BE1017381A3 - Werkwijze voor het beschermen van olie tegen oxidatie. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het beschermen van olie tegen oxidatie met behulp van anti-oxidantia, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze in hoofdzaak bestaat in het immobiliseren van de anti-oxidantia (A) op een drager (6) en het in contact brengen van de te beschermen olie met de ge´mmobiliseerde anti-oxidantia (A).

Description

Werkwijze voor het beschermen van olie tegen oxidatie.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het beschermen van olie, in het bijzonder compressorolie, tegen oxidatie.

Oxidatie komt voor wanneer oliën aangetast worden door zuurstof. Het proces wordt versneld door de aanwezigheid van warmte, licht, metaalkatalysatoren, water, zuren of vast contaminaties.

De oxidatie van bepaalde componenten in compressorolie of smeerolie verloopt via een radicalair ketenmechanisme. De initiële oxidatieproducten zijn peroxides die daarna verder reageren ter vorming van ketonen/aldehydes, alcoholen en uiteindelijk carbonzuren. De aanwezigheid van carbonzuren geeft aanleiding tot corrosie, waarbij metalen van oppervlakken die met de olie in contact zijn in de smeerolie terechtkomen.

Zoals bekend, resulteert de oxidatie van olie in een wijziging van de samenstelling van deze olie. In het geval van compressorolie uit die wijziging zich in een polymerisatie met vorming van componenten met een hoger moleculair gewicht, waardoor de viscositeit van de olie toeneemt. Daarnaast worden ook componenten gevormd die niet meer oplosbaar zijn in de olie, hetgeen resulteert in de vorming van afzettingen (organic sludge). Ook een verzuring van de olie wordt waargenomen.

Een gevolg van de voornoemde wijziging in de samenstelling van de smeer- of compressorolie is dat de olie haar capaciteit voor smering, warmteafvoer en corrosiebescherming verliest, zodat bij het overschrijden van bepaalde viscositeit en/of verzuring, de olie dient vervangen te worden. Daarom is het algemeen gangbaar om de viscositeit en de verzuring van de olie op te volgen door viscositeitsbepaling en meting van het zuurgetal (Total Acid Number).

Het is bekend dat de accumulatie van zuren in de olie kan worden tegengegaan door toevoeging van neutraliserende stoffen. Dit zijn basische componenten die de zuren tot een bepaalde capaciteit kunnen neutraliseren. Deze basische componenten kunnen onder vorm van additieven aan de olie worden toegevoegd, waardoor de olie een basisch karakter krijgt. Het basisch karakter van de olie kan worden opgevolgd door het bepalen van het basegetal (Total Base Number). Het basegetal daalt bij een toenemende verzuring van de olie, en wordt opgevolgd om de resterende base-capaciteit te controleren.

Er zijn ook zuurneutraliserende filters die zuren kunnen capteren. Voorbeelden hiervan zijn de "acid filter" van gulfcoast filters en - meer specifiek voor compressor-installaties - "acid absorbing filters" - zoals beschreven in EP-A-1.669.607 en de "Compressor Oil Purifier" beschreven in een brochure van Fluid Metrics LLC die op 5 december 2006 kon worden gedownloaded op http://www.fluidMetrics.com/Fluid%20Metrics%2OCOP.pdf.

Het capteren van zuren heeft weliswaar een beschermende werking tegen de nadelige effecten van verzuring, maar zulke filter capteert enkel de gevormde zuren nadat ze door oxidatie tot stand gekomen zijn.

Een nadeel van deze bekende werkwijze is dus dat de oxidatie zelf op dat ogenblik reeds gebeurd is. De filter onderdrukt dus de gevolgen van de oxidatie, maar grijpt niet in op de initiatie.

Ook filtersystemen zoals beschreven door PuraDYN die gebruik maken van zogenaamde "time-released TBN-additives" zijn erop gericht de reeds gevormde oxidatieproducten te neutraliseren.

Teneinde de oxidatie van olie tegen te gaan, is het bekend zogenaamde anti-oxidantia in de olie op te lossen.

Anti-oxidantia, zowel natuurlijke als synthetische, zijn stoffen die een propagatie van de oxidatiereactie verhinderen doordat zij bijvoorbeeld vrije radicalen en peroxiden binden of afbreken, en ze zijn aanwezig in zowat alle industriële smeermiddelen om hun thermo-oxidatieve eigenschappen te verbeteren.

Tijdens het gebruik in hun functie - meer specifiek in de compressorolie - worden de anti-oxidanten opgebruikt tijdens hun beschermende werking tot een kritisch niveau vanaf waaronder de olie versneld begint te degraderen en polymeriseren. Dit punt bepaalt, naar oxidatie toe, het einde van de levensduur van de olie.

Voorbeelden van bekende anti-oxidantia in compressorolie zijn onder andere: sterisch gehinderde fenol anti-oxidantia; secundaire aromatische amine anti-oxidantia; zwavelhoudende fenol anti-oxidantia; fosforhoudende anti-oxidantia; hydroxylamines, organische fosforverbindingen, sterisch gehinderde amines, enz.

Een goede levensduur van de olie bekomen is een kwestie van een goede combinatie van basisproduct en samenstelling van additiefpakket waarbij anti-oxidanten afzonderlijk of in synergetische combinatie zorgen voor een verbeterde levensduur van de olie.

Een nadeel van de bekende werkwijze is dat de hoeveelheid anti-oxidantia die aan de olie kan toegevoegd worden relatief beperkt is omwille van oplosbaarheid of invloed op andere eigenschappen van de olie. Ook de oplosbaarheid van derivaten van anti-oxidantia die hun werking hebben verloren kan zulke beperking opleggen.

Een bijkomend nadeel is dat sommige additieven kunnen vervluchtigen en in de compressor-toepassing met de luchtstroom meegesleurd worden, waardoor de hoeveelheid beschikbaar anti-oxidant in de olie vermindert en alzo de levensduur van de olie verkort wordt. Dit effect kan voor sommige additieven versneld worden wanneer vocht in de lucht aanwezig is.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een werkwijze voor het beschermen van olie tegen oxidatie met behulp van anti-oxidantia, welke werkwijze in hoofdzaak bestaat in het immobiliseren van anti-oxidantia op een drager en het in contact brengen van de te beschermen olie met de geïmmobiliseerde anti-oxidantia.

Een voordeel van de huidige uitvinding is dat een relatief grote hoeveelheid anti-oxidantia in contact kan worden gebracht met de te beschermen olie, zonder dat in de olie een neerslag ontstaat van niet-opgeloste anti-oxidantia of van derivaten van anti-oxidantia die hun werking hebben verloren.

Een bijkomend voordeel is dat anti-oxidantia niet door vervluchtiging uit de olie verdwijnen, daar ze op een drager-materiaal vastzitten.

Nog een voordeel is dat de drager indien wenselijk kan worden vervangen door een nieuwe drager met nieuwe anti-oxidantia of dat de drager kan worden "herladen", zonder dat de te beschermen olie moet worden vervangen.

Bij voorkeur wordt de te beschermen olie over of doorheen de drager gecirculeerd, zodat de volledige hoeveelheid olie op regelmatige tijdstippen in contact komt met de anti-oxidantia op de drager.

Bij voorkeur wordt deze beschermende drager op een plaats in het syteem gebracht waar de olie het warmst is, vermits daar de reactie het snelst verloopt en verhindering van oxidatie op die plaats het belangrijkst is.

Nog bij voorkeur bestaat de drager uit een filtermateriaal of dergelijke met een relatief groot contactoppervlak, zodat het contact tussen de te beschermen olie en de geïmmobiliseerde anti-oxidantia wordt vergroot.

Het filtermateriaal kan een metaal zijn of een kunststof of een keramisch materiaal, of elk ander materiaal dat een geschikte geometrie toelaat, dat compatibel is met de olie en dat geschikt is als drager voor anti-oxidant moleculen.

Een groot specifiek contactoppervlak kan bekomen worden doordat het gebruikte materiaal poreus is of doordat een geometrie bekomen wordt via sintering, weef-patroon, hoiningraatstructuur, enz.

Tot slot wordt opgemerkt dat onder de bewoording "de geïmmobiliseerde anti-oxidantia" niet enkel anti-oxidantia dienen te worden verstaan die onomkeerbaar op de drager zijn gebonden, maar dat daarmee tevens anti-oxidantia worden bedoeld die omkeerbaar op de drager zijn gebonden en langzaam van deze drager kunnen worden vrijgesteld.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, worden hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende werkwijzen volgens de uitvinding beschreven voor het beschermen van olie tegen oxidatie, met verwijzing naar de bijgaande figuren, waarin: figuur 1 schematisch een olie-geïnjecteerde compressor weergeeft met bijhorend oliecircuit; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 door F2 is aangeduid; figuur 3 disproportioneel en op een moleculaire schaal een zicht weergeeft volgens pijl F3 in figuur 2.

In de hiernavolgende beschrijving van een voorkeurdragende werkwijze volgens de uitvinding wordt een specifiek voorbeeld uitgewerkt voor het tegen oxidatie beschermen van olie die in een compressor wordt geïnjecteerd.

Compressorolie vervult in hoofdzaak drie functies. Een eerste functie is het smeren van bewegende componenten, een tweede functie is het afvoeren van warmte die ontstaat tijdens de werking van de compressor en een derde functie is het afdichten van de speling tussen de bewegende delen van de compressor.

In het geval van luchtcompressoren is het duidelijk dat de compressorolie tijdens de werking van de compressor steeds in contact is met lucht, hetgeen de oxidatie van de compressorolie in de hand werkt. Ook de warmte die tijdens het compressie-proces ontwikkeld wordt versnelt de oxidatie.

In figuur 1 is schematisch een olie-geïnjecteerde compressor 1 weergegeven met een bijhorend oliecircuit 2, waarin, zoals bekend, een inrichting 3 voor het scheiden van olie uit lucht, een oliekoeler 4 en een oliefilter 5 zijn aangebracht.

Volgens de uitvinding is in het oliecircuit 2 een drager 6 voorzien die een oppervlak vertoont dat in contact kan treden met de olie en waarop, zoals is weergegeven in figuur 3, anti-oxidantia A zijn geïmmobiliseerd.

Zoals is weergegeven in figuur 2 bestaat de drager 6 in dit geval uit een hoeveelheid partikels die tussen twee eindplaten 7 in een kolom 8 zijn opeengepakt.

Het oppervlak van de partikels 6 is volgens deze uitvoeringsvorm voorzien van reactieve groepen, zoals hydroxylgroepen waarop de anti-oxidantia A chemisch gebonden kunnen worden.

Het voorzien van dergelijke reactieve groepen op het oppervlak van de partikels 6 kan onder meer worden bekomen door een geschikte silanisatie.

Het is duidelijk dat de anti-oxidantia A een functionele groep X dienen te bevatten die toelaat deze anti-oxidantia te binden op het oppervlak van de voornoemde partikels 6, waarbij de bekomen binding van die aard moet zijn dat de anti-oxidatieve activiteit van het anti-oxidantia A behouden blijft.

Voorbeelden van anti-oxidantia A die kunnen worden toegepast zijn, sterisch gehinderde fenol anti-oxidantia; secundaire aromatische amine anti-oxidantia; zwavelhoudende fenol anti-oxidantia; fosforhoudende anti-oxidantia; organische sulfiden; disulfiden; polysulfiden; en dergelijke.

De voornoemde sterisch gehinderde fenolen voldoen bij voorkeur aan de hiernavolgende chemische structuur, waarbij Ri en 1½ groepen zijn die een sterische hindering vormen voor een binding van een molecule met de functionele hydroxylgroep en waarbij X een functionele groep voorstelt die toelaat de anti-oxidant te binden aan het oppervlak van de partikels 6.

OH

Ru JL ^R-2

TT

X

Ri en R2 gelijk kunnen zijn, en staan voor onder andere: tertbutyl; isopropyl; styryl, of ze kunnen verschillend zijn, zoals bijvoorbeeld methyl en tertbutyl; tertbutyl en waterstof; en/of methyl en styryl.

Opgemerkt wordt dat ook methyl-gebonden alkylfenolen kunnen worden toegepast als anti-oxidantia, zoals bijvoorbeeld: 4,4'-methylenebis(6-tert-butyl-o-cresol); 4,4'-methylenebis(2-tert-amyl-o-cresol); 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylfenol); en/of 4,4'-methylenebis(2,6-tert-butylfenol), welke methyl-gebonden alkylfenolen al dan niet dienen te worden voorzien van een functionele groep die toelaat deze moleculen te binden aan het oppervlak van de voornoemde partikels 6.

De voornoemde secundaire aromatische amine anti-oxidantia voldoen bij voorkeur aan de hiernavolgende chemische formule, waarin R3 een bij voorkeur vertakte alkylgroep voorstelt met 8 tot 12, en beter met 8 of 9, C-atomen en waarin R4 staat voor waterstof of voor een bij voorkeur vertakte alkyl- of aralkylgroep met 8 tot 12, en beter met 8 of 9 C-atomen.

Opgemerkt wordt dat op het oppervlak van de voornoemde partikels 6 bij voorkeur verschillende types anti-oxidantia worden aangebracht.

Verder is het duidelijk dat de voornoemde drager 6 niet noodzakelijk dient te worden gevormd door partikels of andere onderdelen van een oliefilter, maar eveneens kan bestaan uit een schuim, een buisstructuur, een honingraatstructuur of dergelijke waarop anti-oxidantia A zijn gebonden.

De drager 6 wordt bij voorkeur voorzien tussen de uitlaat van de compressor 1 en de oliekoeler 4, aangezien in dit gedeelte van het oliecircuit 2 de olie het warmst is en bijgevolg het gevoeligst is aan oxidatie.

In de weergegeven uitvoeringsvorm is de drager 6 voorzien tussen de inrichting 3 voor het scheiden van olie uit lucht en de oliekoeler 4. Het is echter duidelijk dat de drager 6 eveneens tussen de uitlaat van de compressor 1 en de inrichting 3 voor het scheiden van olie uit lucht kan worden voorzien of tussen de oliekoeler 4 en de inlaat voor olie van de compressor 1.

Nog een andere mogelijkheid is de drager 6 en de voornoemde oliefilter 5 in elkaar te integreren en eendelig uit te voeren.

De werkwijze volgens de uitvinding is eenvoudig en als volgt.

Minstens tijdens de werking van de compressor 1 wordt de drager 6 met de anti-oxidantia in het voornoemd oliecircuit 2 aangebracht en wordt de olie langs of doorheen de drager 6 gecirculeerd.

Door de structuur van de drager 6, wordt hierbij een groot contactoppervlak bekomen tussen de olie en de drager 6, waardoor de olie in contact komt met een grote hoeveelheid geïmmobiliseerde anti-oxidantia A die vrije radicalen uit de olie binden en/of die in de olie aanwezige peroxiden afbreken.

Het verwijderen van de radicalen en peroxiden uit de olie resulteert in een sterke vertraging van de oxidatie van de olie, waardoor deze olie gedurende een langere periode zijn oorspronkelijke eigenschappen behoudt en geschikt blijft als compressorolie of dergelijke.

Na verloop van tijd, wanneer verwacht wordt dat de anti-oxidantia A hun werking kunnen beginnen te verliezen, volstaat het de drager 6 te vervangen door een drager 6 waarop nieuwe anti-oxidantia A zijn gebonden, waardoor de anti-oxidatieve werking niet verloren gaat.

Een voordeel van de huidige uitvinding is dat de oxidatie van de olie langer kan worden uitgesteld dan wanneer enkel anti-oxidantia A van op voorhand zijn opgelost in de olie, waardoor de levensduur van de olie wordt verlengd.

Opgemerkt wordt dat sommige anti-oxidantia ook een basisch karakter vertonen en kunnen reageren met zuurcomponenten die ontstaan door oxidatie van de olie. Hoewel deze functie van de anti-oxidantia nuttig is, is het tegengaan van de verzuring van de olie met zulke anti-oxidantia ondergeschikt aan het voorkomen van oxidatie van de olie.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de hierboven beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een werkwijze volgens de uitvinding voor het beschermen van olie tegen oxidatie kan volgens verscheidene varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het beschermen van olie tegen oxidatie met behulp van anti-oxidantia, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze in hoofdzaak bestaat in het immobiliseren van de anti-oxidantia (A) op een drager (6) en het in contact brengen van de te beschermen olie met de geïmmobiliseerde anti-oxidantia (A).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de te beschermen olie over of doorheen de voornoemde drager (6) wordt gecirculeerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de te beschermen olie compressorolie is en dat de compressorolie in contact wordt gebracht met de drager (6) alvorens de olie te koelen.

4. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde drager (6) bestaat uit een filtermateriaal.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de anti-oxidantia (A) zijn gekozen uit de volgende groep: sterisch gehinderde fenol anti-oxidantia; secundaire aromatische amine anti-oxidantia; zwavelhoudende fenol anti-oxidantia; fosforhoudende anti-oxidantia; organische sulfiden; disulfiden; polysulfiden; en dergelijke.

6. Drager daardoor gekenmerkt dat deze een contactoppervlak bevat waarop anti-oxidantia (A) zijn geïmmobiliseerd.

7. Drager volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde 'anti-oxidantia (A) zijn gekozen uit de volgende groep: sterisch gehinderde fenol anti-oxidantia; secundaire aromatische amine anti- oxidantia; zwavelhoudende fenol anti-oxidantia; fosforhoudende anti-oxidantia; organische sulfiden; disulfiden; polysulfiden; en dergelijke.

8. Drager volgens één van de conclusies 6 of 7, daardoor gekenmerkt dat hij bestaat uit een filtermateriaal.

9. Oliecircuit van een luchtcompressor, waarin minstens een inrichting (3) voor het scheiden van olie uit lucht en een oliekoeler (4) zijn voorzien, daardoor gekenmerkt dat in het oliecircuit (2) een drager (6) is voorzien volgens één van de conclusies 6 tot 8.

10. Oliecircuit volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde drager in het oliecircuit (2) is aangebracht tussen een uitlaat van de compressor (1) en de oliekoeler (4) .