EP0882116A1 - Mixture of earth-alkaline metal alkyl-aryl-sulphonates, its use as additive for lubricating oil and method of preparation - Google Patents

Mixture of earth-alkaline metal alkyl-aryl-sulphonates, its use as additive for lubricating oil and method of preparation

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Publication number
EP0882116A1
EP0882116A1 EP97938974A EP97938974A EP0882116A1 EP 0882116 A1 EP0882116 A1 EP 0882116A1 EP 97938974 A EP97938974 A EP 97938974A EP 97938974 A EP97938974 A EP 97938974A EP 0882116 A1 EP0882116 A1 EP 0882116A1
Authority
EP
European Patent Office
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alkyl
aryl
mixture
phenyl
linear
Prior art date
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Application number
EP97938974A
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German (de)
French (fr)
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EP0882116B1 (en
Inventor
Jean-Louis Le Coent
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Chevron Oronite SAS
Original Assignee
Chevron Chemical SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Chevron Chemical SA filed Critical Chevron Chemical SA
Publication of EP0882116A1 publication Critical patent/EP0882116A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0882116B1 publication Critical patent/EP0882116B1/en
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M159/00Lubricating compositions characterised by the additive being of unknown or incompletely defined constitution
    • C10M159/12Reaction products
    • C10M159/20Reaction mixtures having an excess of neutralising base, e.g. so-called overbasic or highly basic products
    • C10M159/24Reaction mixtures having an excess of neutralising base, e.g. so-called overbasic or highly basic products containing sulfonic radicals

Definitions

  • the subject of the present invention is a mixture of alkaline earth metal alkali-aryl sulfonates, its application as detergent-dispersant additives for lubricating oils and methods of preparing such a mixture.
  • alkylaryl hydrocarbons subjected to the sulfonation reaction come from the alkylation by the Friedel and Craft reaction of different aryl hydrocarbons, in particular aromatic, with two different types of olefins:
  • the molar proportion of the corresponding hydrocarbon cyclic group in position 1 or 2 of the starting linear olefinic chain is approximately 25%.
  • this superficial skin is generally accompanied by a very slow filtration speed, a high viscosity, a low calcium incorporation, a deterioration in anti-rust performance and the undesirable appearance. a cloudy appearance, or even a sedimentation, when the sulfonate thus prepared is added in an amount of 10% by weight to a standard lubricating oil and stored for examination.
  • the Applicant has carried out chromatographic studies to identify each of the different isomers differing by the position of the aryl radical on the carbon atom of the linear alkyl chain and examined their respective influence on the properties of the corresponding alkyl-aryl-sulfonates of alkali metal- earthy obtained from these different isomers.
  • dialkyl-aryl-sulfonates in which the aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the two alkyl substituents are both linear alkyl chains, the sum of the carbon atoms of which is between 16 and 40, preferably between 18 and 40 carbon atoms, or
  • aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the or the alkyl substituents are branched chains, in which the sum of the carbon atoms is on average between at least 15 and up to 48 carbon atoms, said mixture of alkyl-aryl-sulfonates having a maximum molar content of 10 %, and preferably less than or equal to 8% in linear monoalkylphenyl sulfonate, in which the phenyl-sulfonate radical is substituted in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
  • the mixtures according to the invention preferably contain between 75 and 85% by weight of mono-alkyl-phenyl-sulfonate, as defined in (a) above and between 15 and 25% by weight of alkyl-aryl-sulfonate heavy as defined in (b), (i) or (ii) above with, for the mixture, the same maximum content of monoalkyl sulfonate substituted in position 1 or 2.
  • said mixtures have a set of properties of solubility in lubricating oil, of filtration speed, of viscosity, of dispersion of impurities (carbonaceous particles), of incorporation of alkaline earth metal in the medium, of anti- rust, absence of cloudiness and absence or delay in the formation of superficial skin, which makes them particularly attractive as detergent-dispersant additives in this type of oil.
  • the first of the two ingredients used in the composition of the mixtures forming the subject of the present invention in a preponderant proportion compared to the second, is a mono-alkyl-phenyl-sulfonate, in which the linear mono-alkyl substituent, originating from 'a linear olefin, as defined above, must be substituted by the phenyl-sulfonate radical in a certain proportion in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
  • the content of 13% is the threshold from which it is no longer possible to obtain an ingredient making it possible to obtain a mixture having both a suitable improvement in the various properties listed above.
  • the content of 11% constitutes the upper limit of the ingredient prepared on an industrial scale and for which it is sought to obtain a mixture having all of the abovementioned properties.
  • this alkylphenyl hydrocarbon is not sufficient to confer on the corresponding sulfonate properties making it suitable as a detergent-dispersant additive for lubricating oil.
  • another heavy alkyl-aryl-sulfonate in a minimum proportion of 15% and maximum of 50% and preferably between 15% and 25% by weight. , compared to the mixture of sulfonates.
  • this heavy alkyl aryl sulfonate can be of two types.
  • dialkyl-aryl-sulfonate in which the aryl radical is a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl and in which each of the two alkyl groups comes from a linear olefin which may contain at least 80 mol% of linear mono-alpha-olefin and the sum of the carbon atoms in these two linear alkyl groups is between 16 and 40 and preferably between 18 and 40 carbon atoms.
  • phenyl radical such as in particular phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl
  • each of the two alkyl groups comes from a linear olefin which may contain at least 80 mol% of linear mono-alpha-olefin and the sum of the carbon atoms in these two linear alkyl groups is between 16 and 40 and preferably between 18 and 40
  • a first process in several stages, consists in first carrying out the synthesis of the corresponding monoalkylaryl hydrocarbon in which the linear monoalkyl radical has the shortest chain length of carbon atoms and then the alkylation of this hydrocarbon with a linear olefin containing at least a number of carbon atoms sufficient to meet the ranges specified above.
  • a second process consists in a direct aikylation of an aromatic carbide by a mixture of linear alpha-olefins from C 8 to C 40 in an aromatic carbide / olefin molar ratio close to 0.5 so as to obtain a dialkyl-aryl hydrocarbon in which the sum of the carbon atoms of the two linear alkyl chains corresponds to the definition given above.
  • the heavy dialkyl-phenyl-sulfonates can also be products marketed under the name of "LAB Bottoms”: they are heavy by-products obtained during the manufacture of linear alkyl benzene products (Linear Alkyl Benzene) in C 12 , used commonly, after sulfonation and neutralization with soda, in household detergents. During its production, the linear C 12 alkylbenzene is separated by distillation and the heavy fraction, called “LAB Bottoms”, consists mainly of dialkylbenzenes substituted in the para and meta positions and, in a smaller proportion, certain heavy monoalkyl-benzene, originating from the oligopolymerization of the starting linear olefin.
  • the other type of heavy alkyl-aryl-sulfonate used in the mixtures according to the invention is a mono- or poly-alkyl-aryl-sulfonate, in which the one or more alkyl substituents are no longer, as in the preceding ingredients, a straight chain, that is to say coming from the oligo-polymerization of ethylene, but branched chains, that is to say coming from the oligopolymerization of propylene, and in which the sum of the carbon atoms is on average at least 15 and up to 48 carbon atoms.
  • These heavy branched mono- or poly-alkyl-aryl sulfonates can be obtained by aikylation of an aromatic hydrocarbon with a heavy propylene hydrocarbon, on average C 15 to C 21 , generally obtained as a by-product during the manufacture of the propylene tetramer.
  • aikylation reaction can be carried out in two ways:
  • the branched mono- or poly-alkyl-benzenes can also be heavy by-products obtained during the manufacture of dodecyl benzene, marketed under the name of BAB, which is the abbreviation corresponding to "Branched Alkyl Benzene".
  • BAB Branched Alkyl Benzene
  • a large molar excess of benzene is alkylated by propylene tetramer and the heavy by-product is that which remains at the bottom of the column during the distillation at the top of the dodecyl-benzene.
  • This heavy by-product consists essentially of a heavy monoalkyl-benzene where the number of carbon atoms in the branched alkyl chain is greater than or equal to 13 and of dialkyl-benzenes para and meta.
  • the molecular mass of dodecylbenzene is 242, while that of the heavy by-product obtained during its manufacture can range from 300 to 390.
  • the Applicant has discovered that the mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the present invention were not subject to the formation of a surface skin, to storage at room temperature, if their molar content of monoalkyl phenyl sulfonate in which the phenyl-sulfonate substituent substituted in position 1 or 2 on the linear alkyl radical is less than 10% and preferably equal to or less than 8%.
  • the limit of 10% is the threshold beyond which skin formation appears within less than 48 hours after storage, making the mixture difficult to use as an additive for lubricant.
  • the Applicant assumes that the presence of a phenyl-sulfonate substituent in position 1 or 2 of a linear alkyl group particularly absorbs water and this absorption of water would lead to the harmful formation of a superficial skin during storage in the open air of the mixture containing it.
  • the invention also relates to processes for the preparation of such a mixture of alkyl-aryl-sulfonates.
  • a first process according to the invention comprises the mixture of the corresponding alkyl-aryl hydrocarbons, the sulfonation of this mixture and the reaction of the resulting sulfonic acids with an excess of alkaline earth base.
  • a second process according to the invention comprises the separate preparation of each of the two alkyl-aryl-sulfonic acids, their mixing and their reaction with an excess of alkaline earth base.
  • a third process according to the invention consists in preparing each of the alkyl aryl sulfonates used in the composition of the mixtures separately and their mixture in the required proportions.
  • the first method is preferred because the sulfonates obtained have better solubility in the lubricating oil than the sulfonates obtained in the other two methods.
  • the benzene is first alkylated with a linear olefin according to the Friedel and Craft reaction.
  • This alkylation reaction can be carried out either directly with a linear mono-olefin, already isomerized, containing a molar proportion of between 0 and 13%, preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10% of alpha. -olefin.
  • an alkyl-phenyl hydrocarbon is obtained having the desired molar proportion of phenyl isomers in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
  • the catalyst used for the Friedel and Craft reaction is preferably chosen from hydrofluoric acid, aluminum chloride, boron fluoride, a sulfonic ion exchange resin or an acid-activated clay. The conditions of this alkylation reaction depend on the nature of the Friedel and Craft catalyst used.
  • the temperature is preferably between 20 and 70 ° C. and the pressure between atmospheric pressure and 10 ⁇ 10 5 Pa.
  • these conditions are those described in the literature concerning this reaction.
  • the temperature of the alkylation reaction is between 40 and 250 ° C. and the pressure between atmospheric pressure and 15.10 5 Pa.
  • alpha-olefin reacts with the Friedel and Craft catalyst to form an intermediate carbonium ion, which isomerizes, the more easily the greater the relative proportion of alpha-olefin.
  • this first isomerization step must be followed by a second step during which the molar proportion of benzene is 2 and preferably 5 times greater than that of the starting linear olefin, in order to decrease the proportion of unreacted olefin and consequently increase the conversion rate of the starting linear olefin into alkylate up to a rate close to 100%.
  • radical or linear alkyl or linear olefin substituent denotes a radical or an olefin or a mixture of straight chain radicals or olefins, obtainable by oligo-polymerization of ethylene, and which contain between 14 and 40, preferably between 16 and 30 and more particularly between 20 and 24 carbon atoms and where the molar proportion of mono-alpha-olefin is at least 80%.
  • linear olefins meeting this definition are constituted by C 6 , C 18 olefins, by C 14 to C 16 , C 14 to C 18 , C 16 to C 18 or C olefin sections. 20 to C 24 or by combinations of several of them.
  • the linear C 14 to C 40 mono-alpha-olefins which can be obtained by direct oligo-polymerization of ethylene, have an infrared absorption spectrum exhibiting an absorption peak at 908 cm ⁇ 1 , characteristic the presence of an ethylenic double bond at the end of the chain, on the carbon atoms occupying positions 1 and 2 of the olefin; there are also two other absorption peaks at wavelengths of 991 and 1.641 cm '1 .
  • the linear C 14 to C 40 mono-olefins isomerized that is to say in which the molar proportion of alpha-olefin is between 0 and 13%, preferably between 5 and 11%, and more particularly between 7 and 10%, have an infrared absorption spectrum showing no peak significant in the regions of 908, 991 and 1.641 cm “1 , but which, on the other hand, shows the appearance of an absorption peak at 966 cm " 1 , characteristic of an internal ethylenic double bond trans.
  • isomerized mono-olefins can be obtained by heating, under atmospheric pressure at a temperature of the order of 120 ° C. for a period of 144 hours, from a cut of C 20 to C 24 alpha mono-olefins, obtained by polymerization of ethylene, on a catalyst based on pentacarbonyl iron, for example, as described in patent US-A-5,320,762.
  • Figures 1 and 2 attached illustrate this difference, showing the infrared spectra of a section of C 20 to C 2 linear mono-alpha-olefins, obtained directly by polymerization of ethylene, in Figure 1 (reference: without, solvent: without, concentration: 100%, thickness 0.05, number of scans: 16), and after isomerization of this cut, by passage over a pentacarbonyl iron catalyst, to reduce its molar content of alpha- olefin less than 10%, in Figure 2 (reference: without, solvent: without, concentration: 100%, thickness 0.05, number of scans: 16).
  • aromatic hydrocarbon with which these linear olefins are reacted is exclusively benzene, to the exclusion of any other benzenic hydrocarbon, in particular to the exclusion of any alkyl derivative of benzene in which the aromatic nucleus is substituted by one or more two alkyl radicals C-- -C 5.
  • the alkylation reaction according to the Friedel and Craft reaction to obtain the alkylphenyl hydrocarbon corresponding to the first sulfonate of the mixture according to the present invention can be carried out in two stages, as indicated previously, by continuous implementation in two successive reactors in presence of catalyst.
  • the molar proportion of benzene relative to the linear olefin is at most 1.5 and preferably 1.2 and more particularly 1, to slow down the alkylation reaction and promote a isomerization of the starting linear mono-alpha-olefin by migration of its double bond towards the middle of the hydrocarbon chain of the olefin.
  • the molar proportion of benzene relative to the linear mono-alpha-olefin is increased to at least 2: 1 and, preferably, to 5: 1 and more, to complete the alkylation reaction.
  • the Friedel and Craft catalyst is collected by phase separation, and the excess benzene is recovered by distillation, as in the previous processes.
  • the same alkylphenyl hydrocarbon can also be obtained by separately carrying out the isomerization of the starting alpha-olefin and then adding benzene to carry out the catalytic alkylation reaction, with a Friedel and Craft catalyst.
  • the alkylation reaction according to the Friedel and Craft reaction to obtain the heavy alkyl-aryl hydrocarbon corresponding to the second sulfonate of the mixture according to the present invention is either a dialkyl-aryl obtained by recovery at the bottom of the column of the products of reaction d '' an aromatic hydrocarbon with a linear mono-alpha-olefin in which the sum of the carbon atoms of the two monoalkyl substituents is between 16 and 40 and preferably between 18 and 40 carbon atoms, i.e.
  • step sulfonation of each of the alkyl aromatic hydrocarbons or of the mixture of the various alkyl aromatic hydrocarbons corresponding to the mixture according to the invention is carried out according to techniques known per se, for example by reaction of the product of step d alkylation, with concentrated sulfuric acid, with an oleum, with sulfuric anhydride diluted in nitrogen or air or with sulfuric anhydride dissolved in sulfur dioxide.
  • This sulfonation reaction can also be carried out by bringing the ingredients (alkylate and sulfuric anhydride) into contact in the form of a film falling in currents of the same or opposite directions.
  • the acid or the various sulfonic acids obtained can be purified by conventional techniques, such as washing with water or by heat treatment with stirring with nitrogen bubbling (see for example the technique described in French patent No. 93 11709 of the applicant).
  • the following stage of reaction of the acid or sulphonic acids with an excess of alkaline-earth base can be carried out by adding an oxide or a hydroxide of an alkaline-earth metal, such as magnesium, calcium or barium and especially lime.
  • This neutralization step is carried out in a dilution oil, with an alcohol with a boiling point above 80 ° C. and preferably with a carboxylic acid comprising from 1 to 4 carbon atoms, in the presence of water, as described in particular in the aforementioned French patent application 2,564,830.
  • linear or branched aliphatic mono-alcohols containing from 4 to 10 carbon atoms are preferably chosen, such as isobutanol, 2-ethylhexanol and oxo alcohols in C 8 to C 10 .
  • dilution oils which may be suitable in the neutralization stage, mention may be made of paraffinic oils such as 100 Neutral oil, as well as naphthenic or mixed oils.
  • alkyl-aryl sulfonate (s) of alkaline earth metal obtained are collected. If the corresponding alkyl aryl hydrocarbons or the corresponding sulfonic acids have not already been mixed, the alkyl aryl sulfonates can be mixed at this stage in order to obtain the mixtures according to the invention in the desired proportions.
  • the mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the invention are preferably slightly over-alkalinized, that is to say that their basicity index BN, measured according to standard ASTM-D-2896, can range from 3 to 60 and they can be used in particular as dispersing detergents for lubricating oils.
  • mixtures of alkyl-aryl sulfonates according to the invention are particularly advantageous, when their basicity index is low and corresponds to a range of BN between 10 and 40.
  • alkyl phenyl sulfonates having such a basicity index, namely between 3 and 60 and preferably between 10 and 40 and coming exclusively from l alkylation of benzene, as detergent-dispersant additives for lubricating oil having satisfactory properties, and without the need to add calcium or ammonium chloride to reduce the viscosity.
  • the mixtures of alkyl-aryl-sulfonates according to the present invention in which the proportion of monoalkyl (linear) -phenyl-sulfonate (component a) defined above) is between 50 and 75% by weight, do not require any addition of chloride ions, notably in the form of calcium chloride or ammonium chloride, to satisfy all of the properties, listed above, to serve as detergent-dispersant additives for lubricating oils. This is not the case for the same mixtures containing 75 to 85% by weight of said (linear) monoalkyl-phenyl-sulfonate, for which it is preferable to add chloride ions.
  • alkyl-aryl-sulfonates from the alkylation of aryl hydrocarbons other than benzene or alkyl-aryl-sulfonates from the alkylation by branched olefins were considered necessary to present all the properties making them suitable as detergent-dispersant additives for lubricating oil.
  • the mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the invention can be added to the lubricating oils in proportions ranging from 1 to 15% by weight depending on the nature of the lubricating oil.
  • the lubricating oils to which the mixtures according to the present invention can be added may be lubricating oils based on naphthenic, paraffinic or mixed; they can consist of mineral oils or come from products of distillation of coal or consist of synthetic oils, such as polymers of alkenes or esters of mineral acids or carboxylic acids.
  • the viscosity is measured, at a temperature of 100 ° C., after diluting the sample of product to be measured in 100N oil, until a solution with a total calcium level of 2.35 is obtained. % in weight. When the product to be measured has a total calcium level of less than 2.35% by weight, the viscosity is then measured as it is according to the ASTM D-445 method.
  • Compatibility The purpose of this method is to assess the appearance and storage stability of the additives and the corresponding oils containing them.
  • This method is applicable to additives for lubricants.
  • An additive based on monosuccinimide, on zinc dithiophosphate and comprising approximately 75% by weight of the mixture of sulfonates to be tested is prepared, an additive which is placed in a 350 Neutral base oil.
  • the purpose of this method is to assess the dispersive properties of an oil or an additive and to predict its level of performance (deposits, sludge) compared to a reference oil.
  • the dispersive power of the oil is obtained by performing a paper chromatography of a mixture of oil to be tested and artificial mud under the following conditions:
  • Task N ° 1 room temperature without water Task N ° 2: 10 minutes at 200 ° C without water Task N ° 3: 10 minutes at 250 ° C with water Task N ° 4: room temperature with water Task N ° 5: 1 min at 200 ° C with water Task N ° 6: 10 min at 200 ° C with water.
  • the spots are observed after 48 hours of rest, manually or using the CCD photometer.
  • the diameter (d) of diffusion of the mixture is measured and the diameter (D) of diffusion of the oil alone and the ratio d / D x 100 is calculated.
  • the dispersive power of the oil is obtained by comparing the sum of the 6 spots with the value found on one of the reference oils which will have to be tested in the same measurement series.
  • the alkylate is synthesized in a pilot hydrofluoric acid alkylation plant, which consists of two reactors in series of 1, 126 liters each and a decanter of 15 liters where the organic phase is separated from the phase containing hydrofluoric acid, all of this equipment being maintained under a pressure of approximately 4 ⁇ 10 5 Pa.
  • the organic phase is then drawn off via a valve and expanded to atmospheric pressure, then the benzene is removed by topping, that is to say heating to 160 ° C. at atmospheric pressure.
  • the mineral phase after racking, is neutralized by potash.
  • variables of the alkylation reaction are the following: (i) implementation in one or two reactors: - in the case of using a single reactor, the benzene / olefin molar ratio is 10, which is very high, and the second reactor is short-circuited;
  • the benzene / olefin molar ratio is relatively low in the first reactor, of the order of 1 to 1.5, and it is higher in the second reactor, of the order from 2 to 10; in addition, the ratio of hydrofluoric acid to olefin by volume is 1 in the first reactor and 2 in the second.
  • a light fraction is not formed, that is to say of alkyl benzene in which the alkyl radical is less than C 13 ; it therefore suffices to topping the unreacted benzene to obtain the corresponding alkylate.
  • sulfonation of the alkylate is carried out directly on the mixture of the 2 alkylates of the present invention, in which the molar proportion of the phenyl radical substituted on the carbon atoms in position 1 or 2 of the alkyl radical is determined relative to the whole mixture of alkylates subjected to the sulfonation reaction.
  • This reaction is carried out using sulfuric anhydride SO 3 , produced by passing a mixture of oxygen and sulfur dioxide anhydrous SO 2 through a catalytic oven containing vanadium oxide V 2 O 5 .
  • the gas thus produced is introduced at the head of a sulfonation reactor 2 meters long and 1 cm in diameter into a co-current alkylate stream.
  • the resulting sulfonic acid is recovered at the bottom of the reactor.
  • the sulfonation conditions are as follows:
  • an amount of Ca (OH) 2 is added which does not correspond to the stoichiometric neutralization of the amount of sulfonic acid reacted, namely 0.5 mole of Ca (OH) 2 per mole of this acid. sulfonic, but an excess of Ca (OH) 2 is added relative to this stoichiometric quantity, that is to say a proportion of 0.73 mole of Ca (OH) 2 per mole of sulfonic acid, to obtain a BN d 'around 20.
  • 80% by weight of a linear alkylate obtained by aikylation of benzene with a normal C 20 to C 24 alpha-olefin is mixed, which will hereinafter be called the reference linear product, with 20% by weight.
  • weight of a heavy branched alkylate, also called "BAB Bottom” obtained by aikylation of benzene with propylene tetramer and elimination of light aromatic fractions (with an alkyl chain lower than C 13 ).
  • the sulfonation is carried out on the mixture of alkylates above.
  • linear reference alkylate 80% by weight of linear reference alkylate is mixed with 20% of a heavy alkylate of the linear dialkyl-phenyl type obtained in the following manner:
  • benzene and a composition of linear C 8 alpha-olefins are reacted, in a molar ratio of benzene to olefin of 1 and an HF / olefin volume ratio of 1, to a temperature of 45 ° C. and a pressure of 4.10 5 Pa.
  • a phenyl hydrocarbon substituted by a single C 8 alkyl radical is obtained at the outlet of this first reactor, which will serve as an aryl hydrocarbon to be alkylated in the following reactor .
  • alkylphenyl products After topping the unreacted benzene, all the alkylphenyl products are distilled in which the sum of the atoms present in the alkyl chain or chains amounts to up to and including 18 carbon atoms.
  • a product is collected at the bottom of the column, which is mainly a linear dialkyl phenyl in which one of the alkyl substituents is C 8 and the other C 18 .
  • the sulfonation is carried out on the mixture of alkylates defined above.
  • the catalytic alkylation of the benzene is carried out with propylene tetramer with a benzene / propylene tetramer molar ratio of 1.2 and an HF / propylene tetramer ratio of 1 by volume.
  • benzene and the alkylates in which the length of the branched alkyl chain is less than or equal to C 12 are removed by distillation.
  • the sulfonation is carried out on the mixture of alkylates comprising, as indicated above, 80% of linear reference alkylate and 20% of said branched heavy alkylate thus prepared.
  • the sulfonation is carried out on the following alkylate mixture: - 80% by weight of linear reference alkylate
  • Example 4 Compared to Example 4, there are two differences intended to promote the increase in molecular mass: the first is a longer aliphatic chain in C 17 to C 18 than that in C 15 to C 18 of Example 4 and the second is a smaller molar excess of benzene relative to the branched olefin than in Example 4, namely close to stoichiometry 1, 5, in a first reactor to promote, as far as possible, the dimerization of the olefin either by formation of two alkyl substituents in eta or para position or by aikylation of the dimer on benzene. This alkylation reaction in the first reactor is followed by a reaction in a second reactor with a very large molar excess of benzene relative to the olefin, 10, to complete the alkylation of the aromatic carbide in question.
  • This example is identical to the previous example except that the 20% by weight of branched alkylate with an average olefin at C 17 to C 18 was obtained with a single catalytic alkylation reactor and a rate benzene molar to this 10 olefin.
  • EXAMPLE 7 This example according to the invention is identical to Example 5, from which it is however distinguished on the one hand by the proportions of the alkylate mixture which are 50% - 50% and not more than 80% -20% and on the other hand by the absence of any addition of chloride ions in the mixture of corresponding sulfonates.
  • a mixture of 50% of linear alkylate of reference and 50% of an alkylate obtained by aikylation of benzene with a linear C 12 olefin is used in a single reactor with topping of benzene and elimination alkylphenyl hydrocarbons substituted with a single C12 alkyl radical and the corresponding sulfonate mixture is analyzed without the addition of chloride ions.
  • This example differs from Example 7 only by the addition of chloride ions in the form of calcium chloride.
  • the results of the tests carried out on the corresponding sulfonate mixtures are reflected in the compatibility of this mixture in a lubricating oil to the limit of acceptable, since there is the appearance of a slight haze when mixed with the lubricating oil.
  • This example 9 shows the advantage of avoiding any addition of chloride ions in the mixtures of sulfonates according to the invention comprising between 50 and 75% of the linear monalkylphenyl sulfonate a) and between 25 and 50% of an alkyl aryl sulfonate. heavy b), as defined above.
  • the sulfonation is carried out only on the heavy branched alkylate corresponding to that used in Example 5 according to the invention.
  • the sulfonation is carried out only on the heavy branched alkylate described in Example 6 according to the invention.
  • the reference linear alkylate was exclusively sulfonated, used in an amount of 80% by weight in embodiments 1 to 6 of the present invention. It will be recalled that, during the preparation of this alkylate, two catalytic alkylation reactors are used successively:
  • the sulfonation is carried out only on the heavy branched C 15 -C 18 alkylate used in Example 4, in order to determine the influence of the molecular mass.

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Abstract

The invention concerns a mixture of superalkalified earth-alkaline comprising: (a) 50 % to 85 % by weight of one mono-alkyl-sulphonate with a C14-C40 linear chain in which the molar ratio of phenyl-sulphonate substituent in position 1 or 2 is between 0 and 13 %, and (b) 15 % to 50 % by weight of one heavy alkyl-aryl-sulphonate, in which the aryl radical is phenyl substituted or not and the alkyl chains are either two linear alkyl chains with a total of 16 to 40 carbon atoms or one or several branched alkyl chains with an average total of 15 to 48 carbon atoms. Insofar as these mixtures contain less than 10 % of linear mono-alkyl-phenyl-sulphonate substituted in position 1 or 2 of the linear alkyl chain, they have properties enabling their use as washing-dispering additive for lubricating oils.

Description

Mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métaux alcalino-terreux. son application comme additif pour huile lubrifiante et procédés de préparation.Mixture of alkaline earth metal alkyl aryl sulfonates. its application as an additive for lubricating oil and preparation processes.
La présente invention a pour objet un mélange d'alkyl-aryl- sulfonates de métaux alcalino-terreux suralcaiinisés, son application comme additifs détergents-dispersants pour huiles lubrifiantes et des procédés de préparation d'un tel mélange.The subject of the present invention is a mixture of alkaline earth metal alkali-aryl sulfonates, its application as detergent-dispersant additives for lubricating oils and methods of preparing such a mixture.
Il est déjà connu de préparer des sulfonates faiblement ou fortement suralcaiinisés à partir d'acides sulfoniques obtenus par sulfonation de différents hydrocarbures alkylaryliques et d'un excès de base alcalino-terreuse.It is already known to prepare weakly or highly alkalinized sulfonates from sulfonic acids obtained by sulfonation of different alkylaryl hydrocarbons and an excess of alkaline earth base.
Les hydrocarbures alkylaryliques soumis à la réaction de sulfonation proviennent de l'alkylation par la réaction de Friedel et Craft de différents hydrocarbures aryliques, notamment aromatiques, par deux différents types d'oléfines:The alkylaryl hydrocarbons subjected to the sulfonation reaction come from the alkylation by the Friedel and Craft reaction of different aryl hydrocarbons, in particular aromatic, with two different types of olefins:
- les oléfines ramifiées qui proviennent de Poligo-polymérisation du propylène en hydrocarbures en C16 à C42, en particulier le tétrapolymère de propylène dimérisé en une oléfine en C24, et- branched olefins which originate from the polymerization of propylene into C 16 to C 42 hydrocarbons, in particular the propylene tetrapolymer dimerized to a C 24 olefin, and
- les oléfines linéaires qui proviennent de l'oligo-polymérisation de l'éthylène en hydrocarbures en C14 à C40.- linear olefins which come from the oligo-polymerization of ethylene into C 14 to C 40 hydrocarbons.
Toutefois, s'il est aisé d'obtenir une bonne dispersion dans le milieu de la base alcalino-terreuse non fixée sous forme de sel lorsque l'acide sulfonique provient d'un hydrocarbure obtenu par aikylation d'un hydrocarbure arylique avec une oléfine ramifiée, il n'en va pas de même lorsque cette aikylation s'effectue avec une oléfine linéaire, notamment contenant au moins 80% en moles de mono-alpha-oléfine linéaire, par suite de la formation d'une peau à l'air libre.However, if it is easy to obtain a good dispersion in the medium of the non-fixed alkaline earth base in the form of a salt when the sulphonic acid comes from a hydrocarbon obtained by aikylation of an aryl hydrocarbon with a branched olefin , it is not the same when this aikylation is carried out with a linear olefin, in particular containing at least 80 mol% of linear mono-alpha-olefin, as a result of the formation of a skin in the open air .
Cette mauvaise dispersion est d'autant plus prononcée que le milieu contient en plus grande proportion du sulfonate, c'est à dire qu'il correspond, selon la norme ASTM D-2.896, à un indice de basicité BN faible (à savoir compris entre 3 et 60), donc à une faible teneur en chaux libre et en l'absence de gaz carbonique et de carbonate.This poor dispersion is all the more pronounced as the medium contains a greater proportion of sulfonate, that is to say that it corresponds, according to standard ASTM D-2.896, to a low basicity index BN (at know between 3 and 60), therefore with a low free lime content and in the absence of carbon dioxide and carbonate.
En effet, lors de la réaction d'alkylation avec du benzène ou un autre hydrocarbure aromatique ou arylique, la proportion molaire du groupe cyclique hydrocarboné correspondant en position 1 ou 2 de la chaîne oléfinique linéaire de départ est d'environ 25 %.In fact, during the alkylation reaction with benzene or another aromatic or aryl hydrocarbon, the molar proportion of the corresponding hydrocarbon cyclic group in position 1 or 2 of the starting linear olefinic chain is approximately 25%.
Or cette proportion élevée d'hydrocarbure alkylarylique ayant en position 1 ou 2 de la chaîne alkylique linéaire un radical arylique se traduit par un sulfonate qui, lorsqu'il est préparé selon le procédé décrit, par exemple, dans le brevet français 2.564.830 de la société OROGIL, ancienne dénomination de la demanderesse, présente des propriétés hygroscopiques telles qu'il se forme une « peau » superficielle, rendant ce produit inacceptable comme additif pour huile lubrifiante.However, this high proportion of alkylaryl hydrocarbon having in position 1 or 2 of the linear alkyl chain an aryl radical results in a sulfonate which, when prepared according to the process described, for example, in French patent 2,564,830 of OROGIL, the former name of the applicant, has hygroscopic properties such that a superficial "skin" is formed, making this product unacceptable as an additive for lubricating oil.
De plus, la formation de cette peau superficielle est généralement accompagnée d'une vitesse de filtration très lente, d'une viscosité élevée, d'une faible incorporation en calcium, d'une détérioration des performances anti-rouille et de l'apparition indésirable d'un aspect trouble, voire d'une sédimentation, lorsque le sulfonate ainsi préparé est ajouté à raison de 10 % en poids à une huile lubrifiante standard et stocké pour examen. La demanderesse a effectué des études chromatographiques pour identifier chacun des différents isomères différant par la position du radical arylique sur l'atome de carbone de la chaîne alkylique linéaire et examiné leur influence respective sur les propriétés des alkyl-aryl-sulfonates correspondants de métal alcalino-terreux obtenus à partir de ces différents isomères. Elle a ainsi découvert qu'elle pouvait surmonter les inconvénients ci-dessus, dans la mesure où la proportion molaire d'hydrocarbure arylique, autre que le benzène, fixé sur les atomes de carbone situés en position 1 ou 2 de la chaîne alkylique linéaire était comprise entre 0 et 13 %, de préférence entre 5 et 11 % et plus particulièrement entre 7 et 10 %. Et cette découverte a fait l'objet d'une demande de brevet français déposée le 8 mars 1995 sous le N° 95 02709 par la demanderesse.In addition, the formation of this superficial skin is generally accompanied by a very slow filtration speed, a high viscosity, a low calcium incorporation, a deterioration in anti-rust performance and the undesirable appearance. a cloudy appearance, or even a sedimentation, when the sulfonate thus prepared is added in an amount of 10% by weight to a standard lubricating oil and stored for examination. The Applicant has carried out chromatographic studies to identify each of the different isomers differing by the position of the aryl radical on the carbon atom of the linear alkyl chain and examined their respective influence on the properties of the corresponding alkyl-aryl-sulfonates of alkali metal- earthy obtained from these different isomers. It thus discovered that it could overcome the above drawbacks, insofar as the molar proportion of aryl hydrocarbon, other than benzene, attached to the carbon atoms located in position 1 or 2 of the linear alkyl chain was between 0 and 13%, preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10%. And this discovery was the subject of a French patent application filed on March 8, 1995 under No. 95 02709 by the applicant.
Elle n'était toutefois pas parvenue à obtenir de résultats satisfaisants, lorsque l'hydrocarbure arylique était du benzène car elle n'avait jamais, jusqu'à présent, pu éviter la formation de peau avec l'emploi de cet hydrocarbure aromatique, même si celui-ci était alkyle avec une mono-oléfine linéaire de grande longueur de chaîne sur l'atome de carbone situé en position 1 ou 2 de ladite chaîne dans une proportion molaire comprise entre 0 et 13% et de préférence entre 5 et 11% et plus particulièrement entre 7 et 10%. A la suite d'études plus poussées, la demanderesse, vient maintenant de découvrir que les inconvénients ci-dessus énumérés étaient surmontés à condition d'utiliser un mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés comprenant :However, it had not managed to obtain satisfactory results when the aryl hydrocarbon was benzene because it had never, until now, been able to avoid skin formation with the use of this aromatic hydrocarbon, even if this was alkyl with a linear mono-olefin of long chain length on the carbon atom located in position 1 or 2 of said chain in a molar proportion of between 0 and 13% and preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10%. Following further studies, the Applicant has now discovered that the above-listed drawbacks were overcome provided that a mixture of alkaline earth metal alkaline earth metal sulfonates comprising:
(a) au moins 50 % et au plus 85 % en poids d'un mono-alkyl- phényl-sulfonate dans lequel le substituant monoalkyl est une chaîne linéaire, contenant entre 14 et 40 atomes de carbone et le radical phényl-sulfonate de métal alcalino-terreux est fixé, dans une proportion molaire comprise entre 0 et 13 %, de préférence entre 5 et 11 % et plus particulièrement entre 7 et 10 %, en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire et (b) au moins 15 % et au plus 50 % en poids d'un alkyl-aryl- sulfonate lourd choisi parmi :(a) at least 50% and at most 85% by weight of a mono-alkylphenyl-sulfonate in which the monoalkyl substituent is a straight chain, containing between 14 and 40 carbon atoms and the metal phenyl-sulfonate radical alkaline earth is fixed, in a molar proportion of between 0 and 13%, preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10%, in position 1 or 2 of the linear alkyl chain and (b) at least 15 % and at most 50% by weight of a heavy alkyl-aryl sulfonate chosen from:
(i) les dialkyl-aryl-sulfonates dans lesquels le radical aryle peut être un radical phényle substitué ou non, tel qu'en particulier les radicaux phényle, tolyle, xylyle, éthyl-phényle ou cuményle, et dans lesquels les deux substituants alkyle sont tous deux des chaînes alkyles linéaires, dont la somme des atomes de carbone est comprise entre 16 et 40, de préférence entre 18 et 40 atomes de carbone ou(i) dialkyl-aryl-sulfonates in which the aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the two alkyl substituents are both linear alkyl chains, the sum of the carbon atoms of which is between 16 and 40, preferably between 18 and 40 carbon atoms, or
(ii) les mono- ou poly-alkyl-aryl-sulfonates dans lesquels le radical aryle peut être un radical phényle substitué ou non, tel qu'en particulier les radicaux phényle, tolyle, xylyle, éthyl-phényle ou cuményle, et dans lesquels le ou les substituants alkyl sont des chaînes ramifiées, dans lesquelles la somme des atomes de carbone est en moyenne comprise entre au moins 15 et jusqu'à 48 atomes de carbone, ledit mélange d'alkyl-aryl-sulfonates ayant une teneur molaire maximale de 10 %, et de préférence inférieure ou égale à 8 % en monoalkyl- phényl sulfonate linéaire, dans lequel le radical phényl-sulfonate est substitué en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire.(ii) mono- or poly-alkyl-aryl-sulfonates in which the aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the or the alkyl substituents are branched chains, in which the sum of the carbon atoms is on average between at least 15 and up to 48 carbon atoms, said mixture of alkyl-aryl-sulfonates having a maximum molar content of 10 %, and preferably less than or equal to 8% in linear monoalkylphenyl sulfonate, in which the phenyl-sulfonate radical is substituted in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
Les mélanges selon l'invention contiennent de préférence entre 75 et 85 % en poids de mono-alkyl-phényl-sulfonate, tel que défini en (a) ci- dessus et entre 15 et 25 % en poids d'alkyl-aryl-sulfonate lourd tel que défini en (b), (i) ou (ii) ci-dessus avec, pour le mélange, la même teneur maximale en monoalkyl-sulfonate substitué en position 1 ou 2.The mixtures according to the invention preferably contain between 75 and 85% by weight of mono-alkyl-phenyl-sulfonate, as defined in (a) above and between 15 and 25% by weight of alkyl-aryl-sulfonate heavy as defined in (b), (i) or (ii) above with, for the mixture, the same maximum content of monoalkyl sulfonate substituted in position 1 or 2.
En effet lesdits mélanges présentent un ensemble de propriétés de solubilité dans l'huile lubrifiante, de vitesse de filtration, de viscosité, de dispersion des impuretés (particules charbonneuses), d'incorporation de métal alcalino-terreux dans le milieu, de propriétés anti-rouille, une absence de trouble et une absence ou un retard à la formation d'une peau superficielle, qui les rend particulièrement attrayants comme additifs détergents-dispersants dans ce type d'huile. Ce résultat est d'autant plus surprenant que l'utilisation d'un monoalkyle (linéaire)-phényl-sulfonate, tel que défini en (a) ci-dessus, c'est à dire obtenu par aikylation du benzène avec une oléfine linéaire contenant au moins 80% en moles de mono-alpha-oléfine linéaire, ayant un indice de basicité BN faible (c'est à dire compris entre 3 et 60), n'avait jusqu'à présent jamais permis d'obtenir l'ensemble des propriétés nécessaires à leur utilisation comme additifs détergents-dispersants pour huiles lubrifiantes.Indeed, said mixtures have a set of properties of solubility in lubricating oil, of filtration speed, of viscosity, of dispersion of impurities (carbonaceous particles), of incorporation of alkaline earth metal in the medium, of anti- rust, absence of cloudiness and absence or delay in the formation of superficial skin, which makes them particularly attractive as detergent-dispersant additives in this type of oil. This result is all the more surprising since the use of a (linear) monoalkyl-phenyl-sulfonate, as defined in (a) above, that is to say obtained by aikylation of benzene with a linear olefin containing at least 80 mol% of linear mono-alpha-olefin, having a low BN basicity index (that is to say between 3 and 60), had hitherto never made it possible to obtain all of the properties necessary for their use as detergent-dispersant additives for lubricating oils.
Le premier des deux ingrédients entrant dans la composition des mélanges faisant l'objet de la présente invention, en une proportion prépondérante par rapport au second, est un mono-alkyl-phényl-sulfonate, dans lequel le substituant mono-alkyl linéaire, provenant d'une oléfine linéaire, tel que définie précédemment, doit être substitué par le radical phényl-sulfonate dans une certaine proportion en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire.The first of the two ingredients used in the composition of the mixtures forming the subject of the present invention, in a preponderant proportion compared to the second, is a mono-alkyl-phenyl-sulfonate, in which the linear mono-alkyl substituent, originating from 'a linear olefin, as defined above, must be substituted by the phenyl-sulfonate radical in a certain proportion in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
La teneur de 13 % est le seuil à partir duquel, il n'est plus possible d'obtenir un ingrédient permettant d'obtenir un mélange présentant à la fois une amélioration convenable des différentes propriétés énumérées ci-dessus.The content of 13% is the threshold from which it is no longer possible to obtain an ingredient making it possible to obtain a mixture having both a suitable improvement in the various properties listed above.
La teneur de 11 % constitue la limite supérieure de l'ingrédient préparé à l'échelle industrielle et pour lequel on cherche à obtenir un mélange présentant l'ensemble des propriétés susvisées.The content of 11% constitutes the upper limit of the ingredient prepared on an industrial scale and for which it is sought to obtain a mixture having all of the abovementioned properties.
Et celle de 10 % est la valeur recherchée lors de la fabrication industrielle de l'additif entrant dans la composition du mélange faisant l'objet de la présente invention.And that of 10% is the value sought during the industrial manufacture of the additive used in the composition of the mixture which is the subject of the present invention.
Sans vouloir être lié par une explication scientifique quelconque, on suppose que plus le radical phényle est fixé sur un atome de carbone situé dans une position éloignée des extrémités de la chaîne hydrocarbonée de l'oléfine linéaire, plus le caractère hydrophobe de l'hydrocarbure alkyl- phénylique correspondant est marqué, d'où les bonnes propriétés des mélanges d'alkyl-phényl-sulfonates selon l'invention.Without wishing to be bound by any scientific explanation, it is assumed that the more the phenyl radical is attached to a carbon atom located in a position distant from the ends of the hydrocarbon chain of the linear olefin, the more the hydrophobic character of the alkyl hydrocarbon. - corresponding phenyl is marked, hence the good properties of the mixtures of alkyl-phenyl-sulfonates according to the invention.
Cependant, le caractère hydrophobe de cet hydrocarbure alkyl- phénylique n'est pas suffisant pour conférer au sulfonate correspondant des propriétés le rendant apte comme additif detergent-dispersant pour huile lubrifiante.However, the hydrophobic nature of this alkylphenyl hydrocarbon is not sufficient to confer on the corresponding sulfonate properties making it suitable as a detergent-dispersant additive for lubricating oil.
Pour y parvenir, il est en effet nécessaire de lui ajouter, selon l'invention, un autre alkyl-aryl-sulfonate lourd dans une proportion minimale de 15 % et maximale de 50 % et de préférence comprise entre 15 % et 25 % en poids, par rapport au mélange de sulfonates.To achieve this, it is indeed necessary to add to it, according to the invention, another heavy alkyl-aryl-sulfonate in a minimum proportion of 15% and maximum of 50% and preferably between 15% and 25% by weight. , compared to the mixture of sulfonates.
Comme indiqué précédemment, cet alkyl-aryl-sulfonate lourd peut être de deux types.As previously indicated, this heavy alkyl aryl sulfonate can be of two types.
Il peut s'agir tout d'abord d'un dialkyl-aryl-sulfonate, dans lequel le radical aryle est un radical phényle substitué ou non, tel qu'en particulier phényle, tolyle, xylyle, éthyl-phényle ou cuményle et dans lequel chacun des deux groupes alkyles provient d'un oléfine linéaire pouvant contenir au moins 80% en mole de mono-alpha-oléfine linéaire et la somme des atomes de carbone dans ces deux groupes alkyles linéaires est comprise entre 16 et 40 et de préférence entre 18 et 40 atomes de carbone. Ces dialkyl-aryl-sulfonates lourds peuvent être obtenus de plusieurs façons.It can firstly be a dialkyl-aryl-sulfonate, in which the aryl radical is a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl and in which each of the two alkyl groups comes from a linear olefin which may contain at least 80 mol% of linear mono-alpha-olefin and the sum of the carbon atoms in these two linear alkyl groups is between 16 and 40 and preferably between 18 and 40 carbon atoms. These heavy dialkyl aryl sulfonates can be obtained in several ways.
Un premier procédé, en plusieurs étapes, consiste à effectuer d'abord la synthèse de l'hydrocarbure monoalkyl-arylique correspondant dans lequel le radical monoalkyl linéaire a la longueur de chaîne d'atomes de carbones la plus courte puis l'alkylation de cet hydrocarbure par une oléfine linéaire contenant au moins un nombre d'atomes de carbones suffisant pour satisfaire aux gammes précisées ci-dessus.A first process, in several stages, consists in first carrying out the synthesis of the corresponding monoalkylaryl hydrocarbon in which the linear monoalkyl radical has the shortest chain length of carbon atoms and then the alkylation of this hydrocarbon with a linear olefin containing at least a number of carbon atoms sufficient to meet the ranges specified above.
Un second procédé consiste en une aikylation directe d'un carbure aromatique par un mélange d'alpha-oléfines linéaires de C8 à C40 dans un rapport molaire carbure aromatique/oléfines proche de 0,5 de façon à obtenir un hydrocarbure dialkyl-arylique dans lequel la somme des atomes de carbone des deux chaînes alkyles linéaires répond à la définition donnée ci- dessus.A second process consists in a direct aikylation of an aromatic carbide by a mixture of linear alpha-olefins from C 8 to C 40 in an aromatic carbide / olefin molar ratio close to 0.5 so as to obtain a dialkyl-aryl hydrocarbon in which the sum of the carbon atoms of the two linear alkyl chains corresponds to the definition given above.
Les dialkyl-phényl-sulfonates lourds peuvent aussi être des produits commercialisés sous le nom de " LAB Bottoms " : ce sont des sous- produits lourds obtenus lors de la fabrication de produits alkyl-benzènes linéaires (Linear Alkyl Benzène) en C12, utilisés couramment, après sulfonation et neutralisation à la soude, en détergence ménagère. Lors de sa fabrication, l'alkyl-benzène linéaire en C12 est séparé par distillation et la fraction lourde, appelée « LAB Bottoms » est constituée en majorité de dialkyls-benzènes substitués en positions para et meta et, dans une plus faible proportion, de certains monoalkyl-benzène lourds, provenant de l'oligopolymérisation de l'oléfine linéaire de départ.The heavy dialkyl-phenyl-sulfonates can also be products marketed under the name of "LAB Bottoms": they are heavy by-products obtained during the manufacture of linear alkyl benzene products (Linear Alkyl Benzene) in C 12 , used commonly, after sulfonation and neutralization with soda, in household detergents. During its production, the linear C 12 alkylbenzene is separated by distillation and the heavy fraction, called “LAB Bottoms”, consists mainly of dialkylbenzenes substituted in the para and meta positions and, in a smaller proportion, certain heavy monoalkyl-benzene, originating from the oligopolymerization of the starting linear olefin.
L'autre type d'alkyl-aryl-sulfonate lourd entrant dans les mélanges selon l'invention est un mono- ou poly-alkyl-aryl-sulfonate, dans lequel le ou les substituants alkyles ne sont plus, comme dans les ingrédients précédents une chaîne linéaire, c'est-à-dire en provenance de l'oligo-polymérisation de l'éthylène, mais des chaînes ramifiées, c'est-à-dire en provenance de l'oligopolymérisation du propylène, et dans lesquelles la somme des atomes de carbone est en moyenne d'au moins 15 et jusqu'à 48 atomes de carbone.The other type of heavy alkyl-aryl-sulfonate used in the mixtures according to the invention is a mono- or poly-alkyl-aryl-sulfonate, in which the one or more alkyl substituents are no longer, as in the preceding ingredients, a straight chain, that is to say coming from the oligo-polymerization of ethylene, but branched chains, that is to say coming from the oligopolymerization of propylene, and in which the sum of the carbon atoms is on average at least 15 and up to 48 carbon atoms.
Ces mono- ou poly-alkyl-aryl-sulfonates lourds ramifiés peuvent être obtenus par aikylation d'un hydrocarbure aromatique par un hydrocarbure lourd de propylène, en moyenne en C15 à C21, obtenu généralement comme sous-produit lors de la fabrication du tétramère de propylène. Une telle réaction d'alkylation peut être réalisée de deux façons :These heavy branched mono- or poly-alkyl-aryl sulfonates can be obtained by aikylation of an aromatic hydrocarbon with a heavy propylene hydrocarbon, on average C 15 to C 21 , generally obtained as a by-product during the manufacture of the propylene tetramer. Such an alkylation reaction can be carried out in two ways:
- soit dans un seul réacteur d'alkylation, où on utilise un large excès molaire de carbure aromatique par rapport à l'oléfine, pouvant atteindre couramment 10 : 1 et, après distillation du carbure aromatique et de l'oléfine n'ayant pas réagis et des alkylats dont la partie alkyle comporte moins de 13 atomes de carbone ou moins, on récupère un produit mono- ou poly-alkyl- arylique lourd, qui peut être directement sulfoné et converti en sulfonate ;- either in a single alkylation reactor, where a large molar excess of aromatic carbide relative to the olefin is used, which can commonly reach 10: 1 and, after distillation of the unreacted aromatic carbide and olefin and alkylates in which the alkyl part contains less than 13 carbon atoms or less, a heavy mono- or poly-alkyl-aryl product is recovered, which can be directly sulfonated and converted to sulfonate;
- soit dans deux réacteurs en série, où on utilise, dans le premier, un faible excès molaire du carbure aromatique par rapport à l'oléfine, au maximum de 1 ,5 et, dans le second, un plus large excès d'au moins 2 et de préférence 5, dans le but d'augmenter la masse moléculaire des alkylats et qui se traduit par un mélange complexe de monoalkyl-aromatique lourds et de polyalkyls-aromatiques, du fait de la fragmentation et de l'oligopolymérisation de l'oléfine ramifiée utilisée dans la réaction d'alkylation.- either in two reactors in series, where in the first, a small molar excess of the aromatic carbide relative to the olefin is used, at most 1.5, and, in the second, a larger excess of at least 2 and preferably 5, in order to increase the molecular weight of the alkylates and which results in a complex mixture of heavy monoalkyl-aromatics and polyalkyls-aromatics, due to the fragmentation and oligopolymerization of the olefin branched used in the alkylation reaction.
Les mono- ou poly-alkyl-benzènes ramifiés peuvent également être des sous-produits lourds obtenus lors de la fabrication de dodécyl benzène, commercialisé sous le nom de BAB, qui est l'abréviation correspondant à " Branched Alkyl Benzène ". Lors de la fabrication de ce dernier, un large excès molaire de benzène est alkyle par du tétramère de propylène et le sous-produit lourd est celui qui reste en pied de colonne lors de la distillation en tête du dodécyl-benzène. Ce sous-produit lourd se compose essentiellement d'un monoalkyl-benzène lourd où le nombre d'atomes de carbone dans la chaîne alkyle ramifiée est supérieur ou égal à 13 et de dialkyl- benzènes para et meta. A titre indicatif, la masse moléculaire du dodécylbenzène est de 242, alors que celle du sous-produit lourd, obtenu lors de sa fabrication, peut aller de 300 à 390.The branched mono- or poly-alkyl-benzenes can also be heavy by-products obtained during the manufacture of dodecyl benzene, marketed under the name of BAB, which is the abbreviation corresponding to "Branched Alkyl Benzene". During the manufacture of the latter, a large molar excess of benzene is alkylated by propylene tetramer and the heavy by-product is that which remains at the bottom of the column during the distillation at the top of the dodecyl-benzene. This heavy by-product consists essentially of a heavy monoalkyl-benzene where the number of carbon atoms in the branched alkyl chain is greater than or equal to 13 and of dialkyl-benzenes para and meta. As an indication, the molecular mass of dodecylbenzene is 242, while that of the heavy by-product obtained during its manufacture can range from 300 to 390.
Les différentes réactions d'alkylation évoquées ci-dessus s'effectuent d'une manière classique avec des catalyseurs de Friedel et Craft, comme par exemple HF ou Al Cl3.The various alkylation reactions mentioned above are carried out in a conventional manner with Friedel and Craft catalysts, such as for example HF or Al Cl 3 .
La demanderesse a découvert que les mélanges d'alkyl-aryl- sulfonates selon la présent invention n'étaient pas sujet à la formation d'une peau superficielle, au stockage à température ambiante, si leur teneur molaire en monoalkyl-phényl-sulfonate dans lequel le substituant phényl-sulfonate substitué en position 1 ou 2 sur le radical alkyle linéaire est inférieure à 10 % et de préférence égale ou inférieure à 8 %. La limite de 10 % est le seuil au-delà duquel la formation de peau apparaît dans un délai de moins de 48 heures après stockage, rendant le mélange difficilement utilisable comme additif pour lubrifiant.The Applicant has discovered that the mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the present invention were not subject to the formation of a surface skin, to storage at room temperature, if their molar content of monoalkyl phenyl sulfonate in which the phenyl-sulfonate substituent substituted in position 1 or 2 on the linear alkyl radical is less than 10% and preferably equal to or less than 8%. The limit of 10% is the threshold beyond which skin formation appears within less than 48 hours after storage, making the mixture difficult to use as an additive for lubricant.
Par contre celle de 8 % au maximum correspond à des mélanges pour lesquels la formation d'une peau superficielle n'apparaît qu'après un temps de stockage de plusieurs jours, voire d'une ou plusieurs semaines, ce qui les rend aptes comme détergents-dispersants pour huiles lubrifiantes.On the other hand, that of a maximum of 8% corresponds to mixtures for which the formation of superficial skin does not appear until after a storage time of several days, or even of one or more weeks, which makes them suitable as detergents. -dispersants for lubricating oils.
Sans vouloir être liée par une explication scientifique, quelconque, la demanderesse suppose que la présence d'un substituant phényl-sulfonate en position 1 ou 2 d'un groupe alkyle linéaire absorbe tout particulièrement l'eau et cette absorption d'eau conduirait à la formation nuisible d'une peau superficielle lors du stockage à l'air libre du mélange le contenant.Without wishing to be bound by any scientific explanation, the Applicant assumes that the presence of a phenyl-sulfonate substituent in position 1 or 2 of a linear alkyl group particularly absorbs water and this absorption of water would lead to the harmful formation of a superficial skin during storage in the open air of the mixture containing it.
L'invention a également pour objet des procédés de préparation d'un tel mélange d'alkyl-aryl-sulfonates.The invention also relates to processes for the preparation of such a mixture of alkyl-aryl-sulfonates.
Un premier procédé selon l'invention comprend le mélange des hydrocarbures alkyl-aryliques correspondants, la sulfonation de ce mélange et la réaction des acides sulfoniques résultant avec un excès de base alcalino- terreuse.A first process according to the invention comprises the mixture of the corresponding alkyl-aryl hydrocarbons, the sulfonation of this mixture and the reaction of the resulting sulfonic acids with an excess of alkaline earth base.
Un second procédé selon l'invention comprend la préparation séparée de chacun des deux acides alkyl-aryl-sulfoniques, leur mélange et leur réaction avec un excès de base alcalino-terreuse.A second process according to the invention comprises the separate preparation of each of the two alkyl-aryl-sulfonic acids, their mixing and their reaction with an excess of alkaline earth base.
Un troisième procédé selon l'invention consiste à préparer séparément chacun des alkyl-aryl-sulfonates entrant dans la composition des mélanges et leur mélange dans les proportions requises.A third process according to the invention consists in preparing each of the alkyl aryl sulfonates used in the composition of the mixtures separately and their mixture in the required proportions.
Le premier procédé est préféré car les sulfonates obtenus présentent une meilleure solubilité dans l'huile lubrifiante que les sulfonates obtenus dans les deux autres procédés.The first method is preferred because the sulfonates obtained have better solubility in the lubricating oil than the sulfonates obtained in the other two methods.
Pour préparer le premier alkyl-phényl-sulfonate entrant, en proportion prépondérante, dans les mélanges selon l'invention, on procède d'abord à l'alkylation du benzène par une oléfine linéaire selon la réaction de Friedel et Craft.To prepare the first alkyl phenyl sulfonate entering, in a preponderant proportion, in the mixtures according to the invention, the benzene is first alkylated with a linear olefin according to the Friedel and Craft reaction.
Cette réaction d'alkylation peut s'effectuer soit directement avec une mono-oléfine linéaire, déjà isomérisée, contenant une proportion molaire comprise entre 0 et 13 %, de préférence entre 5 et 11 % et plus particulièrement entre 7 et 10 % d'alpha-oléfine. Elle peut également s'effectuer, si on part d'une alpha-oléfine linéaire, non isomérisée au départ, c'est-à-dire contenant une proportion molaire conventionnelle d'environ 80 % en alpha-oléfine, en scindant la réaction d'alkylation en deux étapes, à savoir une première étape, dans laquelle le rapport molaire entre le benzène et la mono-oléfine linéaire est au maximum de 1 ,5 et de préférence de 1 , et, une seconde étape, dans laquelle ledit rapport est au minimum de 2 et de préférence de 5.This alkylation reaction can be carried out either directly with a linear mono-olefin, already isomerized, containing a molar proportion of between 0 and 13%, preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10% of alpha. -olefin. It can also be carried out, if one starts from a linear alpha-olefin, not isomerized at the start, that is to say containing a conventional molar proportion of approximately 80% in alpha-olefin, by splitting the reaction d alkylation in two stages, namely a first stage, in which the molar ratio between benzene and the linear mono-olefin is at most 1.5 and preferably 1, and a second stage in which said ratio is at least 2 and preferably 5.
Dans l'un comme l'autre procédé d'alkylation, selon de la réaction de Friedel et Craft, on obtient un hydrocarbure alkyl-phénylique présentant la proportion molaire désirée en isomères phénylés en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire. Le catalyseur utilisé pour la réaction de Friedel et Craft est choisi de préférence parmi l'acide fluorhydrique, le chlorure d'aluminium, le fluorure de bore, une résine échangeuse d'ion sulfonique ou une argile activée à l'acide. Les conditions de cette réaction d'alkylation sont fonction de la nature du catalyseur de Friedel et Craft utilisé.In either of the other alkylation processes, according to the Friedel and Craft reaction, an alkyl-phenyl hydrocarbon is obtained having the desired molar proportion of phenyl isomers in position 1 or 2 of the linear alkyl chain. The catalyst used for the Friedel and Craft reaction is preferably chosen from hydrofluoric acid, aluminum chloride, boron fluoride, a sulfonic ion exchange resin or an acid-activated clay. The conditions of this alkylation reaction depend on the nature of the Friedel and Craft catalyst used.
Dans le cas de l'acide fluorhydrique, la température est de préférence comprise entre 20 et 70CC et la pression comprise entre la pression atmosphérique et 10.105 Pa. Dans le cas du chlorure d'aluminium, ou du fluorure de bore, ces conditions sont celles décrites dans la littérature à propos de cette réaction.In the case of hydrofluoric acid, the temperature is preferably between 20 and 70 ° C. and the pressure between atmospheric pressure and 10 × 10 5 Pa. In the case of aluminum chloride, or boron fluoride, these conditions are those described in the literature concerning this reaction.
Enfin, dans le cas d'un catalyseur de Friedel et Craft solide, comme une résine échangeuse d'ion sulfonique ou une argile activée à l'acide, la température de la réaction d'alkylation est comprise entre 40 et 250°C et la pression entre la pression atmosphérique et 15.105 Pa.Finally, in the case of a solid Friedel and Craft catalyst, such as a sulfonic ion exchange resin or an acid-activated clay, the temperature of the alkylation reaction is between 40 and 250 ° C. and the pressure between atmospheric pressure and 15.10 5 Pa.
Bien que la demanderesse ne souhaite pas être liée par une explication quelconque, il semblerait que le maintien, au début de la réaction d'alkylation, d'un rapport molaire du benzène à la mono-alpha-oléfine linéaire au maximum de 1 ,5 et de préférence de 1 , en présence d'un catalyseur de Friedel et Craft, provoque une migration de la double liaison de l'oléfine linéaire de la position terminale en alpha à une position plus centrale de l'oléfine, où le radical phényle se trouve fixé.Although the Applicant does not wish to be bound by any explanation, it would seem that the maintenance, at the start of the alkylation reaction, of a molar ratio of benzene to linear mono-alpha-olefin at most of 1.5 and preferably 1, in the presence of a Friedel and Craft catalyst, causes a migration of the double bond of the linear olefin from the terminal position in alpha to a more central position of the olefin, where the phenyl radical is found fixed.
On suppose que l'alpha-oléfine réagit avec le catalyseur de Friedel et Craft pour former un ion carbonium intermédiaire, qui s'isomérise, d'autant plus facilement que la proportion relative d'alpha-oléfine est plus importante.It is assumed that the alpha-olefin reacts with the Friedel and Craft catalyst to form an intermediate carbonium ion, which isomerizes, the more easily the greater the relative proportion of alpha-olefin.
L'alkylation de cet ion carbonium se fait suivant une réaction de substitution électrophile aromatique où un atome d'hydrogène du benzène est substitué par un atome de carbone de la chaîne oléfinique linéaire. Cette réaction d'isomérisation est inattendue car, jusqu'ici, la réaction d'alkylation, fortement exothermique, se faisait toujours avec un fort excès molaire de benzène par rapport à l'oléfine linéaire de départ.The alkylation of this carbonium ion takes place according to an aromatic electrophilic substitution reaction where a hydrogen atom of benzene is substituted by a carbon atom of the linear olefinic chain. This isomerization reaction is unexpected since, until now, the highly exothermic alkylation reaction has always been carried out with a large molar excess of benzene relative to the starting linear olefin.
Il convient de noter toutefois que cette première étape d'isomérisation doit être suivie d'une seconde étape au cours de laquelle la proportion molaire du benzène est 2 et de préférence 5 fois supérieure à celle de l'oléfine linéaire de départ, ceci afin de diminuer la proportion d'oléfine non réagie et d'augmenter en conséquence le taux de conversion de l'oléfine linéaire de départ en alkylat jusqu'à un taux proche de 100%.. Dans le cadre de la présente description, le terme de radical ou substituant alkyle linéaire ou d'oléfine linéaire désigne un radical ou une oléfine ou un mélange de radicaux ou d'oléfines à chaîne droite, pouvant être obtenu par oligo-polymérisation de l'éthylène, et qui contiennent entre 14 et 40, de préférence entre 16 et 30 et plus particulièrement entre 20 et 24 atomes de carbone et où la proportion molaire de mono-alpha-oléfine est d'au moins 80%. Des exemples spécifiques d'oléfines linéaires répondant à cette définition sont constitués par des oléfines en C 6, en C18, par des coupes d'oléfines en C14 à C16, C14 à C18, C16 à C18 ou C20 à C24 ou par des combinaisons de plusieurs d'entre elles. Les mono-alpha-oléfines linéaires en C14 à C40, qui peuvent être obtenus par oligo-polymérisation directe de l'éthylène, ont un spectre d'absorption infra-rouge présentant un pic d'absorption à 908 cm"1, caractéristique de la présence d'une double-liaison éthylénique en bout de chaîne, sur les atomes de carbone occupant les positions 1 et 2 de l'oléfine ; on y distingue également deux autres pics d'absorption à des longueurs d'onde de 991 et 1.641 cm'1.It should be noted, however, that this first isomerization step must be followed by a second step during which the molar proportion of benzene is 2 and preferably 5 times greater than that of the starting linear olefin, in order to decrease the proportion of unreacted olefin and consequently increase the conversion rate of the starting linear olefin into alkylate up to a rate close to 100%. In the context of the present description, the term radical or linear alkyl or linear olefin substituent denotes a radical or an olefin or a mixture of straight chain radicals or olefins, obtainable by oligo-polymerization of ethylene, and which contain between 14 and 40, preferably between 16 and 30 and more particularly between 20 and 24 carbon atoms and where the molar proportion of mono-alpha-olefin is at least 80%. Specific examples of linear olefins meeting this definition are constituted by C 6 , C 18 olefins, by C 14 to C 16 , C 14 to C 18 , C 16 to C 18 or C olefin sections. 20 to C 24 or by combinations of several of them. The linear C 14 to C 40 mono-alpha-olefins, which can be obtained by direct oligo-polymerization of ethylene, have an infrared absorption spectrum exhibiting an absorption peak at 908 cm −1 , characteristic the presence of an ethylenic double bond at the end of the chain, on the carbon atoms occupying positions 1 and 2 of the olefin; there are also two other absorption peaks at wavelengths of 991 and 1.641 cm '1 .
Par contre, les mono-oléfines linéaires en C14 à C40 isomérisées, c'est-à-dire dans lesquelles la proportion molaire d'alpha-oléfine est comprise entre 0 et 13 %, de préférence entre 5 et 11 %, et plus particulièrement entre 7 et 10 %, ont un spectre d'absorption infra-rouge ne présentant aucun pic important dans les régions de 908, 991 et 1.641 cm"1, mais qui, par contre, montre l'apparition d'un pic d'absorption à 966 cm"1, caractéristique d'une double liaison éthylénique interne trans.On the other hand, the linear C 14 to C 40 mono-olefins isomerized, that is to say in which the molar proportion of alpha-olefin is between 0 and 13%, preferably between 5 and 11%, and more particularly between 7 and 10%, have an infrared absorption spectrum showing no peak significant in the regions of 908, 991 and 1.641 cm "1 , but which, on the other hand, shows the appearance of an absorption peak at 966 cm " 1 , characteristic of an internal ethylenic double bond trans.
Ces mono-oléfines isomérisées peuvent être obtenues par chauffage, sous pression atmosphérique à une température de l'ordre de 120°C pendant une période de 144 heures, d'une coupe d'alpha-mono-oléfines en C20 à C24, obtenue par polymérisation de l'éthylène, sur un catalyseur à base de fer pentacarbonyle, par exemple, comme décrit dans le brevet US-A- 5.320.762. Les figures 1 et 2 ci-jointes illustrent cette différence, en montrant les spectres infra-rouges d'une coupe de mono-alpha-oléfines linéaires en C20 à C2 , obtenue directement par polymérisation de l'éthylène, sur la figure 1 (référence : sans, solvant : sans, concentration : 100 %, épaisseur 0,05, nombre de scans : 16), et après isomérisation de cette coupe, par passage sur un catalyseur de fer pentacarbonyle, pour réduire sa teneur molaire en alpha- oléfine à moins de 10%, sur la figure 2 (référence : sans, solvant : sans, concentration : 100 %, épaisseur 0,05, nombre de scans : 16).These isomerized mono-olefins can be obtained by heating, under atmospheric pressure at a temperature of the order of 120 ° C. for a period of 144 hours, from a cut of C 20 to C 24 alpha mono-olefins, obtained by polymerization of ethylene, on a catalyst based on pentacarbonyl iron, for example, as described in patent US-A-5,320,762. Figures 1 and 2 attached illustrate this difference, showing the infrared spectra of a section of C 20 to C 2 linear mono-alpha-olefins, obtained directly by polymerization of ethylene, in Figure 1 (reference: without, solvent: without, concentration: 100%, thickness 0.05, number of scans: 16), and after isomerization of this cut, by passage over a pentacarbonyl iron catalyst, to reduce its molar content of alpha- olefin less than 10%, in Figure 2 (reference: without, solvent: without, concentration: 100%, thickness 0.05, number of scans: 16).
L'hydrocarbure aromatique avec lequel ces oléfines linéaires sont mises en réaction est exclusivement le benzène, à l'exclusion de tout autre hydrocarbure benzenique, en particulier à l'exclusion de tout dérivé alkyle du benzène dans lequel le noyau aromatique serait substitué par un ou deux radicaux alkyles en C-- à C5.The aromatic hydrocarbon with which these linear olefins are reacted is exclusively benzene, to the exclusion of any other benzenic hydrocarbon, in particular to the exclusion of any alkyl derivative of benzene in which the aromatic nucleus is substituted by one or more two alkyl radicals C-- -C 5.
La réaction d'alkylation selon la réaction de Friedel et Craft pour obtenir l'hydrocarbure alkylphénylique correspondant au premier sulfonate du mélange selon la présente invention peut être effectuée en deux étapes, comme indiqué précédemment, par mise en oeuvre en continu dans deux réacteurs successifs en présence du catalyseur.The alkylation reaction according to the Friedel and Craft reaction to obtain the alkylphenyl hydrocarbon corresponding to the first sulfonate of the mixture according to the present invention can be carried out in two stages, as indicated previously, by continuous implementation in two successive reactors in presence of catalyst.
Dans le premier réacteur, la proportion molaire de benzène par rapport à l'oléfine linéaire est au maximum de 1 ,5 et de préférence de 1 ,2 et plus particulièrement de 1 , pour ralentir la réaction d'alkylation et favoriser une isomérisation de la mono-alpha-oléfine linéaire de départ par migration de sa double liaison vers le milieu de la chaîne hydrocarbonée de l'oléfine.In the first reactor, the molar proportion of benzene relative to the linear olefin is at most 1.5 and preferably 1.2 and more particularly 1, to slow down the alkylation reaction and promote a isomerization of the starting linear mono-alpha-olefin by migration of its double bond towards the middle of the hydrocarbon chain of the olefin.
Dans la second réacteur, on augmente la proportion molaire de benzène par rapport à la mono-alpha-oléfine linéaire au minimum à 2:1 et, de préférence, à 5:1 et plus, pour compléter la réaction d'alkylation.In the second reactor, the molar proportion of benzene relative to the linear mono-alpha-olefin is increased to at least 2: 1 and, preferably, to 5: 1 and more, to complete the alkylation reaction.
Et, à la fin du passage successif dans les deux réacteurs, on recueille le catalyseur de Friedel et Craft par séparation de phase, et on récupère l'excès de benzène par distillation, comme dans les procédés antérieurs. On peut également obtenir le même hydrocarbure alkyl- phénylique en effectuant séparément l'isomérisation de l'alpha-oléfine de départ puis en ajoutant ensuite le benzène pour effectuer la réaction catalytique d'alkylation, avec un catalyseur de Friedel et Craft.And, at the end of the successive passage through the two reactors, the Friedel and Craft catalyst is collected by phase separation, and the excess benzene is recovered by distillation, as in the previous processes. The same alkylphenyl hydrocarbon can also be obtained by separately carrying out the isomerization of the starting alpha-olefin and then adding benzene to carry out the catalytic alkylation reaction, with a Friedel and Craft catalyst.
La réaction d'alkylation selon la réaction de Friedel et Craft pour obtenir l'hydrocarbure alkyl-arylique lourd correspondant au second sulfonate du mélange selon la présente invention est soit un dialkyl-aryle obtenu par récupération en queue de colonne des produits de la réaction d'un hydrocarbure aromatique avec une mono-alpha-oléfine linéaire dans lesquels la somme des atomes de carbone des deux substituants monoalkyles est comprise entre 16 et 40 et de préférence entre 18 et 40 atomes de carbone, soit un mono- ou poly-alkyl-aryle récupéré en queue de colonne, lors de la distillation des produits de la réaction d'alkylation d'un hydrocarbure aromatique avec une oléfine ramifiée dans lesquels la somme des atomes de carbone présents dans les différents substituants alkyles ramifiés ont une moyenne d'au moins 15 atomes de carbone.The alkylation reaction according to the Friedel and Craft reaction to obtain the heavy alkyl-aryl hydrocarbon corresponding to the second sulfonate of the mixture according to the present invention is either a dialkyl-aryl obtained by recovery at the bottom of the column of the products of reaction d '' an aromatic hydrocarbon with a linear mono-alpha-olefin in which the sum of the carbon atoms of the two monoalkyl substituents is between 16 and 40 and preferably between 18 and 40 carbon atoms, i.e. a mono- or poly-alkyl- aryl recovered at the bottom of the column, during the distillation of the products of the alkylation reaction of an aromatic hydrocarbon with a branched olefin in which the sum of the carbon atoms present in the various branched alkyl substituents has an average of at least 15 carbon atoms.
L'étape suivante de sulfonation de chacun des hydrocarbures alkyl-aromatiques ou du mélange des différents hydrocarbures alkyl- aromatiques correspondant au mélange selon l'invention s'effectue selon des techniques connues en soi, par exemple par réaction du produit de l'étape d'alkylation, avec de l'acide sulfurique concentré, avec un oléum , avec de l'anhydride sulfurique dilué dans de l'azote ou de l'air ou avec de l'anhydride sulfurique dissoute dans de l'anhydride sulfureuse. Cette réaction de sulfonation peut aussi s'effectuer par mise en contact des ingrédients (alkylat et anhydride sulfurique) sous forme d'un film tombant selon des courants de même sens ou de sens opposés. Après la sulfonation, l'acide ou les différents acides sulfoniques obtenus peuvent être purifiés par des techniques classiques, tel qu'un lavage à l'eau ou par un traitement thermique sous agitation avec barbotage d'azote (voir par exemple la technique décrite dans le brevet français N° 93 11709 de la demanderesse). L'étape suivante de réaction de l'acide ou des acides sulfoniques avec un excès de base alcalino-terreuse peut s'effectuer par addition d'un oxyde ou d'un hydroxyde de métal alcalino-terreux, comme le magnésium, le calcium ou le baryum et notamment le chaux.The following step of sulfonation of each of the alkyl aromatic hydrocarbons or of the mixture of the various alkyl aromatic hydrocarbons corresponding to the mixture according to the invention is carried out according to techniques known per se, for example by reaction of the product of step d alkylation, with concentrated sulfuric acid, with an oleum, with sulfuric anhydride diluted in nitrogen or air or with sulfuric anhydride dissolved in sulfur dioxide. This sulfonation reaction can also be carried out by bringing the ingredients (alkylate and sulfuric anhydride) into contact in the form of a film falling in currents of the same or opposite directions. After the sulfonation, the acid or the various sulfonic acids obtained can be purified by conventional techniques, such as washing with water or by heat treatment with stirring with nitrogen bubbling (see for example the technique described in French patent No. 93 11709 of the applicant). The following stage of reaction of the acid or sulphonic acids with an excess of alkaline-earth base can be carried out by adding an oxide or a hydroxide of an alkaline-earth metal, such as magnesium, calcium or barium and especially lime.
Cette étape de neutralisation est mise en oeuvre au sein d'une huile de dilution, avec un alcool de point d'ébullition supérieur à 80°C et de préférence avec un acide carboxylique comprenant de 1 à 4 atomes de carbone, en présence d'eau, comme décrit notamment dans la demande de brevet français 2.564.830 précitée.This neutralization step is carried out in a dilution oil, with an alcohol with a boiling point above 80 ° C. and preferably with a carboxylic acid comprising from 1 to 4 carbon atoms, in the presence of water, as described in particular in the aforementioned French patent application 2,564,830.
Parmi les alcools à point d'ébullition supérieur à 80°C, on choisit de préférence les mono-alcools aliphatiques linéaires ou ramifiés contenant de 4 à 10 atomes de carbone, comme l'isobutanol, le 2-éthyl-hexanol et les alcools oxo en C8 à C10.Among the alcohols with a boiling point higher than 80 ° C., linear or branched aliphatic mono-alcohols containing from 4 to 10 carbon atoms are preferably chosen, such as isobutanol, 2-ethylhexanol and oxo alcohols in C 8 to C 10 .
Parmi les acides carboxyliques pouvant être mis en oeuvre on peut citer de préférence l'acide formique, l'acide acétique et leurs mélanges. Parmi les huiles de dilution susceptibles de convenir dans l'étape de neutralisation, on peut citer les huiles paraffiniques comme l'huile 100 Neutral, ainsi que les huiles naphténiques ou mixtes.Among the carboxylic acids which can be used, mention may preferably be made of formic acid, acetic acid and their mixtures. Among the dilution oils which may be suitable in the neutralization stage, mention may be made of paraffinic oils such as 100 Neutral oil, as well as naphthenic or mixed oils.
Après élimination de l'eau et de l'alcool, on filtre pour éliminer les matières solides et on recueille le ou les alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino- terreux obtenus. Si on n'a pas déjà mélangé les hydrocarbures alkyl-aryliques correspondants ou les acides sulfoniques correspondants, on peut mélanger à ce stade les alkyl-aryl-sulfonates pour obtenir les mélanges selon l'invention dans les proportions souhaitées. Les mélanges d'alkyl-aryl-sulfonates selon l'invention sont de préférence faiblement suralcaiinisés, c'est-à-dire que leur indice de basicité BN, mesuré selon la norme ASTM-D-2896, peut aller de 3 à 60 et ils peuvent servir notamment comme agents détergents dispersants pour huiles lubrifiantes.After removal of the water and alcohol, it is filtered to remove the solids and the alkyl-aryl sulfonate (s) of alkaline earth metal obtained are collected. If the corresponding alkyl aryl hydrocarbons or the corresponding sulfonic acids have not already been mixed, the alkyl aryl sulfonates can be mixed at this stage in order to obtain the mixtures according to the invention in the desired proportions. The mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the invention are preferably slightly over-alkalinized, that is to say that their basicity index BN, measured according to standard ASTM-D-2896, can range from 3 to 60 and they can be used in particular as dispersing detergents for lubricating oils.
Les mélanges d'alkyl-aryl-sulfonates selon l'invention sont particulièrement intéressants, lorsque leur indice de basicité est faible et correspond à une gamme de BN comprise entre 10 et 40.The mixtures of alkyl-aryl sulfonates according to the invention are particularly advantageous, when their basicity index is low and corresponds to a range of BN between 10 and 40.
Il convient de noter que c'est la première fois qu'il est possible d'utiliser des alkyl-phényl-sulfonates ayant un tel indice de basicité, à savoir entre 3 et 60 et de préférence entre 10 et 40 et provenant exclusivement de l'alkylation du benzène, comme additifs détergents-dispersants pour huile lubrifiante présentant des propriétés satisfaisantes, et sans qu'il soit besoin d'ajouter du chlorure de calcium ou d'ammonium pour diminuer la viscosité.It should be noted that this is the first time that it is possible to use alkyl phenyl sulfonates having such a basicity index, namely between 3 and 60 and preferably between 10 and 40 and coming exclusively from l alkylation of benzene, as detergent-dispersant additives for lubricating oil having satisfactory properties, and without the need to add calcium or ammonium chloride to reduce the viscosity.
En particulier, les mélanges d'alkyl-aryl-sulfonates selon la présente invention, dans lesquels la proportion de monoalkyl(linéaire)-phényl- sulfonate (constituant a) défini précédemment) est comprise entre 50 et 75% en poids, ne nécessitent aucune addition d'ions chlorures, sous forme notamment de chlorure de calcium ou d'ammonium, pour satisfaire l'ensemble des propriétés, ci-dessus énumérées, pour servir d'additifs détergents- dispersants pour huiles lubrifiantes. Tel n'est pas le cas des mêmes mélanges contenant 75 à 85% en poids dudit monoalkyl(linéaire)-phényl-sulfonate, pour lesquels il est préférable d'ajouter des ions chlorures.In particular, the mixtures of alkyl-aryl-sulfonates according to the present invention, in which the proportion of monoalkyl (linear) -phenyl-sulfonate (component a) defined above) is between 50 and 75% by weight, do not require any addition of chloride ions, notably in the form of calcium chloride or ammonium chloride, to satisfy all of the properties, listed above, to serve as detergent-dispersant additives for lubricating oils. This is not the case for the same mixtures containing 75 to 85% by weight of said (linear) monoalkyl-phenyl-sulfonate, for which it is preferable to add chloride ions.
En effet, jusqu'ici, seuls des alkyl-aryl-sulfonates en provenance de l'alkylation d'hydrocarbures aryliques autres que le benzène ou des alkyl- aryl-sulfonates en provenance de l'alkylation par des oléfines ramifiées étaient considérés comme nécessaires pour présenter l'ensemble des propriétés les rendant aptes comme additifs détergents-dispersants pour huile lubrifiante.Indeed, until now, only alkyl-aryl-sulfonates from the alkylation of aryl hydrocarbons other than benzene or alkyl-aryl-sulfonates from the alkylation by branched olefins were considered necessary to present all the properties making them suitable as detergent-dispersant additives for lubricating oil.
Les mélanges d'alkyl-aryl-sulfonates selon l'invention peuvent être ajoutés aux huiles lubrifiantes dans des proportions allant de 1 à 15 % en poids selon la nature de l'huile lubrifiante.The mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the invention can be added to the lubricating oils in proportions ranging from 1 to 15% by weight depending on the nature of the lubricating oil.
Par exemple, pour une huile de moteur à essence, on peut en ajouter jusqu'à 1 ,7% en poids, pour une huile pour moteur Diesel ou moteur marin, jusqu'à 3,5% en poids et enfin pour une huile de protection pour voiture neuve, jusqu'à 11 ,5% en poids. Les huiles lubrifiantes auxquelles on peut ajouter les mélanges selon la présente invention peuvent être des huiles lubrifiantes à base naphténique, paraffinique ou mixte ; elles peuvent consister en des huiles minérales ou provenir de produits de distillation de la houille ou être constituées par des huiles synthétiques, comme des polymères d'alkylènes ou d'esters d'acides minéraux ou d'acides carboxyliques.For example, for a gasoline engine oil, it can be added up to 1.7% by weight, for a diesel or marine engine oil, up to 3.5% by weight and finally for an oil of protection for new car, up to 11.5% by weight. The lubricating oils to which the mixtures according to the present invention can be added may be lubricating oils based on naphthenic, paraffinic or mixed; they can consist of mineral oils or come from products of distillation of coal or consist of synthetic oils, such as polymers of alkenes or esters of mineral acids or carboxylic acids.
La présente invention va maintenant être décrite à l'aide des exemples suivants qui n'ont pour but que d'illustrer des mises en oeuvres particulières des différents aspects de l'invention.The present invention will now be described using the following examples which are intended only to illustrate specific implementations of the various aspects of the invention.
Dans ces exemples figure un certain nombre de résultats d'essais, obtenus par les méthodes de mesures suivantes :In these examples, a number of test results are obtained, obtained by the following measurement methods:
Viscosité à 100°C en cStViscosity at 100 ° C in cSt
La viscosité est mesurée, à la température de 100°C, après dilution de l'échantillon de produit à mesurer dans de l'huile 100N, jusqu'à l'obtention d'une solution présentant un taux de calcium total de 2,35% en poids. Lorsque le produit à mesurer présente un taux de calcium total inférieur à 2,35% en poids, la viscosité est alors mesurée en l'état suivant la méthode ASTM D-445.The viscosity is measured, at a temperature of 100 ° C., after diluting the sample of product to be measured in 100N oil, until a solution with a total calcium level of 2.35 is obtained. % in weight. When the product to be measured has a total calcium level of less than 2.35% by weight, the viscosity is then measured as it is according to the ASTM D-445 method.
Compatibilité Cette méthode a pour but d'évaluer l'aspect et la stabilité au stockage des additifs et des huiles correspondantes les contenant.Compatibility The purpose of this method is to assess the appearance and storage stability of the additives and the corresponding oils containing them.
Cette méthode est applicable aux additifs pour lubrifiants.This method is applicable to additives for lubricants.
On prépare un additif à base de monosuccinimide, de dithiophosphate de zinc et comprenant environ 75% en poids du mélange de sulfonates à tester, additif que l'on met dans une huile de base 350 Neutral.An additive based on monosuccinimide, on zinc dithiophosphate and comprising approximately 75% by weight of the mixture of sulfonates to be tested is prepared, an additive which is placed in a 350 Neutral base oil.
L'aspect de la solution est examinée au bout de 30 jours à la température ambiante.The appearance of the solution is examined after 30 days at room temperature.
L'aspect des produits est évalué avant et après stockage et les résultats sont qualifiés de "BON" ou de "MAUVAIS" selon qu'il y ait maintien ou non d'une phase unique sans dépôt par sédimentation.The appearance of the products is evaluated before and after storage and the results are qualified as "GOOD" or "BAD" depending on whether or not there is maintenance of a single phase without sedimentation.
DISPERSION .TEST DE LA TACHE)DISPERSION OF THE TASK)
Cette méthode a pour but d'évaluer les propriétés dispersives d'une huile ou d'un additif et de prévoir son niveau de performance (dépôts, boue) comparativement à une huile de référence.The purpose of this method is to assess the dispersive properties of an oil or an additive and to predict its level of performance (deposits, sludge) compared to a reference oil.
Elle est généralement applicable aux huiles moteurs terrestres et marins. Selon cette méthode, le pouvoir dispersif de l'huile est obtenu en effectuant une chromatographie sur papier d'un mélange d'huile à tester et de boue artificielle dans les conditions suivantes :It is generally applicable to terrestrial and marine engine oils. According to this method, the dispersive power of the oil is obtained by performing a paper chromatography of a mixture of oil to be tested and artificial mud under the following conditions:
Tache N°1 : température ambiante sans eau Tache N°2 : 10 mn à 200°C sans eau Tache N°3 : 10 mn à 250°C avec eau Tache N°4 : température ambiante avec eau Tache N°5 : 1 mn à 200°C avec eau Tache N°6 : 10 mn à 200°C avec eau. Les taches sont observées après 48 heures de repos, manuellement ou à l'aide du photomètre CCD.Task N ° 1: room temperature without water Task N ° 2: 10 minutes at 200 ° C without water Task N ° 3: 10 minutes at 250 ° C with water Task N ° 4: room temperature with water Task N ° 5: 1 min at 200 ° C with water Task N ° 6: 10 min at 200 ° C with water. The spots are observed after 48 hours of rest, manually or using the CCD photometer.
Sur chaque tache, on mesure le diamètre (d) de diffusion du mélange et le diamètre (D) de diffusion de l'huile seule et le rapport d/D x 100 est calculé.On each spot, the diameter (d) of diffusion of the mixture is measured and the diameter (D) of diffusion of the oil alone and the ratio d / D x 100 is calculated.
Le pouvoir dispersif de l'huile est obtenu en comparant la somme des 6 taches à la valeur trouvée sur l'une des huiles de référence qui devra être testée dans la même série de mesure.The dispersive power of the oil is obtained by comparing the sum of the 6 spots with the value found on one of the reference oils which will have to be tested in the same measurement series.
L'addition des rapports d/D x 100 dans les six conditions énumérées ci-dessus correspond à un pouvoir dispersif maximal de 600, correspondant à une dispersion idéale de 100% dans toutes les conditions.The addition of the d / D x 100 ratios under the six conditions listed above corresponds to a maximum dispersive power of 600, corresponding to an ideal dispersion of 100% under all conditions.
Dans les résultats de cet essai, plus le chiffre est élevé, meilleur est le pouvoir dispersif de l'huile.In the results of this test, the higher the number, the better the dispersibility of the oil.
EXEMPLES 1 à 10EXAMPLES 1 to 10
a) Synthèse de l'alkylata) Synthesis of the alkylate
On effectue la synthèse de l'alkylat dans une installation pilote d'alkylation à l'acide fluorhydrique, qui est constituée de deux réacteurs en série de 1 ,126 litres chacun et d'un décanteur de 15 litres où la phase organique est séparée de la phase contenant l'acide fluorhydrique, l'ensemble de cet équipement étant maintenu sous une pression de 4 x 105 Pa environ.The alkylate is synthesized in a pilot hydrofluoric acid alkylation plant, which consists of two reactors in series of 1, 126 liters each and a decanter of 15 liters where the organic phase is separated from the phase containing hydrofluoric acid, all of this equipment being maintained under a pressure of approximately 4 × 10 5 Pa.
La phase organique est ensuite soutirée par l'intermédiaire d'une vanne et détendue à la pression atmosphérique, puis le benzène est éliminé par étêtage, c'est à dire chauffage à 160°C à la pression atmosphérique.The organic phase is then drawn off via a valve and expanded to atmospheric pressure, then the benzene is removed by topping, that is to say heating to 160 ° C. at atmospheric pressure.
La phase minérale, après soutirage, est neutralisée par de la potasse.The mineral phase, after racking, is neutralized by potash.
Les variables de la réaction d'alkylation sont les suivantes : (i) mise en oeuvre dans un ou deux réacteurs : - dans le cas d'utilisation d'un seul réacteur, le rapport molaire benzène/oléfine est de 10, ce qui est très élevé, et le deuxième réacteur est court-circuité ;The variables of the alkylation reaction are the following: (i) implementation in one or two reactors: - in the case of using a single reactor, the benzene / olefin molar ratio is 10, which is very high, and the second reactor is short-circuited;
- dans le cas de l'utilisation de deux réacteurs, le rapport molaire benzène/oléfine est relativement faible dans le premier réacteur, de l'ordre de 1 à 1 ,5 et il est plus important dans le deuxième réacteur, de l'ordre de 2 à 10 ; en outre, le rapport de l'acide fluorhydrique à l'oléfine en volume est de 1 dans le premier réacteur et de 2 dans le deuxième. b. Distillation de l'alkylat Dans le cas de aikylation du benzène par une oléfine linéaire en- in the case of the use of two reactors, the benzene / olefin molar ratio is relatively low in the first reactor, of the order of 1 to 1.5, and it is higher in the second reactor, of the order from 2 to 10; in addition, the ratio of hydrofluoric acid to olefin by volume is 1 in the first reactor and 2 in the second. b. Distillation of the alkylate In the case of aikylation of benzene by a linear olefin in
C20 à C2 , il ne se forme pas de fraction légère, c'est à dire d'alkyl-benzène dans lequel le radical alkyle est inférieure à C13 ; il suffit donc d'un étêtage du benzène n'ayant pas réagi pour obtenir l'alkylat correspondant.C 20 to C 2 , a light fraction is not formed, that is to say of alkyl benzene in which the alkyl radical is less than C 13 ; it therefore suffices to topping the unreacted benzene to obtain the corresponding alkylate.
Dans tous les autres cas, il se produit, lors de la réaction catalytique d'alkylation une fraction légère, qui doit être éliminée, au même titre que le benzène en excès, sur une colonne à distiller sous vide ; par fraction légère, on entend tout alkyl-benzène ayant une chaîne alkyle inférieure à C13 ; pour parvenir à éliminer une telle fraction légère, les conditions finales de distillation sont les suivantes : - température en tête de colonne : 262°CIn all other cases, a slight fraction occurs during the catalytic alkylation reaction, which must be eliminated, in the same way as excess benzene, on a column to be distilled under vacuum; by light fraction is meant any alkyl benzene having an alkyl chain lower than C 13 ; to remove such a light fraction, the final distillation conditions are as follows: - temperature at the top of the column: 262 ° C
- température de fond de colonne : 302°C- column bottom temperature: 302 ° C
- pression : 187.102 Pa (187 millibars)- pressure: 187.10 2 Pa (187 millibars)
c. Sulfonation de l'alkylat La sulfonation est effectuée directement sur le mélange des 2 alkylats de la présente invention, dans lequel la proportion molaire du radical phényle substitué sur les atomes de carbone en position 1 ou 2 du radical alkyl est déterminée par rapport à l'ensemble du mélange d'alkylats soumis à la réaction de sulfonation. Cette réaction s'effectue à l'aide d'anhydride sulfurique SO3, fabriqué par passage d'un mélange d'oxygène et d'anhydride sulfureux S02 dans un four catalytique contenant de l'oxyde de Vanadium V2O5.vs. Sulfonation of the alkylate The sulfonation is carried out directly on the mixture of the 2 alkylates of the present invention, in which the molar proportion of the phenyl radical substituted on the carbon atoms in position 1 or 2 of the alkyl radical is determined relative to the whole mixture of alkylates subjected to the sulfonation reaction. This reaction is carried out using sulfuric anhydride SO 3 , produced by passing a mixture of oxygen and sulfur dioxide anhydrous SO 2 through a catalytic oven containing vanadium oxide V 2 O 5 .
Le gaz ainsi fabriqué est introduit en tête d'un réacteur de sulfonation de 2 mètres de long et 1 cm de diamètre dans un flux d'alkylat à co- courant.The gas thus produced is introduced at the head of a sulfonation reactor 2 meters long and 1 cm in diameter into a co-current alkylate stream.
L'acide sulfonique résultant est récupéré au pied du réacteur. Les conditions de sulfonation sont les suivantes :The resulting sulfonic acid is recovered at the bottom of the reactor. The sulfonation conditions are as follows:
- débit de SO3 fixé à 76 g/h, - débit de l'alkylat compris entre 350 et 450 g/h, selon le rapport molaire SO3/alkylat désiré qui varie de 0,8 à 1,2,- SO 3 flow rate fixed at 76 g / h, - alkylate flow rate between 350 and 450 g / h, depending on the desired SO 3 / alkylate molar ratio which varies from 0.8 to 1.2,
- température de sulfonation comprise entre 50 et 60°C,- sulfonation temperature between 50 and 60 ° C,
- et avec de l'azote comme gaz vecteur pour diluer le S03 à 4% en volume. Après la réaction de sulfonation, l'acide sulfurique résiduel est éliminé par traitement thermique après dilution par 10% d'huile 100 N, barbotage d'azote à raison de 101/h/kg de produit et agitation à 85°C, jusqu'à obtention d'une teneur résiduelle en H2S04 plus faible (0,5% en poids maximum). Les analyses figurant dans le tableau ci-après relatif aux exemples de réalisation de la présente invention correspondent au produit obtenu après traitement thermique.- And with nitrogen as the carrier gas to dilute the SO 3 to 4% by volume. After the sulfonation reaction, the residual sulfuric acid is removed by heat treatment after dilution with 10% 100 N oil, bubbling with nitrogen at the rate of 101 / h / kg of product and stirring at 85 ° C., until obtaining a lower residual content of H 2 S0 4 (0.5% by weight maximum). The analyzes appearing in the table below relating to the exemplary embodiments of the present invention correspond to the product obtained after heat treatment.
d) Sur-alcalinisationd) Over-alkalization
Dans cette étape, on fait réagir des proportions molaires relatives de Ca(OH)2 et d'acide sulfonique obtenu dans l'étape précédente, de façon à obtenir une proportion de 37% de chaux non neutralisée par l'acide sulfonique dans le produit final. C'est cette proportion de 37% de chaux non neutralisée qui va permettre d'obtenir dans le sulfonate final un BN de l'ordre de 20 selon la norme ASTM D-2.896.In this step, relative molar proportions of Ca (OH) 2 and of sulfonic acid obtained in the previous step are reacted, so as to obtain a proportion of 37% of lime not neutralized by sulfonic acid in the product. final. It is this proportion of 37% of non-neutralized lime which will make it possible to obtain in the final sulfonate a BN of the order of 20 according to standard ASTM D-2.896.
Pour y parvenir, on ajoute une quantité de Ca(OH)2 qui ne correspond pas à la neutralisation stoechiométrique de la quantité d'acide sulfonique mise en réaction, à savoir 0,5 mole de Ca(OH)2 par mole de cet acide sulfonique, mais on ajoute un excès de Ca(OH)2 par rapport à cette quantité stoechiométrique, c'est à dire une proportion de 0,73 mole de Ca(OH)2 par mole d'acide sulfonique, pour obtenir un BN d'environ 20.To achieve this, an amount of Ca (OH) 2 is added which does not correspond to the stoichiometric neutralization of the amount of sulfonic acid reacted, namely 0.5 mole of Ca (OH) 2 per mole of this acid. sulfonic, but an excess of Ca (OH) 2 is added relative to this stoichiometric quantity, that is to say a proportion of 0.73 mole of Ca (OH) 2 per mole of sulfonic acid, to obtain a BN d 'around 20.
Les conditions de la réaction de suralcalinisation utilisées sont celles décrites dans la demande de brevet français 2.564.830 précitée de la Société OROGIL, ancien nom de la demanderesse, et publiée le 29 Novembre 1985.The conditions for the over-alkalization reaction used are those described in the aforementioned French patent application 2,564,830 from the company OROGIL, former name of the applicant, and published on November 29, 1985.
Les performances obtenues avec les mélanges d'alkyl-aryl- sulfonates selon l'invention sont résumées dans le tableau figurant à la fin du présent mémoire descriptif.The performances obtained with the mixtures of alkyl aryl sulfonates according to the invention are summarized in the table appearing at the end of this description.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
Dans cet exemple, on mélange 80% en poids d'un alkylat linéaire obtenu par aikylation du benzène par une alpha-oléfine normale en C20 à C24, qui sera appelé, par la suite, produit linéaire de référence, avec 20% en poids d'un alkylat ramifié lourd, encore appelé "BAB Bottom", obtenu par aikylation du benzène par du tétramère de propylène et élimination des fractions légères aromatiques (à chaîne alkyle inférieure à C13).In this example, 80% by weight of a linear alkylate obtained by aikylation of benzene with a normal C 20 to C 24 alpha-olefin is mixed, which will hereinafter be called the reference linear product, with 20% by weight. weight of a heavy branched alkylate, also called "BAB Bottom", obtained by aikylation of benzene with propylene tetramer and elimination of light aromatic fractions (with an alkyl chain lower than C 13 ).
La sulfonation est effectuée sur le mélange d'alkylats ci-dessus.The sulfonation is carried out on the mixture of alkylates above.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On mélange 80% en poids d'alkylat linéaire de référence avec 20% d'un alkylat lourd de type dialkyle linéaire-phényl obtenu de la façon suivante : Dans un premier réacteur d'alkylation, on fait réagir du benzène et une composition d'alpha-oléfines linéaires en C8, dans un rapport molaire du benzène à l'oléfine de 1 et un rapport en volume HF/oléfine de 1 , à une température de 45°C et un pression de 4.105 Pa. On obtient à la sortie de ce premier réacteur principalement un hydrocarbure phénylique substitué par un seul radical alkyle en C8, qui va servir d'hydrocarbure arylique à alkyler dans le réacteur suivant.80% by weight of linear reference alkylate is mixed with 20% of a heavy alkylate of the linear dialkyl-phenyl type obtained in the following manner: In a first alkylation reactor, benzene and a composition of linear C 8 alpha-olefins are reacted, in a molar ratio of benzene to olefin of 1 and an HF / olefin volume ratio of 1, to a temperature of 45 ° C. and a pressure of 4.10 5 Pa. A phenyl hydrocarbon substituted by a single C 8 alkyl radical is obtained at the outlet of this first reactor, which will serve as an aryl hydrocarbon to be alkylated in the following reactor .
On transfère ledit hydrocarbure phénylique monoalkyl substitué enSaid monoalkyl substituted phenyl hydrocarbon is transferred to
C8 dans un second réacteur d'alkylation où on introduit la même quantité de HF que dans le premier réacteur et de l'alpha-oléfine linéaire en C18 dans la proportion molaire de 3 moles dudit hydrocarbure phénylique substitué pour 1 mole d'alpha-oléfine linéaire en C18.C 8 in a second alkylation reactor where the same amount of HF is introduced as in the first reactor and linear alpha-olefin at C 18 in the molar proportion of 3 moles of said substituted phenyl hydrocarbon per 1 mole of alpha - linear C 18 olefin.
Après étêtage du benzène n'ayant pas réagi, on distille tous les produits alkylphényl dans lesquels la somme des atomes présents dans la ou les chaînes alkyle s'élève jusqu'à 18 atomes de carbone compris. On recueille en pied de colonne un produit qui est principalement un dialkyl phényl linéaire dans lequel l'un des substituants alkyle est en C8 et l'autre en C18.After topping the unreacted benzene, all the alkylphenyl products are distilled in which the sum of the atoms present in the alkyl chain or chains amounts to up to and including 18 carbon atoms. A product is collected at the bottom of the column, which is mainly a linear dialkyl phenyl in which one of the alkyl substituents is C 8 and the other C 18 .
La sulfonation est effectuée sur le mélange d'alkylats ci-dessus défini.The sulfonation is carried out on the mixture of alkylates defined above.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
On mélange 80% en poids d'alkylat linéaire de référence et 20% en poids d'un alkylat lourd ramifié obtenu de la façon suivante :80% by weight of reference linear alkylate and 20% by weight of a branched heavy alkylate obtained as follows are mixed:
Dans un premier réacteur, on procède à l'alkylation catalytique du benzène par du tétramère de propylène avec un rapport molaire benzène/tétramère de propylène de 1 ,2 et un rapport HF/tétramère de propylène de 1 en volume.In a first reactor, the catalytic alkylation of the benzene is carried out with propylene tetramer with a benzene / propylene tetramer molar ratio of 1.2 and an HF / propylene tetramer ratio of 1 by volume.
Le produit ainsi obtenu est transféré dans un deuxième réacteur où on ajoute de l'acide fluorhydrique et du benzène dans les proportions suivantes : - aromatique/tétramère du propylène 5,8 en moleThe product thus obtained is transferred to a second reactor where hydrofluoric acid and benzene are added in the following proportions: - aromatic / tetramer of propylene 5.8 mole
- HF/tétramère du propylène 1 en volume Puis on élimine par distillation le benzène et les alkylats dans lesquels la longueur de chaîne alkyle ramifiée est inférieure ou égale à C12. La sulfonation est effectuée sur le mélange d'alkylats comprenant, comme indiqué ci-dessus, 80% d'alkylat linéaire de référence et 20% dudit alkylat lourd ramifié ainsi préparé.- HF / propylene tetramer 1 by volume Then benzene and the alkylates in which the length of the branched alkyl chain is less than or equal to C 12 are removed by distillation. The sulfonation is carried out on the mixture of alkylates comprising, as indicated above, 80% of linear reference alkylate and 20% of said branched heavy alkylate thus prepared.
EXEMPLE 4 La sulfonation est effectuée sur le mélange d'alkylats suivant :EXAMPLE 4 The sulfonation is carried out on the following mixture of alkylates:
- 80% en poids d'alkylat linéaire de référence- 80% by weight of linear alkylate of reference
- et 20% en poids d'alkylat ramifié provenant de la réaction d'alkylation catalytique du benzène avec une composition oléfinique en moyenne en C15 à C, obtenus lors de la fabrication de tétramère du propylène avec un seul réacteur, après étêtage du benzène et élimination par distillation des fractions légères correspondant à une chaîne alkyle inférieure à C13.- and 20% by weight of branched alkylate originating from the catalytic alkylation reaction of benzene with an olefinic composition on average of C 15 to C , obtained during the manufacture of propylene tetramer with a single reactor, after topping of the benzene and elimination by distillation of light fractions corresponding to an alkyl chain lower than C 13 .
EXEMPLE 5EXAMPLE 5
La sulfonation est effectuée sur le mélange d'alkylats suivant : - 80% en poids d'alkylat linéaire de référenceThe sulfonation is carried out on the following alkylate mixture: - 80% by weight of linear reference alkylate
- et 20% en poids d'alkylat ramifié provenant de la réaction d'alkylation catalytique du benzène avec une composition oléfinique en moyenne en C17 à C18, obtenus lors de la fabrication de tétramère du propylène avec deux réacteurs d'alkylation en série, dont les conditions d'alkylation figurent dans le tableau ci-après.- and 20% by weight of branched alkylate originating from the catalytic alkylation reaction of benzene with an olefinic composition on average at C 17 to C 18 , obtained during the production of propylene tetramer with two alkylation reactors in series , the alkylation conditions of which are given in the table below.
Par rapport à l'exemple 4, il existe deux différences destinées à favoriser l'augmentation de la masse moléculaire : la première est une chaîne aliphatique plus longue en C17 à C18 que celle en C15 à C18 de l'exemple 4 et la deuxième est un excès molaire du benzène par rapport à l'oléfine ramifiée plus faible que dans l'exemple 4, à savoir proche de la stoechiométrie 1 ,5, dans un premier réacteur pour favoriser, dans la mesure du possible, la dimérisation de l'oléfine soit par formation de deux substituants alkyles en position eta ou para soit par aikylation du dimère sur le benzène. Cette réaction d'alkylation dans le premier réacteur est suivi d'une réaction dans un second réacteur avec un très large excès molaire en benzène par rapport à l'oléfine, 10, pour compléter l'alkylation du carbure aromatique en question.Compared to Example 4, there are two differences intended to promote the increase in molecular mass: the first is a longer aliphatic chain in C 17 to C 18 than that in C 15 to C 18 of Example 4 and the second is a smaller molar excess of benzene relative to the branched olefin than in Example 4, namely close to stoichiometry 1, 5, in a first reactor to promote, as far as possible, the dimerization of the olefin either by formation of two alkyl substituents in eta or para position or by aikylation of the dimer on benzene. This alkylation reaction in the first reactor is followed by a reaction in a second reactor with a very large molar excess of benzene relative to the olefin, 10, to complete the alkylation of the aromatic carbide in question.
EXEMPLE 6EXAMPLE 6
Cet exemple est identique à l'exemple précédent à l'exception du fait que les 20% en poids d'alkylat ramifié avec une oléfine en moyenne en C17 à C18 ont été obtenus avec un seul réacteur d'alkylation catalytique et un taux molaire du benzène à cet oléfine de 10.This example is identical to the previous example except that the 20% by weight of branched alkylate with an average olefin at C 17 to C 18 was obtained with a single catalytic alkylation reactor and a rate benzene molar to this 10 olefin.
EXEMPLE 7 Cet exemple selon l'invention est identique à l'exemple 5, dont il se distingue toutefois d'une part par les proportions du mélange d'alkylat qui sont 50%- 50% et non plus de 80%-20% et d'autre part par l'absence de toute addition d'ions chlorures dans le mélange de sulfonates correspondant.EXAMPLE 7 This example according to the invention is identical to Example 5, from which it is however distinguished on the one hand by the proportions of the alkylate mixture which are 50% - 50% and not more than 80% -20% and on the other hand by the absence of any addition of chloride ions in the mixture of corresponding sulfonates.
EXEMPLE 8EXAMPLE 8
Dans cet exemple selon l'invention, on utilise un mélange de 50% d'alkylat linéaire de référence et 50% d'un alkylat obtenu par aikylation du benzène avec une oléfine linéaire en C12 dans un seul réacteur avec étêtage du benzène et élimination des hydrocarbures alkylphényl substitués par un seul radical alkyle en C12 et le mélange de sulfonates correspondant est analysé sans addition d'ions chlorures.In this example according to the invention, a mixture of 50% of linear alkylate of reference and 50% of an alkylate obtained by aikylation of benzene with a linear C 12 olefin is used in a single reactor with topping of benzene and elimination alkylphenyl hydrocarbons substituted with a single C12 alkyl radical and the corresponding sulfonate mixture is analyzed without the addition of chloride ions.
EXEMPLE 9EXAMPLE 9
Cet exemple ne diffère de l'exemple 7 que par l'addition d'ions chlorures sous forme de chlorure de calcium. Les résultats des tests effectués sur les mélanges de sulfonates correspondant se traduisent par une compatibilité de ce mélange dans une huile lubrifiante à la limite de l'acceptable, car il y a apparition d'un léger trouble lors du mélange avec l'huile lubrifiante. Cet exemple 9 montre l'intérêt d'éviter toute addition d'ions chlorures dans les mélanges de sulfonates selon l'invention comportant entre 50 et 75% du monalkyl phényl sulfonate linéaire a) et entre 25 et 50% d'un alkyl aryl sulfonate lourd b), tel que défini précédemment.This example differs from Example 7 only by the addition of chloride ions in the form of calcium chloride. The results of the tests carried out on the corresponding sulfonate mixtures are reflected in the compatibility of this mixture in a lubricating oil to the limit of acceptable, since there is the appearance of a slight haze when mixed with the lubricating oil. This example 9 shows the advantage of avoiding any addition of chloride ions in the mixtures of sulfonates according to the invention comprising between 50 and 75% of the linear monalkylphenyl sulfonate a) and between 25 and 50% of an alkyl aryl sulfonate. heavy b), as defined above.
EXEMPLE COMPARATIF 10COMPARATIVE EXAMPLE 10
Dans cet exemple, on a sulfoné un seul alkylat, à savoir l'alkylat lourd de type dialkyl-linéaire-phényle de l'exemple 2.In this example, a single alkylate was sulfonated, namely the heavy alkylate of dialkyl-linear-phenyl type from Example 2.
On constate que le rendement de l'alkylation est moins bon et que le taux de sulfonation a chuté pratiquement de moitié, la teneur en HSO3 " de l'acide sulfonique obtenu passant de 14,4% dans l'exemple 2 à 8,5% dans l'exemple 10. EXEMPLE COMPARATIF 11It is found that the yield of the alkylation is less good and that the sulphonation rate has dropped practically by half, the HSO 3 "content of the sulphonic acid obtained passing from 14.4% in Example 2 to 8, 5% in Example 10. COMPARATIVE EXAMPLE 11
Dans cet exemple, la sulfonation est effectuée uniquement sur l'alkylat ramifié lourd correspondant à celui utilisé dans l'exemple 5 selon l'invention.In this example, the sulfonation is carried out only on the heavy branched alkylate corresponding to that used in Example 5 according to the invention.
EXEMPLE COMPARATIF 12COMPARATIVE EXAMPLE 12
Dans cet exemple hors invention, la sulfonation s'effectue uniquement sur l'alkylat ramifié lourd décrit dans l'exemple 6 selon l'invention.In this example outside the invention, the sulfonation is carried out only on the heavy branched alkylate described in Example 6 according to the invention.
EXEMPLE COMPARATIF 13COMPARATIVE EXAMPLE 13
Dans cet exemple, on a sulfoné exclusivement l'alkylat linéaire de référence, utilisé à raison de 80% en poids dans les exemples de réalisation 1 à 6 de la présente invention. On rappelle que, lors de la préparation de cet alkylat, on utilise successivement deux réacteurs d'alkylation catalytique :In this example, the reference linear alkylate was exclusively sulfonated, used in an amount of 80% by weight in embodiments 1 to 6 of the present invention. It will be recalled that, during the preparation of this alkylate, two catalytic alkylation reactors are used successively:
- un premier réacteur où le rapport molaire du benzène à l'oléfine linéaire en C20 à C24 est maintenue à 1 ,2 pour freiner la réaction d'alkylation en vue de favoriser la migration de la double liaison de l'oléfine des extrémités vers l'intérieur de la chaîne avant l'alkylation, et d'obtenir ainsi une teneur minimale en isomère 1- ou 2-phényle conforme à la présente invention et où le rapport volumétrique de l'acide fluorhydrique à l'oléfine est de 1 ; et- a first reactor where the molar ratio of benzene to linear C 20 to C 24 olefin is maintained at 1, 2 to slow down the alkylation reaction in order to promote the migration of the double bond of the olefin from the ends towards the inside of the chain before alkylation, and thus obtaining a minimum content of 1- or 2-phenyl isomer according to the present invention and where the volumetric ratio of hydrofluoric acid to olefin is 1 ; and
- un deuxième réacteur où on ajoute un large excès de benzène par rapport à l'oléfine et où on ajoute de l'acide fluorhydrique pour obtenir des rapports benzène/oléfine de 5,8 en moles et HF/oléfine de 2 en volume- a second reactor where a large excess of benzene is added relative to the olefin and where hydrofluoric acid is added to obtain benzene / olefin ratios of 5.8 by mole and HF / olefin of 2 by volume
EXEMPLE COMPARATIF 14COMPARATIVE EXAMPLE 14
Dans cet exemple, la sulfonation est effectuée uniquement sur l'alkylat ramifié lourd en C15 à C18 utilisé dans l'exemple 4, afin de déterminer l'influence de la masse moléculaire.In this example, the sulfonation is carried out only on the heavy branched C 15 -C 18 alkylate used in Example 4, in order to determine the influence of the molecular mass.
On notera que, comme dans l'exemple comparatif 13, le sulfonate correspondant présente une peau superficielle qui le rend inapte à son utilisation en tant qu'additif pour huile lubrifiante.It will be noted that, as in Comparative Example 13, the corresponding sulfonate has a surface skin which renders it unsuitable for use as an additive for lubricating oil.
EXEMPLE COMPARATIF 15COMPARATIVE EXAMPLE 15
C'est le même que l'exemple comparatif 13 sauf que l'on utilise un seul réacteur d'alkylation avec un rapport benzène/oléfine de 10, ce qui se traduit par un alkylat dans lequel le rapport molaire des substituants phényle dans les positions 1 et 2 au total des substituants phenyles quelle que soit sa position est de 0,20 au lieu de 0,093.It is the same as Comparative Example 13 except that a single alkylation reactor is used with a benzene / olefin ratio of 10, which results in an alkylate in which the molar ratio of the phenyl substituents in the positions 1 and 2 in total of the phenyl substituents whatever its position is 0.20 instead of 0.093.
Les conséquences sur le sulfonate correspondant sont une incorporation plus faible de la chaux (BN de 14,5 au lieu de 19,4), une viscosité plus forte, une vitesse de filtration plus faible et surtout une apparition plus rapide de peau avec une formation de gel et une mauvaise compatibilité, ce qui rend le produit inutilisable comme additif pour lubrifiant.The consequences on the corresponding sulfonate are a lower incorporation of lime (BN of 14.5 instead of 19.4), a higher viscosity, a lower filtration speed and above all a more rapid skin formation with gel formation and poor compatibility, making the product unusable as a lubricant additive.
EXEMPLE COMPARATIF 16COMPARATIVE EXAMPLE 16
On a essayé d'utiliser un mélange 80/20 d'alkylats comprenant 80%, non pas de l'alkylat de référence utilisé dans les exemple 1 à 9 selon l'invention, mais un alkylat obtenu avec un seul réacteur d'alkylation, où le rapport benzène/oléfine linéaire en C2o-C24 est de 10, ce qui se traduit d'abord par un alkylat ayant une teneur en substituant en positions 1 et 2 de 0,20 molaire. Une telle teneur, abaissée à 0,16 dans le mélange 80/20 avec 20% d'un alkylat lourd n'a pas permis d'obtenir des tests satisfaisants comme le montrent notamment la formation de gel et de peau superficielle au bout d'un jour et une mauvaise compatibilité avec l'huile lubrifiante ; alors que l'exemple 5 fait à partir de la même proportion en mélange 80/20 mais où l'alkylat linéaire avait une teneur en positions 1 et 2 de 0,093 molaire s'était révélé donné de bons résultats.We tried to use an 80/20 mixture of alkylates comprising 80%, not of the reference alkylate used in Examples 1 to 9 according to the invention, but an alkylate obtained with a single alkylation reactor, where the benzene / linear C 2 oC 24 olefin ratio is 10, which first results in an alkylate having a substituent content in positions 1 and 2 of 0.20 molar. Such a content, reduced to 0.16 in the 80/20 mixture with 20% of a heavy alkylate, did not allow satisfactory tests to be obtained, as shown in particular by the formation of gel and superficial skin after one day and poor compatibility with the lubricating oil; whereas example 5 made from the same proportion in an 80/20 mixture but where the linear alkylate had a content in positions 1 and 2 of 0.093 molar had been found to have given good results.
Des essais de dispersion, menés selon le test de la tache, tel que défini précédemment, ont donné lieu aux résultats suivants, qui font aussi l'objet de la figure 3.Dispersion tests, carried out according to the spot test, as defined above, gave rise to the following results, which are also the subject of FIG. 3.
Dispersion MoussageFoaming Dispersion
Composition des alkylats Test à la tache sur ASTM D - 892Composition of alkylates Spot test on ASTM D - 892
Exempl Benzène/C Benzène/dérivé tétramère les sulfonates Séquence I e 20-24 de propylène C17.18 correspondantsExample Benzene / C Benzene / tetramer derivative sulfonates Sequence I e 20-24 of propylene C 17 . 18 penpals
13 100% - 372 0/013 100% - 372 0/0
5 80% 20% 369 0/05 80% 20% 369 0/0
9 50% 50% 366 0/09 50% 50% 366 0/0
11 - 100% 337 270/60 Il résulte de ces données que la dispersion est meilleure avec un mélange chimique des sulfonates selon l'invention qu'avec un mélange physique de chacun des sulfonates individuels dans les mêmes proportions.11 - 100% 337 270/60 It follows from these data that the dispersion is better with a chemical mixture of the sulfonates according to the invention than with a physical mixture of each of the individual sulfonates in the same proportions.
Des essais de moussage ont également été réalisés selon la méthode normalisée ASTM D-892 séquence I dans laquelle plus le chiffre est bas, meilleur est le produit.Foaming tests were also carried out according to the standardized method ASTM D-892 sequence I in which the lower the number, the better the product.
Les résultats de ces essais, qui sont indiqués ci-dessus à propos des exemples 5 et 9 selon l'invention et les exemples comparatifs 11 et 13, confirment qu'à des teneurs trop élevées en alkyl-benzène ramifié (exemple 11), le moussage trop élevé rend le sulfonate inacceptable comme additif pour lubrifiant et par contre qu'aux teneurs selon l'invention (exemples 5 et 9) les sulfonates ne moussent pas. The results of these tests, which are indicated above with respect to Examples 5 and 9 according to the invention and Comparative Examples 11 and 13, confirm that at too high contents of branched alkyl benzene (Example 11), the too high foaming makes the sulfonate unacceptable as an additive for lubricant and on the other hand that at the contents according to the invention (examples 5 and 9) the sulfonates do not foam.
TABLEAUBOARD
SAI 1 2 3 4 5 6SAI 1 2 3 4 5 6
LATION îtique Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène e linéaire C20-24 C20-24 C8/C18 C20-24 C20-24 C20-24 C20-24LATION îtique Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene e linear C20-24 C20-24 C8 / C18 C20-24 C20-24 C20-24 C20-24
' tétramère de propylène C12 C12 C15-18 C17-18 C17-18propylene tetramer C12 C12 C15-18 C17-18 C17-18
HTIONS D'ALKYLATION seur HF HF HF HF HF HF HF HF HF HF HF HFALKYLATION HORS HF HF HF HF HF HF HF HF HF HF HF HF
TEUR 1 rπ tique/oléfine (mol) 1 ,2 10 1 ,2 1 1 ,2 1 ,2 1 ,2 10 1 ,2 1 ,5 1 ,2 | 10 c TEUR 2 tique total/oléfine (mol) 5,8 5,8 3 5,8 l 5,8 5,8 5,8 10 5,8 m σ ITIONS D'OBTENTION Etêtage Elimination Etêtage Elimination Etêtage Elimination Etêtage Elimination Etêtage Elimination Etêtage Elimination m .LKYLAT benzène bz + légers benzène bz + légers benzène bz+légers benzène bz + légers benzène bz + légers benzène bz + légersTEUR 1 tick / olefin (mol) 1, 2 10 1, 2 1 1, 2 1, 2 1, 2 10 1, 2 1, 5 1, 2 | 10 c TEUR 2 total tick / olefin (mol) 5.8 5.8 3 5.8 l 5.8 5.8 5.8 10 5.8 m σ ITIONS OBTAINING Topping Topping Topping Topping Topping Topping Topping Topping Topping Topping Topping Elimination Topping Elimination m .LKYLAT benzene bz + light benzene bz + light benzene bz + light benzene bz + light benzene bz + light benzene bz + light
("SE DE L'ALKYLAT m("SE FROM ALKYLAT m
S Dosition 1+2(mol) 0,093 0,093 0,093 0,093 0,093 0,093 -o ∑ positions ité à 40°C (cSt) 17 35 17 25 17 16,5 17 17 17 49 17 27,5S Position 1 + 2 (mol) 0.093 0.093 0.093 0.093 0.093 0.093 -o ∑ ite positions at 40 ° C (cSt) 17 35 17 25 17 16.5 17 17 17 49 17 27.5
O m s de l'alkylat 80 20 80 20 80 20 80 20 80 20 80 20O alkylate 80 20 80 20 80 20 80 20 80 20 80 20
3 m ^TERISTIQUES DU MELANGE D'ALKYLATS, DES ACIDES ET SULFONATES CORRESPONDANT3 m ^ TERISTICS OF THE MIXTURE OF ALKYLATES, ACIDS AND SULFONATES CORRESPONDING
'SE DE L'ALKYLAT position 1+2(mol) 0,074 0,074 0,074 0,074 0,074 0,074'SE DE L'ALKYLAT position 1 + 2 (mol) 0.074 0.074 0.074 0.074 0.074 0.074
30 m positions pour les 2 alkylats O 'SE DE L'ACIDE r m ) 3 " (poids) 12,8 14,4 15,3 15,8 14,5 15,230 m positions for the 2 alkylates O 'SE OF ACID rm ) 3 " (weight) 12.8 14.4 15.3 15.8 14.5 15.2
I D→ (poids) 0,2 0,3 0,27 0,24 0,17 σ> 0,1 1I D → (weight) 0.2 0.3 0.27 0.24 0.17 σ> 0.1 1
SE DU SULFONATE u sans CaCI2 AVEC AVEC AVEC AVEC AVEC AVECSULFONATE u without CaCI 2 WITH WITH WITH WITH WITH WITH WITH
(poids) 2,35 2,6 2,63 2,56 2,56 2,6(weight) 2.35 2.6 2.63 2.56 2.56 2.6
(poids) 1.6 1 ,76 1 ,74 1 ,8 1 ,89 1 ,76(weight) 1.6 1, 76 1, 74 1, 8 1, 89 1, 76
896) 17 19,8 19,7 17,7 17,9 20 té à 100°C à 2,35 de Ca (cSt) 30 18,4 21 ,8 80 36 35,5 nents brut (vol) 0,6 0,4 0,6 0,6 0,6 1 de filtration (Kg/H/m2) 1200 3350 240 480 790 1350 on de peau à l'air libre 5 jours 7 jours 1 mois 1 mois 7 jours 7 jours ibi té BON BON BON BON BON BON 896) 17 19.8 19.7 17.7 17.9 20 t at 100 ° C at 2.35 Ca (cSt) 30 18.4 21, 8 80 36 35.5 nents gross (vol) 0.6 0.4 0.6 0.6 0.6 1 filtration (Kg / H / m 2 ) 1200 3350 240 480 790 1350 oz of skin in the open air 5 days 7 days 1 month 1 month 7 days 7 days ibi tee GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD GOOD
TABLEAU (suite 1)TABLE (continued 1)
TABLEAU (suite 2)TABLE (continued 2)
N" D'ESSAI 10 11 12 | 13 14 15 16TEST NO. 10 11 12 | 13 14 15 16
ALKYLATIONALKYLATION
Aromatique Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène Benzène BenzèneAromatic Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene Benzene
Oléfine linéaire C8/C18 C20-24 C20-24 C20-24Linear olefin C8 / C18 C20-24 C20-24 C20-24
Dérivé tétramère de propylène C17-18 C17-18 C15-18 C17-18 Propylene tetramer derivative C17-18 C17-18 C15-18 C17-18
Catalyseur HF HF HF HF HF HF HF HFCatalyst HF HF HF HF HF HF HF HF
REACTEUR 1REACTOR 1
Aromatique/oléfine (mol) 1 1 ,5 10 1 ,2 10 10 10 1 ,5Aromatic / olefin (mol) 1 1, 5 10 1, 2 10 10 10 1, 5
- mπ REACTEUR 2 c Aromatique total/oléfine (mol) 3 10 5,8 10- mπ REACTOR 2 c Total aromatic / olefin (mol) 3 10 5.8 10
CONDITIONS DOBTENTION DE Elimination Elimination Elimination Etêtage Elimination Etêtage Etêtage Elimination m L'ALKYLAT bz + légers bz + légers bz + légers benzène bz + légers benzène benzène bz + légers σ m ANALYSE DE L'ALKYLATCONDITIONS TO OBTAIN Elimination Elimination Elimination Topping Topping Elimination Topping Topping Topping Elimination m ALKYLAT bz + light bz + light bz + light benzene bz + light benzene benzene bz + light σ m ANALYSIS OF ALKYLAT
30 Dosition 1+2(mol) 0,093 0 20 0,2 m ∑ positions30 Position 1 + 2 (mol) 0.093 0 20 0.2 m ∑ positions
Viscosité à 40°C (cSt) 25 49 27,5 17 17 18 18 49Viscosity at 40 ° C (cSt) 25 49 27.5 17 17 18 18 49
% poids de l'alkylat 100 100 100 100 100 100 80 20% weight of alkylate 100 100 100 100 100 100 80 20 20
O CARACTERISTIQUES DU MELANGE D'ALKYLATS, DES ACIDES ET SULFONATES CORRESPONDANTS mO CHARACTERISTICS OF THE MIXTURE OF ALKYLATES, CORRESPONDING ACIDS AND SULFONATES m
3 ANALYSE DE L'ALKYLAT m z position 1+2(mol) 0,093 0.20 0,163 ALKYLAT ANALYSIS m z position 1 + 2 (mol) 0.093 0.20 0.16
H ∑ positions pour les 2 alkylatsH ∑ positions for the 2 alkylates
ANALYSE DE L'ACIDE m % HSθ3 " (poids) 8,5 10,5 15 15,4 17,3 14,6 14,2 Ω r- % H2S04 (poids) 0,3 0,35 0,1 0,18 0 1 0,2 0,2 m ro ANALYSE DU SULFONATEACID ANALYSIS m% HSθ 3 " (weight) 8.5 10.5 15 15.4 17.3 14.6 14.2 Ω r-% H 2 S0 4 (weight) 0.3 0.35 0 , 1 0.18 0 1 0.2 0.2 m ro ANALYSIS OF SULFONATE
Avec ou sans CaCI2 AVEC AVEC AVEC AVEC AVEC AVEC AVECWith or without CaCI 2 WITH WITH WITH WITH WITH WITH WITH WITH
% CaT (poids) 2,67 2,66 2,4 2,64 2,59 2,35 2,45% CaT (weight) 2.67 2.66 2.4 2.64 2.59 2.35 2.45
% CaS (poids) 1 ,74 1 ,78 1 ,74 1 ,83 1 ,76 1.75 1 ,71% CaS (weight) 1.74 1.78 1.74 1.83 1.76 1.75 1.71
BN (D2896) 21 ,9 18 23 19,4 19 14,5 17,2BN (D2896) 21, 9 18 23 19.4 19 14.5 17.2
Viscosité à 100°C à 2,35 de Ca (cSt) 22 30 103 46,4 97 100 52Viscosity at 100 ° C at 2.35 Ca (cSt) 22 30 103 46.4 97 100 52
% sédiments brut (vol) 0,6 0,12 0,6 0,6 0,6 1 ,2 0,8% raw sediment (vol) 0.6 0.12 0.6 0.6 0.6 1.2 0.8
Vitesse de filtration (Kg/H/m*) 15 500 250 710 545 30 208Filtration speed (Kg / H / m *) 15,500 250,710,545 30,208
Formation de peau à l'air libre pas de peau 3 jours 3 jours 1 jour gel 1 jour 10 heures gel 1 jourSkin formation in the open air no skin 3 days 3 days 1 day gel 1 day 10 hours gel 1 day
Compatibilité MAUVAIS MAUVAIS MAUVAIS MAUVAIS MAUVAIS MAUVAIS MAUVAIS Compatibility BAD BAD BAD BAD BAD BAD BAD

Claims

REVENDICATIONS
1. Mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés caractérisé en ce qu'il comprend (a) au moins 50 % et au plus 85 % en poids d'un mono-alkyl- phényl-sulfonate dans lequel le substituant mono-alkyl est une chaîne linéaire, contenant entre 14 et 40 atomes de carbone et le radical phényl-sulfonate de métal alcalino-terreux est fixé, dans une proportion molaire comprise entre 0 et 13 %, de préférence entre 5 et 11 % et plus particulièrement entre 7 et 10 %, en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire et1. Mixture of alkaline earth metal alkali-aryl sulfonates, characterized in that it comprises (a) at least 50% and at most 85% by weight of a mono-alkylphenyl sulfonate in which the substituent mono-alkyl is a linear chain, containing between 14 and 40 carbon atoms and the phenyl-sulfonate radical of alkaline earth metal is fixed, in a molar proportion ranging between 0 and 13%, preferably between 5 and 11% and more particularly between 7 and 10%, in position 1 or 2 of the linear alkyl chain and
(b) au moins 15 % et au plus 50 % en poids d'un alkyl-aryl- sulfonate lourd choisi parmi :(b) at least 15% and at most 50% by weight of a heavy alkyl-aryl sulfonate chosen from:
(i) les dialkyl-aryl-sulfonates dans lesquels le radical aryle peut être un radical phényle substitué ou non, tel qu'en particulier les radicaux phényle, tolyle, xylyle, éthyl-phényle ou cuményle, et dans lesquels les deux substituants alkyle sont tous deux des chaînes alkyles linéaires, dont la somme des atomes de carbone est comprise entre 16 et 40, de préférence entre 18 et 40 atomes de carbone ou(i) dialkyl-aryl-sulfonates in which the aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the two alkyl substituents are both linear alkyl chains, the sum of the carbon atoms of which is between 16 and 40, preferably between 18 and 40 carbon atoms, or
(ii) les mono- ou poly-alkyl-aryl-sulfonates dans lesquels le radical aryle peut être un radical phényle substitué ou non, tel qu'en particulier les radicaux phényle, tolyle, xylyle, éthyl-phényle ou cuményle, et dans lesquels le ou les substituants alkyls sont des chaînes ramifiées, dans lesquelles la somme des atomes de carbone est en moyenne comprise entre au moins 15 et jusqu'à 48 atomes de carbone, ledit mélange d'alkyl-aryl-sulfonates ayant une teneur molaire maximale de 10%, et de préférence inférieure ou égale à 8%, en mono-alkyl- phényl-sulfonate linéaire, dans lequel le radical phényl-sulfonate est substitué en position 1 ou 2 de la chaîne alkyle linéaire.(ii) mono- or poly-alkyl-aryl-sulfonates in which the aryl radical may be a substituted or unsubstituted phenyl radical, such as in particular the phenyl, tolyl, xylyl, ethyl-phenyl or cumenyl radicals, and in which the alkyl substituent (s) are branched chains, in which the sum of the carbon atoms is on average between at least 15 and up to 48 carbon atoms, said mixture of alkyl-aryl-sulfonates having a maximum molar content of 10%, and preferably less than or equal to 8%, in linear mono-alkylphenyl-sulfonate, in which the phenyl-sulfonate radical is substituted in position 1 or 2 of the linear alkyl chain.
2. Mélange selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend entre 75 et 85 % en poids de mono-alkyl-phényl-sulfonates tel que défini en (a) et entre 15 et 25 % en poids de l'alkyl-aryl-sulfonate lourd tel que défini en (b) de ladite revendication 1.2. Mixture according to claim 1 characterized in that it comprises between 75 and 85% by weight of mono-alkyl-phenyl-sulfonates such as defined in (a) and between 15 and 25% by weight of the heavy alkyl-aryl sulfonate as defined in (b) of said claim 1.
3. Mélange selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la chaîne alkyle linéaire du mono-alkyl-phényl-sulfonate tel que défini en (a) de la revendication 1 contient entre 16 et 30 et plus particulièrement entre 20 et 24 atomes de carbone.3. Mixture according to any one of claims 1 or 2 characterized in that the linear alkyl chain of the mono-alkyl-phenyl-sulfonate as defined in (a) of claim 1 contains between 16 and 30 and more particularly between 20 and 24 carbon atoms.
4. Mélange selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend entre 50 et 75% en poids de monoalkyl-phényl-sulfonate tel que défini en (a) et entre 25 et 50% en poids de l'akyl-aryle-sulfonate lourd tel que défini en (b) de ladite revendication 1 , ledit mélange étant exempt d'ions chlorure.4. Mixture according to claim 1, characterized in that it comprises between 50 and 75% by weight of monoalkyl-phenyl-sulfonate as defined in (a) and between 25 and 50% by weight of the alkyl-aryl- heavy sulfonate as defined in (b) of said claim 1, said mixture being free of chloride ions.
5. Mélange selon l'une quelconque des revendications 1. à 4, caractérisé en ce que l'indice de basicité BN dudit mélange, tel que mesurée selon la norme ASTM-D-2896, est compris entre 3 et 60 et de préférence 10 et 40.5. Mixture according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the basicity index BN of said mixture, as measured according to standard ASTM-D-2896, is between 3 and 60 and preferably 10 and 40.
6. Application du mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés selon l'une quelconque des revendications précédentes comme additif detergent-dispersant pour huiles lubrifiantes.6. Application of the mixture of alkyl-aryl sulfonates of alkaline earth metal alkalinized according to any one of the preceding claims as detergent-dispersant additive for lubricating oils.
7. Huile lubrifiante contenant un mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.7. Lubricating oil containing a mixture of alkyl-aryl-sulfonates of alkaline earth metal alkalinized, according to any one of claims 1 to 5.
8. Procédé de préparation d'un mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le mélange des hydrocarbures mono-alkyl-phénylique et alkyl-arylique lourd correspondants, la sulfonation du mélange d'hydrocarbures et la réaction des acides sulfoniques résultant avec un excès de base alcalino- terreuse.8. A process for the preparation of a mixture of alkaline earth metal alkaline earth metal sulfonates according to any one of claims 1 to 5, characterized by the mixture of the corresponding mono-alkyl-phenyl and heavy alkyl-aryl hydrocarbons , the sulfonation of the hydrocarbon mixture and the reaction of the resulting sulfonic acids with an excess of alkaline earth base.
9. Procédé de préparation d'un mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par la préparation séparée de chacun des acides alkyl-aryl- sulfoniques, leur mélange et leur réaction avec un excès de base.9. A process for the preparation of a mixture of alkaline earth metal alkali earth sulfonates according to any one of the claims 1 to 5, characterized by the separate preparation of each of the alkyl aryl sulfonic acids, their mixing and their reaction with an excess of base.
10. Procédé de préparation d'un mélange d'alkyl-aryl-sulfonates de métal alcalino-terreux suralcaiinisés selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par la préparation séparée de chacun des alkyl-aryl-sulfonates entrant dans la composition des mélanges et leur mélange dans les proportions requises. 10. A process for the preparation of a mixture of alkaline earth metal alkaline earth metal sulfonates according to any one of claims 1 to 5, characterized by the separate preparation of each of the alkyl aryl sulfonates used in the composition mixtures and their mixing in the required proportions.
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