitung in die Niederdruck-Verdampfungskolonne 12 vorgewärmt wird. Rückgewonnenes Lösungsmittel wird durch die Leitung 111 für den Wiedereinsatz im Verfahren dem Lösungsmittelbehälter 112 zugeführt.

Der durch die Leitung 31 aus dem unteren Teil der Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 abgezogene Kohlenwasserstoffölextrakt enthält immer noch Lösungsmittel, z. B. 5-15 Vol.-% Lösungsmittel und 95-85 Vol.-% Kohlenwasserstoffe. Das aus dem Unterende der Hochdruck-Verdampfungskolonne 24 abgezogene Extraktgemisch wird einem Extraktrückgewinnungssystem 121 zugeführt, in dem Extrakt, der üblicherweise weniger als 50 ppm Lösungsmittel enthält, als Verfahrensprodukt rückgewonnen wird. Das Extraktrückgewinnungssystem kann eine Kombination aus einer Vakuumflashkolonne und einer Abstreifkolonne (vgl. z. B. die US-PS 34 70 089) oder irgendein anderes geeignetes Extraktrückgewinnungs-System sein. Rückgewonnenes Lösungsmittel wird durch die Leitung 122 zum Lösungsmittelbehälter 112 geführt, und Produktextrakt wird aus dem System durch die Leitung 125 abgeführt.

Das am Kopf der Extraktionskolonne 6 austretende Raffinat wird durch die Leitung 9 einem Raffinatrückgewinnungssystem 126 zugeführt, in dem Raffinatprodukt aus dem Lösungsmittel in irgendeiner geeigneten Weise, z. B. entsprechend der US-PS 34 61 066, rückgewonnen wird. Aus dem Primärraffinat abgetrenntes Lösungsmittel wird durch die Leitung 127 dem Behälter 112 für den Wiedereinsatz im Verfahren zugeführt. Das rückgewonnene Primärraffinat, das weniger als ca. 50 ppm Lösungsmittel enthält, wird durch die Leitung 130 als lösungsmittelraffiniertes Ölprodukt des Verfahrens abgeführt. Lösungsmittel aus dem Behälter 112 wird von einer Pumpe 131 durch die Leitungen 132 und 7 zur Extraktionskolonne 6 in den Kreislauf rückgeführt.

Anstatt Extrakt aus dem Dekantierer 104 durch Leitungen 109 und 115 den Verdampfungskolonnen 12 und 24 als Rücklauf durch die Leitungen 117 und 118 zuzuführen, kann relativ kühler Sekundärextrakt aus dem Dekantierer 104 über die Leitung 115 A direkt zur Leitung 116 geführt werden. Alternativ kann auch teilweise abgereicherter Extrakt aus dem unteren Teil der Kolonne 12 als Rücklauf in den Kolonnen 12 und 24 über die Leitung 115 B eingesetzt werden; dies wird allerdings weniger bevorzugt.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung.

Beispiel 1

In zwei Versuchsläufen (1 und 2) wurde ein paraffinhaltiges Destillat 7 (WD-7) mit N-Methyl-2-pyrrolidon in einer kontinuierlichen Gegenstrom-Einheit bei einer Temperatur von 54°C lösungsmittelraffiniert. Dieser Grundschmierstoff hatte bei 70°C einen Brechungsindex (RI₇₀) von 1,4724, eine API-Dichte von 28,8, eine Sayboldt-Viskosität (SUS-Viskosität) von 141,3 bei 38°C, einen Viskositätsindex von 79 und einen Stockpunkt von 24°C.

In zwei Vergleichs-Versuchsläufen (3 und 4) wurde ein Einsatzmaterial WD-7 mit einem Brechungsindex (RI₇₀) von 1,4691, einer API-Dichte von 28,4, einer Sayboldt-Viskosität von 125,4 bei 38°C, einem Viskositätsindex von 85 und einem Stockpunkt von 24°C zuerst mit N-Methyl-2-pyrrolidon bei 54°C lösungsmittelraffiniert, und das Extraktgemisch wurde auf 43°C abgekühlt zur Bildung einer Sekundärraffinatphase und einer Sekundärextraktphase. Gemische aus 70 Vol.-% dieses paraffinhaltigen Destillateinsatzes und 30 Vol.-% des so gebildeten Sekundärraffinats, aus dem das Lösungsmittel abdestilliert war, wurden einer Lösungsmittelraffination mit N-Methyl-2-pyrrolidon bei 54°C unterworfen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Die in der Tabelle enthaltenen Daten zeigen, daß sowohl die Ausbeute als auch die Güte des Raffinatölprodukts durch die Erfindung gegenüber der Lösungsmittelraffination im Einfachverfahren gesteigert werden, während die Lösungsmittelmenge je Barrel des Produkts verringert wird. Z. B. ergibt sich in Lauf 3 eine gesteigerte Ausbeute von 7,9 Vol.-% mit 10,6% weniger Lösungsmittel je Barrel Raffinatölprodukt gegenüber Lauf 1. Ebenso ergibt sich bei Lauf 4 gegenüber Lauf 2 eine um 10,8% gesteigerte Produktausbeute mit 20,4% weniger Lösungsmittel je Barrel Raffinatölprodukt gegenüber Lauf 2.

Beispiel 2

In einer weiteren Versuchsreihe wurde ein paraffinhaltiges Destillat 20 (WD-20) als Einsatzmaterial in einer kontinuierlichen Gegenstromeinheit bei 82°C mit N-Methyl-2-pyrrolidon lösungsmittelraffiniert. Dieser Grundstoffeinsatz hat einen Brechungsindex (RI₇₀) von 1,4868, eine API-Dichte von 23,8, eine Sayboldt-Viskosität von 56,5 bei 99°C, einen Viskositätsindex 70 und einen Stockpunkt von 38°C. In Lauf 5 wurde ein einfacher Einsatz mit N-Methyl-2-pyrrolidon in einer Gegenstrom-Extraktionseinheit bei 82°C lösungsmittelraffiniert; die Ergebnisse sind in der Tabelle II angegeben. Das Extraktgemisch aus Lauf 5 wurde auf 43°C abgekühlt zur Bildung eines Sekundärraffinats, und in Lauf 6 wurde das erhaltene Sekundärraffinat mit dem paraffinhaltigen Einsatz-Destillat 20 (WD-20) in relativen Anteilen von 75 Volumenteilen WD-20 und 25 Volumenteilen nichtabdestilliertem Sekundärraffinat vermischt, um eine Rückführung von Sekundärraffinat im Kreislauf zur Extraktionszone zu simulieren, und das Gemisch wurde mit N-Methyl-2-pyrrolidon bei 82°C lösungsmittelraffiniert; die Ergebnisse sind in der Tabelle II angegeben.

Der Brechungsindex ist ein Anzeichen für den Viskositätsindex des Endprodukts nach dem Entparaffinieren des Raffinatöls. Die aus dem paraffinhaltigen Einsatz-Destillat 20 erhaltenen lösungsmittelraffinierten Öle dieses Beispiels mit einem Brechungsindex (RI₇₀) von 1,4570 haben nach dem Entparaffinieren auf einen Stockpunkt von -17,8°C einen Viskositätsindex von etwa 100. Im allgemeinen gilt, daß mit zunehmendem Brechungsindex die Güte des Raffinatölprodukts steigt. Die vorstehenden Daten in der Tabelle II zeigen, daß unter vergleichbaren Bedingungen zur Herstellung von Raffinatöl mit gleichen Brechungsindizes aus einem paraffinhaltigen Destillat 20 das Verfahren nach der Erfindung in einer Erhöhung der Raffinatölausbeute um 8,4 Vol.-%, bezogen auf den Frischeinsatz, resultiert, wobei gleichzeitig eine Verringerung der Lösungsmittelmenge von 9,0%, bezogen auf das Raffinatölerzeugnis, erzielt wird.

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß die Rückführung von Sekundärraffinat im Kreislauf gemäß dem Verfahren nach der Erfindung höhere Raffinatölausbeuten sowie eine Energieeinsparung für das Verfahren durch die Verminderung des erforderlichen Lösungsmittelvolumens je Raffinatölprodukt-Volumen mit sich bringt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Lösungsmittelraffinierung von Kohlenwasserstoffgemischen, insbesondere Schmieröl-Einsatzmaterial mit aromatischen und nichtaromatischen Bestandteilen,

   • - wobei das Einsatzmaterial in einer Lösungsmittelextraktionszone bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C mit N-Methyl-2-pyrrolidon kontaktiert wird, und ein aromatenreicher Extrakt und ein lösungsmittelraffiniertes Ölraffinat gebildet werden,
2. dadurch gekennzeichnet,

   • - daß man das Einsatzmaterial in der Lösungsmittelextraktionszone kontaktiert und den aromatenreichen Primärextrakt auf eine um 10°C bis 45°C unter der Lösungsmittelextraktionstemperatur liegende Temperatur kühlt,
   • - so daß zwei getrennte Flüssigphasen,
   • - eine Sekundärextraktphase, die relativ reicher an aromatischen Kohlenwasserstoffen als der Primärextrakt ist, und
   • - eine Sekundärraffinatphase, die relativ ärmer an aromatischen Kohlenwasserstoffen als der Primärextrakt ist, gebildet werden,
   • - daß man das Sekundärraffinat von dem Sekundärextrakt trennt und
   • - daß man 0,1 bis 0,5 Volumen Sekundärraffinat je Volumen Einsatzmaterial in die Lösungsmittelextraktionszone zurückführt.