PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES COMBINES DE PRODUCTION D'HUILES
LUBRIFIANTES.
La présente invention est relative à un nouveau procédé pour produire des huiles lubrifiantes de qualité spécialement élevée. Suivant la présente invention, une charge d'alimentation de pétrole convenable est soumise
à une opération de cracking catalytique, et ensuite un distillat bouillant dans la gamme d'ébullitions des huiles lubrifiantes est séparé du produit cra-
<EMI ID=1.1>
de viscosité très élevé.
<EMI ID=2.1>
Comme on le sait, un critère important d'une huile lubrifiante réside dans les caractéristiques de viscosité de l'huile. Pour beaucoup d'applications, les températures auxquelles un lubrifiant doit être utilisé sont
<EMI ID=3.1>
tilisation du système particulier. En conséquence, c'est devenu un réel problème de réaliser des huiles lubrifiantes ayant la viscosité convenable sur la gamme tout entière de températures opératoires, du fait de la diminution de viscosité d'une huile lubrifiante lorsque l'huile s'échauffe. Cette caractéristique d'une huile lubrifiante est généralement désignée sous le nom d' "indice de viscosité" de l'huile et procure essentiellement une indication en ce qui concerne le changement de viscosité de l'huile au-dessus de la gamme de températures de 100 à 210[deg.]Fo Il est évident que, dans beaucoup d'applications, il est désirable d'employer des huiles lubrifiantes ayant l'indice de viscosité le plus élevé possible.
En général, trois types de composés chimiques doivent être trouvés dans la fraction d'huile lubrifiante d'un pétrole brut. Ces types de composés chimiques sont les hydrocarbures paraffiniques, aromatiques et naphténiques. Il est connu maintenant que les hydrocarbures paraffiniques ont de loin les indices de viscosité les plus élevés. C'est ainsi que des hydrocarbures paraffiniques ont des indices de viscosité d'environ 125 à 180. Les hydrocarbures naphténiques et aromatiques ont des indices de viscosité essentiellement inférieurs, et des matières riches en structures de chaînes fermées ont des indices de viscosité bien en dessous de 0. A cause de cela, les huiles brutes du type paraffinique ont été longtemps considérées comme étant la meilleure source d'huile lubrifiante.
Cependant, des huiles brutes vraiment paraffiniques sont rares, et plus souvent les huiles brutes sont d'un type de base mélangé, contenant une combinaison d'hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques, tous présents en proportions importantes. Des exemples de telles huiles brutes sont les huiles brutes du Panhandle, de la Louisiane, du Mississipi et de l'East Texas.
Beacoup d'efforts ont été faits pour prévoir des procédés de traitement convenables pour la production d'huiles lubrifiantes de qualité et d'indice de viscosité élevés, en partant de telles huiles brutes de base mélangées. En particulier, on a trouvé qu'en employant des procédés d'extraction par solvant, des huiles lubrifiantes peuvent être rendues plus paraffiniques par l'enlèvement sélectif de composés.aromatiques.
Cependant, les solvants qui peuvent être employés pour ce procédé général, tout en étant hautement sélectifs pour l'enlèvement de constituants aromatiques à chaînes fermées condensés, sont moins sélectifs pour l'enlèvement de constituants naphténiques et de constituants aromatiques à une ou deux chaînes ferméeso Comme résultat, des huiles lubrifiantes obtenues par un traitement d'extraction par solvant sont caractérisées en ce qu'elles contiennent de grandes proportions de composés naphténiques et de composés aromatiques à une ou deux chaînes fermées ayant de longues chaînes latérales, ce qui abaisse ainsi l'indice de viscosité potentiel de l'huile.
Suivant la présente invention, des moyens ont été trouvés pour augmenter l'indice de viscosité des huiles lubrifiantes non seulement en enlevant sélectivement des hydrocarbures aromatiques, mais encore en enlevant sélectivement des hydrocarbures naphténiques. Le résultat final est une huile lubrifiante paraffinique contenant seulement de petites proportions d'hydrocarbures naphténiques et aromatiques, et ayant des indices de viscosité approchant ceux des hydrocarbures paraffiniques ou approchant la valeur de
125 ou plus.
Le procédé par lequel cela peut être réalisé dépend d'une combinaison de phases de traitement. Dans une première phase opératoire, une charge d'alimentation convenable est soumise à une opération de cracking catalytique. Celle-ci est efficace pour éliminer substantiellement les hydrocarbures naphténiques présents dans la charge d'alimentation brute. Ensuite, les produits de la phase de cracking catalytique peuvent être soumis à des opérations d'extraction par solvant de manière à enlever sélectivement les constituants aromatiques.
La nature générale de ce procédé peut être bien comprise en se référant au dessin annexé, auquel on se réfère dans la description suivante d'un exemple.
En se référant maintenant au dessin illustrant le procédé complet à utiliser, la référence 1 désigne une zone de distillation de pétrole brut. Une huile de pétrole brute, telle qu'une huile brute de base mélangée, est introduite dans la zone de distillation 1 par une conduite 2. L'opération
de distillation est menée pour permettre un enlèvement des fractions volati-
<EMI ID=4.1>
élevé par des conduites latérales d'enlèvement de courants 4, 5, 6 etc. Des fractions à point d'ébullition plus élevé ayant des gammes d'ébullition initiales de l'ordre de 800 à 1100[deg.]F et plus sont enlevées comme produits de
<EMI ID=5.1>
tique de la présente invention, la zone de distillation 1 soit d'une nature telle qu'elle procure une fraction à point d'ébullition plus élevé bouillant dans la gamme d'environ 700 à 1100[deg.]F, de préférence comme on en obtient par des opérations de distillation sous le vide. Cette fraction est alors con-duite à une zone de cracking catalytique identifiée par le rectangle 8. L'opération de cracking à réaliser dans la zone 8 est d'un type désirable quelconque utilisant un catalyseur, tel que des catalyseurs à gel ou argile synthétique ou naturel modifié. Des exemples de catalyseurs de ce type sont les argiles montmorillonite, de la silice-alumine, des composés de silice-magnésie et d'autres catalyseurs courants de cracking.
L'opération peut être d'un type continu ou à fournées, utilisant des lits fixes, des lits mobiles, des systèmes fluidifiés ou à suspension. La chaleur requise pour le cracking peut être fournie sous forme de préchauffage des matières traitées et/ou comme chaleur sensible du catalyseur régénéré de manière exothermique ou detoute autre manière courante. Le cracking est réalisé à des températures d'environ 800[deg.] à
<EMI ID=6.1>
effectives de 25 livres par pouce carré ou plus, d'une manière bien connue. La totalité des produits craqués sont enlevés de la zone de cracking 8 et menés à un dispositif de fractionnement de produits 9. Ce dispositif de fractionnement 9 fonctionne pour enlever des fractions plus légères des produits craqués par le sommet 10, et des courants latéraux 11, 12, etc. Un produit de queue est obtenu et peut être enlevé du dispositif de fractionnement 9 par une conduite 14. Dans le cas où l'opération de craking menée dans la zone 8 est d'un type fluidifié, la matière enlevée par la conduite 14 contiendra un petit pourcentage de particules de catalyseur emportées de la zone 8.
Dans ce cas, il est nécessaire de faire passer le courant de produit de la conduite
14 dans un dispositif d'épuration ou de nettoyage 15 ou autre dispositif pour permettre la séparation du catalyseur d'avec le produit hydrocarboné liquide. De cette manière, un courant hydrocarboné clarifié est enlevé de la zone 15 par la conduite 16. Aux fins de la présente invention, le produit de queue du dispositif de fractionnement 9, correspondant au courant des conduites 14 ou 16, bout dans la gamme d'environ 700[deg.] à 1100[deg.]F.
Comme la conduite du traitement décrit ci-avant est, d'une façon générale, bien connue dans la pratique, aucune autre description de cette phase du procédé n'est considérée comme nécessaire. Le courant de la conduite
16 dérivant de 15, comme indiqué, est ensuite mené à desnoyens convenables d'enlèvement de cire, identifiés par le rectangle 17 au dessin. L'opération menée dans la zone 17 peut être choisie parmi l'un quelconque des procédés courants d'enlèvement de cire, d'un type convenable pour réduire la teneur
en cire de la fraction hydrocarbonée traitée dans une mesure quelconque désirée. En général, on préfère utiliser une opération d'enlèvement de cire par solvant. Par exemple, l'huile hydrocarbonée de la conduite 16 peut être diluée avec environ 2 à 4 parties par volume d'un solvant, tel que du propane ou de la méthyl éthyl cétone. Le mélange d'huile hydrocarbonée et de solvant est alors chauffé suffisamment pour assurer la dissolution de toute la cire présente. Ensuite, le mélange d'huile et de solvant est refroidi à une température d'environ 25[deg.]F à - 10[deg.]F, de manière à assurer la cristallisation de la cire présente. Le mélange refroidi d'huile, de solvant et de cire est alors filtré pour éliminer cette cire, en permettant un enlèvement, de la zone 17 par la conduite 18, d'une huile hydrocarbonée dépourvue de cire.
L'huile libérée de la cire est ensuite envoyée dans une zone d'extraction par solvant 19, dans laquelle l'huile est soumise au contact d'un solvant exerçant une action dissolvantes sélectrice sur les constituants aromatiques. Il doit être noté que, comme signalé, l'huile est libérée de la cire avant l'extraction par solvanto Cependant, si on le désire, l'opération d'enlèvement de cire peut suivre l'opération d'extraction par solvant de sorte que, comme on le verra, le raffinat de l'opération d'extraction par solvant peut être soumis à une opération d'enlèvement de cire.
Comme on le sait, une série de solvants p euvent être employés pour assurer l'enlèvement sélectif désiré des constituants aromatiques. Ainsi, par exemple, de l'anhydride sulfureux, du phénol, du furfural, du nitrobenzène et d'autres solvants peuvent être employés. Bien que la mise en contact du solvant et de l'huile puisse être réalisée dans toute installation
de mise en contact voulue quelconque du type à traitement continu ou par fournée, on emploie, de préférence,, la technique du traitement à contre-courant.
Dans un tel système, l'alimentation d'huile de la conduite 18 est introduite dans une tour de contact à contre-courant 19 en un point voisin du fond de cette tours La tour 19 est pourvue d'un bourrage, de plateaux perforés ou moyens équivalents pour assurer un contact efficace de liquide et liquide.
Un solvant, tel que du phénol, est introduit à une partie supérieure de la tour, par exemple, par la conduite 20. L'huile passe de bas en haut à travers la tour, tandis que le solvant passe de haut en bas à travers celle-ci, en permettant un enlèvement, au bas de la tour, de ce qui est connu sous le nom de phase extraite, par la conduite 21. La phase extraite consistera principalement en le solvant, tel que le phénol, en même temps que les constituants extraits sélectivement de l'huile et consistant surtout en hydrocarbures aromatiques.
La matière enlevée du sommet de la tour 19 par la conduite 22 est connue sous le nom de phase raffinée ou phase de raffinat, et consiste principalement en l'alimentation d'huile initiale moins les constituants aromatiques présents à l'origine dans l'alimentation, et en mélange avec de petites proportions du solvant utilisé durant la mise en contact. Le raffinat est,
de préférence, envoyé à une zone de distillation finale 23, dans laquelle le solvant résiduaire est 'enlevé au sommet par la conduite 24, tandis que l'huile lubrifiante finale produite est enlevée sous forme de dépôts par la conduite 25.
Comme décrit, le procédé de la présente invention nécessite, de préférence, la ségrégation d'une huile de pétrole en une fraction à point d'ébullition élevé, bouillant dans la gamme d'environ 700[deg.] à 1100[deg.]F. Cette fraction est alors soumise à une opération de cracking catalytique permettant d'éliminer substantiellement les hydrocarbures naphténiques de la fraction. Les produits craqués sont alors fractionnés pour donner une huile limpide bouillant dans la gamme d'environ 700 à 1100[deg.]F. Cette huile est alors soumise au traitement efficace pour enlever sélectivement les constituants aromatiques présents dans l'huile. Comme signalé, ce traitement entraîne de préférence une mise en contact de l'huile avec un solvant sélectif pour les hydrocarbures aromatiques.
Cependant, dans l'esprit de l'invention, on peut employer aussi des opérations équivalentes, comme une mise en contact avec un adsorbant tel qu'un gel de silice qui convient également pour un enlèvement sélectif d'hydrocarbures aromatiques. Soit avant, soit après l'enlèvement sélectif des hydrocarbures aromatiques, l'huile doit être soumise à une opération d'enlèvement de cire, de manière à éliminer une quantité importante de la cire présente dans l'huile.
A titre d'exemple spécifique de l'opération et de l'utilité de
la présente invention, un gasoil était soumis à une opération de cracking catalytique du type fluidifié. Le gasoil bouillait dans la gamme d'environ
650[deg.] à 1100[deg.]F et dérivait d'un mélange de types d'huile brute provenant du West Texas ou similaires. Les produits de l'opération de cracking catalytique étaient fractionnés et traités pour procurer une huile clarifiée bouillant dans la gamme de 700[deg.] à 1100[deg.]F. Cette huile clarifiée était alors soumise au contact d'un solvant sélectif consistant en duphénol contenant 7 % d'eau comme agent modifiant le solvant. Le contact était réalisé dans une tour de contact pourvue de 7 étages d'extraction, avec injection de 2,8 % d'eau au bas de la tour. Un traitement à 160 % de solvant, par rapport à l'alimentation, était utilisé. Des résultats de ce traitement sont donnés au tableau ci-après.
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
2,8 % d'eau, 7 étages d'extraction, 1 étage d'injection d'eau).
<EMI ID=9.1>
<EMI ID=10.1>
<EMI ID=11.1>
En se référant au tableau ci-avant, on constatera qu'on donne des résultats d'inspections de l'alimentation et du raffinat obtenu d'une extraction au phénol. En plus, des résultats sont donnés en ce qui concerne la nature du raffinat après qu'il a été libéré de la cire dans une opération d'enlèvement de cire par une cétone, avec réduction du raffinat jusqu'à un point de coulée d'environ 0[deg.]. Il doit être compris que, comme indiqué au tableau, le raffinat était fractionné de manière à assurer que la fraction bouille dans la gamme d'ébullitions de l'huile lubrifiante de l'ordre d'environ 7000 à 1100[deg.]F.
Il sera observé que le raffinat dépourvu de cire final produit consistait en une huile lubrifiante ayant un indice de viscosité de 106 , ce qui montre que le procédé, tel quemené, était opérant pour procurer une huile lubrifiante à indice de viscosité élevé.
Dans cet exemple, le gasoil initial, soumis à cracking, avait une
<EMI ID=12.1>
composés paraffiniques. Après cracking, l'huile clarifiée contenait 67 % de composés aromatiques et 33 % de composés non aromatiques, plus de 85 % des composés non aromatiques étaient de type paraffinique. Cela montre l'élimination substantielle des composés naphténiques, réalisée par le cracking catalytique. Enfin, après le contact avec solvant, le raffinat était de nouveau analysé et on trouvait que la teneur en composés aromatiques était réduite à
<EMI ID=13.1>
Deux points particulièrement importants doivent être considérés des résultats précédentso D'abord, l'opération d'extraction au phénol donnait une production d'huile lubrifiante finale d'environ 67 % par rapport à la teneur en composés non aromatiques de l'huile soumise à l'extraction au phénol. En second lieu, l'extraction du phénol effectuée n'était pas réalisée jusqu'à enlèvement complet des composés aromatiques de sorte que, par une opération d'extraction un peu plus rigoureuse, un plus important enlèvement de composés aromatiques aurait pu être réalisé, en donnant un produit à indice de viscosité plus élevé. Ceci était démontré par ségrégation de la portion non aromatique du raffinat par un traitement avec un gel de silice, après quoi on dé-terminait que cette portion avait un indice de viscosité de 119.
Comme autre exemple encore pour montrer les avantages du procédé de la présente invention, les considérations ci-après sont développées.
Un gasoil ordinaire à point d'ébullition élevé, bouillant dans la gamme d'environ 700[deg.] à 1100[deg.]F, peut contenir environ 23 % d'hydrocarbures aromatiques, et 20 % d'hydrocarbures naphténiques. Une telle huile a un indice de viscosité d'environ 65 seulement et ne serait pas considérée comme une bonne matière d'alimentation pour être soumise au traitement en vue de la production d'huiles lubrifiantes de viscosité élevée. Pour démontrer cela, lors du traitement au phénol d'un gasoil de ce type à 150[deg.]F, en utilisant du
<EMI ID=14.1>
en réalisant la mise en contact dans une tour contenant quatre étages de contact théoriques, les résultats suivants peuvent être atteints.
<EMI ID=15.1>
En se référant à ce tableau, il devrait être noté que les indices de viscosité donnés sont pour le raffinat traité au phénol, non libéré de la cire.
Suivant la teneur en cire du raffinat traité, une opération d'enlèvement de cire abaisserait les indices de viscosité rapportés, de 10 à 30 unités. Il est apparent de ces résultats qu'un traitement au phénol d'un tel gasoil ne serait pas intéressant pour la production d'une huile lubrifiante de qualité élevée. Ceci est particulièrement vrai puisqu'un traitement au phénol d'environ 200 % est le traitement à pourcentage maximum employé dans les opérations industrielles pratiques.
Par contraste, cependant, si le gasoil en cause est soumis au procédé de la présente invention, nécessitant le cracking catalytique de cette huile et le fractionnement de la portion bouillant dans la gamme de
7000 à 1100[deg.]F, on peut obtenir les résultats ci-après de traitement au phénol, en utilisant les conditions de l'exemple précédent.
<EMI ID=16.1>
On notera de ce tableau que, dans le traitement au phénol du gasoil craqué catalytiquement, on peut arriver à un produit à indice de viscosité beaucoup plus élevé. Dans ce cas, un traitement au phénol de 50 ou
60 % seulement est nécessaire pour donner une huile lubrifiante ayant un indice de viscosité de 110, par comparaison avec le traitement à 300 % requis dans le traitement du gasoil vierge. En plus de cela, on obtient un rendement un peu meilleure Du fait qu'une grande partie du coût d'une installation industrielle dépend de l'importance du traitement appliqué, de grandes économies dans le traitement au phénol pour réaliser une huile lubrifiante de qualité donnée sont ainsi rendues possibles.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de production d'une huile lubrifiante, comprenant les phases suivantes: cracking catalytique d'une alimentation de gasoil bouillant dans la gamme d'environ 650[deg.] à 1100[deg.]F, fractionnement d'une fraction d'huile provenant des produits craqués, bouillant dans la gamme d'environ 700[deg.] à 1100[deg.]F, et ensuite enlèvement sélectif des composés aromatiques hors de ladite fraction, grâce à quoi on obtient une huile lubrifiante à indice de viscosité élevé.