DE2164871C3 - Verfahren zur Herstellung von Schmierölen - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schmierölen aus dem Vakuumdestillat eines paraffinbasischen Rohöls durch Extraktion mit einem selektiven Lösungsmittel, Entparaffinierung des Raffinats und Hydrofinierung des entparaffinierten Raffinats der Extraktionsbehandlung.

Aus der US-PS 34 88 283 ist ein Verfahren zur Gewinnung von zwei verschiedenen Schmierölfraktionen durch Extraktion eines Schmierölausgangsmaterials mit einem selektiven Lösungsmittel in zwei Extraktionsstufen bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Raffinats der 1, Extraktionsstufe in der 2. Extraktionsstufe mit wenigstens 7 Raumteilen des Lösungsmittels erneut extrahiert, so daß insgesamt mehr als 10 Raumteile Lösungsmittel je Raumteil des eingesetzten Schmierölausgangsmaterials erforderlich sind. Allein in der 2. Stufe des bekannten Verfahrens sollen 7 bis 15 Raumteile Lösungsmittel je Raumteil Schmierölraffinat angewendet werden.

Nach dem Verfahren der GB-PS 9 99 513 lassen sich ebenfalls verschiedene Schmierölfraktionen unterschiedlicher Viskosität herstellen, indem man entweder von wenigstens zwei verschiedenen Schmierölschnitten desselben Roherdöls oder verschiedener Roherdöle ausgeht. Diese verschiedenen Schnitte werden zunächst getrennt mit einem Lösungsmittel, zweckmäßig Furfurol, extrahiert. In der 2. Stufe des bekannten Verfahrens werden die Raffinate aller Ausgangsschnitte vereinigt, vom Lösungsmittel befreit und in üblicher Weise entparaffiniert. Gegebenenfalls kann eine Hydrofinierung der entparaffinierten Raffinate erfoleen. In der letzten Stufe dieses Verfahrens soll das entparaffmierte Raffinat desiillativ in Schmierölfraktionen mit unterschiedlicher Viskosität zerlegt werden.

Aus der DT-OS 16 45 812 ist bekannt, eine im Schmierölbereich siedende Roherdölfraktion mit N-Methylpyrrolidon-2 (NMP) als Lösungsmittel zu extrahieren und das Raffinat, falls erforderlich, zu entparaffinieren. Durch die Verwendung von NMP statt Furfurol oder einem der anderen bekannten Lösungsmittel sollen bei diesem Verfahren aus dem eingesetzten Rohölschnitt größere Anteile (etwa 10 Volumprozent und mehr) der in Schmierölen unerwünschten Verbindungen in den Extrakt überführt und eine nachfolgende Hydrofinierungsbehandlung eingespart werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zu schaffen, mit dem sich aus einem einzigen Ausgangsmaterial mehrere Schmieröle mit unterschiedlichen Viskositätsindizes gewinnen lassen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs geschilderten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Teil des entparaffinierten Raffinats, das einen Fließpunkt von —24 bis — 6⁰C und einen Viskositätsindex von 85 bis 100 besitzt, nach der Hydrofinierung einer zweiten Extraktionsbehandlung mit 100 bis 800 Volumprozent N-Methylpyrrolidon-2 unterzogen und dadurch in ein Schmieröl mit einem Viskositätsindex von mehr als 100 und einem Fließpunkt von —24 bis — 6⁰C, das als Raffinat anfällt, und in ein Schmieröl mit einem Viskositätsindex von 65 bis 95 und einem Fließpunkt von —24 bis —6° C, das als Extrakt anfällt, aufgetrennt wird.

Für den ersten Extraktionsschritt im Verfahren der Erfindung kann jedes der üblichen Lösungsmittel eingesetzt werden. Es wird jedoch bevorzugt, Furfurol oder N-Methylpyrrolidon-2 hierfür zu verwenden. Die Verfahrensbedingungen werden so ausgewählt, daß ein primäres Raffinat mit einem Viskositätsindex im entparaffinierten Zustand von 85 bis 100, vorzugsweise von 90 bis 96, erhalten wird. Setzt man Furfurol als Lösungsmittel ein, beträgt die Extraktionstemperatur 65 bis 110⁰C, vorzugsweise 76 bis 94°C. Es werden Lösungsmittelmengen im Bereich von 150 bis 600% eingesetzt, um den gewünschten Viskositätsindex zu erzielen. Verwendet man N-Methylpyrrolidon-2 als Lösungsmittel, liegt die Extraktionstemperatur im Bereich von 60 bis 99⁰C, vorzugsweise im Bereich von 65 bis 94° C mit Lösungsmittelmengen im Bereich von 100 bis 500%, vorzugsweise von 150 bis 400%.

Das primäre Raffinat wird zur Herstellung einer Schmierölfraktion mit geeignetem Fließpunkt entparaffiniert. Dann wird das entparaffinierte öl einer Hydrofinierung zur Verbesserung der Farbqualität und der Stabilität unterworfen. Das Schmierölmaterial mit mittlerem Viskositätsindex wird sodann einer zweiten Lösungsmittelextraktion unterworfen, und es werden zwei Schmierölfraktionen gewonnen, das sekundäre Raffinat mit einem Viskositätsindex von mehr als 100, vorzugsweise 105 bis 125, und der sekundäre Extrakt mit einem Viskositätsindex von 65 bis 95. In der zweiten Extraktionsstufe wird N-Methylpyrrolidon-2 als Lösungsmittel eingesetzt, da dieses lösungsmittel in der Lage ist, das Einsatzmaterial in zwei Schmierölfraktionen aufzuteilen, ohne daß dadurch die Farbqualität oder Stabilität der Extraktfraktion sinkt. Da das Öl, welches der zweiten Extraktion zugeführt wird, bereits ein entparaffiniertes

und behandeltes öl ist, kann die Abtrennung in dieser zweiten Extraktionsstufe bei Hoher Temperatur mit niedrigen Lösungsmittelmengen und unter Bedingungen niedriger Selektivität durchgerührt werden. Die Möglichkeit, wesentlich höhere Temperaturen anzuwenden, als für N-Methylpyrroüdon-2 üblich sind, ist dadurch bedingt, daß das raffinierte öl, welches zum zweitenmal extrahiert wird, wesentlich weniger mit dem Lösungsmittel mischbar ist als das Paraffindestillat, aus welchem es gewonnen worden ist. Die höheren Temperaturen wiederum gestatten den Einsatz niedrigerer Lösungsmittelmengen. Im allgemeinen liegen die Extraktionstemperaturen bei dem zweiten Extraktionsschritt nicht weniger als 5,56° C, nicht mehr als 22,2° C unter der Temperatur, bei welcher 6 Raumteile N-Methylpyrrolidon-2 und 4 Raumteile des Einsatzöles vollständig mischbar sind. Eine bevorzugte Extraktionstemperatur liegt 8,3 bis 16,67°C unterhalb dieser Mischbarkeitstemperatur. Die Lösungsmittelmenge liegt im Bereich von 100 bis 800 Vo- ao lumprozent, wobei Lösungsmittelmengen im Bereich von 200 bis 500 Volumprozent bevorzugt sind.

Beschreibung der Figur

-5

Ein Vakuumdestillat aus paraffinbasischem Rohöl wird durch Leitung 1 zum ersten Lösungsmittelextraktor 2 geführt. Im ersten Lösungsmittelextraktor2 wird das Öl im Gegenstrom mit einem selektiven Lösungsmittel, z. B. Furfurol, in Kontakt gebracht, welches in den Extraktor 2 durch Leitung 3 eingeleitet wird. Extraktor 2 kann ein beliebiger Extraktionsapparat für die Extraktion flüssig/flüssig im Gegenstrom sein, wie beispielsweise eine mit Raschigringen gepackte Säule oder ein Extraktor mit rotierenden Scheiben, welcher eine vielstufige Gegenstromextraktion bewirkt. Das Lösungsmittel und die extrahierten Bestandteile aus dem Einsatzmaterial strömen durch den Turm nach unten und werden als Extrakt durch Leitung 4 abgezogen. Das behandelte öl steigt durch den Extraktor 2 nach oben. Es enthält etwas gelöstes Lösungsmittel und wird vom Kopf des Turmes als Raffinat durch Leitung 5 abgezogen. Der Extrakt in Leitung 4 wir.l zum Lösungsmittelabstreifer 7 geführt, worin das Lösungsmittel von den gelösten Bestandteilen des Einsatzmaterials abgestreift wird. Der von Lösungsmittel befreite Extrakt wird durch Leitung 8 abgezogen, und das wiedergewonnene Lösungsmittel wird durch Leitung 3 zum Extraktor 2 zurückgeführt. Das Raffinat in Leitung 5 enthält einiges Lösungsmittel gelöst und wird dem Lösungsmittelabstreifer 9 zur Rückgewinnung des gelösten Lösungsmittels zugeführt. Das zurückgewonnene Lösungsmittel wird durch Leitung 10 abgezogen und mit dem Lösungsmittel in Leitung 3 zur Bereitstellung des für den Lösungsmittelextraktor 2 benötigten Lösungsmittels vereinigt.

Das vom Lösungsmittel befreite Öl wird durch Leitung 11 abgezogen und zur Entparaifinierungsvorrichtung 12 gebracht, wo die Paraffine in üblicher Weise abgetrennt werden. Bevorzugt wird die Lösungsmittelentparaffinierung. Ein geeignetes Lösungsmittel ist beispielsweise eine Mischung von 50% Methyläthylketon und 50% Toluol. Das in der Fritparaffinierungsvorrichtung abgetrennte Paraffin wird durch Leitung 13 abgezogen. Entparaffiniertes öl mit einem Fließpunkt von —24 bis -6⁰C wird durch Leitung 14 n. Der Viskosilätsindex des entparaffinierten Öls in Leitung 14 liegt im Bereich von 85 bis 100, vorzugsweise im Bereich von 90 bis 96.

Das entparaffinierte öl in Leitung 14 wird sodann zur in Vorrichtung 17 zur Verbesserung der Farbqualität, der Stabilität oder der Oxidationsbeständigkeit einer Hydrofinierung unterworfen. Das in Vorrichtung 17 behandelte öl wird durch Leitung 18 abgezogen. Da das öl in Leitung 18 einen mittleren Viskositätsindex aufweist, ist es bereits zum Vermischen mit anderen Schmierölen geeignet und kann für einen solchen Zweck durch Leitung 19 abgezogen werden.

Zumindest ein Teil des Öles in Leitung 18 wird zur zweiten Extraktion mit Lösungsmittel in Extraktor 20 gebracht. Der Lösungsmittelextraktor 20 kann den gleichen Aufbau wie Extraktor 2 aufweisen und in der gleichen Weise betrieben werden. Die Aufgabe des Lösungsmittelextraktors 20 besteht darin, das Schmieröl in eine Fraktion mit einem hohen Viskositätsindex und in eine Fraktion mit einem niederen Viskositätsindex aufzutrennen.

Da sowohl die Extrakt- als auch die Raffinatfraktion zur Anwendung in Schmierölprodukten bestimmt sind, ist es erforderlich, daß das ausgewählte Lösungsmittel ein hochwirksames Lösungsmittel zur Erzielung einer scharfen Fraktionierung ist. Ein solches Lösungsmittel ist N-Methylpyrrolidon-2. Das Lösungsmittel wird in den Extraktor 20 durch Leitung 21 eingeleitet. Das Extrakt wird durch Leitung 22 abgezogen und wird in den Lösungsmittelabstreifer 23 übergeführt. Im Lösungsmittelabstreifer 23 wird das Lösungsmittel als Destillat zurückgewonnen, durch Leitung 24 abgezogen und durch Leitung 21 zum Extraktor 20 zurückgeführt. Schmieröl mit einem niedrigen Viskositätsindex, und zwar einem Viskositätsindex im Bereich von 65 bis 95, vorzugsweise von 78 bis 82, sowie einem Fließpunkt in einem Bereich von —24 bis — 6⁰C wird von dem Boden des Abstreifers 23 durch Leitung 25 als Produkt abgezogen. Das Raffinat aus dem Extraktor 20, welches eine kleine Menge gelösten Lösungsmittels enthält, wird durch Leitung 27 abgezogen und dem Lösungsmittelabstreifer 28 zugeführt. Im Lösungsmittelabstreifer 28 wird die geringe Menge des gelösten Lösungsmittels abgetrennt und durch Leitung 29 abgezogen. Die lösungsmittelfreie Schmierölfraktion mit hohem Viskositätsindex wird aus dem Abstreifer 28 durch Leitung 30 abgezogen. Diese Schmierölfraktion hat einen Viskositätsindex über 100, vorzugsweise im Bereich von 105 bis 125, sowie einen Fließpunkt von —24 bis —6⁰C.

Das Verfahren der Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Ein paraffinbasisches Destillat wurde bei einer Temperatur von 82° C mit 230 Volumprozent Furfurol extrahiert, wobei ein SAE20-Schmiergrundöl als Raffinat erhalten wurde. Dieses Raffinat wurde sodann unter Verwendung eines aus gleichen Raumteilen von Methyläthylketon und Toluol bestehenden Lösungsmittelgemischs bei einer Filtriertemperatur von — 17,8°Centparaffiniert. Das entparaffinierte Schmierölnitrat, das einen Viskositätsindex von 89 und einen ASTM-Stockpunkt von -15⁰C besaß, wurde sodann durch Behandlung mit Wasserstoff bei 14 atü und 288° C sowie einer Raumströmungsgeschwindigkeit von 1,0 Raumteil öl pro Raumteil Katalysator und Stunde in Gegenwart eines Katalysators, der 2 Gewichtsprozent Kobalt und 8 Gewichtsprozent Mo-

lybdän, jeweils als Oxide berechnet, auf einem Tonerdeträger enthielt, entfärbt. Das so erhaltene. Schmieröl mit einem mittleren Viskositätsindex hatte die folgenden Eigenschaften:

Dichte, g/ml (15,56°C) 0,873

Flammpunkt (COC), ⁰C 224

Viskosität, SUS bei 98,9⁰C 54,4

Viskositätsindex 90

Farbe, Lovibond (6-inch-Zelle) ... 45 ASTM-Stockpunkt, ⁰C -15

Dieses Schmieröl mit mittlerem Viskositätsindex wurde sodann durch Gegenstromkontakt mit 200 Volumprozent N-MethyIpyrrolidon-2 bei 104,4⁰C fraktioniert.

Das Raffinat dieser zweiten Extraktion bestand aus einem Schmierölraffinat mit hohem Viskositätsindex und einem Schmierölextrakt mit niederem Viskositätsindex. Die beiden Fraktionen waren wie folgt charakterisiert:

Schmieröl Schmieröl mit hohem mit niedrigem Viskositäts- Viskositätsindex index

Dichte, g/ml (15,56° C)
Flammpunkt (COC), ⁰C
Viskosität, SUS bei 98,9⁰C
Viskositätsindex
Farbe, Loviband
(6-inch-Zelle)
ASTM-Stockpunkt, ⁰C
Ausbeute, Volumprozent,
bezogen auf das öl mit
mittlerem Viskositätsindex

Das Schmieröl mit hohem Viskositätsindex ist zur Herstellung von hochwertigen Schmierölen mit hoher Scherstabilität geeignet. Das Schmieröl mit niedrigem Viskositätsindex ist als Mischkomponente für solche Produkte geeignet, welche in der Regel aus nicht durch Extraktion behandelten ölen gewonnen werden. Dies sind Produkte, bei denen die Veränderung der Viskosität mit der Temperatur für ihren Einsatz nicht kritisch ist.

Beispiel 2

Das nach Beispiel 1 erhaltene Schmieröl mit mitt lerem Viskositätsindex wurde einer zweiten Extraktion mit 300 Volumprozent N-Methylpyrrolidon-2 bei einer Temperatur von 104,4⁰C unterzogen. Dabei wurden Schmierölfraktionen mit den folgenden Eigenschaften gewonnen:

0,865	0,8975
224	224
52,0	55,0
108	75
45	75
-12,2	-15
45	55

Beispiel 3

Es wurde eine leichte Schmierölfraktion, die einem SAE7-Schmieröl entsprach und eine Viskosität von 42,8 SUS bei 98,9⁰C sowie eine Dichte von 0,891 g/ml bei 15,56°C besaß, in einer ersten Stufe mit 230 Volumprozent Furfurol bei 82,2⁰C extrahiert. Das Raffinat wurde mit einem Gemisch gleicher Raumteile von Methyläthylketon und Toluol bei einer FiI-triertemperatur von —2O,6°C entparaffiniert. Das entparaffinierte Schmierölfiltrat, das einen Viskositäts· index von 94 und einen ASTM-Stockpunkt von -12,2⁰C besaß, wurde bei 288°C, 24,6 atü, einer Raumströmungsgeschwindigkeit von 1,0 Raumteil öl

is pro Raumteil Katalysator und Stunde sowie einem Wasserstoffverhältnis von 67,6 Nm'/m' öl hydrofiniert. Der bei der Hydrofinierung verwendete Katalysator hatte die im Beispiel 1 angegebene Zusammensetzung.

ao Das Hydrofinierungsprodukt war ein Grundschmieröl mit mittlerem Viskositätsindex, dessen Eigenschaften in der nachfolgenden Tabelle angegeben sind. Das Hydrofinierungsprodukt wurde sodann einer zweiten Extraktion mit 315 Volumprozent N-Methylpyrrolidon-2 bei einer Temperatur von 93,3⁰C unterzogen. Dabei wurde als Raffinat eine Schmierölfraktion mit hohem und als Extrakt eine solche mit niederem Viskositätsindex erhalten. Die Eigenschaften des Hydrofinierungsprodukts und des daraus erhaltenen Raffinats bzw. Extrakts gehen aus der folgenden Tabelle hervor:

	Schmierölfraktion	mit	mit
35	mit	hohem	niedrigem
	mittlerem	Viskositäts	Vislcosi-
	Viskositäts	index	tSisindex
	index	0,855	0,887
4o Dichte, g/ml	0,867
(15,560C)		42,5	43,0
Viskosität, SUS	42,8
bei 98,90C		111	87
Viskositätsindex	96	38	62
45 Ausbeute, Volum	100
prozent, bezogen
auf das öl mit
mittlerem Visko
sitätsindex			-15
5o ASTM-Stock	-12,2
punkt, 0C

	Schmieröl	Schmieröl
	mit hohem	mit niedrigem
	Viskositäts-	Viskositäts
	index	index
Dichte, g/ml 05,560C)	0,866	0,875
Flammpunkt (COC), 0C	221	224
Viskositätsindex	115	87
ASTM^Stocipunkt, 0C	-12^	-15
Ausbeute, Volumprozent,	10,0	90,0
bezogen auf das Ol mit
mittlerem Viskositätsindex

B e i s ρ i e 1 4 (Vergleich)

Ein Paraffindestillat, das für die Herstellung eines SAE40-Schmieröls geeignet war, wurde zunächst mit 450 Volumprozent Furfurol bei einer Temperatur von 99°C extrahiert In einer Ausbeute von €0 Volumprozent wurde eine Schmierölfraktion mit einem Visko- sitätsindex von 90 (entparaffiniert) edialten. Diese Schmierölfraktion wurde ein zweites Mal mit N-Methylpyrrolidon-2 extrahiert. Die LösungsBÄelmenge betrug 400 Volumprozent und die Raffiniertönperatur 93,3⁰C Es wurde dabei ein Raffinat mit einem Visko-

sitätsindex von 100 in einer Ausbeute von 33 Volumprozent und ein Extrakt mit einem Viskositätsindex von 85 in einer Ausbeute von 66 Volumprozent erhalten.

Beispiel 5 (Vergleich)

Das im Vergleichsbeispiel 4 beschriebene Paraffindestillat wurde in einer ersten Stufe mit 270 Volumprozent N-Methylpyrrolidon-2 bei einer Temperatur von 93,3°C extrahiert. Hierbei wurde in einer Ausbeute von 40 Volumprozent ein Raffinat mit einem Viskositätsindex von 95 (entparaffiniert) erhalten.

Dieses Schmierölraffinat mit einem mittleren Viskositätsindex wurde in einer zweiten Stufe mit 400 Volumprozent N-Methylpyrrolidon bei 93,3° C nochmals extrahiert. Dabei erhielt man ein Raffinat mit einem Viskositätsindex von 100 in einer Ausbeute von 50 Volumprozent und einen Extrakt mit einem Viskositätsindex von 90 in einer Ausbeute von 50 Volumprozent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«09647/213

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schmierölen aus dem Vakuumdestillat eines paraffinbasischen Rohöls durch Extraktion mit einem selektiven Lösungsmittel, Entparaffinierung des Raffinats und Hydrofinierung des entparaffinierten Raffinats der Extraktionsbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des entparaffinierten Raffinats, das einen Fließpunkt von —24 bis —6°C und einen Viskositätsindex von 85 bis 100 besitzt, nach der Hydrofinierung einer zweiten Extiaktionsbehandlung mit 100 bis 800 Volumprozent N-Methylpyrrolidon-2 unterzogen und dadurch in ein Schmieröl mit einem Viskositätsindex von mehr als 100 und einem Fließpunkt von —24 bis —6⁰C, das als Raffinat anfällt, und in ein Schmieröl mit einem Viskositätsindex von 65 bis 95 und einem Fließpunkt von —24 bis —6° C, das als Extrakt anfällt, aufgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Extraktion bei einer Temperatur, die um 5,5 bis 22°C unter der Temperatur, bei der sich 6 Raumteile N-Methylpyrrolidon-2 mit 4 Raumteilen des zu raffinierenden Schmieröls vollständig mischen, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Extraktion des Vakuumdestillats mit Furfurol oder N-Methylpyrrolidon-2 durchgeführt wird.