CN101292303A - 未加抑制剂的电绝缘油 - Google Patents

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Abstract

将在38℃粘度约为50－80SSU、苯胺点约为63℃至84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物混合，制得未加抑制剂的电绝缘油。

Description

未加抑制剂的电绝缘油
技术领域
本发明涉及未加抑制剂的电绝缘油，包括变压器油。
背景
电绝缘油有时通过加入合成氧化抑制剂如二叔丁基对甲酚或二叔丁基苯酚来配制。为了符合某些管辖区域的认证要求，不能使用合成氧化抑制剂。没有使用这类合成抑制剂所配制的油有时称为“未加抑制剂的(uninhibited)”电绝缘油。涉及添加合成抑制剂或未加抑制剂的电绝缘油的参考文献包括美国专利第3,932,267(Lewis等)、4,018,666(Reid等)、4,062,791(Masunaga等‘791)、4,070,297(Masunaga等‘297)、4,082,866(Link)、4,124,489(Reid)、4,125,479(Chesluk等)、4,170,543(Lipscomb，II等)、4,240,917(Pearce，Jr.等)、4,542,246(Matsunaga等‘246)、4,846,962(Yao)、6,355,850 B1(Angelo等)、6,689,872 B2(Kent等)和6,790,386 B2(Fefer等)号，具体产品有SHELL DIALA
Figure A20068003930600041
OILS A & AX电绝缘油(Electrical insulating oil)(来自壳牌公司(Shell Oil Co.)的产品目录)。
发明概述
一方面，本发明提供一种制备未加抑制剂的电绝缘油的方法，该方法包括：将在38℃(100°F)粘度约为50-80SSU、苯胺点约为63℃-84℃(约145°F-180°F)的经过高度氢化处理的(severely hydrotreated)环烷基馏出基础油(naphthenic distillate base oil)与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物混合，得到符合IEC 60296(Ed.3.0 b：2003)、ASTM D 3487(2000)或BS 148：2003中的一种或多种的混合物。
另一方面，本发明提供一种未加抑制剂的电绝缘油，其包含在38℃粘度约为50-80SSU、苯胺点约为63℃-84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出基础油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物的混合物。
另一方面，本发明提供一种电气制品(electrical devices)，其具有密封的外壳，该密封外壳包围着浸在未加抑制剂的电绝缘油中的一个或多个电气装置或导体，所述未加抑制剂的电绝缘油包含在38℃粘度约为50-80SSU、苯胺点约为63℃-84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出基础油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物的混合物。
发明详述
在描述石蜡馏出物时，术语“未氢化的”是指馏出物没有在催化剂存在下经过加氢精制(hydrofinished)、氢化处理(hydrotreated)、氢化(hydrogenated)或者其它的显著提高馏出物氢含量的处理过程。
许多环烷基原油可用于制备所述的基础油。原油经过分馏得到具有合适的闪点、沸程和粘度的馏出物。对于用于变压器的基础油，馏出物的开杯闪点可以高于例如约146℃(295°F)，或者高于约149℃(300°F)。这类基础油的沸程可以在约204℃(400°F)至388℃(730°F)之间。在38℃的粘度约为50-80SSU，例如约55-65SSU。馏出物经过高度氢化处理得到苯胺点约为63°-84℃，例如约71℃-77℃(约160°F-170°F)的基础油。氢化处理的条件优选使用双金属催化剂，采用较低的空速、较高的氢压力和较高的氢消耗。推荐的氢化处理条件如表1所示：
表1
  推荐的范围   优选的范围
  空速，v/v/小时   1或小于1   0.3-1
H2压力   大于6.9MPa(大于1000psig)   10.3-12.4Mpa(1500-1800psig)
温度   300℃-370℃(572°F-698°F)   300℃-370℃(572°F-698°F)
  H2处理率(treat rate)   大于22,650L/桶(大于800SCF/桶)   85,000-17000L/桶(3000-6000SCF/桶)
得到的基础油可例如含有约10-50重量％或约25-40重量％的芳香烃，该含量是通过ASTM D 2007粘土-凝胶分析测量得到的。通过商购可以得到许多合适的基础油，包括从十字油精炼和营销公司(Cross Oil Refining andMarketing，Inc.)得到的L-Series Grade 60、B-Series Grade 60和CROSSTRANSTM 306油；从南尼环烷AB(Nynas Napthenics AB)得到的NYNASNYTEXTM 501油；从圣华金精炼公司(San Joaquin Refining Co.Inc.)得到的HYNAP N60HT油；以及它们的混合物。本身不符合所述的粘度或苯胺点要求的基础油可以相互混合得到符合这些要求的基础油。例如，来自卡柳梅特润滑剂公司(Calumet Lubricants Co.)的HYDROCALTM 38和HYDROCAL 100基础油各自在38℃的粘度分别小于50SSU和大于80SSU，但是可以将它们混合得到在38℃粘度约为50-80SSU的基础油。
经过高度氢化处理的环烷基馏出原油的示例性产品说明示于表2中。
表2
  测试说明   测试方法   值
  粘度，cSt@100℃(212°F)   ASTMD 445/D 341   2.4
  粘度，cSt@40℃(104°F)   ASTMD 445/D 341   9.6
  粘度，SUS@38℃(100°F)   ASTMD 445/D 341   60.0
  粘度，SUS@99℃(210°F)   ASTMD 445/D 341   34.2
  API重力@16℃(60°F)   ASTMD 1250   27.7
  比重@16℃   ASTMD 1298   0.8888
  闪点，℃(°F)   ASTMD 92   154(310)
  颜色   ASTMD 1500   L0.5
  苯胺点，℃(°F)   ASTMD 611   73(163)
  倾点，℃(°F)   ASTMD 5949   -62(-80)
  折射率@20℃(68°F)   ASTMD 1218   1.4849
  硫，重量％   ASTMD 4294   0.016
  芳族物，重量％   ASTMD 2007   30.9
许多石蜡原油可用于制备所述的石蜡馏出物。原油经过分馏得到具有合适闪点、沸程和粘度的馏出物。对于用于变压器的基础油，馏出物的开杯闪点可以例如高于约146℃(295°F)，或者高于约149℃(300°F)。这类基础油的沸程可以例如在约204℃(400°F)至388℃(730°F)之间。在38℃的粘度可以例如小于约100SSU，约为85SSU，或者约为70SSU。馏出物是使用芳族物选择性溶剂在本领域技术人员熟知的处理条件下进行过萃取的。示例性的溶剂包括苯酚、N-羟甲基吡咯烷酮(“NMP”)和糠醛。示例性的处理条件包括温度约为49℃至93℃(约120°-200°F)，溶剂与油的比例约为1∶1至2∶1。使用ASTM D 2007粘土-凝胶分析测量得到萃取物的芳族物含量大于9重量％。例如，芳族物含量约为石蜡馏出物总重量的10-30重量％，或15-30重量％。
应该避免石蜡馏出物的氢化(例如，通过氢化提纯(hydrofining)、加氢精制、氢化处理或其它涉及馏出物与氢化催化剂和氢接触的处理过程)。虽然不想受限于任何理论，但据信氢化处理会除去石蜡馏出物中的天然氧化抑制剂，而这些抑制剂从石蜡馏出物中除去据信会使所述的混合物不太适合作为电绝缘油。
通过商购可以获得许多合适的石蜡馏出物油，例如称为溶剂萃取中性油的油，例如SN100或SN70油。两种示例性的经过溶剂萃取的石蜡馏出物的产品说明示于表3和表4中：
表3
  测试说明   测试方法   值
  粘度，cSt@100℃(212°F)   ASTMD 445/D 341   3.4
  粘度，cSt@40℃(104°F)   ASTMD 445/D 341   15.3
  粘度，SUS@38℃(100°F)   ASTMD 445/D 341   84.0
  粘度，SUS@99℃(210°F)   ASTMD 445/D 341   37.9
  API重力@16℃(60°F)   ASTMD 1250   33.4
  比重@16℃   ASTMD 1298   0.8582
  测试说明   测试方法   值
  闪点，℃(°F)   ASTMD 92   207(405)
  颜色   ASTMD 1500   L0.5
  苯胺点，℃(°F)   ASTMD 611   98(209)
  倾点，℃(°F)   ASTMD 5949   -26(-15)
  折射率@20℃(68°F)   ASTMD 1218   1.4716
  硫，重量％   ASTMD 4294   0.114
  氮   ASTMD 4629   19
  碱性氮   UOP 313   26
  芳族物，重量％   ASTMD 2007   16.7
表4
  测试说明   测试方法   值
  粘度，SUS@38℃(100°F)   ASTMD 445/D 341   106.9
  粘度，SUS@99℃(210°F)   ASTMD 445/D 341   39.9
  API重力@16℃(60°F)   ASTMD 1250   30.6
  比重@16℃   ASTMD 1298   0.8731
  闪点，℃(°F)   ASTMD 92   196(385)
  颜色   ASTMD 1500   L0.5
  苯胺点，℃(°F)   ASTMD 611   97(207)
  倾点，℃(°F)   ASTMD 5949   -37(-35)
  折射率@20℃(68°F)   ASTMD 1218   1.4765
  硫，重量％   ASTMD 4294   0.443
  测试说明   测试方法   值
  氮   ASTMD 4629   14
  碱性氮   UOP 313   21
  芳族物，重量％   ASTMD 2007   27.87
经过高度氢化处理的环烷基基础油和经过溶剂萃取的石蜡馏出物可以任何常规的方式混合，例如将石蜡馏出物作为背混油(blendback oil)加入到环烷基基础油中。基础油和石蜡馏出物可以各种比例混合。本领域技术人员很容易实现选择的混合比例，混合比例部分地取决于选择的油和它们的粘度，以及是否需要符合全部IEC 60296、ASTM D 3487和BS 148：2003规范或仅需要符合其中的一些。例如，当将低粘度基础油和高粘度石蜡馏出物混合时，为了符合IEC 60296规范，与低粘度基础油和低粘度石蜡馏出物混合时相比，基础油的比例必须较大。这至少部分归因于IEC规范中对-30℃低温粘度有较严格的要求。如果仅仅需要符合ASTM D 3487规范(具有0℃低温粘度要求)，则在将不同粘度的环烷基基础油和石蜡馏出物混合时，可以在较宽范围内选择混合比。因此，根据选择的油和所需符合的规范，环烷基基础油与石蜡馏出物的混合比可以高达98/2、95/5或90/10，低至60/40、70/30、75/25或80/20。如果需要，可以向混合物中加入增补剂和其它添加剂。例如，本身不符合所述粘度或苯胺点要求的环烷基基础油和不具有所述的芳族物含量的石蜡馏出物可作为增补剂加入。其它合适的添加剂是本领域技术人员所熟知的，包括倾点阻抑剂、金属钝化剂等。可以使用本领域技术人员熟知的技术对混合物进行干燥、过滤、包封和其它处理。所述混合物可以用于许多本领域技术人员熟知的电气制品中。这类制品通常包含密封的外壳，该密封外壳具有进口，通过该进口可以加入、补充或更换所述的电绝缘油，这类制品还包含一个或多个浸在电绝缘油中的电气装置或导体。典型的电气制品包括变压器、开关、断路器、调节器、控制器、架空电缆和埋设电缆、电源和发动机。
配制需要的混合物以符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003中的一种或多种，如表5所示。在对于某种性质同时列出了ASTM和ISO或IEC测试方法时，ASTM测试方法用于测量与ASTM D 3487规范相关的数值，ISO或IEC测试方法用于测量与IEC 60296和BS 148规范相关的数值：
表5
Figure A20068003930600101
Figure A20068003930600111
通过以下非限制性实施例进一步说明本发明，其中除非另有指示，所有份数和百分数都以重量计。
实施例1-3
将表2所示的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与表3所示的经过溶剂萃取的未氢化石蜡馏出物以95/5(实施例1)、90/10(实施例2)和80/20(实施例3)的混合比例进行混合，制得混合物。实施例1和实施例2的混合物符合IEC 60296、ASTM D 3487和BS 148：2003的要求。实施例3的混合物符合ASTM D 3487的要求，似乎75/25的混合物同样如此。实施例3的混合物符合IEC 60296的氧化稳定性要求(IEC 61125)，但是不符合IEC60296的-30℃粘度要求(ISO 3104)。
实施例4-6
使用实施例1的方法，将表2所示的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与表4所示的经过溶剂萃取的未氢化石蜡馏出物以95/5(实施例4)、90/10(实施例5)和80/20(实施例6)的混合比例进行混合，制得混合物。实施例4和实施例5的混合物符合IEC 60296、ASTM D 3487和BS 148：2003的要求。实施例6的混合物符合ASTM D 3487的要求，似乎75/25的混合物同样如此。实施例6的混合物符合IEC 60296的氧化稳定性要求(IEC61125)，但是不符合IEC 60296的-30℃粘度要求(ISO 3104)。
对比例1
将80份表2所示的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与20份来自皮瑞可公司(Penreco Company)的CONOSOLTM 260油(经过溶剂萃取的氢化的石蜡馏出物，根据ASTM D 2007粘土-凝胶分析含有小于1重量％的芳族物质)混合，制得混合物。该混合物不符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003的要求。
对比例2-3
使用对比例1所述的方法，将表2所示的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与来自尔刚精炼股份有限公司(Ergon Refining，Inc.)的ERGONTMWest Virginia P70N油(氢化的石蜡馏出物，根据ASTM D 2007粘土-凝胶分析含有6.7重量％的芳族物质)以90/10(对比例2)和80/20(对比例3)的混合比例进行混合，制得混合物。该混合物不符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003的要求。
对比例4
使用对比例1所述的方法，将80份表2所示的经过高度氢化处理的环烷基馏出原油与20份来自埃克森美孚公司(Exxon Mobil Corporation)的EXXONTM EHC-30油(经过溶剂萃取的氢化的石蜡馏出物，根据ASTM D2007粘土-凝胶分析含有小于8.58重量％的芳族物质)混合，制得混合物。该混合物不符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003的要求。
对比例5-7
分别测试表2所示的经过高度氢化处理的环烷基基础油(对比例5)和表3所示的经过溶剂萃取的氢化的石蜡馏出物(对比例6)和表4所示的经过溶剂萃取的氢化的石蜡馏出物(对比例7)，观察它们是否符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003的要求。结果它们都不符合这些要求。
对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明范围和精神的情况下，可以进行各种修改和变化。应理解，本发明不受限于上述说明性实施方式。

Claims (22)

1.一种制备未加抑制剂的电绝缘油的方法，该方法包括：将在38℃粘度为50-80SSU、苯胺点为63℃-84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出基础油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物混合，得到符合IEC 60296、ASTM D 3487或BS 148：2003中的一种或多种的混合物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础油在38℃的粘度为55-65SSU。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础油的苯胺点是71℃-77℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础油含有10-50重量％的芳香烃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石蜡馏出物含有10-30重量％的芳香烃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石蜡馏出物含有15-30重量％的芳香烃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础油与石蜡馏出物以98/2至60/4的混合比混合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础油与石蜡馏出物以95/5至75/25的混合比混合。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物符合IEC 60296、ASTM D 3487(2000)和BS 148：2003中的每一种。
10.一种未加抑制剂的电绝缘油，其包含在38℃粘度为50-80SSU、苯胺点为63℃-84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出基础油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物的混合物。
11.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述基础油在38℃的粘度为55-65SSU。
12.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述基础油的苯胺点是71℃-77℃。
13.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述基础油含有10-50重量％的芳香烃。
14.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述石蜡馏出物含有10-30重量％的芳香烃。
15.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述石蜡馏出物含有15-30重量％的芳香烃。
16.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述油含有混合比例为98/2至60/40的基础油和石蜡馏出物。
17.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述油含有混合比例为95/5至75/25的基础油和石蜡馏出物。
18.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述油符合IEC 60296、ASTM D 3487(2000)或BS 148：2003中的一种或多种。
19.如权利要求10所述的油，其特征在于，所述油符合IEC 60296、ASTM D 3487(2000)或BS 148：2003中的每一种。
20.一种电气制品，其具有密封的外壳，该密封外壳包围着浸在未加抑制剂的电绝缘油中的一个或多个电气装置或导体，所述未加抑制剂的电绝缘油包含在38℃粘度为50-80SSU、苯胺点为63℃-84℃的经过高度氢化处理的环烷基馏出基础油与芳族物含量至少为9.0重量％的经过溶剂萃取的未氢化的石蜡馏出物的混合物。
21.如权利要求20所述的制品，其特征在于，所述制品包括变压器。
22.如权利要求20所述的制品，其特征在于，所述装置包括开关、断路器、调节器、控制器、电缆、电源或发动机。
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