Brevet FR2492840A1 — publié le 19820430

La présente invention se rapporte à un procédé d'extraction par solvant pour le re-raffinage des huiles lubrifiantes usées et plus particulièrement à un tel pro- cédé appliqué au re-raffinage d'une huile lubrifiante usée qui a été séparée en fractions lubrifiantes lourde et légère. L'invention concerne donc un procédé pour régénérer et re-raffiner des huiles lubrifiantes hydrocarbonées usées. En particulier, elle concerne un procédé par extraction permettant d'éliminer les impuretés d'une huile usée qui a été séparée en fractions lubrifiantes légère et lourde. On produit tous les ans des volumes importants et croissants d'huiles lubrifiantes usées, en particulier d'huile de carter de moteur diesel et de moteur à combustion interne-Ces huiles usées contiennent des impuretés telles que des produits d'oxydation et de dégradation, de l'eau, des matières en fines particules, des métaux et des additifs pour huiles carbonées. Ces impuretés rendent les huiles impropres à l'utilisation. En raison des frais excessifs entraînés par la régénération et le reraffinage, les huiles usées étaient en général brûlées, rejetées sur des terrains ou utilisées sur les routes pour limiter les formations de poussières. Toutefois, en raison des prix croissants des combustibles, carburants et lubrifiants hydrocarbonés, ac- compagnant une demande toujours croissante et un certain épuisement de ces resources, le besoin d'un procédé efficace et bon marché pour re- raffiner les huiles usées s'est fait sentir. Au cours des dernières années, on a exploité des procédés de re-raffinage à petite échelle et on a récupéré des huiles commercialisables. Cependant, en raison du coût élevé et de la marge bénéficiaire étroite de ces opérations, les quantités récupérées ne représentent qu'une petite proportion de la quantité totale des huiles lubrifiantes utilisées. La pénurie croissante de pétrole, en particulier des fractions lubrifiantes de haute qualité, s'accompagnant 249284È évidemment d'une augmentation de prix, constitue maintenant une incitation positive à opérer une élimination sélective des impuretés indésirables contenues dans les huiles usées pour moteur et à réutiliser les composants lubrifiants de haute qualité contenus dans ces huiles. On a déjà décrit plusieurs procédés de re-raffinage des huiles usées. Ainsi par exemple, dans le brevet des Etats-Unis No 3 639 229, on décrit un procédé dans lequel on ajoute à une huile usée un mélange d'un monoalcool aliphatique en C4-C5 et d'un hydrocarbure léger. Le mélange sédimente en trois couches distinctes. On récupère la couche huileuse supérieure, on la traite par l'acide sulfu- rique puis on la raffine par des techniques classiques. Dans le brevet des Etats-Unis No 3 919 076, on décrit un procédé comportant l'élimination de l'eau contenue dans l'huile usée, l'addition d'un solvant consistant en hydro- carbures saturés, la décantation du mélange permettant la récupération du mélange huile/solvant, l'élimination du solvant, la distillation sous vide de l'huile résiduelle et la récolte de fractions sélectionnées, l'hydrogénation des fractions en présence d'un catalyseur, l'entraînement de l'huile hydrogénée provoquant l'élimination des fractions légères et la filtration des produits résiduels. Dans le brevet des Etats-Unis No 4 124 492, on décrit un procédé pour régénérer une huile hydrocarbonée utilisable à partir d'une huile usée et impure; dans ce procédé on déshydrate l'huile usée puis on dissout l'huile déshydratée dans des quantités déterminées d'isopropanol. On sépare la matière usée non dissoute et on distille la fraction résiduelle huile/solvant, ce qui permet de récupérer l'huile purifiée et le solvant. L'huile récupérée est encore clarifiée par traitement à l'aide d'une argile de blanchiment ou de charbon actif à température élevée. Il existe donc un besoin en un procédé efficace pour purifier une huile résiduaire qui a été séparée en fractions lubrifiantes lourde et légère, corme décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis no 202.019. Le procédé selon l'invention est de préférence utilisé conjointement à un procédé de préparation de frac- tions d'huiles lubrifiantes lourde et légère à partir d'une huile lubrifiante usée, par exemple le procédé décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis No 202.019. Le procédé selon l'invention permet donc de re- raffiner et de purifier une huile usée contenant de l'huile lubrifiante, cette huile usée ayant été séparée en une huile lubrifiante légère et une huile lubrifiante lourde. Le procédé comprend le mélange de l'huile lubrifiante lourde avec une quantité efficace d'alcool tétrahydrofurfurylique pour extraction des impuretés contenues dans l'huile lourde. Celle-ci est ensuite séparée de l'alcool tétrahydrofurfury- lique qui contient les impuretés séparées de l'huile. La fraction d'huile lubrifiante légère est également mélangée avec une quantité efficace d'alcool tétrahydrofurfurylique pour élimination des impuretés contenues dans l'huile lubri- fiante légère. Après mélange, l'huile lubrifiante légère est séparée de l'alcool tétrahydrofurfurylique qui contient les impuretés éliminées de l'huile. Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le mélange d'huile lubrifiante lourde et d'alcool tétrahydrofurfurylique est séparé en un raffinat d'huile lourde et extrait dans l'alcool tétrahydrofurfury- lique. Le mélange d'huile lubrifiante légère et d'alcool tétrahydrofurfurylique est séparé en un raffinat d'huile lourde et un extrait dans l'alcool tétrahydrofurfurylique. Le mélange d'huile lubrifiante légère et d'alcool tétrahydro- furfurylique est de même séparé en un raffinat d'huile lubrifiante légère et un extrait dans l'alcool tétrahydro- furfurylique. L'alcool.tétrahydrofurfurylique est ensuite éliminé du raffinat d'huile lubrifiante lourde par distil- lation et entraînement à la vapeur. De même, l'alcool tétrahydrofurfurylique est éliminé du raffinat d'huile lu- brifiante légère par distillation et entraînement à la vapeur. Les extraits provenant des unités d'extraction de chacune des fractions lubrifiantes lourde et légère sont combinés et l'alcool tétrahydrofurfurylique qui a servi de solvant est distillé et entraîné du mélange. Il est ensuite condensé pour réutilisation dans l'extraction des impuretés des fractions lubrifiantes légère et lourde. L'utilisation de l'alcool tétrahydrofurfurylique conformément à l'invention apporte une plus grande sélec- tivité et donne des rendements plus élevés en raffinat car le solvant a une plus grande affinité pour les impuretés trouvées dans l'huile lubrifiante usée. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortent plus complètement de la description détail- lée donnée ci-après en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement un cycle opératoire complet dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention permet donc d'éliminer les impuretés d'huiles lubrifiantes usées qui ont été séparées en fractions lubrifiantes légère et lourde. Ainsi par exemple, un procédé convenant pour séparer une huile lubrifiante usée en fractions lubrifiantes lourde et légère est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis No 202.019, intitulé "Method of Rerefining Used Lubri- cating Oil" au nom de Laird C. Fletcher et Harold J. Beard, en date du 28 octobre 1980. En référence maintenant à la figure unique du dessin annexé, la fraction lubrifiante légère pénètre dans une colonne d'extraction 10 par un conduit 12. Le dispositif d'extraction 10 consiste par exemple en un élément de con- tact à disque rotatif ou en un autre dispositif approprié permettant de mettre les deux phases en contact intime. L'alcool tétrahydrofurfurylique pénètre dans le dispositif d'extraction 10 par un conduit 14. L'alcool tétrahydrofurfu- rylique, désigné ci-après pour des raisons de commodité par la notation abrégée "THFA" est également connu sous le nom de tétrahydrofurylcarbinol et possède la formule molé- culaire suivante: C4H7OCH2OH. Le THFA est un liquide in- colore présentant une odeur douce, miscible à l'eau et pré- sentant une densité d'environ 1,054 à 200C. Le THFA est hygroscopique et connu d'une manière générale pour avoir une faible toxicité. On pourra consulter par exemple le Condensed Chemical Dictionary, 9ème édition, Van Nostrand Reinhold. De préférence, la fraction d'huile lubrifiante légère et le THFA pénétrant dans le dispositif d'extraction sont à une température d'environ 660C. A l'entrée dans le dispositif d'extraction 10, la fraction lubrifiante légère et le THFA sont mélangés intimement; dans le mode de réali- sation préféré de l'invention, les proportions relatives en volume entre l'huile lubrifiante légère et le THFA sont d'environ 1: 1 mais cette indication ne saurait limiter l'invention. Du dispositif d'extraction 10, une couche supé- rieure riche en huile ou raffinat sort par un conduit de raffinat 16. Le raffinat contient en général environ 95 % d'huile et 5 % de THFA, en poids. Le raffinat du conduit 16 pénètre dans un échangeur de chaleur 18 dans lequel il est porté à une température d'environ 930C. Après réchauffage dans l'échangeur de chaleur 18, le raffinat est dirigé sur une colonne à distiller 20 par un conduit 22. L'extrait sort du dispositif d'extraction 10 par un conduit 24 qui rejoint un autre conduit décrit ci-après, avant distillation et entraînement à la vapeur. La fraction lubrifiante lourde est traitée de la même manière que la fraction lubrifiante légère, c'est-à-dire comme décrit ci-dessus. La fraction d'huile lubrifiante lourde pénètre dans un dispositif d'extraction 26 par un conduit 28. Le THFA pénètre dans le disposiitf d'extraction 26 par un conduit 30. De préférence, la fraction d'huile lubrifiante lourde et le THFA pénétrant dans le dispositif d'extraction 26 sont à une température d'environ 1070C. Le THFA et l'huile lubrifiante lourde sont ensuite mélangés dans le dispositif d'extraction 26 d'o partent un conduit de raffinat 32 et un conduit d'extrait 34. Le conduit de raffinat 32 contient en général environ 95 % d'huile et 5 % de THFA en poids. Le conduit d'extrait 34 contient en généralI environ % de THFA et 5 % drhuile en poids, plus les impuretés sé- parées dans l'opération d'extraction. Le conduit de raffinat 32 est ensuite dirigé sur une colonne de distillation et d'en- traînement à la vapeur du raffinat d'huile lourde, décrite ci- après. Les conduits d'extrait 24 et 34 se rejoignent dans un conduit d'extrait unique 38 qui mène vers un tour de distil- lation et d'entraînement à la vapeur 39. La tour de distilla- tion et d'entraînement à la vapeur 39 sert à distiller et à entraîner à la vapeur le THFA contenu dans l'extrait. Un con- duit de vapeur 40 permet de fournir la vapeur à la tour de distillation et d'entraînement à la vapeur 39. Le solvant est distillé de l'extrait et entraîné, puis évacué par un conduit de distillat 44. La tour de distillation et d'entraînement à la vapeur 39 opère de préférence sous une pression absolue de 26,66 mbar et à une température d'environ 710C. On peut uti- liser une chaudière à récupération de vapeur 41 pour appor- ter un supplément de chaleur à la tour de distillation et d'entraînement 39 par l'intermédiaire d'un conduit42 partant de la tour de distillation et d'entraînement à la vapeur 39, pénétrant dans la chaudière à récupération de chaleur 41, la- quelle refoule dans la tour de distillation et d'entraînement à la vapeur 39 par le conduit 43. Après distillation du sol- vant, celui-ci est condensé dans un condenseur 46 puis envoyé dans un réservoir de stockage 48 par un conduit 50. Le sol- vant est prélevé dans le réservoir 48 par un conduit 52 pour traitement complémentaire décrit ci-après. Toujours en référence à la figure unique du dessin an- nexé, le raffinat d'huile légère est distillé et entraîné à la vapeur dans la colonne à distiller 20. Celle-ci opère de préférence à une température d'environ 600C et sous une pres- sion absolue d'environ 13,33 mbar. De la vapeur est injectée par un conduit de vapeur 54 dans la colonne à distiller 20. Le solvant est distillé et entraîné, sortant par un conduit de distillat 56. Le THFA distillé est ensuite condensé dans un condenseur 58. Le THFA condensé est envoyé dans un réservoir de stockage 60 par un conduit 62 et stocké avant traitement complémentaire décrit ci-après. Le résidu ou huile lubrifiante légère finie sort de la colonne à distiller 20 par un conduit de résidu 64 et est envoyé au stockage ou à un traitement complémentaire. Le traitement final avant utilisation réelle en tant que lubrifiant-peut comprendre des opérations de finissage et l'adjonction d'additifs particuliers, On peut utiliser une chaudière à récupération de chaleur 66 pour apporter un complément de chaleur à la colonne à distiller 20 par l'intermédiaire d'un conduit 68 partant de la colonne de distillation 20 et pénétrant dans la chaudière à récupération de chaleur 66, laquelle refoule dans la colonne à distiller par un conduit 70. La distillation et l'entraînement à la vapeur du raffinat d'huile lubrifiante lourde sont semblables à la distillation et à l'entraînement à la vapeur du raffinat d'huile légère décrits ci-dessus. Le raffinat d'huile lourde pénètre dans la colonne à distiller et à entraîner à la vapeur 36 par le conduit 32. La colonne d'entraînement 36 est alimentée en vapeur par le conduit 72. Le solvant est distillé et entraîné, sortant de la colonne 36 par un conduit de distillat 74. Le THFA distillé est condensé dans un condenseur 76 puis transféré dans un réservoir de stockage 78 par un conduit 80. Il est stocké à cet endroit avant traitement complémentaire décrit ci-après. Le résidu ou huile lourde finie sort de la colonne d'entraînement 36 par un conduit de résidu 82. L'huile lubrifiante lourde finie peut ensuite être soumise à des traitements complé- mentaires, par exemple des opérations de finissage ou l'adjonction d'additifs selon l'utilisation prévue. La colonne à distiller et à entraîner à la vapeur 36 peut également être accompagnée d'une chaudière à récupération de chaleur permettant l'envoi d'un complément d'énergie dans les opérations de distillation et d'entraî- nement à la vapeur. Un conduit 84-part de la colonne d'entraînement 36 et pénètre dans la chaudière à récupéra- tion de chaleur 86, chauffée à la vapeur, qui refoule dans la colonne d'entraînement à la vapeur 36 par un conduit 88. Dans le mode de réalisation préféré, le stade opé- ratoire final comprend la distillation du THFA récupéré pour séparation de l'eau qu'il contient etrenvoi à la réutilisa- tion. Le THFA récupéré contenu dans les réservoirs de sto- ckage 48, 60 et 78 est envoyé par les conduits respectifs 52,90 et 92 dans un seul conduit 94 qui pénètre dans une colonne à distiller 96. Celle-ci est équipée d'une chaudière à récupération de chaleur 98 qui sert à recirculer une partie du liquide de pied de colonne à l'aide d'un conduit 100 partant de la colonne à distiller 96 et pénétrant dans la chaudière à récupération de chaleur 98. Celle-ci refoule dans le conduit 102 qui pénètre dans la colonne à distiller 96. Le distillat de la colonne à distiller 96 consiste prin- cipalement en eau et pénètre dans un conduit 104 qui mène lui-même à un condenseur 106 dans lequel l'eau qui a distillé est condensée. Le condensat sortant du condenseur 106 par le conduit 108 est envoyé dans un réservoir de stockage 110. Une partie de l'eau contenue dans le réservoir de sto- ckage 110 est recyclée en reflux en tête de la colonne à distiller 96. Le reste de l'eau contenue dans le réservoir de stockage 110 est envoyé dans une installation pour traitement d'eaux usées. Le THFA sec est évacué au pied de la colonne 96 et envoyé au stockage ou réutilisé au début des opérations par exemple dans les conduits 14 et 30. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indi- cations de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple 1 On a traité conformément à l'invention des fractions d'huile lubrifiante légère et lourde obtenues par distillation d'une huile lubrifiante usée. Les fractions d'huile lubrifiante lourde et légère possédaient les caractéristiques suivantes: Spécifications des coupes lubrifiantes légère et lourde 1. Avant le traitement par solvant Densité, API Viscosité p à 38 C,SSU Viscosité e à 99 C,SSU I.V. Point d'éclair, C Point d'inflammation, C T.A.N. Métaux colorants ppm Silicium Sodium Phosphore Fraction léaère 31,6 2,2 , 0 fraction lour3e 29,4 2,5 noirs Les fractions lubrifiantes lourde et légère sont traitées de la manière suivante: on mélange des parties égales de l'huile lubrifiante légère et de THFA pendant une minute dans une ampoule à décanter à 54 C. On laisse le mélange décanter pendant 3 heures. On soutire la couche d'extrait et on la distille sous vide (3,33 mbar) et à 93 C, ce qui permet de récupérer le THFA. L'huile extraite obtenue en résidu représente 14 % de l'huile initiale mise en oeuvre. Le THFA a été analysé au spectrophotomètre à infra-rouge (IRS) et le spectre a été comparé au spectre d'IRS du THFA frais. Les spectres étaient essentiellement identiques. On a soutiré la couche du raffinat et on l'a distillée sous vide (3,33mbar) à 93 C. On a récupéré 5 % du THFA initial. On a également passé le THFA à l'IRS et comparé avec du THFA frais. Les spectres étaient essentiellement identiques. La quantité d'huile récupérée'est de 86 %. L'huile lubrifiante lourde a été traitée de la même manière; on a récupéré 92 % d'huile. Les huiles lubrifiantes finies, lourde et légère, avaient les caractéristiques suivantes: 2. Après le trai Spécifications des coupes lubrifiantes légère et lourde tement par solvant fraction légère fraction loi urde Densité API 31,2 30,8 Viscosité t à 38 C,SSU 98 326 Viscosité à 99 C,SSU 39 54 I.V. 96 100 Point d'éclair, C 193 232 Point d'inflammation, C 219 266 T.A.N. 0,05 0,05 Métaux colorants, ppm 1,5 3,5 Silicium 2 1 Sodium 1 1 Phosphore 0 O Il est clair que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'exemples et que l'homme de l'art peut y apporter des modifications sans pour autant sortir de son cadre. 1 1 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour re-raffiner une huile usée contenant de l'huile lubrifiante, dans lequel l'huile usée est re- raffinée sous forme d'une fraction d'huile lubrifiante lourde et d'une fraction d'huile lubrifiante légère, ce procédé se caractérisant en ce qu'il comprend les stades opératoires suivants: (a) on mélange la fraction d'huile lubrifiante lourde avec une quantité efficace d'alcool tétrahydrofurfurylique qui élimine les impuretés contenues dans la fraction d'huile lubrifiante lourde; (b) on sépare l'huile lubrifiante lourde de l'alcool tétrahydrofurfurylique; (c) on mélange la fraction d'huile lubrifiante légère avec une quantité efficace d'alcool tétrahydrofurfu- rylique qui élimine les impuretés contenues dans la fraction d'huile lubrifiante légère; et (d) on sépare l'huile lubrifiante légère de l'alcool tétrahydrofurfurylique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: (a) le mélange d'huile lubrifiante lourde et d'alcool tétrahydrofurfurylique est séparé en un raffinat d'huile lourde et un extrait de l'huile lourde dans l'alcool tétra- hydrofurfurylique; (b) le mélange de la fraction d'huile lubrifiante légère et d'alcool tétrahydrofurfurylique est séparé en un raffinat d'huile légère et un extrait de l'huile légère dans l'alcool tétrahydrofurfurylique; (c) l'alcool tétrahydrofurfurylique est éliminé du raffinat d'huile lourde par distillation et entraînement à la vapeur; et (d) l'alcool tétrahydrofurfurylique est éliminé du raffinat d'huile légère par distillation et entraînement à la vapeur. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce qu 'on distille et on entraîne à la vapeur l'extrait d'huile légère dans l'alcool tétrahydrofulfury- lique et l'extrait d'huile lourde dans l'alcool tétrahydro- furfurylique afin d'en séparer l'alcool tétrahydrofurfuryli- que. S 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en outre en ce que; (a) on combine l'alcool tétrahydrofurfurylique séparé du raffinat d'huile légère, du raffinat d'huile lourde et des extraits d'huile lourde et d'huile légère dans l'alcool tétrahydrofurfurylique; et (b) on distille l'eau contenue dans le mélange obtenu en (a) ci-dessus afin d'obtenir de l'alcool tétrahydrofurfury- lique sec convenant à l'utilisation dans les stades opératoi- res (a) et (c) de la revendication 1. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les proportions relatives en volume entre la fraction d'huile lubrifiante lourde et l'alcool tétrahydrofurfurylique vont d'environ 0,5 à 2;0 et les proportions relatives en volu- me entre la fraction d'huile lubrifiante légère et l'alcool tétrahydrofurfurylique vont d'environ 0,5 à 2,0. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des fractions d'huile lubrifiante lourde et lé- gère est chauffée à une température dans l'intervalle d'envi- ron 52 à 121 C avant mélange avec l'alcool tétrahydrofurfury- lique. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alcool tétrahydrofurfurylique est chauffé à une température d'environ 52 à 121 C avant mélange avec les fractions d'huile lubrifiante. 8 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en-ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur des raffi- nats d'huile lourde et légère sont effectués sous vide. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur sont effec- tués sous une pression absolue d'environ 13,33 à 133,32 mbar. - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur sont effectués sous une pression absolue d'environ 26,66 mbar à une température d'environ 71 C. 11 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur des extraits d'huile légère et d'huile lourde sont effectués sous vide. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérise en ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur sont effectués sous une pression absolue d'environ 13,33à133,32mbar 13 - Procédé selon la revendication 11,caract-risé en ce que la distillation et l'entraînement à la vapeur sont effectués sous une pression absolue d'environ 26,66 mbarà une température d'environ 71 C.