СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВЫ НИЗКОЗАСТЫВАЮЩЕГО СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО МАСЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C10M105/06 C07C2/68 

Изобретение относится к области получения синтетических моторных смазочных масел, а именно к получению основы низкозастывающего синтетического моторного масла, пригодного для всесезонного использования.

Известен способ получения основы синтетического моторного масла путем алкилирования бензола фракцией альфа-олефинов с температурой кипения 180-240°С при повышенной температуре до 50°С в присутствии катализаторного комплекса на основе хлорида алюминия в периодическом реакторе. Кинематическая вязкость полученной основы синтетического моторного масла при 100°С составляет 7,87 мм ²/с. (Мамедьяров М.Н. - Химия синтетических масел. Л.: Химия, 1989, с.50-63). Полученный продукт не может быть применен в качестве основы всесезонного низкозастывающего синтетического моторного масла из-за несоответствия вязкостно-температурным характеристикам, предъявляемых моторостроительной промышленностью к основам всесезонного низкозастывающего синтетического масла: кинематическая вязкость 6-7 мм ²/с при 100°С, индекс вязкости не ниже 125, температура застывания не выше 55°С, температура вспышки в открытом тигле не ниже 200°С.

Известен способ совместного получения линейных алкилбензолов и синтетических масел, в котором проводят алкилирование бензола альфа-олефинами в присутствии катализаторного комплекса на основе хлорида алюминия и дальнейшее разделение продуктов алкилирования бензола с получением линейных алкилбензолов и синтетического масла. При этом в качестве олефинов используют смесь индивидуальных олефинов С₁₀ и С₁₂, взятых в массовом соотношении 1:3-3,67, и процесс проводят при молярных соотношениях бензол: альфа-олефины = 1-8,2:1 до достижения массового соотношения линейные алкилбензолы с молярной массой 234-242:масло = 1:0,29-3,9 (заявка РФ №2002105323/04(005447) от 27.02.02). Получаемое синтетическое масло имеет широкий диапазон кинематической вязкости 3,8-9,5 мм²/с при 100°С, температуру вспышки не ниже 190°С.

Полученный продукт также не может быть применен в качестве основы всесезонного низкозастывающего синтетического моторного масла из-за несоответствия вышеуказанным вязкостно-температурным характеристикам, предъявляемым моторостроительной промышленностью.

Известен способ получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла путем алкилирования бензола альфа-олефинами при повышенной температуре в присутствии катализаторного комплекса на основе хлорида алюминия, где в качестве альфа-олефинов используют C₈-C₁₀ фракцию альфа-олефинов и процесс проводят при молярных соотношениях бензол: альфа-олефины 0,65-0,8:1 и хлорид алюминия: альфа-олефины 0,0055-0,0110:1 (патент РФ №2019560, опубл. 1994 г.). Конверсия (степень превращения) бензола составляет 61.4%.

Известна установка для получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, содержащая последовательно расположенные реактор для алкилирования бензола альфа-олефинами, узел отмывки продуктов алкилирования от катализаторного комплекса и ректификационную колонну для выделения целевого продукта (там же). Реактор снабжен перемешивающим устройством и выполнен двухступенчатым, состоящим из двух последовательно расположенных реакторов. В реакторе применяют каталитический комплекс, содержащий толуол, хлористый алюминий и воду, взятые в молярном соотношении: 1:0,31:0,5885. Установка работает в непрерывном режиме.

Однако следует отметить, что данный способ и установка для его осуществления используют в качестве алкилирующего агента “узкую” фракцию альфа-олефинов C₈-С₁₀ строго определенного соотношения, что получить практически сложно, и в силу этого фракция и получаемая основа дорогостоящие. Конверсия (степень превращения) бензола невысока (61,4%) и вследствие этого невысок выход целевого продукта - основы низкозастывающего синтетического моторного масла.

В основу изобретения положена задача создать способ получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла и установку для его осуществления, которые повысили бы конверсию (степень превращения) алкилируемого бензола, увеличили выход целевого продукта и расширили применяемую алкилирующую фракцию альфа-олефинов.

Эта задача решается тем, что в способе получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, включающем алкилирование бензола альфа-олефинами в присутствии катализаторного комплекса в непрерывном режиме при повышенной температуре, нейтрализацию и отмывку алкилата от катализаторного комплекса и последующее выделение из него целевого продукта ректификацией, в качестве альфа-олефинов применяют фракцию С₈-С₁₄, причем перед алкилированием бензол и альфа-олефины смешивают и азеотропно осушают, ректификацию проводят по крайней мере в две стадии при этом температура куба любой стадии одинакова и равна температуре кипения альфа-олефинов, а давление ректификации каждой последующей стадии ниже давления предыдущей стадии, и алкилирование осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас. %: бензол - 20-25, альфа-олефины - 70-80, катализаторный комплекс - 1,5-2.

Целесообразно применять катализаторный комплекс, содержащий хлористый алюминий, хлористый водород и толуол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: хлористый алюминий - 24-35, хлористый водород - 5-8, толуол - остальное.

Кроме того, в качестве фракции С₈-С₁₄ может быть использован выход с установки олигомеризации этилена.

Целесообразно алкилирование осуществлять при температуре 45-60°С, атмосферном давлении.

Кроме того, целесообразно проводить ректификацию в две стадии, причем на первой стадии ректификацию проводить при давлении 160-200 мм рт. ст., а на второй стадии - при давлении 20-60 мм рт. ст.

Эта задача решается также тем, что установка для получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, содержащая два последовательно расположенных реактора смешения для алкилирования бензола альфа-олефинами и узел ректификации для выделения целевого продукта из алкилата, содержит колонну азеотропной осушки бензола и альфа-олефинов, на вход которой подается смесь бензола и альфа-олефинов, а кубовый выход которой соединен со входом первого реактора смешения, холодильник, вход которого соединен с выходом в верхней части колонны азеотропной осушки, отстойную емкость, вход которой соединен с выходом холодильника, один выход которой служит для отвода отстоенной воды, а другой выход соединен с зоной орошения колонны азеотропной осушки, емкость для отстоя алкилата, вход которой соединен с выходом второго реактора смешения, смеситель для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса, вход которого соединен с выходом для вывода отстоенного алкилата из емкости для отстоя алкилата, смеситель для отмывки катализаторного комплекса, вход которого соединен с выходом для вывода нейтрализованного алкилата из смесителя для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса, узел ректификации содержит вакуумную ректификационную колонну для отгонки бензола из алкилата, вход которой является входом узла ректификации и соединен с выходом для вывода отмытого алкилата смесителя для отмывки катализаторного комплекса, выход с верха которой через холодильник соединен с ее зоной орошения в верхней части, вакуумную ректификационную колонну для отбора целевого продукта, вход которой соединен с кубом вакуумной ректификационной колоны для отгонки бензола из алкилата, выход с верха которой соединен через холодильник с ее зоной орошения верхней части, а выход с куба которой служит для отбора целевого продукта.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображена принципиальная технологическая схема установки для получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла согласно изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения.

Способ получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла осуществляют следующим образом.

Бензол и альфа-олефины смешивают и азеотропно осушают. Осушенную смесь бензола и альфа-олефинов алкилируют в присутствии катализаторного комплекса при температуре 45-60°С и атмосферном давлении в течение 50-70 минут. Катализаторный комплекс содержит хлористый алюминий, хлористый водород и толуол при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: хлористый алюминий - 24-35, хлористый водород - 5-8, толуол - остальное. В качестве альфа-олефинов применяют фракцию С₈-С₁₄. В качестве фракции С₈-С₁₄ может быть использован выход с установки олигомеризации этилена.

Алкилирование осуществляют в непрерывном режиме при следующем соотношении расхода компонетов, мас.%: бензол - 20-25, альфа-олефины - 70-80, катализаторный комплекс - 1.5-2. При алкилировании для улучшения контактирования бензол, альфа-олефины и катализаторный комплекс непрерывно перемешивают. Полученный алкилат очищают от катализаторного комплекса, для чего его сначала отстаивают, а затем последовательно промывают сначала раствором щелочи, а затем обессоленной водой. Затем из очищенного алкилата выделяют целевой продукт ректификацией. Ректификацию проводят при пониженном давлении по крайней мере в две стадии, при этом температура куба любой стадии одинакова и равна температуре кипения альфа-олефинов, а давление ректификации каждой последующей стадии ниже давления предыдущей стадии.

Для осуществления способа согласно изобретению применяют установку для получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, которая содержит колонну 1 азеотропной осушки, на вход которой по трубопроводу 2 подают смесь бензола и альфа-олефинов. Верхняя часть колонны 1 трубопроводом 3 соединена через холодильник 4 со входом емкости 5 для отстоя воды из сконденсированных паров, отбираемых с верха колонны 1, и имеющей выход, который служит для отвода отстоенной воды, а другой выход соединен трубопроводом 6 с зоной орошения колонны 1 азеотропной осушки.

Установка содержит также реактор 8 смешения, один вход которого соединен трубопроводом 9 с кубом колонны 1, а на другой вход 7 насосом (на чертеже не показан) подают катализаторный комплекс, реактор 10 смешения вход которого соединен трубопроводом 11 с выходом реактора 8, емкость 12 для отстоя алкилата, вход которой соединен трубопроводом 13 с выходом реактора 10, смеситель 14 для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса, вход которого соединен трубопроводом 15 с выходом для вывода отстоенного алкилата из емкости 12 для отстоя алкилата, смеситель 16 для отмывки катализаторного комплекса, вход которого соединен трубопроводом 17 с выходом для вывода нейтрализованного алкилата из смесителя 14 для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса.

Согласно изобретению установка содержит узел ректификации, который содержит вакуумную ректификационную колонну 18 для отгонки бензола из алкилата, вход которой является входом узла ректификации и соединен трубопроводом 19 с выходом для вывода отмытого алкилата смесителя 16 для отмывки катализаторного комплекса, а выход с верха соединен трубопроводом 20 через холодильник 21 со входом емкости 22 для отстоя воды из сконденсированных паров, отбираемых с верха колонны 1, и имеющей выход, которой служит для отвода отстоенной воды, а другой выход соединен трубопроводом 23 с ее зоной орошения и трубопроводом 24 со входом колонны 1 азеотропной осушки, вакуумную ректификационную колонну 25 для отбора целевого продукта, вход которой соединен трубопроводом 26 с кубом вакуумной ректификационной колонны 18, выход с верха соединен трубопроводом 27 через холодильник 28 со входом емкости 29 для сбора конденсата, выход которой трубопроводом 30 соединен с ее зоной орошения, а выход с куба которой служит для отбора целевого продукта.

Установка работает следующим образом.

Бензол и альфа-олефины в непрерывном режиме по трубопроводу 2 поступают в колонну 1 азеотропной осушки, где нагреваются. Паровой поток, содержащий пары бензола и водяной пар, отбираемый с верха колонны 1, проходит по трубопроводу 3 в холодильник 4, где охлаждается и образовавшийся конденсат поступает в емкость 5 для отстоя воды. Вода отводится в дренаж, а бензол по трубопроводу 6 возвращается в колонну 1 в виде флегмы в зону орошения. Кубовый остаток по трубопроводу 9 поступает на вход реактора 8 смешения, на другой вход 7 которого в непрерывном режиме поступает катализаторный комплекс. С выхода реактора 8 промежуточный продукт алкилирования и катализаторный комплекс поступают на вход реактора 10 смешения. Катализаторный комплекс, непрерывно смешиваясь со смесью бензола и альфа-олефинов, обеспечивает физико-химические условия для алкилирования бензола. Полученный алкилат в смеси с каталитическим комплексом по трубопроводу 13 с выхода реактора 10 поступает в емкость 12 для отстоя. Осевший каталитический комплекс отводится в дренаж, а отстоенный алкилат по трубопроводу 15 поступает в смеситель 14 для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса. Нейтрализованный алкилат по трубопроводу 17 поступает в смеситель 16 для отмывки обессоленной водой нейтрализованного катализаторного комплекса от алкилата. Отстоенный, нейтрализованный и отмытый алкилат с выхода смесителя 16 по трубопроводу 19 поступает на вход вакуумной ректификационной колонны 18. Паровой поток с верхнего выхода колонны 18 проходит по трубопроводу 20 в холодильник 21, где охлаждается и образовавшийся конденсат поступает в емкость 22 для отстоя воды, откуда вода отводится в дренаж, часть сконденсированного бензола по трубопроводу 23 возвращается в колонну 22 в виде флегмы в зону орошения, а другая часть сконденсированного бензола по трубопроводу 24 поступает на вход колонны 1 азеотропной осушки через питательный трубопровод 2. Кубовая жидкость вакуумной ректификационной колонны 18 поступает в вакуумную ректификационную колонну 25. Паровой поток с верхнего выхода колонны 25 проходит по трубопроводу 27 в холодильник 28, где охлаждается и образовавшийся конденсат поступает в емкость 29, откуда часть конденсата возвращается в колонну 25, а другая часть отводится. Кубовая жидкость вакуумной ректификационной колонны 25 отбирается и представляет собой целевой продукт - основу низкозастывающего синтетического моторного масла.

Пример конкретного выполнения.

Способ осуществляют на установке согласно изобретению. На вход колонны 1 азеотропной осушки поступают бензол и альфа-олефины в виде фракции C₈-С₁₄ с выхода установки олигомеризации этилена в количестве 20000 кг/ч и 75000 кг/ч соответственно. Азеотропную осушку проводят при атмосферном давлении, температуре куба 145°С и температуре верха 80°С. Кубовый остаток колонны и катализаторный комплекс поступают в реактор 8 смешения. Применяют катализаторный комплекс, содержащий хлористый алюминий, хлористый водород и толуол при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлористый алюминий - 30, хлористый водород - 6, толуол - остальное. Катализаторный комплекс поступает в количестве 2000 кг/ч, что по расчету на исходные бензол и альфа-олефины, составляет, мас. %: бензол - 22, альфа-олефины - 76, катализаторный комплекс - 2. Процесс алкилирования проводят при атмосферном давлении и температуре 47°С в обоих реакторах.

Согласно изобретению полученный алкилат отстаивали, подвергали щелочной нейтрализации, отмывали обессоленной водой и подавали последовательно в вакуумную ректификационную колонну для отгонки бензола из алкилата, имеющую в кубе давление 180 мм рт. ст. и температуру 245°С, равную температуре кипения фракции альфа-олефинов, из которой кубовую жидкость подавали в вакуумную ректификационную колонну для отбора целевого продукта, имеющую в кубе давление 50 мм рт.ст и температуру 245°С. При осуществлении способа на установке согласно изобретению получили основу низкозастывающего синтетического моторного масла с характеристиками: кинематическая вязкость 6,7 мм ²/с при 100°С, индекс вязкости 128, температура застывания - 55°С, температура вспышки в открытом тигле 205°С, которые соответствуют вязкостно-температурным характеристикам, предъявляемых моторостроительной промышленностью к вязкостно-температурным свойствам основ всесезонного низкозастывающего синтетического моторного масла, и снижены затраты на ее получение за счет включения в номенклатуру алкилирующего агента дешевой фракции С₈-С₁₄ широкого состава (сумму углеводородов С₈, сумму углеводородов С₁₀, сумму углеводородов C₁₂ и сумму углеводородов С₁₄). Конверсия (степень превращения) бензола - 80%.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для получения основы низкозастывающих моторных масел.

Использование: нефтехимия. Сущность: проводят алкилирование бензола альфа-олефинами в присутствии катализаторного комплекса в непрерывном режиме при повышенной температуре. Алкилат нейтрализуют, отмывают от катализаторного комплекса и выделяют из него целевой продукт ректификацией. При этом в качестве альфа-олефинов применяют фракцию C₈-C₁₄, причем перед алкилированием бензол и альфа-олефины смешивают и азеотропно осушают, ректификацию проводят по крайней мере в две стадии, при этом температура куба любой стадии одинакова и равна температуре кипения альфа-олефинов, а давление ректификации каждой последующей стадии ниже давления предыдущей стадии. Алкилирование осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%: бензол - 20-25, альфа-олефины - 70-80, катализаторный комплекс - 1,5-2. Также описана установка для алкилирования бензола альфа-олефинами. Технический результат: увеличение конверсии алкилируемого бензола и повышение выхода целевого продукта. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, включающий алкилирование бензола альфа-олефинами в присутствии катализаторного комплекса в непрерывном режиме при повышенной температуре, нейтрализацию и отмывку алкилата от катализаторного комплекса и последующее выделение из него целевого продукта ректификацией, отличающийся тем, что в качестве альфа-олефинов применяют фракцию C₈-C₁₄, причем перед алкилированием бензол и альфа-олефины смешивают и азеотропно осушают, ректификацию проводят по крайней мере в две стадии, при этом температура куба любой стадии одинакова и равна температуре кипения альфа-олефинов, а давление ректификации каждой последующей стадии ниже давления предыдущей стадии, а алкилирование осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%: бензол - 20-25, альфа-олефины - 70-80, катализаторный комплекс - 1,5-2.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализаторного комплекса применяют катализаторный комплекс, содержащий хлористый алюминий, хлористый водород и толуол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: хлористый алюминий - 24-35, хлористый водород - 5-8, толуол - остальное.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фракции C₈-C₁₄ применяют выход с установки олигомеризации этилена.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что алкилирование проводят при температуре 45-60°С и атмосферном давлении.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что ректификацию проводят в две стадии, причем на первой стадии ректификацию проводят при давлении 160-200 мм рт. ст., а на второй стадии - при давлении 20-60 мм рт. ст.6. Установка для получения основы низкозастывающего синтетического моторного масла, содержащая два последовательно расположенных реактора смешения для алкилирования бензола альфа-олефинами и узел ректификации для выделения целевого продукта из алкилата, отличающаяся тем, что содержит колонну азеотропной осушки бензола и альфа-олефинов, на вход которой подается смесь бензола и альфа-олефинов, а кубовый выход которой соединен со входом первого реактора смешения, холодильник, вход которого соединен с выходом в верхней части колонны азеотропной осушки, отстойную емкость, вход которой соединен с выходом холодильника, один выход которой служит для отвода отстоенной воды, а другой выход соединен с зоной орошения колонны азеотропной осушки, емкость для отстоя алкилата, вход которой соединен с выходом второго реактора смешения, смеситель для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса, вход которого соединен с выходом для вывода отстоенного алкилата из емкости для отстоя алкилата, смеситель для отмывки катализаторного комплекса, вход которого соединен с выходом для вывода нейтрализованного алкилата из смесителя для щелочной нейтрализации катализаторного комплекса, узел ректификации содержит вакуумную ректификационную колонну для отгонки бензола из алкилата, вход которой является входом узла ректификации и соединен с выходом для вывода отмытого алкилата смесителя для отмывки катализаторного комплекса, выход с верха которой через холодильник соединен с ее зоной орошения в верхней части, вакуумную ректификационную колонну для отбора целевого продукта, вход которой соединен с кубом вакуумной ректификационной колонны для отгонки бензола из алкилата, выход с верха которой соединен через холодильник с ее зоной орошения верхней части, а выход с куба которой служит для отбора целевого продукта.