JP2015028160A

JP2015028160A - 圧縮機油

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Publication number: JP2015028160A
Application number: JP2014130162A
Authority: JP
Inventors: 祐也水谷; Yuya MIZUTANI; 泉清澤; Izumi KIYOSAWA; 常年菅原; Tsunetoshi Sugawara
Original assignee: JX Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: JP6152366B2

Abstract

【課題】圧縮する気体の汚染を十分に防止することができ、かつ、高い潤滑性を有する圧縮機油を提供すること。【解決手段】圧縮機油全量基準で、硫黄分が０．１質量％以下かつ芳香族含有量が１質量％以下である炭化水素油９０〜９９．９９５質量％と、含酸素有機化合物からなる油性添加剤０．１〜１０質量％と、を含有し、硫黄分が０．１質量％以下である、圧縮機油。【選択図】図２

Description

本発明は、気体を圧縮するガス圧縮機の潤滑に用いられる圧縮機油に関する。

コンプレッサー（ガス圧縮機）での高効率運転のためには、圧縮される気体の漏れを防止することが有効である。そこで、コンプレッサーでは、気体の漏れを防止するための圧縮機油が用いられる。圧縮機油には、気体の漏れ防止の他に、軸受け部分などの潤滑性を維持することも求められている。圧縮機油としては、鉱油などの基油に様々な添加剤を配合したものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００５−２３９８９７号公報特開２００８−１７９６７９号公報特開平１１−３３５６８４号公報

ところで、例えば、燃料電池用の水素を圧縮する圧縮機の場合、非常に高純度の水素を圧縮するため、特定の元素による汚染を抑制することが重要である。しかし、上記従来の圧縮機油を用いると、圧縮機油中の基油、添加剤に含まれる特定の成分が、圧縮される気体を汚染するおそれがある。

また、特に水素を圧縮する圧縮機は水素脆性などに起因して摩耗しやすく、かかる圧縮機に用いられる圧縮機油には高い潤滑性が必要とされる。しかし、従来の圧縮機油は潤滑性の点でも必ずしも十分ではなく、実用に供し得るものとしては未だ改善の余地がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧縮する気体の汚染を十分に防止することができ、かつ、高い潤滑性を有する圧縮機油を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮機油全量基準で、硫黄分が０．１質量％以下かつ芳香族含有量が１質量％以下である炭化水素油９０〜９９．９９５質量％と、含酸素有機化合物からなる油性添加剤０．００５〜１０質量％と、を含有し、硫黄分が０．１質量％以下である、圧縮機油を提供する。

本発明の圧縮機油に含まれる含酸素有機化合物は、炭素数１４〜２２の脂肪酸であることが好ましく、炭素数１４〜２２の分岐脂肪酸であることがより好ましい。

本発明に係る圧縮機油は、水素を圧縮する圧縮機に好ましく用いられる。

本発明の圧縮機油によれば、圧縮する気体の汚染を十分に防止することができ、かつ、高い潤滑性を達成することができる。

実施例で用いたイソステアリン酸Ａの^１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。実施例で用いたイソステアリン酸Ｂの^１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る圧縮機油は、圧縮機油全量基準で、硫黄分が０．１質量％以下かつ芳香族含有量が１質量％以下である炭化水素油９０〜９９．９９５質量％と、含酸素有機化合物からなる油性添加剤０．００５〜１０質量％と、を含有する。また、本実施形態に係る圧縮機油の硫黄分は、圧縮機油全量を基準として０．１質量％以下である。

［炭化水素油］
炭化水素油の硫黄分は、圧縮する気体の汚染を十分に防止する観点から、炭化水素油全量を基準として、０．１質量％（１０００質量ｐｐｍ）以下、好ましくは１０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは１質量ｐｐｍ以下である。本発明でいう硫黄分とは、ＪＩＳＫ２５４１「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」により測定された値を意味する。

炭化水素油の芳香族含有量は、圧縮する気体の汚染を十分に防止する観点から、炭化水素油全量を基準として、０．１質量％以下であり、好ましくは０．０１質量％以下である。本発明でいう芳香族含有量とは、ＪＩＳＫ２５３６「石油製品−成分試験方法」の蛍光指示薬吸着法に準拠して測定された値を意味する。

本実施形態における炭化水素油は、硫黄分及び芳香族含有量が上記の条件を満たす限りにおいて特に制限されず、例えば、鉱油系基油、ワックス分解系基油、合成系基油、あるいはこれらの２種以上の混合油を挙げることができる。さらに、好ましい合成系基油としては、ポリα−オレフィン又はその水素化物を挙げることができる。オレフィンオリゴマー、スラックワックス、ＦＴワックスなどのワックス類およびこれを異性化した基油、芳香族及び／又は不飽和化合物を含むもの、例えばテルペン油や原油を蒸留した留分を水素化したものが挙げられる。

また、本実施形態における炭化水素油は、以下の性状を有することが好ましい。

炭化水素油の動粘度は特に限定されないが、炭化水素油の４０℃における動粘度は、好ましくは１０〜８００ｍｍ^２／ｓ、１５〜５００ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは２０〜３００ｍｍ^２／ｓ、３０〜２００ｍｍ^２／ｓ、更に好ましくは５０〜９０ｍｍ^２／ｓである。また、炭化水素油の１００℃における動粘度は、好ましくは２〜６０ｍｍ^２／ｓ、３〜５０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは４〜３５ｍｍ^２／ｓ、５〜２５ｍｍ^２／ｓ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ^２／ｓである。炭化水素油の動粘度がこの範囲であると、摺動部での摩耗を低減でき、かつ、攪拌抵抗を低くすることができるためエネルギー消費を抑えられる。

炭化水素油の粘度指数は、好ましくは１２０〜１６０であり、より好ましくは１３０〜１５５である。

本発明における４０℃及び１００℃における動粘度並びに粘度指数は、それぞれＪＩＳＫ２２８３「原油及び石油製品−動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」に準拠して測定される値を意味する。

炭化水素油の蒸留範囲は、圧縮機されるガス中への軽質炭化水素の混入を防ぐために、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」で規定されるガスクロマトグラフィー蒸留試験の初留点として、２５０℃以上であることが好ましく、３００℃以上であることがより好ましい。また、１％留出点として、３５０℃以上であることが好ましく、４００℃以上が最も好ましい。また、ガスクロマトグラフィー蒸留試験では初留点として検出されない微量の軽質炭化水素についても、低減することが好ましい。したがって、炭化水素油を製造する際には、例えば入念なフラッシングを伴う蒸留工程を経ることが好ましい。

炭化水素油の含有量は、圧縮機油全量基準で、９０〜９９．９９５質量％であり、好ましくは９５〜９９．９９質量％であり、更に好ましくは９８〜９９．９質量％である。

［油性添加剤］
本実施形態に係る圧縮機油は、含酸素有機化合物からなる油性添加剤を含有する。かかる含酸素有機化合物としては、例えば脂肪酸に代表される１価カルボン酸、多価カルボン酸、１価アルコール、多価アルコール、エステル、多価アルコールの部分エステル化合物が挙げられる。これらの中でも、吸着能力が高く、腐食性が低いことから、脂肪酸、多価アルコール及び多価アルコールの部分エステル化合物が好ましい。

脂肪酸としては、炭素数１４〜２２の脂肪酸が好ましく、炭素数１４〜２２の分岐脂肪酸がより好ましい。脂肪酸の炭素数は、１６〜２０であることが特に好ましい。また、飽和脂肪酸が好ましい。脂肪酸としては、オレイン酸、イソステアリン酸、ラウリン酸、ステアリン酸が例示される。その中でも、イソステアリン酸が最も好ましい。分岐脂肪酸の中でも、^１３Ｃ−ＮＭＲ分析（広帯域完全デカップリング）において、化学シフト４０ｐｐｍ以上の領域におけるピーク強度の積分値（ピーク面積）が、全炭素のピーク強度の積分値（ピーク面積）の合計に対して、１５％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、１％以下が更に好ましく、０．５％以下が特に好ましい。このような脂肪酸が好ましい理由としては、化学シフト４０ｐｐｍ以上の領域はメチン基及びメチン基に隣接する炭素に起因することから、分岐の程度が適切な分岐脂肪酸が好ましいためと、発明者は予想している。

含酸素有機化合物に占める脂肪酸の割合は、含酸素有機化合物全量基準で、好ましくは６０〜１００質量％であり、より好ましくは８５〜１００質量％であり、更に好ましくは９５〜１００質量％である。

圧縮機に含まれる油性添加剤の含有量は、圧縮機油全量基準で、０．００５〜１０質量％であり、好ましくは０．０１〜５質量％であり、より好ましくは０．１〜２質量％であり、更に好ましくは０．２〜１質量％である。

［圧縮機油］
圧縮機油の硫黄分は、０．１質量％（１０００質量ｐｐｍ）以下であり、好ましくは１０質量ｐｐｍ以下であり、より好ましくは１質量ｐｐｍ以下である。本発明における硫黄分は、ＪＩＳＫ２５４１−６「硫黄分試験方法」で規定される紫外蛍光法によって測定される。

圧縮機油の金属元素含有量は、圧縮する気体の汚染を十分に防止する観点から、好ましくは１００質量ｐｐｍ以下であり、より好ましくは１０質量ｐｐｍ以下である。本発明における金属元素含有量は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光などより測定することができ、その試料の前処理としては、ＪＰＩ−５Ｓ−３８−９２にて規定される溶剤希釈法などを利用することができる。

圧縮機油は、上記の基油と、含酸素有機化合物からなる油性添加剤とからなるものであってもよいが、必要に応じて他の基油及び添加剤を更に含有してもよい。

例えば、本実施形態に係る圧縮機油は、消泡剤を更に含有することができる。消泡剤としては、例えば、ポリアクリレート等のアクリレート系消泡剤、アルキルポリシロキサン等のシロキサン系消泡剤が挙げられる。消泡剤の含有量は、圧縮機油全量基準で１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本実施形態に係る圧縮機油は、上記の成分を混合することによって製造することができる。ここで、圧縮機油の調製工程においては、圧縮機油の使用時に圧縮されるガス中への軽質炭化水素の混入を防ぐ観点から、軽質炭化水素を除去することが好ましい。軽質炭化水素の除去は、例えば、基油、油性添加剤等の成分を混合した後、その混合物を、例えば８０℃以上の温度で３時間以上撹拌することによって行うことができる。あるいは、窒素又はドライエアーでのバブリングを行うことが好ましく、８０℃以上の温度で３時間以上の窒素バブリングを行うことがより好ましい。

圧縮機油中の軽質炭化水素含有量は、圧縮機油全量基準で、１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０質量ｐｐｍ以下がより好ましく、最も好ましくは２５質量ｐｐｍ以下である。本発明における圧縮機油中の軽質炭化水素含有量は、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」で規定されるガスクロマトグラフィー分析にて、炭素数１０以下の炭化水素に由来するピーク強度から算出される。

［圧縮機］
本実施形態に係る圧縮機油を用いる圧縮機の構造は特に制限されないが、好ましい圧縮機としては容積式圧縮機（又は回転ガス圧縮機）が挙げられる。

本実施形態に係る圧縮機油を用いる圧縮機において圧縮する気体としては、特に制限されないが、水素ガスが好適であり、９９．９％以上の高純度水素ガスがより好適であり、９９．９７％以上の高純度水素ガスが特に好適である。

本実施形態に係る圧縮機油を用いる圧縮機において圧縮する気体の圧力としては、特に制限されないが、０．５ＭＰａ以上が好適であり、５ＭＰａ以上がより好適であり、３５ＭＰａ以上、さらには７０ＭＰａ以上が特に好適である。上限は、２００ＭＰａ以下が好ましい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［供試油１〜７］
供試油１〜７においては、それぞれ以下に示す炭化水素油、油性添加剤及び消泡剤を用いて、表１に示す圧縮機油を調製した。表１には、各供試油における調合条件（撹拌の温度、時間）を併せて示す。
（炭化水素油）
ＰＡＯ：デセン誘導体で、４０℃動粘度が６３ｍｍ^２／ｓ、１００℃動粘度が９．６ｍｍ^２／ｓ、粘度指数が１３４のポリα−オレフィン
（油性添加剤）
イソステアリン酸Ａ：日産化学工業（株）製品
イソステアリン酸Ｂ：クローダジャパン（株）Ｐｒｉｓｏｒｉｎｅ３５０３
（消泡剤）
シロキサン系消泡剤：２５℃の動粘度が３０００ｍｍ^２／ｓのジメチルポリシロキサン

なお、イソステアリン酸Ａ及びイソステアリン酸Ｂについては、以下の方法で^１３Ｃ−ＮＭＲを測定した。
装置名：Ｖａｒｉａｎ−ＮＭＲｓｙｓｔｅｍ５００、共鳴周波数：１２５．７６ＭＨｚ、溶媒：重クロロホルム、測定温度：室温（２５℃）、繰返時間：２ｓｅｃ、積算回数：１０２４回、プローブ：直径５ｍｍ
（測定法は、広帯域完全デカップリングを使用した。）

イソステアリン酸Ａの^１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図１に、イソステアリン酸Ｂの^１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図２に、それぞれ示す。全炭素のピーク強度の積分値（ピーク面積）の合計に対する４０ｐｐｍ以上の化学シフトを示すピーク強度の積分値（ピーク面積）の比は、イソステアリン酸Ａが１６．８％、ステアリン酸Ｂが０．１％であった。

次に、供試油１〜７の圧縮機油について、以下に示すように、摩擦係数の評価、炭素数１０以下の炭化水素含有量の評価、泡立ち試験及びシェル４球試験を実施した。結果を表１に示す。

（摩擦係数の評価）
摩擦係数の評価は、「曽田範宗航空研究所報告（Ｎｏ．２７９、１９４３）」に規定される方法に準拠して行った。

（炭素数１０以下の炭化水素含有量の評価）
炭素数１０以下の炭化水素含有量の評価は、ＪＩＳＫ２２５４「石油製品−蒸留試験方法」にて規定されるガスクロマトグラフィー分析にて、炭素数１０以下の炭化水素に由来するピーク強度から算出した。

（泡立ち試験）
ＪＩＳＫ２５１８「石油製品−潤滑油−泡立ち試験方法」にて規定されるシーケンスI（試験温度：２４℃）にて実施した。

（シェル４球試験）
ＡＳＴＭＤ４１７２に準拠し、回転数１２００ｒｐｍ、荷重３０ｋｇｆ、試験時間１ｈｒにて、室温（油温）における鋼球の摩耗痕径を測定することにより評価した。

Claims

圧縮機油全量基準で、
硫黄分が０．１質量％以下かつ芳香族含有量が１質量％以下である炭化水素油９０〜９９．９９５質量％と、
含酸素有機化合物からなる油性添加剤０．００５〜１０質量％とを含有し、
硫黄分が０．１質量％以下である、圧縮機油。
前記含酸素有機化合物が、炭素数１４〜２２の脂肪酸を含む、請求項１に記載の圧縮機油。
前記含酸素有機化合物が、炭素数１４〜２２の分岐脂肪酸を含む、請求項１又は２に記載の圧縮機油。
水素を圧縮する圧縮機に用いられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧縮機油。