Brevet FR2477568A1 — publié le 19810911

La présente invention se rapporte à un procédé amélioré pour le raffinage au solvant d'une fraction de kérosène contenant des composés aromatiques et des composés non aromatiques. Suivant l'un de ces aspects les plus spécifiques, l'invention se rapporte à un procédé pour améliorer le rendement en huile raffinée par un procédé de raffinage au solvant comportant une diminution simultanée de la quantité de solvant utilisée par rapport à l'huile raffinée et conduisant de ce fait à des économies d'énergie. Il est bien connu que les composés aromatiques et insaturés d'une huile lubrifiante de départ tels que ceux provenant de la distillation fractionnée du pétrole brut, peuvent être séparés des hydrocarbures les plus saturés au moyen de différents procédés com- portant le raffinage par solvant des hydrocarbures aromatiques et insaturés. Les procédés les plus ap- préciés parmi ceux qui ont un intérêt commercial certain sont ceux dans lesquels le raffinage est effectué avec le furfural et de N-méthyl-2-pyrrolidone. L'élimi- nation des produits aromatiques et d'autres constituants indésirables des huiles de kérosène de départ améliorent l'indice de viscosité, la teinte, la stabilité à l'oxydation, la solidité thermique, et la réponse à l'inhibition des huiles de base et des huiles lubri- fiantes obtenues. Dans le procédé conforme à l'invention, on utilise la N-méthyl-2pyrrolidone comme solvant d'extraction des hydrocarbures aromatiques à partir de mélanges d'hydrocarbures aromatiques et non aroma- tiques. Les avantages de la N-méthyl-2-pyrrolidone sur les autres solvants de raffinage de l'huile lubri- fiante pour éliminer les constituants polaires ou aromatiques indésirables des huiles lubrifiantes de départ sont bien connus dans la technique. En particulier, la N-méthyl-2-pyrrolidone est chimiquement stable, sa toxicité est faible et elle permet d'obtenir des huiles raffinées de qualité améliorée par rapport à celles obtenues avec d'autres solvants connus. Dans les brevets des E.U.A. 3 451 925; 3 461 066; 3 470 089 et 4 013 549, on décrit des procédés dans lesquels on utilise la N-méthyl-2-pyrrolidone comme solvant ainsi que des étapes'de procédés courants.. Dans le raffinage habituel de l'huile lubri- fiante au moyen de la N-méthyl-2-pyrrolidone, l'étape d'extraction au solvant est mise en oeuvre dans des conditions permettant de récupérer effectivement environ 30 à 90 volumes % de la charge en huile lubri- fiante en tant que raffinat ou huile raffinée et on extrait environ 10 à 70 volumes % de la charge sous forme d'extraits aromatiques. L'huile lubrifiante de départ est mise en contact du solvant, la N-méthyl- 2-pyrrolidone, à une température d'au moins 10 C et de préférence d'au moins 500C au-dessous de la tempé- rature de miscibilité complète de l'huile lubri- fiante dans le solvant. Dans l'étape d'extraction des conditions de traitement, on choisit à produire un raffinat primaire ayant un indice de viscosité déparaffiné d'environ 75 à 100 et de préférence d'environ B5 à 96. Les températures d'extraction au solvant sont comprises généralement dans la gamme allant de 50 à 120 C et de préférence dans la gamme allant de 50 à 80 C avec des proportions de solvants allant de 50 à 500 % et de préférence allant de 100 à 300 %. Pour produire une huile lubrifiante finale, le raffinat primaire est déparaffiné jusqu'au point d'écoulement désiré. Au besoin, l'huile déparaffinée ou raffinée peut être soumise à un traitement final pour améliorer la teinte et la stabilité par exemple au moyen d'une hydrogénation douce. La présente invention fournit une amélioration au raffinage par solvant des huiles lubrifiantes par des procédés d'extraction à la N-méthyl-2pyrrolidone dans lesquels le mélange d'extraits primaire en provenance de la zone de l'extraction par solvant est refroidi à une température inférieure à la tem- pérature à laquelle l'extrait primaire est obtenu et suffisante pour former deux phases liquides non miscibles. Une phase, à savoir la phase de raffinat secondaire, est relativement plus pauvre en composés extraits que le mélange d'extraits primaire en provenance de la zone d'extraction au moyen d'un solvant et l'autre phase, à savoir la phase d'extraits secondaire est relativement plus riche en composés extraits que l'extrait primaire. La phase de raffinat secondaire est séparée de la phase d'extraits secondaire et ren- voyée dans la zone d'extraction au contact de l'huile lubrifiante et du solvant. Le raffinat secondaire peut être mélangé avec la charge ou être introduit dans la tour d'extraction -en un point en dessous de l'introduction du solvant, de préférence en un point situé entre le point d'introduction de la charge d'alimentation et le point de retrait de l'extrait primaire à partir de la zone d'extraction. On sait qu'un raffinat secondaire peut être séparé à partir du mélange d'extrait primaire obtenu lorsqu'une huile minérale est extraite au moyen d'un solvant sélectif. Dans le brevet des E.U.A. 2 051 720 (Re 22 738) on décrit la formation d'un raffinat secondaire à partir d'extraits d'huile lubrifiante en utilisant des solvants sélectifs tels que le furfural et les phénols et l'on recycle le raffinat secondaire vers la tour d'extraction afin d'améliorer la composition et/ou le rendement de l'ex- trait secondaire. De façon similaire, dans les brevets des E.U.A. 2 261 799 et 2 305 03E, on décrit la remise en circulation du raffinat secondaire dans des procédés de raffinage d'huile lubrifiante au furfural et au phénol. D'une manière générale, cesprocédés sont caractérisés soit par une diminution de qualité d'huile raffinée pour un rapport donné de solvant au produit huileux soit par un accrois- sement de la quantité de solvant par rapport au volume d'huile raffinée ou les deux à la fois. On a découvert de façon surprenante que le procédé conforme à l'invention permet d'améliorer le rendement en huile lubrifiante raffinée ayant une qualité de produits spécifiques en utilisant une quantité réduite de solvant par rapport au volume de produit. On fournit ainsi à la fois un procédé pour accroître le rendement du produit à partir d'une huile de départ donnée et un moyen de faire des économies d'énergie dans la production d'un volume donné de produits. D'autres avantages et caractéristiques du procédé de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure unique est un schéma d'un mode de réalisation du procédé amélioré conforme à l'invention de raffinage au solvant. Le mode de réalisation préféré qui est décrit en référence au dessin s'applique au raffinage au solvant d'huile lubrifiante de départ. L'huile lubrifiante sèche de départ pénètre par le conduit 5 pour entrer dans la tour d'extraction 6 o elle est mise en contact intime à contre-courant avec un solvant pour les composés aromatiques et insaturés de l'huile lubrifiante de départ. Le solvant débouche dans la partie supérieure de la tour d'extraction par le conduit 7. L'huile lubrifiante de départ est mise en contact intime à contre-courant dans la tour d'ex- traction 6 avec la N-méthyl-2-pyrrolidone. La tour d'extraction 6 est placée de façon typique sous une pression allant de 550 à 1 000 kPa. L'extrait primaire formé est retiré du fond de la tour d'extraction 6 par le conduit 8 et traverse un échangeur de chaleur 102 qui sert à refroidir un mélange d'extrait primaire puis passe dans un refroidisseur 103 o il est à nouveau refroidi jusqu'à une température suffisamment inférieure à la température de la tour d'extraction 6 pour former deux phases liquides non miscibles dans le décanteur 104 o la séparation des deux phases se produit. Le refroidissement de l'extrait primaire de la tour d'extraction 6 a une température d'environ C ou a une température beaucoup plus basse que celle existant au pied de la colonne d'extraction à i pour effet de former deux phases liquides qui sont séparées l'une de l'autre par gravité dans le décan- teur 104. L'une des deux phases liquides, un extrait secondaire, est relativement plus riche en hydrocarbures aromatiques que le mélange retiré de la tour d'extraction et l'autre, un raffinat secondaire, est relativement plus pauvre en hydrocarbures aromatiques. L'extrait primaire peut être refroidi de 10 à 450C avant la séparation du raffinat secondaire. Le raffinat secondaire est retiré de la portion supérieure du&décanteur 104 par le conduit 106 et est renvoyé par la pompe 107 vers le fond de la tour d'extraction 6 par le conduit 108. Le raffinat secondaire peut être introduit dans la tour d'extrac- tion à n'importe quel niveau situé au-dessous du point d'introduction du solvant de la tour soit en tant que courant séparé soit en mélange avec l'alimen- tation. La remise en circuit du raffinat secondaire conformément à cette invention a pour effet un rende- ment accru en raffinat associé à une diminution de la quantité de solvant en référence au volume de l'alimentation fraîche et de l'huile raffinée. Le raffinat secondaire est remis en circuit en quantité comprise entre 0, 1 et 0,5 en volume de raffinat secondaire par volume de la charge d'huile lubrifiante. Une phase d'extraits secondaire est retirée du fond du décanteur 104 et on le fait passer par le conduit 109 et l'échangeur de chaleur 102 en échange de chaleur indirecte avec l'extrait primaire de la tour d'extraction ce qui a pour effet de refroidir l'extrait primaire et de chauffer l'extrait secondaire. L'extrait secondaire pénètre à tort au travers des échangeurs de chaleur 10 et 11 vers la tour de détente 12 à basse pression à la manière habituelle pour récupérer le solvant de l'extrait. La tour 2 fonctionne typiquement à une pression comprise entre 170 et 205 kPa. L'extrait secondaire en provenance du conduit 109 pénètre au sommet de la tour 12 en tant que reflux dans les conduits 115, 116 et 117. Le solvant séparé de l'extrait dans la tour de détente 12 à basse pression est introduit dans le conduit 14 vers l'échangeur de chaleur 10 o les vapeurs de solvant sont refroidies et condensées en préchauffant le courant d'alimentation vers la tour 12, il passe alors dans le refroidisseur 16 et le conduit 110 vers l'accumulateur de solvant 112 avant d'être réutilisé. La partie non vaporisée du mélange d'extraits recueilli au fond de la colonne de fractionnement 12 par la pompe 19 traverse le réchauffeur 21 et le conduit 22 pour se diriger vers la tour de détente 24. La tour de détente 24 à haute pression fonctionne de façon typique à une pression comprise dans la gamme allant de 375 à 415 kPa et elle est alimentée avec un reflux de l'extrait qui pénètre dans la tour 24 par le con- duit 118. Une autre quantité de solvant est séparée de l'extrait dans la tour de détente 24. Les vapeurs de solvant quittant le sommet de la tour de détente 24 à haute pression par le conduit 28 traversent l'échangeur de chaleur Il en échange de chaleur indi- recte avec le mélange d'extraits secondaire issu du décanteur 104, en condensant les vapeurs de solvant et en p.réchauffant le mélange d'extraits avant son introduction dans la tour de détente 12 à basse pression. Le solvant récupéré est introduit par le conduit 111 dans un réservoir de solvant 112 avant d'être réutilisé. L'extrait d'huile d'hydrocarbure retiré du bas de la tour de détente 24 à haute pression par le conduit 31 contient encore un peu de solvant, par exemple, 5 à 15 volumes % de solvant et 95 à 85 volumes % d'hydrocarbure. Le mélange d'extraits retiré du fond de la tour 24 est introduit dans un système de récupération d'extraits 121 dans lequel l'extrait contenant habituellement moins de 50 ppm de solvant, est récupéré en tant que produit du procédé. Le système de récupération de l'extrait peut comprendre une combinaison d'une tour de détente sous vide et d'une colonne de rectification comme cela est décrit dans le brevet des E.U.A. 3 470 089, ou par n'importe quel système de récupération d'extraits convenable. Le solvant récupéré traverse le conduit 122 vers l'accumulateur de solvant 112 pendant que l'extrait de produit est débarassé du système par le conduit 125. Le raffinat du sommet de la tour d'extraction 6 traverse le conduit 9 vers un système de récupération 126 de raffinat dans lequel le raffinat est récupéré du solvant d'une quelconque manière convenable par exemple à la façon décrite dans le brevet des E.U.A 3 461 066, indiqué ici à simple titre de référence. Le solvant séparé du raffinat primaire traverse le conduit 127 vers l'accumulateur 112 avant d'être réutilisé. Le raffinat primaire récupéré contenant moins d'environ 50 ppm de solvant, est éliminé par le conduit 130 sous forme d'un produit huileux raffiné au solvant. Le solvant issu de l'accumulateur 112 est remis en circulation vers la tour d'extraction 6 par la pompe 131 par les conduits 132 et 7. Au lieu de faire passez l'extrait du décan- teur 104 par les conduits 109 et 115 vers les tours 12 et 24 sous forme de reflux par les conduits 117 et 118, on peut faire passer directement vers le conduit 116 par le conduit' 115a l'extrait secondaire relativement refroidi du décanteur 104. En variante bien que cela soit moins souhaitable, l'extrait partiellement rectifié en provenance du bas de la tour 12 peut être utilisé en tant que reflux dans les t ours 12 et 24 par le conduit 115b. Des modes de réalisation préférés du procédé de l'invention sont illustrés dans les exemples suivants. Exemple 1 Dans deux séries d'essais (essais 1 et 2) un distillat paraffineux 7(WD-7) est extrait au solvant par de la N-m6thyl-2-pyrrolidone dans une installation en continu en contre-courant à une température de 54 C. Cette huile lubrifiante a un indice de réfraction à 70 C (IR 70) de 1, 4724, une densité API de 28,8, une viscosité Saybolt (SUS) a 38 C de 141, 3, un indice de viscosité de 79 et un point d'écoulement de 24 C. Dans deux essais de comparaison (essais 3 et 4) une charge (WD-7) ayant un indice de réfraction (IR 70) de 1,4691, une densité API de 28,4, une viscosité Saybolt à 380C de 125,4, un indice de viscosité de 85 et un point d'écoulement de 24 C est extrait du solvant tout d'abord de la Nméthyl-2-pyrrolidone à 54 C et le mélange d'extraits est refroidi à 43aC en formant une phase de raffinat secondaire et une phase d'extrait secondaire. Les mélanges à 70% en volume de cette charge de distillat paraffineux et 30% en volume du raffinai secondaire ainsi formés, débarassés de solvant, sont soumis à une extraction avec de la N-méthyl-2pyrrolidone à 54 C. Les résultats de ces essais sont consignés dans le tableau I. Tableau I Essai n 1_ 2 3 4 Type de procédés direct direct recyclé recyclé Quantité de solvant, Vol.% Charge de base 300 700 300 700 Alimentation 300 700 210 490 fraîche de base Huile raffinée 444 715 397 569 de base Huile raffinée Rendement,Vol.(1) 67,6 42,0 75,5 52,8 Indice de Indice de 1,4590 1,4550 1, 4588 1,4552 réfraction (2) (1) Alimentation fraîche de base (2) A 70 C (IR 70) Les données du tableau I montrent que à la fois le ren- dement et la qualité de l'huile raffinée se trouvent améliorés par l'invention en comparaison du raffinage au solvant direct alors que la quantité de solvant utilisé se trouve diminuée. L'essai 3 montre un accroissement de rendement de 7,9 en volume % avec 10,6% en moins de solvant pour 160 1 d'huile raffinée en comparaison avec l'essai 1. De façon semblable, l'essai 4 en comparaison à l'essai 2 montre un ac- croissement de 10,8 % en produit avec 20,4 % de moins de solvant pour 160 1 d'huile raffinée en comparaison avec l'essai 2. Exemple 2 Dans une autre série d'essais, un distillat paraffineux 20 (WD-20) est extrait au solvant avec de la N-méthyl-2-pyrrolidone à 82 C dans une installation en continu à contre-courant. Cette huile lubrifiante de charge a un indice de réfraction (IR 70) de 1,4868, une densité API de 23, 8, une viscosité Saybolt (SUS) à 99 C de 56,5, un indice de viscosité de 70 et un point d'écoulement de 38 C. Dans l'essai 5, la charge directe est extraite à la N-méthyl-2-pyrrolidone dans une installation d'extraction à contre-courant à 82 C, les résultats sont consignés dans le tableau II. Le mélange d'extrait de l'essai 5 est refroidi à 43 C en formant un raffinat secondaire, et dans l'essai 6, le raffinat secondaire obtenu est mélangé au distillat paraffineux 20 (WD-20) à raison de 75 parties d'un volume de WD-20 et de 25 parties d'un volume de raf- finat secondaire non rectifié pour simuler le recyclage du raffinat secondaire vers la zone d'extraction, et le mélange extrait à la N-méthyl2-pyrrolidone à 82 C avec les résultats consignés dans le tableau II. Tableau I1 Essai. NI 5 6 Type de procédés direct recyclé Quantité de solvant, Vol. % Charge de base 198 228 Alimentation fraîche de base 198 171 Huile raffinée de base 404 Huile raffinée Rendement, Vol. % (1) 47,9 56,3 Indice de 1,4568 1,4567 réfraction (2) (1) Alimentation fraîche de base (2) A 70C (IR 70) L'indice de réfraction est une indication de l'indice de viscosité de l'huile finale après déparaffinage de l'huile raffinée. Les huiles raffinées au solvant de cet exemple en provenance du distillat paraffineux 20 ayant un indice de réfraction (IRTO) de 1,4570 montrent> après déparaffinage à un point d'écoulement de -180C un indice de viscosité d'en- viron 100. D'une manière générale, dès que l'indice de réfraction diminue la qualité de l'huile raffinée augmente. Les données ci-dessus du tableau II montrent que dans des conditions comparables de production d'huile raffinée ayant des indices de réfraction iden- tiques à partir d'un distillat paraffineux 20, le procédé conforme à l'invention fournit un accroissement de 8,4 % en volume en huile raffinée, sur la base de l'huile fraîche de départ, avec une diminution de la quantité de solvant sur la base de l'huile raffinée de base de 9,0 %. Il ressort des exemples ci-dessus que le raffinat secondaire recyclé conformément au procédé de la présente invention donne des résultats élevés en huile raffinée et diminue l'énergie nécessaire au pro- cédé comme le montre le volume moindre de solvant neces- saire par volume d'huile raffinée. REVENDI CATIONS 1. Procédé de raffinage au solvant d'une huile lubrifiante de kérosène contenant des composés aromatiques et des composés non aromatiques dans lequel l'huile lubrifiante est mise au contact de N-méthyl-2-pyrrolidone dans une zone d'extraction au solvant (6) à une température comprise dans la gamme allant de 50 à 120 C pour produire un extrait primaire riche en produits aromatiques et un raffinat d'huile raffinée au solvant, caractérisé en 'ce qu'il consiste essentiellement à refroidir (102,103) l'.extrait primaire riche en produits aromatiques à une température inférieure à 10 C inférieure à la température d'extraction au solvant alors que deux phases liquides séparables sont formées et constituent une phase d'extrait secondaire relativement plus riche en hydrocarbures aromatiques que ledit extrait.primaire et une phase de raffinat secondaire relativement plus pauvre en hydrocarbures aromatiques que ledit extrait primaire, à séparer (104) le raffinat secondaire de l'extrait secondaire et à renvoyer (106, 108) le raffinat secondaire vers la zone d'extraction au solvant (6). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'extrait primaire riche en produits aromatiques est refroidi à une température comprise dans la gamme allant de 10 C à 450C au-dessous de la température de la zone d'extraction au. solvant (6). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de raffinat secondaire renvoyé à la zone d'extraction au solvant (6) est compris dans la gamme allant de 0,1 à 0,5 volume par volume d'huile lubrifiante fournie dans la zone d'extraction au solvant. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de contact dans la zone d'extraction au solvant (6) est comprise dans la gamme allant de 50 à 800C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de raffinat secondaire et les phases d'extraits secondaire sont séparés (104) l'une de l'autre à une température comprise dans la gamme allant de 25 à 700C.