DE957330C - Verfahren zur Herstellung von Schmieroelen mit hohem Viskositaetsindex aus solchen mi t niedrigerem Viskositaetsindex - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schmieroelen mit hohem Viskositaetsindex aus solchen mi t niedrigerem Viskositaetsindex

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DE957330C
DE957330C DEN6543A DEN0006543A DE957330C DE 957330 C DE957330 C DE 957330C DE N6543 A DEN6543 A DE N6543A DE N0006543 A DEN0006543 A DE N0006543A DE 957330 C DE957330 C DE 957330C
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alkenes
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Carel Marinus Van Battum
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Schmierölen mit hohem Viskositätsindex aus solchen mit niedrigerem Viskositätsindex Mineralöle, welche einen beträchtlichen Anteil an aromatischen Verbindungen enthalten, haben im allgemeinen einen niedrigen Viskositätsindex. Die Eigenschaften solcher Schmierölfraktionen können durch Extraktion mit einem selektiven Lösungsmittel für aromatische Verbindungen, wie Furfurol, Nitrobenzol oder Phenol, verbessert werden. Der Nachteil einer solchen Extraktion besteht jedoch darin, daß ein beträchtlicher Anteil der ursprünglichen Schmierölfraktion abgetrennt wird. Ein anderes Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften solcher Öle besteht in der Alkylierung der darin enthaltenen aromatischen Verbindungen.durch Umsetzen des Öls mit Alkenen in Anwesenheit eines Alkylierungskatalysators, wie Aluminiumchlorid. Dieses Verfahren führt zu einer Verbesserung im Viskositätsindex des Öls. In vielen Fällen ist jedoch für die Alkylierung eine große Menge des Alkylierungskatalysators erforderlich, und im Reaktionsgemisch bildet sich eine große Menge eines asphaltartigen Schlammes, der beträchtliche Ölmengen enthält, woraus sich eine Verringerung der Ausbeute an dem gewünschten Schmieröl ergibt. Dieser Nachteil tritt im allgemeinen auf, wenn als Alkylierungskatalysator ein fester Körper, wie Aluminiumchlorid,, verwendet wird.
  • Es ist nun gefunden worden, daß diese Schwierigkeiten lediglich durch einen Teil der von Natur aus in den Mineralölen vorhandenen aromatischen Verbindungen bedingt sind und daß es möglich ist, gerade diese Fraktion der aromatischen Verbindungen vor der Alkylierung der übrigen aromatischen Verbindungen zu entfernen oder unschädlich zu machen. Die unerwünschten aromatischen Verbindungen reagieren schon bei Abwesenheit eines Alkylierungsmittels' (Alkene oder Alkylmonobalogenide) unter der Einwirkung eines flüssigen Alkylierungskatalysators, wie flüssiger Fluorwasserstoffsäure, konzentrierter oder schwach verdünnter (z. B. 9o bis 9ao/oiger) Schwefelsäure oder eines Gustavson-Komplexes (flüssige Anlagerungsverbindung, die sich durch Umsetzung eines aromatischen Kohlenwasserstoffes mit Aluminiumchlorid, vorzugsweise in Gegenwart von H Cl, bildet). Die Art der Reaktion ist nicht genau bekannt; aber wahrscheinlich reagieren die unerwünschten aromatischen Verbindungen zum größeren Teil mit dem flüssigen Alkylierungskatalysator und in geringerem Ausmaße untereinander, wodurch Kondensations- und Additionsprodukte gebildet werden, die sich als besondere Schicht abtrennen, meist in der Form eines Schlammes, der praktisch keine weitere katalytische Wirkung ausübt. Obwohl die unerwünschten aromatischen Verbindungen auf diese Weise unter der Einwirkung eines flüssigen Alkylierungskatalysators entfernt werden, bedeutet dies keineswegs, daß bei dieser Reaktion die Alkylierungsreaktion die Hauptrolle spielt.
  • Die Art der unerwünschten reaktionsfähigen aromatischen Verbindungen ist nicht mit Sicherheit bekannt. Es sind vermutlich teilweise hydrierte, meist schwefelhaltige aromatische Verbindungen. Nachstehend werden sie als »reaktionsfähige Verbindungen von aromatischem Charakter« bezeichnet.
  • Nach der Entfernung dieser reaktionsfähigen Verbindungen von aromatischem Charakter können die restlichen, von Natur aus in Mineralölen vorliegenden aromatischen Verbindungen durch Alkylierung in Komponenten übergeführt werden, welche für Schmieröle wertvoll sind.
  • Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des gewünschten Schmieröls können verschiedenartige Fraktionen, sowohl leichte als schwere, 'der aromatischen Rohöle verwendet werden. Die Öle können einen höheren Gehalt an schwefelhaltigen Verbindungen aufweisen. Die aromatischen Verbindungen, welche im Öl nach der Entfernung der reaktionsfähigen.Verbindungen von aromatischem Charakter zurückbleiben, müssen, mindestens teilweise, im Molekül ebenfalls Stellen aufweisen, die der Alkylierung zugänglich sind, so daß während der Behandlung mit Alkenen oder Alkylmonohalogeniden die gewünschte Verbesserung im Viskositätsindex erzielt wird.
  • Wenn die Schmierölfraktion viel festes Paraffin enthält, ist es zweckmäßig, das Öl vor der Entfernung der reaktionsfähigen Verbindungen von aromatischem Charakter und der anschließenden Alkvlierung zu entparaffinieren, so daß das Volumen des diesen Behandlungen zu unterwerfenden Öls so klein als möglich ist. Dieses Entparaffinieren vor Entfernung der reaktionsfähigen Verbindungenvon aromatischem Charakter ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die erwähnte Abtrennung bei niederer Temperatur mit Hilfe von flüssiger Fluorwasserstoffsäure stattfindet.
  • Die günstigsten Bedingungen für die Vorbehandlung der Schmierölfraktion zwecks Entfernung der reaktionsfähigen Komponenten von aromatischem Charakter hängen von der Art der Schmierölfraktion und der Natur des flüssigen Alkylierungskatalysators ab; sie können leicht durch Versuche bestimmt werden.
  • Wenn flüssige Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, kann die Temperatur innerhalb weiter Grenzen schwanken. Die untere Temperaturgrenze wird durch den Stockpunkt des zu behandelnden (Öls bestimmt und liegt also in diesen Fällen häufig bei etwa -2o0: Die obere Temperaturgrenze wird durch die Tatsache bestimmt. daß bei höheren Temperaturen die zu entfernenden reaktionsfähigen Komponenten. von aromatischem Charakter im allgemeinen weniger stark gebunden sind als bei niederen Temperaturen. Infolgedessen wird die Behandlung vorzugsweise hei Temperaturen unter 1000 ausgeführt. Außerdem liegt ein Krachteil der Anwendung höherer Temperaturen darin, daß im Hinblick auf den Siedepunkt der Fluorwasserstoffsäure (19,50) die Behandlung bei überatmosphärischem Druck durchgeführt werden muß, um die Fluorwasserstoffsäure in flüssigem Zustand zu halten. Vorzugsweise wird die Behandlung bei einer Temperatur von o bis 2o0 durchgeführt.
  • Die Menge der verwendeten Fluorwasserstoffsäure kann innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen schwanken. Sie ifegt im allgemeinen zwischen to und too Volumprozent, berechnet auf das Öl.
  • Die Behandlung wird durchgeführt, indem man Öl und Fluorwasserstoffsäure während einiger Zeit miteinander in innige Berührung bringt, wobei diese Zeit von einigen Minuten bis zu einigen wenigen Stunden schwanken kann. Sie beträgt vorzugsweise to Minuten bis 1 Stunde.
  • Wenn bei der Behandlung Schwefelsäure benutzt wird, so kann man mit 9o- bis 96o/o-iger Schwefelsäure arbeiten. In vielen Fällen ist 9z- bis 92°/oige Schwefelsäure vorzuziehen. Geeignete Temperaturen für die Behandlung liegen zwischen -2o und too°, zweckmäßig zwischen 5o und 6o0. Im allgemeinen werden 5 bis too Volumprozent Schwefelsäure, berechnet auf die Schmierölfraktion, verwendet. Die Behandlungsdauer ist im allgemeinen etwas länger als bei Anwendung von Fluorwasserstoffsäure. Eine brauchbare Berührungszeit liegt z. B. zwischen 30 Minuten und 2 Stunden.
  • Ein Gustavson-Komplex für die Vorbehandlung des Öls kann z. B. wie folgt hergestellt werden: In einen Rundkolben wurden' 490 g Aluminiumchlorid zusammen mit 525 g eines aromatischen Extraktes eingebracht, der durch Extrahieren von Leuchtöl mit einem Siedebereich von 16o bis 2io° mit flüssigem Schwefeldioxyd erhalten worden war. Darauf wurde trockener Chlorwasserstoff in den Kolben eingeleitet, so daß sich- das vorliegende Aluminiumchlorid bei q.0° -aufzulösen begann. Mit fortschreitender Reaktion wurde die Temperatur auf 70° erhöht. Nach erfolgter Reaktion (welche insgesamt etwa 6 Stunden dauerte) hatten sich zwei Schichten gebildet. Die klare farblose obere Schicht wurde entfernt; die andere schwarzbraune Schicht war der gewünschte Gustavson-Komplex. Es wurden 955#g dieses Komplexes erhalten, in welchem q.9o g Aluminiumchlorid und 58 g Chlorwasserstoff gebunden waren.
  • Geeignete Temperaturen für die Behandlung der Schmierölfraktion mit einem flüssigen Gustavson-Komplex liegen im allgemeinen zwischen -:2o und 10o°. Die Menge des Gustavson-Komplexes kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Im allgemeinen sind die Mengen eines Gustavson-Komplexes bei Anwendung im Rahmen des vorliegenden Verfahrens etwas kleiner als die Mengen der Fluorwasserstoffsäure bzw. der Schwefelsäure, welche für die Durchführung der Behandlung günstig sind. Geeignet ist z. B. eine Menge von 5 bis < o Gewichtsteilen eines Gustavson-Komplexes auf ioo Gewichtsteile der Schmierölfraktion bei einer Behandlungszeit im allgemeinen etwa zwischen 30 Minuten und 2 Stunden.
  • Wenn es erwünscht ist, nach der Vorbehandlung die Schicht zu entfernen, in welche die reaktionsfähigen Verbindungen übergegangen sind, kann dies z. B. durch Dekantieren oder Zentrifugieren erfolgen. Darauf kann die in dem Öl noch vorhandene Säure durch Waschen mit einer alkalischen Lösung entfernt werden. Wenn bei der Vorbehandlung Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, kann der größere Teil derselben aus dem 01 durch Erhitzen entfernt werden, bevor die Behandlung mit einem alkalischen Mittel erfolgt.
  • In. manchen Fällen jedoch, insbesondere wenn ein Gustavson-Komplex angewandt wird, ist es nicht unbedingt notwendig, die Schmierölfraktion von der während der Vorbehandlung gebildeten Schicht, in welcher die reaktionsfähigen Verbindungen von aromatischem Charakter absorbiert worden sind, zu trennen, bevor das Alkylierungsmittel und der feste Alkylierungskatalysator zugegeben werden und die Alhylierung der Schmierölfraktion durchgeführt wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die reaktionsfähigen Komponenten von aromatischem Charakter durch die Vorbehandlung ausreichend stark gebunden werden, so daß sie keine ungünstige Wirkung mehr auf die Alkylierung des Schmieröls ausüben können. Es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die bei der Vorbehandlung aus den reaktionsfähigen Komponenten von aromatischem Charakter unter der Einwirkung des flüssigen Alkylierungskatalysators gebildeten. Komponenten entfernt werden., bevor das alkylierte Schmieröl weiterbehandelt wird.
  • Nach der Vorbehandlung der Schmierölfraktion zwecks Entfernung der reaktionsfähigen Verbindungen von aromatischem Charakter wird das Öl mit einem Alkylierungsmittel in Anwesenheit eines festen Alkylierungskatalysators alkyliert. Beispiele geeigneter fester Alkylierungskatalysatoren sind Aluminiumchlorid, Aluminiumbromid, Zinkchlorid, Ferrochlorid, Stannichlorid und Phosphorpentoxyd.
  • Geeignete Alkylierungsmittel sind sowohl ungemischte Alkene als auch Gemische von solchen, wie Fraktionen aus durch Spaltung erhaltenen Destillaten. GeradkettigeAlkene werden bevorzugt. Besonders geeignete Alkene sind solche mit einer Kohlenstoffkette von 5 bis 18 Kohlenstoffatomen, wobei solche mit einer Kette von 8 bis 18 Kohlenstoffatomen ganz besonders bevorzugt werden. Alkylierungsprodukte mit einer langen, geradkettigen Alkylgruppe am aromatischen Kern ergeben einen höheren Viskositätsindex als Alkylierungsprodukte, die durch Einführen verschiedener kurzer gradkettiger Alkylgruppen in den gleichen aromatischen Kern erhalten worden sind, wobei die zusammengefaßte Kettenlänge die gleiche ist wie bei dem einzigen langen Alkylrest.
  • Die Menge der Alkene hängt von der Menge und von der Art der in der Schmierölfraktion enthaltenen zu behandelnden aromatischen Verbindungen und von der gewünschten Viskosität des schliefich erhaltenen Schmieröls ab. Wenn man das Schmieröl so viskos wie möglich machen will, wird ein molekularer Überschuß an Alkenen gegenüber den aromatischen Verbindungen angewendet, damit mindestens bei der Mehrzahl der aromatischen Verbindungen mehr als eine Alkylgruppe eingeführt wird. Wenn man andererseits die Viskosität des Schmieröls so niedrig als möglich halten will, wird eine untermolekulare Menge von Alkenen im Vergleich zu den aromatischen Verbindungen angewandt.
  • Man kann das Öl nach der Vorbehandlung mit einem flüssigen Alkylierungskatalysator auch durch Destillation in kleinere Fraktionen zerlegen und die so erhaltenen Fraktionen getrennt mit Alkenen von verschiedener Kettenlänge alkylieren und bzw. oder für die verschiedenen getrennten Fraktionen das Mengenverhältnis von Alkenen zu Öl variieren. Wenn die niedrigersiedenden Fraktionen .einen höheren Viskositätsindex aufweisen als die höhersiedenden Fraktionen, kann es ratsam sein, die leichteren Fraktionen mif einer überschüssigen Menge an Alkenen 'von verhältnismäßig kurzer Kettenlänge (z. B. C8 bis C") zu alkylieren. Hierdurch ergibt sich keine beträchtliche Steigerung im Viskositätsindex, aber die Viskosität wird stark erhöht. Die schwereren Fraktionen können dann zweckmäßig mit einer untermolekularen Menge von Alkenen mit größerer Kettenlänge (z. B. C14 bis C18) alkyliert werden, wodurch sich eine beträchtliche Verbesserung im Viskositätsindex ergibt, ohne daß die Viskosität in beträchtlichem Maße erhöht wird. Eine solche Arbeitsweise ist besonders vorteilhaft, wenn ein Gemisch von Alkenen zur Verfügung steht, welches durch Spalten von Paraffinkohlenwasserstoffen erhalten worden ist und in welchem die ganze Reihe der Alkene von C8 bis C18 enthalten ist.
  • Die Menge des bei der Alkylierung verwendeten Katalysators liegt im allgemeinen zwischen z und to Gewichtsprozent, berechnet auf das zu alkylierende Öl. Wenn das Öl aromatische Verbindungen enthält, in welche man mehr als eine Alkylgruppe einzuführen wünscht, ist im allgemeinen eine etwas größere Menge an Alkylierungskatalysator erforderlich als in dem Falle, in welchem nur eine Alkylgruppe in die aromatischen Verbindungen eingeführt werden soll. Außerdem ist die erforderliche Katalysatormenge geringer, wenn a-Alkene verwendet werden, als bei Verwendung eines Destillates, das durch Spalten von Paraffinkohlenwasserstoffen erhalten worden ist und einen beträchtlichen Prozentsatz anderer Alkene oder Alkadiene enthält. Wenn ein durch Spalten erhaltenes Destillat verwendet wird, welches neben a-Alkenen oder Alkadienen große Mengen anderer Alkene enthält, kann der Verbrauch an Katalysator verringert werden, indem diese Komponenten vorher aus dem durch Spalten erhaltenen Destillat durch eine Vorbehandlung mit einer kleinen Menge Aluminiumchlorid, z. B. o,5 Gewichtsprozent, bei einer Temperatur von etwa 8o° entfernt werden.
  • Um eine unerwünschte Temperatursteigerung während der Reaktion zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Katalysator im Verlaufe der Reaktion in kleinen Mengen zuzusetzen.
  • Die Alkylierung wird im allgemeinen bei Atmosphärendruck und bei Temperaturen von ao bis roo° durchgeführt. Zwecks Vermeidung unerwünschter Nebenreaktionen ist es zweckmäßig, bei nicht zu hohen Temperaturen, z. B. bei etwa 5o°, zu arbeiten. Die Reaktionszeit beträgt meistens wenige Stunden, z. B. 4 bis 6 Stunden.
  • Nach beendeter Reaktion wird das Alkylierungsprodukt aufgearbeitet, indem man zunächst die Bodenschicht des Katalysatorschlammes und der höhermolekularen Reaktionsprodukte entfernt. Durch die Vorbehandlung zwecks Beseitigung der reaktionsfähigen Verbindungen von aromatischem Charakter, welche bei der Alkylierung zur Bildung eines asphaltartigen Schlammes führen könnten, wird der Katalysatorschlamm- nun in Form einer flüssigen Masse erhalten, welche viel weniger Öl einschließt als der obenerwähnte asphaltartige Schlargm. Der Schlamm kann z. B. entfernt werden durch einfaches Dekantieren der oberen Schicht, welche die gewünschten Alkylierungsprodukte enthält, von der Bodenschicht oder durch Schichtentrennung mit Hilfe eines Scheidetrichters oder einer Zentrifuge.
  • Darauf können etwa in der oberen Schicht enthaltene saure Komponenten mit alkalischen Stoffen, z. B. einer wäßrigen. Alkalihydroxydlösung oder von Kalk, entfernt werden. Um die Farbe zu verbessern, kann das Alkylierungsprodukt gewünschtenfalls mit Bleicherden behandelt werden.
  • Nach der Behandlung mit dem alkalischen Stoff und gegebenenfalls mit Bleicherde kann das Öl schließlich der Destillation unterworfen werden, insbesondere einer Vakuumdestillation oder Dampfdestillation, um die leichten Komponenten, wie nicht umgewandelte Alkylierungsmittel, welche in einem Schmieröl unerwünsoht sind, zu entfernen.
  • Auf diese Weise wird eine hohe Ausbeute an Schmieröl mit einem hohen Viskösitätsindex erhalten, welches ohne weitere Behandlung, wie Behandlung mit Schwefelsäure oder aktivem Ton, bei der Verwendung im Motor ausgezeichnete Ergebnisse liefert.
  • Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Beispiel z Ein leichtes, entparaffiniertes Schmieröldestillat, welches erhalten worden war durch Destillieren eines praktisch schwefelfreien indonesischen Rohöls, mit einer Viskosität Es, = 470 und einem Viskositätsindex von 6o, wurde mit einem Gemisch von Ce bis C13 Alkenen alkyliert, die durch Spalten von Paraffinkohlenwasserstoffen erhalten worden waren, um so den Viskositätsindex des Öls zu verbessern. Es wurde eine Prüfung durchgeführt, bei welcher der Alkylierung eine Behandlung mit flüssiger Fluorwasserstoffsäure vorausging, während zum Vergleich zwei Versuche (bei verschiedenen Temperaturen) ohne eine solche Vorbehandlung durchgeführt wurden.
  • Bei einem der letzterwähnten Versuche wurden 3 Gewichtsteile der Schmierölfraktion bei 45° mit r Gewichtsteil der vorgenannten Alkene in Anwesenheit einer Menge von 13,5 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid, berechnet auf das Gemisch aus Öl und Alkenen, in Berührung gebracht. Die Alkylierungsreaktion ergab ein Reaktionsprodukt, das eine große -Menge Schlamm enthielt. Weiterhin stellte es sich heraus, daß ungefähr 0,3 Gewichtsteile des Ausgangsmaterials noch nicht ausreagiert hatten. Im Hinblick auf dieses unbefriedigende Resultat wurde das Reaktionsprodukt nicht aufgearbeitet, so daß keine Ausbeute des gebildeten Öls angegeben werden konnte.
  • Bei einem zweiten Versuch wurden 3 Gewichtsteile der Schmierölfraktion bei 70° mit z Gewichtsteil der vorgenannten Alkene in Anwesenheit von 6,7 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid, berechnet auf das Gemisch aus 01 und Alkenen, in Berührung gebracht. Das in dieser Weise erhaltene Reaktionsprodukt ergab nach Destillation ein Schmieröl mit einer Viskosität E58 = 4 und einem Viskositätsindex von 95 in einer Ausbeute von 66,8 Gewichtsprozent, berechnet auf das entparaffinierte Ausgangsöl.
  • Wenn andererseits das Schmieröldestillat vor der Alkylierungsreaktion während 1/z Stunde einer Vorbehandlung mit flüssigen Fluorwasserstoff im Verhältnis von i Volumen C51 auf o,5 Volumteile Fluorwasserstoff bei Zimmertemperatur behandelt wurde, konnte die Alkylierung bei einer Temperatur von 45° leicht mit einer Menge von nur 2,7 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid durchgeführt werden. Auf diese Weise wurde aus dem entparaffinierten Ausgangsöl ein 01 mit einer Viskosität Eso = 3,4 und einem Viskositätsindex von ioi bei einer Ausbeute von 95 Gewichtsprozent, berechnet auf das entparaffinierte Ausgangsöl, erhalten.
  • Beispiel 2 Das Ausgangsmaterial bestand aus ioo Gewichtsteilen eines schweren Schmieröldestillats, das erhalten worden war durch Destillieren eines südamerikanischen schwefelhaltigen Rohöls. Das Erzeugnis, welches sehr dunkel gefärbt war, wurde vor dem Entparaffinieren mit 2 Gewichtsprozent Schwefelsäure (96%) bei einer Temperatur" von etwa So' behandelt, um Asphaltene u. dgl. zu beseitigen, welche sonst eine ungünstige Wirkung auf die Filtrierbarkeit des Paraffins während der Entparaffinierung ausüben würden. Nachdem der gebildete Säureteer abgetrennt war, wurde das Produkt mit 2 Gewichtsprozent Kalk und i Gewichtsprozent einer aktiven Bleicherde behandelt, um die noch darin enthaltenen sauren Komponenten zu entfernen. Nach Entfernung des Kalks und der Bleicherde wurde das C51 durch Zugabe von Methylisobutylketon in einem Verhältnis von 3 Raumteilen des Ketons auf i Raumteil Öl und Abkühlen bis auf - 2o0 entparaffiniert. Nach Entfernung des Paraffins wurden 76,8 Gewichtsteile eines paraffinfreien Öls erhälten, welches folgende Eigenschaften besaß: Flammpunkt , (PM; geschlossenes Gefäß) .... 234,o° Viskosität E50. . .. _ . . . : . . . . . . . . . 27,7 Viskositätsindex .........:..... 64,o Conradson-Kohlenstoffzahl ...... 2,3 i S-Gehalt in Gewichtsprozent . ... 2,34 Stockpunkt ..... ............... -10,00 durchschnittliches Molgewicht . .. 538,o Dieses C51 wurde dann 1/2 Stunde bei Raumtemperatur einer Vorbehandlung mit flüssiger Fluorwasserstoffsäure in einem Verhältnis von 2 Gewichtsteilen Z51 zu i Gewichtsteil Fluorwasserstoffsäure unterworfen. Nach Entfernung der die Fluorwasserstoffsäure enthaltenden Phase mit den darin absorbierten Komponenten wurden 57,7 Gewichtsteile Öl mit folgenden Eigenschaften erhalten: Viskosität E50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17,2 Viskositätsindex ............... 81,0 Conradson-Kohlenstoffzahl ... ... o,54 Schwefelgehalt in Gewichtsprozent 1,10 Stockpunkt .................... -15,00 durchschnittliches Molgewicht . .. 546,o Dieses Öl wurde dann mit einem Gemisch von Cid- bis C18 Alkenen alkyliert, die erhalten worden waren durch Spaltung von festem Paraffin in der Dampfphase. Der Hauptanteil der reaktionsfähigen Komponenten wurde aus diesen Alkenen zuvor durch Behandlung mit 0,5 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid bei 8o0 entfernt. Die Alkene wurden in einem Verhältnis von i Gewichtsteil auf 3 Gewichtsfeile C51 angewandt. Die Alkylierungstemperatur betrug 45°; die Menge des Aluminiumchlorids 4 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamtmenge von C51 und Alkenen.
  • Nach einer Reaktionsdauer von 5 Stunden wurde das Reaktionsgemisch von dem Katalysatorschlamm befreit und dann durch Rühren mit io Gewichtsprozent einer 2o0/eigen wäßrigen Natronlauge bei 9o0 aufgearbeitet. Nach Abtrennen der Laugeschicht wurde das Z51 einer Dampfdestillation unterworfen, bis sich eine Bodentemperatur von 225' ergab, wodurch nicht umgewandelte Komponenten des Alkengemisches sowie auch niedrigsiedende Umwandlungsprodukte, die sich möglicherweise gebildet hatten, beseitigt wurden. Auf diese Weise wurden 66,7 Gewichtsteile eines Schmieröls erhalten, welches folgende Eigenschaften aufwies: Flammpunkt - 2 , o (PM; geschlossenes Gefäß) . .. . -i @';ö9' Viskosität E50. . ... . . . . . . . . . . . . . 20,3 Viskositätsindex ..... . ......... 96,o Condradson-Kohlenstoffzahl .... 0,97 Schwefelgehalt in Gewichtsprozent o,8 Stockpunkt .................... - 17,0' durchschnittliches Molgewicht .. . 598,o Wenn das ursprüngliche schwefelhaltige Schmieröldegtillat in bekannter Weise durch Extraktion mit Furfurol zwecks Beseitigung der aromatischen Verbindungen raffiniert und dann entparaffiniert wurde, erhielt man 37,8 Gewichtsteile C51 aus ioo Gewichtsteilen des ursprünglichen Schmieröldestillats. Dieses Produkt hatte folgende Eigenschaften: Viskosität E50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13,0 Viskositätsindex ... .. .......... 97,0 Schwefelgehalt in Gewichtsprozent o,7 Beim Vergleich der Ergebnisse, die einerseits mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und andererseits mit den beschriebenen Raffinationsmethoden erhalten worden sind, ist offensichtlich, daß das erstgenannte Verfahren eine viel größere Ausbeute an Z51 mit einem höheren Viskositätsindex als die bekannten Methoden ergibt.
  • Beispiel 3 Das Ausgangsmaterial war ein leichtes Schmieröldestillat, das durch Destillation eines indonesischen,' praktisch schwefelfreien Rohöls erhalten worden war. Dieses Schmieröldestillat wurde nach der im Beispiel 2 beschriebenen Methode entparaffiniert. Eine Vorbehandlung mit starker Schwefelsäure war jedoch nicht erforderlich, da keine Asphaltene vorlagen. Das entparaffinierte Öl wies eine Viskosität E50 von 2,75 und einen Viskositätsindex von 51 auf.
  • ioo Gewichtsteile dieses Öls wurden mit einem Gemisch von Cg bis C13 Alkenen, die durch Spalten von festem Paraffin in der Dampfphase erhalten worden waren, alkyliert. Die Hauptmenge der reaktionsfähigen Komponenten (Alkadiene usw.) wurde vorher durch Behandlung mit 0,5 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid bei 8o° aus den Alkenen entfernt. Die Alkene wurden in einem Verhältnis von i Gewichtsteil auf 3 Gewichtsteile Öl angewandt. Die Alkylierungstemperatur betrug 45°; die Menge des angewandten Aluminiumchlorids 13,5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gemisch aus Öl und Alkenen. Das in dieser Weise erhaltene Reaktionsprodukt enthielt 3o Gewichtsprozent Schlamm; weiterhin stellte es sich heraus, daß ungefähr o,3 Gewichtsteile des Ausgangsmaterials noch nicht ausreagiert hatten. Im Hinblick auf dieses unbefriedigende Resultat wurde das Reaktionsprodukt nicht aufgearbeitet, so daß keine Ausbeute angegeben werden konnte.
  • Bei einem zweiten Versuch wurden ioo Gewichtsteile des entparaffinierten Öls in derselben Weise mit einem Gemisch von Cg -bis C13 Alkenen alkyliert, die durch Spalten von festem Paraffin in der Dampfphase erhalten und in derselben Weise, wie oben angegeben, vorbehandelt worden waren. Die Alkylierungstemperatur betrug jedoch 70°, während die Menge des angewandten Aluminiumchlorids 6,7 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gemisch aus Öl und Alkenen, war. Das, -Reaktionsprodukt enthielt 27 Gewichtsprozent Schlamm. Das Ausgangsmaterial hatte zu 95 % ausreagiert. Nach Destillation wurde ein Öl mit einer Viskosität E5o = 4.8 und einem Viskositätsindex von 92 bei einer Ausbeute von 9i Gewichtsprozent, berechnet auf das entparaffinierte Ausgangsöl, erhalten.
  • Bei einem dritten Versuch wurden ioo Gewichtsteile des entparaffinierten Ausgangsöls während 1/s Stunde bei Zimmertemperatur mit flüssiger Fluorwasserstoffsäure in einem Verhältnis von i Gewichtsteil auf 2 Gewichtsteile Öl behandelt. Nach dieser Behandlung wurden 86,2 Gewichtsteile Öl mit einer Viskosität E50 von 2,79 und einem Viskositätsindex von 8o erhalten. Dieses Öl wurde danach mit einem Gemisch von C8- bis C13 Alkenen alkyliert, die in derselben Weise, wie oben angegeben, erhalten und vorbehandelt worden waren. Auch das Verhältnis zwischen Alkenen und Öl betrug i Gewichtsteil auf 3 Gewichtsteile. Die Alkylierungstemperatur betrug 45°, während die Menge des angewandten Aluminiumchlorids 3 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gemisch aus Öl und Alkenen, war. Nach der Alkylierung wurde der Katalysatorschlamm abgetrennt und das Alkylierungsprodukt in der im Beispiel 2 beschriebenen Weise aufgearbeitet, jedoch mit dem Unterschied, daß an Stelle der Dampfdestillation eine Vakuumdestillation angewandt wurde, um die nicht umgesetzten Anteile des Alkengemisches und andere niedrigsiedende Komponenten zu entfernen. Auf diese Weise wurden 103,6 Gewichtsteile Schmieröl mit einer Viskosität E5. von 4,66 und einem Viskositätsindex von ioo erhalten.
  • Beispiel 4 Das Ausgangsmaterial war das gleiche schwere Schmieröldestillat, wie es im Beispiel :2 verwendet wurde. Nachdem die Asphaltene u. dgl. entfernt worden waren und die Entparaffinierung in der im Beispiel :2 beschriebenen Weise durchgeführt war, wurde da§ Öl bei 55° mit gi%iger Schwefelsäure in einem Verhältnis von i -Raumteil auf 2 Raumteile Öl vorbehandelt. Die Behandlung dauerte i Stunde. Das erhaltene Öl hatte eine Viskosität E50 = 18,9 und einen Viskositätsindex von 87.
  • Das Öl wurde dann in der im Beispiel 2 beschriebenen Weise mit einem Gemisch von C14 bis C18 Alkenen alkyliert, wobei aber an Stelle von 4 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid nur 3 Gewichtsprozent dieses Katalysators verwendet wurden. Nachdem das Alkylierungsprodukt in ähnlicher Weise wie bei Beispiel 2 aufgearbeitet war, wurden aus ioo Gewichtsteilen des ursprünglichen schweren Schmieröldestillats 69,3 Gewichtsteile eines Öles mit folgenden Eigenschaften erhalten: Viskosität Es, . . . .. . . . . . . . . . . . . . 18,3 Viskositätsindex ............... ioo,o Conradson-Kohlenstoffzahl ...... 1,30 durchschnittliches Molgewicht .. 631,0 Beispiel 5 36o Gewichtsteile eines entparaffinierten leichten südamerikanischen Schmieröldestillats wurden mit 12o Gewichtsteilen eines Gemisches von C14 bis C18 Alkenen alkyliert, welches durch Spalten von festem Paraffin in der. Dampfphase erhalten worden war, wobei 5 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid als Alkylierungskatalysator verwendet wurden. Die Alkylierungsreaktion wurde bei einer Temperatur von ioo° durchgeführt. Nachdem die Reaktion abgelaufen war, wurde der gebildete Katalysatorschlamm entfernt und das Alkylierungsprodukt mit io Gewichtsprozent einer 20%-igen wäßrigen Natriumhydroxydlösung behandelt. Nachdem die Laugeschicht abgetrennt war, wurde das Öl einer Dampfdestillation unterworfen, bis eine Bodentemperatur von 225° erreicht war, wobei nicht umgesetzte Alkene sowie auch etwa vorhandene niedrigsiedende Reaktionsprodukte entfernt wurden. Auf diese Weise wurde ein Schmieröl mit einer Viskosität E50 = 8,9 und einem Viskositätsindex von 87 bei einer Ausbeute von 91,4 Gewichtsprozent, berechnet auf das Ausgangsgemisch, erhalten.
  • Bei einem anderen Versuch wurden zu 36o Ge-. wichtsteilen eines entparaffinierten leichten südamerikanischen Schmieröldestillats 3o Gewichtsteile eines Gustavson-Komplexes zugegeben, der gemäß dem oben in der Beschreibung angeführten Beispiel für die Herstellung solcher Komplexe hergestellt worden war: Das Gemisch wurde i Stunde auf ioo° gehalten, worauf der gebildete Katalysatorschlamm entfernt wurde. Das 01, dessen Gewichtsmenge 89,70% des Ausgangsöls betrug, wurde dann in Anwesenheit von 8 Gewichtsteilen Aluminiumchlorid als Alkylierungskatalysator bei einer Temperatur von ioo° mit iao Gewichtsteilen eines Gemisches von C14- bis C18 Alkenen alkyliert, welches in derselben Weise, wie oben angegeben, erhalten worden war. Nachdem die Reaktion in z Stunden abgelaufen war, wurde das Reaktionsgemisch in derselben Weise aufgearbeitet wie bei dem ersten Versuch. Auf diese Weise wurde ein Öl mit einer Viskosität E5o = 9,5 und einem Viskositätsindex von 93 bei einer Ausbeute von 103,1 Gewichtsprozent, berechnet auf das Ausgangsgemisch, erhalten.
  • Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von der bekannten Verbesserung von Schmierölen durch Zusetzen von Kondensationsprodukten von Olefinen nach Art des Oppanols. Solche Viskositätsindexverbesserer werden immer vorher hergestellt und erst nach ihrer Herstellung einem Schmieröl einverleibt. Bei der 'Herstellung der Kondensationsprodukte werden ganz bestimmte Bedingungen eingehalten. So ist es bekannt, daß in Gegenwart von Aluminiumchlorid die Polymerisation von Isobutylen bereits bei ganz niedrigen Temperaturen, z. B. - 8o°, stürmisch verläuft. Dementsprechend werden bei der Herstellung von Viskositätsindexverbesserern der genannten Art sehr niedrige Temperaturen verwendet, welche bei dem vorliegenden Verfahren nicht in Betracht kommen. Es ist daher anzunehmen, daß hier die Bildung von Viskositätsindexverbesserern durch Kondensation der zugesetzten Olefine untereinander keine oder jedenfalls nur eine untergeordnete Rolle spielt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Schmierölen mit hohem Viskositätsindex aus solchen mit niedrigerem Viskositätsindex, dadurch' gekennzeichnet, daß man die Ausgangsöle, gegebenenfalls nach Abtrennung des. Paraffins und der Asphalte, in bekannter Weise mit flüssiger Fluorwasserstoffsäure, 9o bis 96%iger Schwefelsäure oder einem Gustavson-Komplex behandelt und das kaffinat in bekannter Weise mit Alkenen, vorzugsweise einer Kettenlänge von 5 bis 18 C-Atomen, oder Alkylhalogeniden in Gegenwart eines festen Katalysators alkyliert. z. Abänderung des Verfahrens gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinat in enge Fraktionen zerlegt und diese getrennt in bekannter Weise alkyliert werden. In Betracht gezogene Druckschriften: K a d m e r: »Schmierstoffe und Maschinenschmierung« (19q.1), S. 35 und 56; -Journ. of the Inst. of Petroleum (19q.8), S. 755; Beckmann, Morrell u. Egloff: »Catalysis« (1940), S. 591 u. 594.
DEN6543A 1951-12-27 1952-12-25 Verfahren zur Herstellung von Schmieroelen mit hohem Viskositaetsindex aus solchen mi t niedrigerem Viskositaetsindex Expired DE957330C (de)

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