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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Herstellungsverfahren
für Grundöle sehr
hoher Qualität,
das heißt
mit einem hohen Viskositätsindex
(VI), einem niedrigen Aromatengehalt, einer guten UV-Stabilität und einem
niedrigen Stockpunkt, aus Erdölfraktionen
mit einem Siedepunkt über
340 °C,
eventuell bei gleichzeitiger Herstellung von Mitteldestillaten (insbesondere
Gasöle,
Kerosin) von hoher Qualität,
das heißt
mit einem niedrigen Aromatengehalt und einem niedrigen Stockpunkt.
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Stand der
Technik
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Diese
Schmieröle
von hoher Qualität
sind von erstrangiger Wichtigkeit für das gute Funktionieren von modernen
Maschinen, Automobilen und Lastwagen.
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Diese
Schmiermittel werden meist durch eine Folge von Raffinierschritten
erhalten, die eine Verbesserung der Eigenschaften einer Erdölfraktion
erlauben. Insbesondere ist eine Behandlung der schweren Erdölfraktionen
mit hohem Gehalt an linearen oder wenig verzweigten Paraffinen nötig, um
Grundöle
guter Qualität
zu erzielen, und zwar mit einem Verfahrensschritt, er darauf abzielt,
die linearen oder sehr wenig verzweigten Paraffine aus den Einsatzstoffen,
die anschließend
als Grundöle
verwendet werden, abzutrennen.
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Die
Paraffine mit hohem Molekulargewicht, die linear oder sehr wenig
verzweigt sind, und in den Ölen anwesend
sind führen
nämlich
zu hohen Stockpunkten und damit zum Phänomen des Sulzens bei der Verwendung
bei niedriger Temperatur. Um die Werte der Stockpunkte zu senken,
müssen
die linearen, nicht oder sehr wenig verzweigten Paraffine ganz oder
teilweise entfernt werden.
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Dieser
Verfahrensschritt kann durch Extraktion mit Lösungsmitteln wie Toluol/Methyl-Ethyl-Keton
oder Methyl- Isobutyl-Keton
erfolgen, man spricht dann von Entparaffinierung mit Methyl-Ethyl-Keton
oder mit Methyl-Isobutyl-Keton
(MIBK). Allerdings sind diese Techniken teuer, nicht immer einfach
umzusetzen und führen zur
Bildung von Nebenprodukten, den Rohparaffinen.
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Eine
andere Möglichkeit
ist die katalytische Behandlung in Gegenwart oder in Abwesenheit
von Wasserstoff, und wegen ihrer Formselektivität sind Zeolithe unter den am
meisten verwendeten Katalysatoren.
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Katalysatoren
auf der Basis von Zeolithen wie ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-35 und ZSM-38
wurden für
die Verwendung in diesen Verfahren beschrieben.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Antragstellerin hat ihre Forschungsanstrengungen auf die Ausarbeitung
eines verbesserten Herstellungsverfahrens für Schmieröle sehr hoher Qualität gerichtet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft also eine Folge von Verfahrensschritten
für die
gleichzeitige Herstellung von Grundölen sehr hoher Qualität und von
Mitteldestillaten (insbesondere Gasöl) sehr hoher Qualität. Die erhaltenen Öle haben
einen hohen Viskositätsindex
VI, einen geringen Aromatengehalt, eine geringe Flüchtigkeit,
eine gute UV-Stabilität und einen
niedrigen Stockpunkt, aus Erdölfraktionen,
die einen Siedepunkt von mehr als 340 °C aufweisen.
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Insbesondere,
und im Gegensatz zu den herkömmlichen
Verfahrensabfolgen, oder denen des Stands der Technik, ist dieses
Verfahren nicht beschränkt
in der Qualität
der Produkte, die sich mit ihm erhalten lassen; insbesondere erlaubt
es eine geeignete Wahl der Betriebsbedingungen, medizinische Weißöle (d.h.
hervorragende Qualitäten)
zu erhalten. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfah ren
von Ölen
und Mitteldestillaten von hoher Qualität aus einem eingesetzten Kohlenwasserstoff
von dem mindestens 20% des Volumens über 340°C siedet, wobei das Verfahren
die folgenden, aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:
- (a) Hydrierung bei einer Temperatur von 330-450°C, bei einem
Druck von 5-25MPa, mit einer Raumgeschwindigkeit von 0,1-6 h–1,
in Gegenwart von Wasserstoff im Volumenverhältnis Wasserstoff/Kohlenwasserstoff
von 100-2000, und in Gegenwart eines amorphen Katalysators, der
mindestens ein Metall der Gruppe VIII und mindestens ein Metall
der Gruppe VI B enthält,
- (b) Hydrocracken ohne zwischengeschaltete Auftrennung des nach
dem Hydrieren erhaltenen Stroms, wobei das Hydrocracken bei einer
Temperatur von 340-430°C
durchgeführt
wird, bei einem Druck von 5-25 MPa, mit einer Raumgeschwindigkeit
von 0,1-5 h–1 in
Gegenwart von Wasserstoff, und in Gegenwart eines Katalysators,
der mindestens einen Zeolith enthält und ebenfalls mindestens
ein Element der Gruppe VIII und mindestens ein Element der Gruppe
VI B,
- (c) Atmosphärische
Destillation ohne Vakuumdestillation des nach dem Hydrocracken erhaltenen
Stroms, um die Gase von der Flüssigkeit
zu trennen,
- (d) katalytische Entparaffinierung mindestens einer Flüssigkeitsfraktion,
die durch atmosphärische
Destillation gewonnen wurde, und die die Verbindungen enthält, deren
Siedepunkt über
340°C liegt,
wobei die Entparaffinierung durchgeführt wird bei einer Temperatur
von 200-500°C,
bei einem Gesamtdruck von 1-25 MPa, mit einer stündlichen Volumengeschwindigkeit
von 0,0550 h–1,
mit 50-2000 l Wasserstoff/l Einsatzstoff, in Gegenwart eines Katalysators,
der ebenfalls mindestens ein Element mit hydrierender-dehydrierender
Funktion umfasst, und mindestens ein Molekularsieb, dessen mikroporöses System
mindestens einen Haupttyp von Kanälen umfasst, mit Porenöffnungen,
die 9 oder 10 Atome T aufweisen, wobei T gewählt wird in der Gruppe, die durch
Si/Al, P, B, Ti, Fe, Ga gebildet wird, abwechselnd mit einer gleichen
Anzahl Sauerstoffatome, wobei der Abstand zwischen zwei zugänglichen
Porenöffnungen
mit 9 oder 10 Atomen T höchstens
0,75 nm beträgt,
und das Molekularsieb beim n-Dekantest ein Verhältnis 2-Methylnonan/5-Methylnonan über 5 aufweist.
- (e) direktes Hydrofinishing des nach der Entparaffinierung erhaltenen
Stroms, die bei einer Temperatur von 180-400°C
durchgeführt
wird, was mindestens 20°C
und höchstens
200 °C niedriger
als die Temperatur bei der katalytischen Entparaffinierung ist,
bei einem Gesamtdruck von 1-25 MPa, mit einer stündlichen Volumengeschwindigkeit
von 0,05-100 h–1, in Gegenwart von
50-2000 Litern Wasserstoff
pro Liter Einsatzstoff, und in Gegenwart eines amorphen Katalysators
für die
Hydrierung von Aromaten, der mindestens ein Metall enthält, das
unter den Metallen der Gruppe VII und den Metallen der Gruppe VI
B gewählt
wird,
- (f) Destillationsschritt des nach dem Hydrofinishing erhaltenen
Stroms, der eine atmosphärische
Destillation und eine Vakuumdestillation umfasst, so dass mindestens
eine Fraktion Öl
mit einem Siedepunkt über 340°C abgetrennt
wird, die einen Stockpunkt unter –10°C, einen Gewichtsanteil von
aromatischen Verbindungen unter 2% und einen Viskositätsindex über 95,
eine Viskosität
von mindestens 3 cSt (also 3 mm2/s) bei 100°C aufweist, so dass schließlich mindestens
eine Mitteldestillatfraktion abgetrennt wird, die einen Stockpunkt
von kleiner oder gleich –20°C, einen
Aromatengehalt von höchstens
2 Gewichtsprozent, und einen Polyaromatengehalt von höchstens
1 Gewichtsprozent aufweist.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Das
Erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die folgenden Schritte:
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Schritt (a): Hydrierung
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Der
eingesetzte Kohlenwasserstoff, aus dem die Öle und eventuell die Mitteldestillate
hoher Qualität erhalten
werden, enthält
mindestens 20 Volumenprozent, die über 340 °C sieden.
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Es
können
also mit dem Verfahren sehr verschiedene Einsatzstoffe behandelt
werden.
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Der
Einsatzstoff kann zum Beispiel LCO sein (light cycle oil), Vakuumdestillate,
die aus der direkten Destillation des Rohöls stammen, oder aus Umwandlungsanlagen
wie der FCC, dem Coker oder der Viskoreduktion, oder aus Aromatenextraktionsanlagen,
oder aus der Entschwefelung oder der Wasserstoffbehandlung von RAT
(atmosphärischem
Rückstand
und/oder von RSV (Vakuumrückstand,
oder der Einsatzstoff kann ein desasphaltiertes Öl sein, oder auch eine Mischung
der vorher erwähnten
Einsatzstoffe. Die obige Liste ist nicht begrenzend. Im Allgemeinen
haben Einsatzstoffe, die für
die Ölherstellung
geeignet sind, einen anfänglichen
Siedepunkt von mehr als 340 °C,
besser von mehr als 370 °C.
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Der
Einsatzstoff wird zunächst
einer Hydrierung unterzogen, während
der er in Gegenwart von Wasserstoff mit mindestens einem Katalysator
in Kontakt gebracht wird, der einen amorphen Trägerstoff und mindestens ein
Metall umfasst, das eine hydrierende-dehydrierende Funktion aufweist,
die zum Beispiel sichergestellt werden kann durch mindestens ein
Element der Gruppe VI B und mindestens ein Element der Gruppe VIII,
bei einer Temperatur, die zwischen 330 und 450 °C, vorzugsweise zwischen 360–420 °C liegt,
bei einem Druck, der zwischen 5 und 25 MPa liegt, vorzugsweise unter
20 MPa, wobei die Raumgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 6 h–1 liegt,
vorzugsweise 0,3-3 h–1, und die eingeführte Wasserstoffmenge
so bemessen ist, dass das Volumenverhältnis Wasserstoff/Kohlenwasserstoff
zwischen 100 und 2000 liegt.
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Während dem
ersten Schritt erlaubt die Verwendung eines Katalysators, der die
Hydrierung gegenüber
dem Cracken bevorzugt, bei geeigneten thermodynamischen und kinetischen
Bedingungen eine beachtliche Verringerung des Gehalts an kondensierten
polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Unter diesen Bedingungen
wird auch der Großteil
der stickstoff- und schwefelhaltigen Verbindungen des Einsatzstoffes umgewandelt.
Dieser Verfahrensschritt erlaubt es also, zwei Arten von Verbindungen
zu eliminieren, von denen man weiß, dass sie Katalysatorgifte
für den
Zeolithkatalysator sind, der im weiteren Verlauf des Verfahrens verwendet
wird.
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Dieser
erste Schritt erlaubt es, indem der Einsatzstoff vorgecrackt wird,
die Eigenschaften des Grundöls
nach diesem ersten Schritt anzupassen, in Abhängigkeit von der Qualität des Grundöls, das
man am Ende des Verfahrens erhalten möchte. Es ist von Vorteil, diese
Regelung durchzuführen,
indem man die Art und Qualität
des in dem ersten Schritt verwendeten Katalysators und/oder die
Temperatur des ersten Schrittes variiert, so dass der Viskositätsindex
für das
Grundöl
der Fraktion mit Siedepunkt über
340 °C am
Ende dieses Schritts erhöht
wird. Der vor der Entparaffinierung erhaltene Viskositätsindex
ist vorzugsweise zwischen 80 und 150, besser zwischen 90 und 140,
oder sogar zwischen 90 und 130.
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Das
Trägermaterial
basiert im Allgemeinen auf (vorzugsweise besteht hauptsächlich aus)
Aluminiumoxid oder amorphem Alumosilikat; es kann auch Boroxid,
Magnesia, Zirkon, Titanoxid oder eine Kombination dieser Oxide umfassen.
Die hydrierende-dehydrierende Funktion wird vorzugsweise erfüllt von
mindestens einem Metall oder mindestens einer Metallverbindung der
Gruppen VIII und VI, das vorzugsweise gewählt wird unter: Molybdän, Wolfram,
Nickel und Kobalt.
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Dieser
Katalysator kann vorzugsweise Phosphor enthalten; es ist nämlich im
Stand der Technik bekannt, dass die Verbindung für die Hydrierungskatalysatoren
zwei Vorteile aufweist: einfache Herstellung, insbesondere während der
Imprägnierung
mit Nickel- und Molybdänlösungen,
und eine bessere Hydrierungsaktivität.
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Die
bevorzugten Katalysatoren sind NiMo und oder NiW auf Aluminiumoxid,
das mit mindestens einem Element dotiert wird, das gewählt ist
aus der Gruppe, die von Phosphor, Bor, Silizium und Fluor gebildet
wird, oder auch NiMo und/oder NiW auf Alumosilikat, oder auf Alumosilikat-Titanoxid,
dotiert oder nicht mit mindestens einem Element, das in der Gruppe
von Atomen, die durch Phosphor, Bor, Fluor und Silizium gebildet
wird enthalten ist.
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Die
Gesamtkonzentration an Metalloxiden der Gruppen VI und VIII ist
zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7 und 30%, und das
Gewichtsverhältnis,
ausgedrückt
als Metalloxid, zwischen Metall (oder Metallen) der Gruppe VI zu
Metall (oder Metallen) der Gruppe VIII liegt vorzugsweise zwischen
20 und 1,25, insbesondere zwischen 10 und 2. Die Konzentration von
Phosphoroxid P2O5 ist
unter 15 Gewichtsprozent und vorzugsweise unter 10 Gewichtsprozent.
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Das
nach diesem ersten Schritt erhaltene Produkt wird in einen zweiten
Katalysator in einem zweiten Schritt geführt, ohne zwischendrin den
Ammoniak (NH3) und Schwefelwasserstoff (H2S) abzutrennen oder zu destillieren.
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Schritt (b): Hydrocracken
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Das
nach dem ersten Schritt (a) anfallende Produkt wird in Gegenwart
von Wasserstoff vollständig
auf den Katalysator des zweiten Schritts (b) gegeben, wo es in Gegenwart
eines bifunktionalen Katalysators, der eine saure zeolithische Funktion
und eine metallische hydrierende-dehydrierende Funktion aufweist
dem Hydrocracking unterliegt.
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Während diesem
Schritt unterliegen die beim ersten Schritt ganz oder teilweise
hydrierten polyaromatischen oder polynaphtenaromatischen Verbindungen
an den sauren Zentren dem Hydrocracking, um zur Bildung von Paraffinen
zu führen.
Diese Paraffine können
in Gegenwart eines bifunktionalen Katalysators einer Isomerisierung
und dann eventuell einem Hydrocracking unterliegen, um zur Bildung
von Isoparaffinen bzw. leichteren Crackprodukten zu führen.
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Die
Umwandlung der mehrkernigen polyaromatischen Verbindungen erfordert
eine Hydrierung vor ihrem Cracken.
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Der
Katalysator des zweiten Schritts umfasst einen Zeolith, einen Trägerstoff
und eine hydrierende -dehydrierende Funktion.
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Die
hydrierende-dehydrierende Funktion wird vorzugsweise erreicht durch
eine Kombination von Metallen der Gruppen VI B (zum Beispiel Molybdän und/oder
Wolfram) und/oder Metallen der Gruppe VIII des Periodensystems der
Element, die vorzugsweise keine Edelmetalle sind (zum Beispiel Kobalt
und/oder Nickel). Vorzugsweise kann dieser Katalysator auch mindestens
ein förderndes
Element enthalten, das auf die Oberfläche des Katalysators aufgetragen
ist, wobei das Element in der Gruppe Enthalten ist, die durch Phosphor, Bor
und Silizium gebildet wird, sowie vorzugsweise Phosphor.
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Die
Gesamtkonzentration an Metallen der Gruppen VI B und VIII, als Metalloxyde
bezogen auf den Trägerstoff
ausgedrückt,
ist zwischen 5 und 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 7 und 30%. Das
Gewichtsverhältnis,
(ausgedrückt
als Metalloxide), zwischen Metallen der Gruppe VIII zu Metallen
der Gruppe VI B liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,8, insbesondere
zwischen 0,13 und 0,5.
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Dieser
Katalysatortyp kann vorzugsweise Phosphor enthalten, dessen Gehalt,
ausgedrückt
als Phosphoroxid P2O5 bezogen
auf den Trägerstoff
im Allgemeinen unter 15 Gewichtsprozent und vorzugsweise unter 10
Gewichtsprozent liegt.
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Die
Bor- und Siliziumgehalte sind unter 15 Gewichtsprozent und vorzugsweise
unter 10 % (als Oxide ausgedrückt).
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Das
amorphe oder schlecht kristallisierte Trägermaterial ist gewählt aus
der Gruppe, die von Aluminiumoxid, Kieselsäure, Alumosilikaten, Aluminiumoxid-Boroxid,
Kieselsäure-Magnesia, Zirkon,
Titanoxid, Lehm, allein oder gemischt gebildet wird.
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Der
Zeolith wird vorzugsweise gewählt
aus der Gruppe, die von Zeolith Y (Strukturtyp FAU, Faujasit) und
von Zeolith Beta (Strukturtyp BEA) nach der im "Atlas of zeolithe structure types", W.M. Meier, D.H.
Olson et Ch Baerlocher, 4th revised Edition,
1996, Elsevier entwickelten Nomenklatur gebildet wird.
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Der
Gewichtsanteil des Zeoliths liegt zwischen 2 und 80 und vorzugsweise
zwischen 3 und 50% bezogen auf den fertigen Katalysator, insbesondere
zwischen 2 und 25%.
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Der
Zeolith kann eventuell dotiert werden mit metallischen Elementen,
wie zum Beispiel Seltenerdmetallen, insbesondere Lanthan und Cer,
oder Edelmetallen oder unedlen Metallen der Gruppe VIII wie Platin, Palladium,
Ruthen, Rhodium, Iridium, Eisen und andere Metalle wie Mangan, Zink,
Magnesium.
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Ein
besonders bevorzugter saurer Zeolith H-Y ist durch die folgenden
Spezifikationen gekennzeichnet: ein Molverhältnis SiO2/Al2O3 zwischen 6 und
70 und vorzugsweise zwischen etwa 12 und 50; ein Natriumgehalt unter
0,15 Gewichtsprozent bezogen auf den bei 1100 °C gebrannten Zeolith; ein Kris tallparameter
a der Elementarzelle zwischen 24,58 × 10–10 m
und 24, 24 × 10–10 m
und vorzugsweise zwischen 24, 38 × 10–10 m
und 24,26 × 10–10 m;
eine Natriumionenaustauschkapazität CNa,
ausgedrückt
als Gramm Natrium pro 100 Gramm modifiziertem Zeolith, neutralisiert
und gebrannt, die über
0,85, liegt; eine spezifische Oberfläche, mit dem BET-Verfahren
bestimmt, die über
400 m2/g und vorzugsweise über 550
m2/g liegt, eine Wasserdampfabsorptionskapazität, die bei
25 °C und
2,6 Torr (also 34,6 MPa) Partialdruck über etwa 6% liegt, eine Porenverteilung,
durch Stickstoff-Physisorption bestimmt, die zwischen 5 und etwa
45% und vorzugsweise zwischen 5 und 40% des gesamten in dem Zeolith
enthaltenen Porenvolumens an Poren mit einem Durchmesser zwischen
20 × 10–10 m
und 80 × 10–10 m
und zwischen 5 und 45% und vorzugsweise zwischen 4 und 40 % des
gesamten in dem Zeolith enthaltenen Porenvolumens an Poren mit einem
Durchmesser von mehr als 80 × 10–10 m
und im Allgemeinen unter 1000 × 10–10 aufweist,
wobei der Rest der Rest des Porenvolumens in Poren enthalten ist, die
einen Durchmesser von weniger als 20 × 10–10 m
aufweisen.
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Ein
bevorzugter Katalysator enthält
im Wesentlichen mindestens ein Metall der Gruppe VI und/oder mindestens
ein Nichtedelmetall der Gruppe VIII, Zeolith Y und Aluminiumoxid.
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Ein
besonders bevorzugter Katalysator enthält im Wesentlichen Nickel,
Molybdän,
einen Y-Zeolith wie oben definiert und Aluminiumoxid.
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Die
Betriebsbedingungen, unter denen dieser zweite Schritt (b) durchgeführt wird,
sind wichtig.
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Der
Druck wird zwischen 5 und 25 MPa gehalten, vorzugsweise zwischen
5 und 20 MPa und insbesondere 7 bis 15 MPa, die Raumgeschwindigkeit
liegt zwischen 0,1 h–1 und 5 h–1 und
vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 h–1.
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Die
Temperatur im zweiten Schritt wird so eingestellt, dass die gewünschte Viskosität und der
gewünschte
V.I. erhalten wird. Sie liegt zwischen 340 und 430 °C, und im
Allgemeinen vorzugsweise zwischen 370 und 420 °C.
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Die
beiden Schritte (a) und (b) können
an den beiden Arten von Katalysator in (zwei oder mehreren) verschiedenen
Reaktoren durchgeführt
werden, oder vorzugsweise an mindestens zwei Katalysatorbetten,
die im selben Reaktor angebracht sind.
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Von
dem nach dem Hydrocracken erhaltenen Produkt wird der Wasserstoff
abgetrennt, das Produkt wird dann sofort einer atmosphärischen
Destillation (Schritt c) unterzogen, um Gase (wie den gebildeten
Ammoniak und Schwefelwasserstoff (H2S),
sowie allfällige
andere leichte Gase, eventuell Wasserstoff ...) abzutrennen. Es
wird mindestens eine Flüssigkeitsfraktion
erhalten, die Stoffe enthält,
deren Siedepunkt höher
als 340°C
liegt.
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Es
ist vorteilhaft, bei atmosphärischem
Druck zu destillieren, um mehrere Fraktionen mit einem Siedepunkt
von höchstens
340 °C (zum
Beispiel Benzin, Kerosin, Gasöl)
zu erhalten, und eine Fraktion (Rückstand genannt), mit einem
anfänglichen
Siedepunkt von mehr als 340 °C
(und besser mehr als 370 °C).
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Diese
Fraktion hat vor der Entparaffinierung einen VI zwischen 95 und
165 und vorzugsweise von mindestens 110.
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Gemäss der Erfindung
wird diese Fraktion (Rückstand)
anschließend
in einem katalytischen Entparaffinierungsschritt behandelt, das
heißt,
ohne einer Vakuumdestillation unterzogen zu werden.
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In
einer Verfahrensvariante wird der Rückstand vor der katalytischen
Entparaffinierung einer Extraktion der aromatischen Verbindungen
unterzogen (was einen Schritt (c')
darstellt).
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Diese
Extraktion kann mit jedem bekannten Mittel durchgeführt werden,
die am meisten Verwendeten Lösungsmittel
sind Furfurol und N-Methylpyrolidon.
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Die
naphtenaromatischen Verbindungen werden so extrahiert, und das erhaltene
Raffinat weist einen Viskositätsindex
auf, der höher
liegt als der des in den Extraktionsschritt eintretenden Rückstands.
Durch diesen Verfahrenschritt erhöht man noch den VI des am Ende
des Hydrofinishingschrittes erhaltenen Produkts.
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In
einer anderen Ausführungsart,
die mehr auf das Ziel der Produktion von Mitteldestillaten ausgerichtet
ist, wird der Schnittpunkt heruntergesetzt, und statt bei 340° zu schneiden
wie oben, kann man zum Beispiel das Gasöl und eventuell das Kerosin
in die Fraktion hineinnehmen, die die Verbindungen enthält, die
oberhalb von 340 °C
sieden. Zum Beispiel erhält
man eine Fraktion mit einem anfänglichen
Siedepunkt von mindestens 150 °C.
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Dagegen
kann der Rückstand
vor der katalytischen Entparaffinierung einer Extraktion der aromatischen
Verbindungen unterzogen werden. Diese Extraktion kann mit jedem
bekannten Mittel durchgeführt
werden, das am meisten verwendete Lösungsmittel ist Fufurol. Es
werden die üblichen
Betriebsbedingungen verwendet.
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Das
erhaltene Raffinat weist einen Viskositätsindex auf, der über dem
Index des zulaufenden Rückstands
liegt. So wird der VI des nach dem Hydrofinishing erhaltenen Produktes
weiter verbessert.
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Die
so erhaltene Fraktion, die die erwähnten Verbindungen enthält wird
direkt einer katalytischen Entparaffinierung unterzogen, wobei in
dieser Ausführungsvariante
die anderen Fraktionen (150 °C)
separat katalytisch entparaffiniert werden können oder auch nicht.
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Im
Allgemeinen nennen wir in diesem Text Mitteldestillate die Fraktion(en)
mit anfänglichem
Siedepunkt von mindestens 150 °C
und abschließendem
Siedepunkt bis vor dem Rückstand,
das heißt
im Allgemeinen bis 340 °C
oder vorzugsweise bis 370°C.
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Ein
Vorteil des beschriebenen Umwandlungsverfahrens (Hydrierung und
Hydrocracken) (also unter Verwendung eines Katalysators vom Zeolithtyp)
ist, dass es erlaubt, Grundöle
für Schmieröle herzustellen,
die eine Viskosität
aufweisen, die höher
ist als die mit einem amorphen Katalysators bei der gleichen Umwandlung erhaltene.
Während
dem Hydrocrackverfahren ist die Viskosität bei 100 °C der nicht umgewandelten Fraktion mit
Siedepunkt über
340°C, vorzugsweise
370 °C eine
abnehmende Funktion des erreichten Umwandlungsgrads.
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Wenn
der Umwandlungsgrad hoch ist (mehr als 70%) ist die Viskosität des mit
einem amorphen Katalysator erhaltenen Rückstands so, dass man ihn nicht
mehr verwenden kann, um die viskosesten Güten von Schmierölen herzustellen
(500 N und Bright Stock). Diese Begrenzung verschwindet, wenn man
den oben beschriebenen Zeolith-Katalysator verwendet.
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So
ist das Verhältnis
zwischen der Viskosität
bei 100 °C
des Hydrocrack-Rückstandes über 370°C, der mit
einem Verfahren erhalten wurde, das nur nicht zeolithische Katalysatoren
verwendet (V100A) und der Viskosität bei 100 °C des Hydrocrack-Rückstandes über 370°C der mit
unserem Verfahren erhalten wurde (V100Z) bei
gleichem Umwandlungsgrad, also (V100A/V100Z) immer niedriger als 1 und vorzugsweise
zwischen 0, 95 und 0,4.
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Schritt (d): Katalytische
hydrierende Entparaffinierung (HDPC)
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Die
Fraktion, die die Verbindungen enthält, die über 340 °C sieden, wie oben definiert,
die aus dem zweiten Schritt und der atmosphärischen Destillation (c) hervorgeht,
wird dann zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig einem
katalytischen Entparaffinierungsschritt unterzogen, in Gegenwart
von Wasserstoff und einem Katalysator für die hydrierende Entparaffinierung,
der eine saure Funktion und eine metallische hydrierend-dehydrierende
Funktion und mindestens eine Matrix aufweist.
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Wir
halten fest, dass Verbindungen, die über 340 °C sieden, immer der katalytischen
Entparaffinierung unterzogen werden.
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Die
saure Funktion wird von mindestens einem Molsieb sichergestellt,
dessen mikroporöses
System mindestens einen Haupttyp von Kanälen aufweist, dessen Öffnungen
von Ringen gebildet werden, die 10 oder 9 Atome T enthalten. Die
Atome T sind die tetraedrischen Atome, die das Molsieb bilden und
können
mindestens eins der Elemente sein, die in der folgenden Gruppe von
Atomen enthalten sind: (Si, Al, P, B, Ti, Fe, Ga).
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In
den die Kanalöffnungen
bildenden Ringen wechseln die oben definierten Atome T ab mit einer
gleichen Anzahl von Sauerstoffatomen. Es ist also gleichbedeutend
zu sagen, dass die Öffnungen
aus Ringen gebildet sind, die 10 oder 9 Sauerstoffatome enthalten
oder aus Ringen gebildet sind die 10 oder 9 Atome T enthalten.
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Das
Molekularsieb, das in die Zusammensetzung des Katalysators für die hydrierende
Entparaffinierung eingeht kann auch andere Arten von Kanälen umfassen,
deren Öffnungen
von Ringen gebildet werden, die weniger als 10 Atome T oder Sauerstoffatome
enthalten.
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Das
in die Zusammensetzung des Katalysators eingehende Molekularsieb
besitzt des Weiteren eine Brückenbreite,
der Abstand zwischen zwei Porenöffnungen
wie oben definiert, von höchstens
0,75 nm (1 nm = 10–9 m), vorzugsweise zwischen
0,50 nm und 0,75 nm, insbesondere zwischen 0,52 und 0, 73 nm.
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Die
Antragstellerin hat nämlich
herausgefunden, dass einer der für
das erreichen von guten Katalysatorleistungen im dritten Schritt
(hydrierender Entparaffinierungsschritt) bestimmenden Faktoren die
Verwendung von Molekularsieben ist, die eine Brückenbreite von höchstens
0,75 nm, vorzugsweise zwischen 0,50 nm und 0,75 nm, insbesondere
zwischen 0,52 und 0,73 nm aufweisen.
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Die
Messung der Brückenbreite
wird mit einem Grafik- und Molekülmodellierungsprogramm
wie Hyperchem oder Biosym durchgeführt, das es erlaubt, die Oberfläche der
fraglichen Molsiebe zu modellieren und, unter Berücksichtigung
der Innenradien der in der Struktur des Molsiebs vorhandenen Elemente,
die Brückenbreite
zu messen.
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Der
für dieses
Verfahren geeignete Katalysator wird gekennzeichnet durch einen
als Standardtest bezeichneten katalytischen Test der Umwandlung
von reinem n-Dekan, der unter einem Partialdruck von 450 kPa Wasserstoff
und einem Partialdruck von n-C10 von 1,2
kPa, also einem Gesamtdruck von 451,2 kPa im Festbett mit einem
konstanten n-C10-Strom von 9,5 ml/h, einem
gesamten Stoffstrom von 3,6 l/h und einer Katalysatormasse von 0,2
g durchgeführt
wird. Die Reaktion wird mit einem nach unten gerichteten Stoffstrom
durchgeführt.
Der Umwandlungsgrad wird über
die Temperatur geregelt, bei der die Reaktion abläuft. Der
dem Test unterzo gene Katalysator besteht aus reinem, granuliertem
Zeolith und 0,5 Gewichtsprozent Platin.
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Das
n-Dekan unterliegt in Gegenwart des Molekularsiebs und einer hydrierenden-dehydrierenden Funktion
Hydroisomerisierungsreaktionen, die isomerisierte Stoffe mit 10
Kohlenstoffatomen erzeugen, und Hydrocracking-Reaktionen, die zur
Bildung von Stoffen mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen führen. Unter diesen
Bedingungen muss ein im Schritt der hydrierenden Entparaffinierung
gemäss
der Erfindung verwendetes Molekülsieb
die oben beschriebenen physikalischchemischen Eigenschaften aufweisen,
und, für
eine Ausbeute an Isomeren des n-C10 in der
Größenordnung
von 5 Gewichtsprozent (der Umwandlungsgrad wird über die Temperatur geregelt)
zu einem Verhältnis
von 2-Methylnonan/5-Methylnonan von mehr als 5 und vorzugsweise
mehr als 7 führen.
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Die
Verwendung der bei den oben beschriebenen Bedingungen unter den
vielen schon existierenden Molsieben ausgewählten Molsiebe erlaubt insbesondere
die Herstellung von Produkten mit niedrigem Stockpunkt und hohem
Viskositätsindex
mit guten Ausbeuten im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Molsiebe, die in die Zusammensetzung des Katalysators für die katalytische
hydrierende Entparaffinierung eingehen können sind, zum Beispiel, die
folgenden Zeolithe: Ferrierite, NU-10, EU-13, EU-1 und die Zeolithe
vom gleichen Strukturtyp.
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Vorzugsweise
sind die in die Zusammensetzung des Katalysators für die hydrierende
Entparaffinierung eingehenden Molsiebe in der von Ferrierit und
Zeolith EU-1 gebildeten Gruppe enthalten.
-
Der
Gewichtsanteil an Molsieb am Katalysator für die hydrierende Entparaffinierung
liegt zwischen 1 und 90 %, vorzugsweise zwischen 5 und 90 %, und
insbesondere zwischen 10 und 85 %.
-
Die
für die
Formgebung des Katalysators verwendeten Matrizen sind, beispielhaft
und nicht einschränkend,
Aluminiumhydroxidgele, Aluminiumoxid, Magnesia, amorphe Alumosilikate,
und ihre Gemische. Techniken wie die Extrusion, Granulierung oder
Pelletierung können
verwendet werden, um den Verfahrensschritt der Formgebung durchzuführen.
-
Der
Katalysator umfasst auch eine hydrierende-dehydrierende Funktion,
die, zum Beispiel, durch mindestens ein Element der Gruppe VIII
sichergestellt wird, und vorzugsweise durch mindestens ein Element,
das in der durch Platin und Palladium gebildeten Gruppe enthalten
ist. Der Gewichtsanteil an Nichtedelmetall der Gruppe VIII, bezogen
auf den fertigen Katalysator liegt zwischen 1 und 40%, vorzugsweise
zwischen 10 und 30 %. In diesem Fall ist das Nichtedelmetall oft
mit mindestens einem Metall der Gruppe VIB kombiniert (vorzugsweise
Mo und W).
-
Wenn
es sich um mindestens ein Edelmetall der Gruppe VII handelt, ist
der Gewichtsanteil, bezogen auf den fertigen Katalysator, unter
5%, vorzugsweise unter 3% und insbesondere unter 1,5%.
-
Im
Fall der Verwendung von Edelmetallen der Gruppe VIII sind das Platin
und/oder das Palladium vorzugsweise auf der wie oben definierten
Matrix angeordnet.
-
Der
erfindungsgemäße Katalysator
für die
hydrierende Entparaffinierung kann des Weiteren 0 bis 20%, vorzugsweise
0 bis 10 Gewichtsprozent (als Oxide ausgedrückt) Phosphor enthalten. Die
Kombination von Metall en) der Gruppe VI B und/oder von Metall en)
der Gruppe VIII mit Phosphor ist besonders vorteilhaft.
-
Der
Hydrocrackrückstand
(das heißt
die Fraktion, deren anfänglicher
Siedepunkt über
340 °C liegt), der
im Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens
erhalten wurde, und in diesem Schritt (d) der hydrierenden Entparaffinierung
zu behandeln ist, hat die folgenden Eigenschaften: er weist einen
anfänglichen
Siedepunkt von mehr als 340 °C
und vorzugsweise von mehr als 340 °C auf, einen Stockpunkt von
mindestens 15 °C,
einen Stickstoffgehalt von weniger als 10 ppm in Gewichtsanteilen,
und einen Schwefelgehalt von weniger als 50 ppm in Gewichtsanteilen
oder besser von weniger als 10 ppm in Gewichtsanteilen, einen Viskositätsindex
von 35 bis 165 (vor der Entparaffinierung), vorzugsweise von mindestens
110 und insbesondere on weniger als 150, einen Aromatengehalt von
weniger als 10 Gewichtsprozent, eine Viskosität bei 100 °C von 3 cSt(mm2/s)
oder mehr.
-
Diese
Eigenschaften sind ebenfalls die des Rückstands, der durch atmosphärische Destillation
einer Probe einer Flüssigfraktion
erhalten würde,
die die Verbindungen mit einem Siedepunkt über 340 °C enthält, wobei diese Fraktion einen
anfänglichen
Siedepunkt von 340 °C
oder weniger aufweist und der katalytischen Entparaffinierung unterzogen
wird.
-
Die
Betriebsbedingungen, unter denen die hydrierende Entparaffinierung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
durchgeführt
wird sind die folgenden:
- – Die Reaktionstemperatur liegt
zwischen 200 und 500 °C
und vorzugsweise zwischen 250 und 470 °C, insbesondere zwischen 270
und 430 °C;
- – der
Druck liegt zwischen 0,1 und 25 MPa (106 Pa)
und vorzugsweise zwischen 1,0 und 20 MPa;
- – die
stündliche
Volumengeschwindigkeit (ausgedrückt
in Volumen Einsatzstoff, das pro Einheit Katalysatorvolumen pro
Stunde zugegeben wird) liegt zwi schen etwa 0,05 und etwa 50 und
vorzugsweise zwischen 0,1 und etwa 20 h–1 und
insbesondere zwischen 0,2 und 10 h–1.
-
Sie
werden ausgewählt
um den erwünschten
Stockpunkt zu erhalten.
-
Der
Kontakt zwischen dem in die Entparaffinierung eintretenden Einsatzstoff
und dem Katalysator wird in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt. Der
verwendete Wasserstoffanteil wird in Litern Wasserstoff pro Liter
Einsatzstoff ausgedrückt
und liegt zwischen 50 und etwa 2000 Litern Wasserstoff pro Liter
Einsatzstoff und vorzugsweise zwischen 100 und 1500 Litern Wasserstoff
pro Liter Einsatzstoff.
-
Der
Fachmann weiß,
dass die Verbesserung des Stockpunktes der Ölgrundstoffe, egal ob sie durch eine
Lösungsmittel-Entparaffinierung
(DPS) oder durch eine katalytische hydrierende Entparaffinierung
(HDPC) erreicht wird, einen Abfall des Viskositätsindex (VI) verursacht.
-
Eine
der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass:
- – die
Variation von VI beim Schritt der katalytischen hydrierenden Entparaffinierung
(HDPC) vorzugsweise größer oder
gleich 0 ist, bei gleichem Stockpunkt, oder
- – wenn
man einen Abfall des VI beim Schritt der katalytischen hydrierenden
Entparaffinierung (HDPC) beobachtet, dieser Abfall geringer ist
als die, die bei einer Lösungsmittel-Entparaffinierung
(DPS) beobachtet werden kann, um einen gleichen Stockpunkt zu erreichen.
So ist das Verhältnis
zwischen der Veränderung des
VI des Grundöls
beim katalytischen Entparaffinierungschritt und der Veränderung
des VI des Grundöls beim
Lösungsmittel-Entparaffinierungsschritt ΔVIHDPC/ΔVIDPS immer kleiner als 1 bei gleichem Stockpunkt.
-
Schritt (e): Hydrofinishing
-
Das
am Ende des katalytischen hydrierenden Entparaffinierungschritts
anfallende Produkt wird vollständig
und ohne dazwischengeschaltete Destillation in Gegenwart von Wasserstoff
auf einen Hydrofinishing-Katalysator gegeben, so dass eine weitgehende
Hydrierung der aromatischen Verbindungen stattfindet, die der Stabilität der Öle und Destillate
abträglich
sind. Allerdings muss der Katalysator so schwach sauer sein, dass
er nicht zur Bildung von Crackprodukten mit einem Siedepunkt unter
340 °C führt, um
die abschließenden Ausbeuten
insbesondere an Ölen
nicht zu verschlechtern.
-
Der
bei diesem Schritt verwendete Katalysator umfasst mindestens ein
Metall der Gruppe VIII und/oder mindestens ein Element der Gruppe
VIB des Periodensystems. Die starken metallischen Funktionen Platin
und/oder Palladium, oder Kombinationen Nickel-Wolfram, Nickel-Molybdän werden
mit Vorteil verwendet, um eine weitgehende Hydrierung der Aromaten
durchzuführen.
-
Diese
Metalle sind auf einem Trägerstoff
vom Typ des amorphen oder kristallinen Oxides, wie zum Beispiel
Aluminiumoxiden, Kieselsäuren,
Alumosilikaten abgelagert und dispergiert.
-
Der
Hydrofinishing-Katalysator (HDF) kann auch mindestens ein Element
der Gruppe VII A des Periodensystems der Elemente enthalten. Vorzugsweise
enthalten diese Katalysatoren Fluor und/oder Chlor.
-
Die
Gewichtsanteile der Metalle liegen zwischen 10 und 30 im Fall von
Nichtedelmetallen und unter 2%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,5
%, insbesondere zwischen 0,1 und 1% im Fall der Edelmetalle.
-
Der
Gesamtgehalt an Halogen liegt zwischen 0,02 und 30 Gewichtsprozent,
vorzugsweise 0,01 bis 15 % oder 0,01 bis 10 %, insbesondere 0,01
bis 5%.
-
Unter
den Katalysatoren, die in diesem HDF-Schritt verwendet werden können, und
zu hervorragenden Leistungen führen,
insbesondere für
das Erhalten von medizinischen Ölen,
lassen sich die Katalysatoren zitieren, die mindestens ein Edelmetall
der Gruppe VII(Platin zum Beispiel) und mindestens ein Halogen (Chlor und/oder
Fluor) enthalten, wobei die Kombination von Chlor und Fluor bevorzugt
wird.
-
Die
Betriebsbedingungen, unter denen der Hydrofinishing-Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben
wird, sind die folgenden:
- – Die Reaktionstemperatur liegt
zwischen 180 und 400 °C
und vorzugsweise zwischen 210 und 350 °C, insbesondere 230-320 °C,
- – Der
Druck liegt zwischen 0,1 und 25 MPa (106 Pa)
und vorzugsweise zwischen 1,0 und 20 MPa;
- – Die
stündliche
Volumengeschwindigkeit (vvh ausgedrückt als Volumen von Einsatzstoff,
der pro Volumeneinheit Katalysator pro Stunde eingebracht wird)
liegt zwischen etwa 0,05 und etwa 100 und vorzugsweise zwischen
etwa 0,1 und etwa 30 h–1.
-
Der
Kontakt zwischen dem Einsatzstoff und dem Katalysator wird in Gegenwart
von Wasserstoff durchgeführt.
Das Verhältnis
des verwendeten Wasserstoffs wird ausgedrückt in Litern Wasserstoff pro
Liter Einsatzstoff und liegt zwischen 50 und etwa 2000 Litern Wasserstoff
pro Liter Einsatzstoff und vorzugsweise zwischen 100 und 1500 Litern
Wasserstoff pro Liter Einsatzstoff.
-
Eins
der Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die
Temperatur des HDF-Schrittes niedriger ist als die Temperatur des
katalytischen hydrierenden Entparaffinierungsschritts (HDPC). Der
Unterschied THDPC-THDF liegt
im Allgemeinen zwischen 20 und 200, vorzugsweise zwischen 30 und
100 °C.
-
Das
den HDF-Schritt verlassende Produkt wird in die Destillieranlage
geführt,
die eine atmosphärische Destillation
und eine Vakuumdestillation umfasst, die zum Zweck hat, die Umwandlungsprodukte
mit Siedepunkt unter 340 °C
und vorzugsweise unter 370 °C
(insbesondere einschließlich
der beim katalytischen hydrierenden Entparaffinierungsschritt (HDPC)
gebildeten) von der Fraktion abzutrennen, die das Grundöl bildet,
und deren Siedepunkt höher
als 340 °C
ist, und vorzugsweise höher
als 370 °C.
-
Des
Weiteren erlaubt es dieser Abschnitt der Vakuumdestillation, die
verschiedenen Ölgüten aufzutrennen.
-
Die
mit diesem Verfahren erhaltenen Grundöle weisen einen Stockpunkt
von weniger als –10 °C auf, einen
Gewichtsanteil an aromatischen Verbindungen unter 2%, einen VI über 95,
vorzugsweise über
110 und insbesondere über
120, eine Viskosität
von mindestens 3,0 cSt bei 100 °C,
eine ASTM-Farbe
unter 1 und eine UV-Stabilität,
so dass die Zunahme der ASTM-Farbe zwischen 0 und 4 und vorzugsweise
zwischen 0,5 und 2,5 liegt.
-
Der
Test der UV-Stabilität,
der aus den Verfahren ASTM D925-55 und D1148-55 angepasst wurde, stellt
ein schnelles Verfahren bereit, um die Stabilität von Schmierölen zu vergleichen,
die einer Quelle ultravioletter Strahlen ausgesetzt sind. Die Testkammer
besteht aus einem metallischen Behälter, der mit einem sich drehenden
Teller versehen ist, der die Ölproben
aufnimmt. Eine UV-Lampe, die die gleichen UV-Strahlen produziert
wie die des Sonnenlichts und oben in der Testkammer angeordnet ist
wird nach unten auf die Proben gerichtet. Unter den Proben ist ein
Standardöl
mit bekannten UV-Eigenschaften eingeschlossen. Die ASTM-Farbe d1500
der Proben wird bestimmt bei t = o und nach 45 Stunden Aussetzung
bei 55 °C.
Die Ergebnisse werden für
die Standardprobe und für
die folgenden Testproben aufgezeichnet:
- a)
anfängliche
Farbe ASTM D150,
- b) endgültige
Farbe ASTM D1500,
- c) Farbzunahme,
- d) Trübung
- e) Ausfällung.
-
Ein
anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es
möglich
ist, sehr geringe Aromatengehalte zu erhalten, weniger als 2 Gewichtsprozent
und vorzugsweise 1 Gewichtsprozent, insbesondere 0,05 Gewichtsprozent)
und sogar bis zur Herstellung von Weißölen von medizinischer Qualität, die Aromatengehalte
unter 0,01 Gewichtsprozent aufweisen. Diese Öle haben UV-Absorptionswerte
bei 275, 298, und 300 nm jeweils unter 0,8, 0,4 und 0,3 (ASTM-Verfahren
D2008) und eine Saybolt-Farbe zwischen 0 und 30.
-
Interessanterweise
erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren
also, medizinische Weißöle zu erhalten.
Medizinische Weißöle sind
Mineralöle,
die durch weitgehende Raffination aus Erdöl erhalten werden, Ihre Qualität unterliegt
verschiedenen Regelungen, die darauf abzielen, ihre Unschädlichkeit
für pharmazeutische Anwendungen
zu garantieren, sie sind ungiftig und werden nach ihrer Dichte und
ihrer Viskosität
gekennzeichnet. Medizinische Weißöle umfassen im Wesentlichen
gesättigte
Kohlenwasserstoffe, sie sind chemisch inert und ihr Gehalt an aromatischen
Kohlenwasserstoffen ist gering. Besondere Aufmerksamkeit wird den
aromatischen Verbindungen geschenkt, und insbesondere 6 polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK, auch PAH abgekürzt nach
dem englischen polycyclic aromatic hydrocarbons) die giftig sind
und in Konzentrationen von 1 Teil zu 1 Milliarde Teile aromatischer
Verbindungen in dem Weißöl anwesend
sind. Die Überwachung
des Gesamtaromatengehalts kann mit dem Verfahren ASTM D 2008 durchgeführt werden,
dieser UV-Absorptionstest bei 275, 292 und 300 Nanometern erlaubt
es, eine Absorption von weniger als jeweils 0,8, 0,4 und 0,3 zu überwachen
(das heißt,
dass die Weißöle Aromatengehalte
unter 0,01 Gewichtsprozente aufweisen). Diese Messungen werden durchgeführt mit
Konzentrationen von 1 g Öl
pro Liter, in einer 1 cm– Küvette. Die
handelsüblichen
Weißöle unterscheiden
sich durch ihre Viskosität,
aber auch durch das zu ihrer Herstellung verwendete Rohöl, das paraffinisch
oder naphtenisch sein kann, diese zwei Parameter führen zu Unterschieden
sowohl bei den physikalisch-chemischen Eigenschaften der betrachteten
Weißöle, aber
auch in ihrer chemischen Zusammensetzung.
-
Gegenwärtig enthalten Ölschnitte,
egal, ob sie entweder aus der direkten Destillation eines Rohöls mit anschließender Extraktion
der aromatischen Verbindung mit einem Lösungsmittel oder aus einer
hydrierenden katalytischen Raffination oder dem Hydrockracken kommen,
noch nicht zu vernachlässigende
Mengen aromatischer Verbindungen. Im Rahmen der jetzigen Gesetzgebung
der meisten Industrieländer
müssen
die medizinischen Weißöle einen
Aromatengehalt haben, der unter einem durch die Gesetzgebung jedes
dieser Länder festgelegten
Grenzwerts liegt. Die Abwesenheit dieser aromatischen Verbindungen
in den Ölschnitten
bedeutet eine Spezifikation der Saybolt-Farbe, die im Wesentlichen
mindestens 30 (+30) sein muss, eine Maximalspezifikation der UV-Absorption,
die für
ein reines Produkt in einer 1-cm- Küvette weniger
als 1,60 bei 275 nm sein muss, und eine Spezifikation des maximalen
Absorptionsgrades des DMSO-Extraktionsproduktes,
das für den
amerikanischen Markt (Food and Drug Administration, Norm No 1211145)
unter 0,1 sein muss. Dieser letzte Test besteht darin, aromatische
Kohlenwasserstoffe spezifisch mit einem polaren Lösungsmittel,
oft DMSO zu Extrahieren, und den Gehalt im Extrakt mit einer UV-Absorptionsmessung
im Bereich 260–350
nm zu überwachen.
-
Die
erhaltenen Mitteldestillate haben verbesserte Stockpunkte (kleiner
oder gleich –20°C), geringe Aromatengehalte
(höchstens
2 Gewichtsprozent), Polyaromatengehalte (di oder mehr) unter 1 Gewichtsprozent
und für
Gasöle,
eine Zetanzahl über
50, und sogar über
52.
-
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der
Gesamtdruck in allen Reaktoren gleich sein kann, so dass die Möglichkeit
besteht, in Serienschaltung zu arbeiten und eine einzige Einheit
zu verwenden, was Kostenersparnisse bewirkt.
-
Das
Verfahren ist in 1 und 2 illustriert,
wobei 1 die Behandlung der gesamten Flüssigfraktion
mittels hydrierender Entparaffinierung darstellt und 2 die
eines Hydrocrackrückstands.
-
In 1 tritt
der Einsatzstoff durch die Leitung (1) in eine Zone der
hydrierenden Entschwefelung (2) ein (die aus einem oder
mehreren Reaktoren bestehen kann, und ein oder mehrere Katalysatorbetten
aus einem oder mehreren Katalysatoren umfassen kann) in die Wasserstoff
eintritt (zum Beispiel durch die Leitung (3)), und wo der
Schritt (a) der Hydrierung durchgeführt wird.
-
Der
hydrierte Einsatzstoff wird durch die Leitung (4) in den
Hydrockrack-Bereich (5) weitergeleitet (der aus einem oder
mehreren Reaktoren bestehen kann, und ein oder mehrere Katalysatorbetten
aus einem oder mehreren Katalysatoren umfassen kann), wo in Gegenwart
von Wasserstoff der Schritt (b) des Hydrockrackens durchgeführt wird.
-
Das
aus der Zone (5) austretende Produkt wird durch eine Leitung
(6) in einen Ballon (7) geleitet, um den Wasserstoff
abzutrennen, der durch eine Leitung (8) abgeführt wird,
das Produkt wird anschließend
bei atmosphärischem
Druck in der Kolonne (9) destilliert, aus der am Kopf durch
die Leitung (10) die Gasfraktion abgezogen wird. Der Schritt
(c) des Verfahrens ist so durchgeführt.
-
Am
Sumpf der Kolonne wird eine Flüssigfraktion
erhalten, die Verbindungen mit einem Siedepunkt über 340 °C enthält. Diese Fraktion wird durch
die Leitung (11) abgezogen in den Bereich (12)
der katalytischen Entparaffinierung.
-
Der
Bereich (12) der katalytischen Entparaffinierung (die einen
oder mehrere Reaktoren, ein oder mehrere Katalysatorbetten aus einem
oder mehreren Katalysatoren umfasst) empfängt ebenfalls Wasserstoff über eine
Leitung (13) um einen Schritt (d) des Verfahrens durchzuführen.
-
Das
aus diesem Bereich über
die Leitung (14) austretende Produkt wird direkt in den
Hydrofinishing-Bereich (15) geleitet (der einen oder mehrere
Reaktoren, ein oder mehrere Katalysatorbetten aus einem oder mehreren
Katalysatoren umfasst), aus dem es durch eine Leitung (16)
austritt. Im Bedarfsfall kann Wasserstoff in den Bereich (15)
zugeführt
werden, wo der Schritt (e) des Verfahrens durchgeführt wird.
-
Das
erhaltene Produkt wird in einer Destillationsanlage (Schritt f des
Verfahrens) aufgetrennt, die außer
dem Ballon (17), um den Wasserstoff über eine Leitung (18)
abzuführen,
eine atmosphärische
Destillationskolonne (19) umfasst, sowie eine Vakuumkolonne
(20), die den Rückstand
der atmosphärischen
Destillation behandelt, der mit der Leitung (21) dorthin
geleitet wird, wobei der Rückstand
einen anfänglichen
Siedepunkt von mehr als 340 °C
hat.
-
Es
werden als Destillationsprodukte eine Ölfraktion (Leitung 22)
und niedriger siedende Fraktionen wie Gasöl (Leitung 23), Kerosin
(Leitung 24), Benzin (Leitung 25) erhalten, wobei
die leichten Gase über
die Leitung (26) der atmosphärischen Kolonne entfernt werden,
und die Gase in der Kolonne (27) bei der Vakuumdestillation
entfernt werden.
-
Um
die Figur nicht zu überladen,
wurde die Wasserstoffrückführung nicht
dargestellt, sowohl beim Ballon (7) bei der Hydrierung
und/oder beim Hydrocracken, und/oder beim Ballon (17) bei
der Entparaffinierung und/oder beim Hydrofinishing.
-
Man
erkennt auf der 2 die Hauptpunkte der 1.
Der Unterschied liegt bei der Destillation des aus dem Schritt (b)
des Hydrocrackens über
die Leitung (6) austretenden Produktes. Es wird, nach Abtrennen des
Wasserstoffs im Ballon (7) durch eine atmosphärische Destillation
in einer Kolonne (9) von den Gasen abgetrennt, die durch
die Leitung (10) abgezogen werden. Die Destillation wird
so durchgeführt,
dass ein Rückstand
mit einem anfänglichen
Siedepunkt über
340 °C erhalten
wird, der aus der Leitung (11) austritt, und dass die Fraktionen
Gasöl (Leitung 28)
Kerosin (Leitung 29) und Benzin (Leitung 30) erhalten
werden.
-
Nur
der Rückstand
wird im Entparaffinierungsbereich (12) behandelt. Die weiter
beschriebenen Rückführungen
sind vollständig übertragbar.
-
Die
Umwandlungsanlage wird schematisch dargestellt mit zwei Reaktoren
ohne Rückführung des
aus dem Hydrocracker austretenden Produktes.
-
Es
ist auch möglich,
einen Teil dieses Produktes in den Hydrierungschritt, der im Bereich
(2) durchgeführt
wird und/oder in den Hydrocrack-Schritt, der im Bereich (5)
durchgeführt
wird, zurückzuführen.
-
Der
Betreiber wird die Rückführungsverhältnisse
an sein Produktionsziel anpassen, um ehr das Erhalten von Ölen oder
ehr das Erhalten von Mitteldestillaten zu fördern.
-
Es
ist auch häufig,
dass die Bereiche der Hydrierung und des Hydrocrackens sich im gleichen
Reaktor befinden. In diesem Fall geschieht das weiterführen des
hydrierten Produkts direkt, ohne Leitung (4). Eine Rückführung des
Produktes ist immer noch möglich,
entweder in die Hydrierungszone (vor einem Katalysatorbett), oder
in den Hydrocrack-Bereich.
-
In
einer anderen Ausführungsvariante
dieses Umwandlungsschritts (Hydrocracken in zwei Schritten) wird
der durch die Leitung (11) austretende Rückstand,
der einen anfänglichen
Siedepunkt über
340 °C aufweist
(wie in 2 gezeigt) zumindest teilweise
in eine zusätzliche
Hydrocrackzone (32) geleitet, die sich von der Zone (5)
unterscheidet (und die einen oder mehrere Reaktoren, ein oder mehrere
Katalysatorbetten mit einem oder mehreren Katalysatoren umfasst).
Dieser andere Hydrocrackbereich kann den gleichen Katalysator enthalten
wie der Bereich (5) oder einen anderen Katalysator.
-
Das
entstehende Produkt wird in den Schritt der atmosphärischen
Destillation zurückgeführt. Der
andere Teil des Rückstands
mit anfänglichem
Siedepunkt über
340 °C wird
in den Schritt der katalytischen Entparaffinierung geleitet.
-
In 3 sind
die möglichen
Modalitäten
der Umwandlungsanlage schematisch dargestellt, wobei die Hauptpunkte übernommen
sind, die mit der 2 übereinstimmen und nicht noch
einmal beschrieben werden.
-
Der
aus der Kolonne (9) über
die Leitung (11) austretende Rückstand wird in den anderen
Hydrocrack-Bereich (32) geleitet, aus dem ein Produkt in
einer Leitung (33) wieder herauskommt, das in die Kolonne (9)
zurückgeführt wird.
Durch eine an die Leitung (11) angeschlossene Leitung (34)
tritt der Rückstand
aus, der in den Bereich (17) der Entparaffinierung geleitet
wird.
-
In 3 wird
auch die Ausführung
der Bereiche der Hydrierung (2) und des Hydrocrackens (5)
in einem einzigen Reaktor (31) gezeigt, aber getrennte
Bereiche sind genauso möglich
in Kombination mit dem zusätzlichen
Hydrocrack-Bereich.
-
Die
Umwandlungsanlage der 3 kann so die Umwandlungsanlage
der 2 ersetzen, wobei die Schritte hydrierende Entparaffinierung,
Hydrofinishing und Destillationsanlage unverändert bleiben. Alle zusätzlichen
Möglichkeiten
(H2-Rückführung ...)
sind übertragbar.
-
In
einer anderen Variante der 2 und 3 wird
der aus der Leitung (11) austretende Rückstand in eine Anlage zur
Extraktion der aromatischen Verbindungen (35) geleitet,
die mit einer Leitung (36) für die Einleitung des Lösungsmittels
versehen ist, mit einer Leitung (37) für den Austritt des Lösungsmittels,
und mit einer Leitung (38), durch die das Raffinat austritt
und in den Bereich der katalytischen Entparaffinierung (12) geleitet
wird.
-
Diese
Variante (die dem Schritt (c')
des Verfahrens entspricht) ist in 4 gezeigt.
-
Die
Vor- und nachgeschalteten Behandlungsschritte sind die des Verfahrens,
wie es zum Beispiel in den 2 oder 3 illustriert
ist.
-
So
betrifft die Erfindung ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung
von Ölen
hoher Qualität
und gegebenenfalls Mitteldestillaten, die Folgendes umfasst:
- – mindestens
eine Hydrierungszone (2), die mindestens einen Hydrierungskatalysator
umfasst, und mit mindestens einer Leitung (1) ausgerüstet ist,
um den Einsatzstoff einzubringen, und mit mindestens einer Leitung
(3), um den Wasserstoff einzubringen,
- – mindestens
eine Hydrocracking-Zone (5), die mindestens einen Hydrocrack-Katalysator
enthält,
um den hydrierten Strom aus der Zone (2) zu behandeln,
wobei der hydrogecrackte Strom aus der Zone (5) durch eine
Leitung (6) austritt.
- – mindestens
eine atmosphärische
Destillationskolonne (9), um den aus dem Hydrocracken austretenden Strom
zu behandeln, und die mit mindestens einer Leitung (10)
für den
Austritt der Gasfraktion, mindestens einer Leitung (11)
für den
Austritt einer Flüssigfraktion
(Rückstand)
die die Verbindungen mit Siedepunkten über 340°C enthält, und mindestens einer Leitung
(28, 29 oder 30) für den Austritt mindestens eines
Destillats ausgerüstet
ist,
- – mindestens
eine Einheit zur Extraktion der aromatischen Verbindungen (35),
um das Lösungsmittel
zuzuführen,
mindestens einer Leitung (36) für seinen Austritt, und mindestens
einer Leitung (38) für
den Austritt des Raffinats,
- – mindestens
eine Zone für
die katalytische Entparaffinierung (12), die mindestens
einen Katalysator für
die katalytische Entparaffinierung enthält, in die das Raffinat eintritt,
und mit mindestens einer Leitung (13) Wasserstoff zugeführt wird,
wobei die Zone (12) mit mindestens einer Leitung (14)
für den
Austritt des entparaffinierten Stroms ausgerüstet ist,
- – mindestens
eine Zone für
das Hydrofinishing (15), um den entparaffinierten Strom
mit einem Hydrofinishing-Katalysator
zu behandeln, wobei das Produkt mit durch mindestens eine Leitung
(16) austritt.
- – mindestens
eine Destillationszone, die mindestens eine atmosphärische Destillationskolonne
(19) und mindestens eine Vakuumdestillationskolonne (20)
umfasst, wobei die Kolonne 19 mit mindestens einer Leitung
(26) für
den Austritt der leichten Gase ausgerüstet ist, mit mindestens einer
Leitung (23, 24 oder 25) für den Austritt
mindestens eines Destillats, und mindestens einer Leitung (21)
um den Rückstand
abzuziehen, wobei die Kolonne (20) mindestens eine Leitung
(22) für
den Austritt der Ölfraktion
und mindestens eine Leitung für
den Austritt der anderen Verbindungen umfasst.
-
In
einer anderen Ausführungsvariante
betrifft die Erfindung also auch eine Vorrichtung nach Anspruch 18,
wobei die Zonen (2) und (3) im gleichen Reaktor
angeordnet sind und mit mindestens einer Leitung (1) für das Einführen der
Einsatzstoffe, mindestens einer Leitung (3) für das Einführen des
Sauerstoffs, und mindestens einer Leitung (6) für den Austritt
des hydrogecrackten Stroms versehen ist, wobei die Vorrichtung außerdem eine
zusätzliche
Hydrocrack-Zone (32) umfasst, die mit mindestens einer
Leitung (11) für
den Einlass des Rückstands
der atmosphärischen
Destillationskolonne (9) und mindestens einer Leitung (33)
für den
Austritt des so hydrogecrackten Stroms versehen ist, wobei die Leitung
(33) in die Leitung (5) führt, um den Strom zurückzuführen, und
außerdem
umfasst die Vorrichtung mindestens eine Leitung (34), die
auf der Leitung (11) sitzt, um den Rückstand der Extraktionsanlage
(35) zu transferieren.
-
Beispiel 1:
-
Der
Hydrocrack-Rückstand
wird durch Hydrocracken eines Vakuumdestillats gewonnen, dessen
Zusammensetzung in Tabelle 1 aufgeführt ist.
-
In
einen Reaktor, der ein Bett eines amorphen Katalysators enthält (15%
MoO3, 5% NiO, 80% Aluminiumoxid) führt man
den in Tabelle 1 beschriebenen Einsatzstoff und Wasserstoff unter
einem Druck von 14 MPa und in einem Volumenverhältnis H2/KW
= 1000 Ni/Ni. Die Raumgeschwindigkeit ist so 0, 75 h–1 bezogen auf
den amorphen Katalysator. Die Reaktionstemperatur ist 380 °C.
-
Ein
zweiter Reaktor, der nach dem ersten Reaktor angeordnet ist, wird
mit einem Katalysator von 12% MoO3, 4% NiO,
20 Zeolith Y auf Aluminiumoxid beladen. Das aus dem ersten Reaktor
austretende Produkt wird in den zweiten Reaktor geführt. Der
Druck ist 14 MPa und das Produkt bewegt sich mit einer Raumgeschwindigkeit
von 1,5 h–1.
Das Produkt wird gesammelt und im Vakuum destilliert. Die Eigenschaften
des Rückstands
bei 375°C+ sind in Tabelle 1 aufgeführt.
-
Beispiel 2
-
Der
Rückstand
bei 375 °C+, der in Beispiel 1 erhalten wurde, wird
anschließend
in einen Reaktor eingeführt,
der ein Katalysatorbett zur hydrierenden Entparaffinierung (0,5%
Pt, 80% Ferrierit, Rest Al2O3)
und Wasserstoff unter einem Druck von 14 MPa und in einem Volumenverhältnis H2/KW = 1000 Ni/Ni enthält. Die Raumgeschwindigkeit
ist so 1 h–1 bezogen
auf den Katalysator. Die Reaktionstemperatur ist 315 °C.
-
Ein
zweiter Reaktor, der nach dem ersten Reaktor angeordnet ist, wird
mit einem Katalysator beladen, der 1 Gewichtsprozent Pt, 1 Gewichtsprozent
Cl auf Aluminiumoxid enthält.
Das aus dem ersten Reaktor austretende Produkt wird in den zweiten
Reaktor eingeführt,
und auf einer Temperatur von 220 °C
gehalten. Der Druck ist 14 MPa, und das Produkt bewegt sich mit
einer Raumgeschwindigkeit von 0,5 h–1.
Das Produkt wird gesammelt und im Vakuum destilliert. Die Eigenschaften
des Rückstands
bei 375°C
sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Der
Verkokungstest des Rückstands
nach Entparaffinierung und Hydrofinishing, der in Beispiel 2 erhalten
wird, entspricht der geltenden Norm.
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Des
Weiteren ist die UV-Absorption bei 275 nm des reinen Produkts in
einer 1 cm-Küvette
1,2, also unterhalb der Norm.
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Dementsprechend
ist der in Beispiel 2 produzierte Rückstand nach Entparaffinierung
und Hydrofinishing ein medizinisches Öl. Tabelle
1
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