KR20050027336A - 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 poly metacrylate와 poly isobutylen 및 2.6-di-tertiary-butyl-p

-cresol을 첨가하여 만든 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공오일의 제조방법은 원유를 탈염 처리한 후 상압상태에서 휘발성이 강한 연료유를 분류한 뒤 잔사유를 감압증류 공정으로 보내는 상압증류단계와, 고비점의 유분을 다량 함유하고 있으므로 열분해를 일으키지 않고 분류할 수 있도록 대기압 이하(1기압 이하)에서 증류하는 감압증류단계와, 상기 감압 증류한 오일 중에 각종 불순물(산소, 질소, 황, 방향족화합물, 왁스, 무기물 등)이 다량 함유되어 있어 탈 아스팔트, 탈 왁스 용제처리 및 수소화 처리를 거쳐서 윤활제의 원료가 되는 기유(base oil)를 생산하는 정제단계와, 윤활특성을 향상시키기 위해서 첨가제인 poly-metacrylate를 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 행하고, 첨가제인 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 행하며, 첨가제인 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 3%이내로 첨가하여 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하여 브랜딩하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 것이다.

또한 진공오일은 기유(base oil)에 유동점 강하제인 poly metacrylate가 3%이내, 점도지수 향상제인 poly isobutylen이 3%이내, 산화방지제인 2.6-di

-tertiary-butyl-p-cresol이 3% 이내로 첨가되어 제조된 것을 포함함을 특징으로 하는 것이다.

따라서 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 poly metacrylate와 poly isobutylen 및 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 함유한 진공오일은 낮은 온도에서 파라핀 왁스 석출을 억제할 수 있고, 포화탄화수소특성에 영향을 주면서 증기압특성에 영향을 주지 않아 윤활제의 안정성을 높이는데 탁월한 효과가 있다.

Description

진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일 {The process of manufacturing vacuum oil and the product made by this process}

본 발명은 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원유를 상압증류, 감압증류, 정제를 순차적으로 하여 얻은 기유에 poly metacrylate를 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 행하고, 이어서 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 행하며, 다음으로 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 3%이내로 첨가하여 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하여 얻은 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일에 관한 것이다.

일반적으로 진공오일은 진공펌프의 최종 도달 압력에 직접적으로 영향을 미치는 매우 중요한 부분이다. 특히, 진공펌프오일의 증기압과 점도는 진공펌프의 성능에 관여하고 있어 진공기술을 이용한 생산 제품의 품질에 영향을 미친다.

진공펌프오일은 첫 번째로 원유의 정제를 거쳐 용매추출(solvent extraction) 과 왁스제거(dewaxing)를 통한 정제과정을 거쳐 제조되고, 진공펌프오일은 증류를 통해 분자량 분포에서 오직 한 개의 피크를 가진 single cut이거나 두 종류의 single cut을 혼합한 오일로 대별되며, 상기 오일은 점도의 범위에 따라 크게 30~40 cSt, 60~70 cSt, 100~120 cSt의 세 종류로 분류된다. 상기 오일은 추가적인 증류를 거치며 증류 조건은 원하는 점도와 증기압에 따라 결정되고, 이렇게 추가적인 증류를 거쳐 무거운 타르와 가벼운 분자량을 가진 부분을 제거한 고른 분자량 분포를 가진 오일이 제조되며, 증기압은 점도와 기본적으로 상관관계를 가지지만 각각 분자량이 다른 오일을 혼합 시에는 증기압이 매우 달라지게 된다.

전세계적으로 진공오일의 설계는 기본적으로 기유(base oil)에 첨가제를 가미하여 사용하고 있으나 첨가제를 가미함으로 인하여 증기압 특성의 변화와 화학적 물성의 변화로 일어나고, 이로 인해 성능이 뛰어난 진공오일을 제조하기가 쉽지 않으며, 그러한 진공오일에 사용하는 기유가 대개 1차 또는 2차 진공 증류된 기유를 사용하게 되는데, 원유의 물성이 대단히 복잡한 혼합물로 구성되어 있기 때문에 이것을 비점 차이를 이용하여 증류함으로써 원하는 물성을 뽑아서 사용을 하는데 진공오일은 이러한 일련의 과정 이상의 추가적인 과정이 요구되어지므로 이로 인해 몇 번의 진공 증류를 거친 기유의 특성을 보면 진공오일 기유에 적합한 증기압, 내산화성, 내열성, 수분리성을 가지고 있는 기유를 추출하게 된다. 그러나, 여러 차례 증류를 통하여 추출된 기유는 주성분이 파라핀으로 이루어지기 때문에 낮은 온도에서의 파라핀 왁스(wax)가 많이 석출되므로 증기압 특성 및 필터 막힘 현상에 영향을 주어 우수한 진공오일을 제조할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기유에 poly metacrylate와 poly isobutylen과 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 순차적으로 가하여 제조함으로써, 낮은 온도에서 파라핀 왁스 석출을 억제할 수 있고, 포화탄화수소 특성에 영향을 주면서 증기압 특성에 영향을 주지 않는 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 다른 본 발명의 목적은 상기와 같이 제조된 진공오일은 윤활제의 안정성을 높이는데 탁월한 효과를 보인다는 진공오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 진공오일을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공오일의 제조방법은 원유를 탈염 처리한 후 상압상태에서 휘발성이 강한 연료유를 분류한 뒤 잔사유를 감압증류 공정으로 보내는 상압증류단계와, 고비점의 유분을 다량 함유하고 있으므로 열분해를 일으키지 않고 분류할 수 있도록 대기압 이하(1기압 이하)에서 증류하는 감압증류단계와, 상기 감압 증류한 오일 중에 각종 불순물(산소, 질소, 황, 방향족화합물, 왁스, 무기물 등)이 다량 함유되어 있어 탈 아스팔트, 탈 왁스 용제처리 및 수소화 처리를 거쳐서 윤활제의 원료가 되는 기유(base oil)를 생산하는 정제단계와, 윤활특성을 향상시키기 위해서 첨가제인 poly metacrylate를 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 행하고, 첨가제인 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 행하며, 첨가제인 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 3%이내로 첨가하여 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하여 브랜딩하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공오일은 기유(base oil)에 중량%로 유동점 강하제인 poly metecrylate가 3%이내, 점도지수 향상제인 poly isobutylen이 3%이내, 산화방지제인 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol이 3% 이내로 첨가되어 제조된 것을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 진공오일의 제조방법을 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첫번째 단계는 원유를 탈염 처리한 후 상압상태에서 휘발성이 강한 연료유를 분류한 뒤 잔사유(residual oil)를 감압증류 공정으로 보내는 상압증류단계로서, 이를 자세히 살펴보면, 일반적으로 액체를 가열하면 기화되는데, 이를 파이프를 통해 냉각시키면 다시 액체로 변한다. 같은 원리로 원유를 가열하면 끓는점이 낮은 것부터 차례로 높은 것 순으로 증발하여 기화된다. 이것을 식혀 차례로 용기에 담으면 여러 가지 탄화수소가 끓는점 차이에 따라 분류된다. 이것을 증류라 하는데, 이렇게 뽑아 낸 여러 가지 유분 중에 포함되어 있는 불순물을 제거하고, 또 촉매를 첨가하여 탄화수소에 반응을 일으켜 성질이 다른 탄화수소를 만들어 내는 '분해', '개질' 과정을 거쳐 양질의 석유제품을 만들어낸다. 이와 같은 증류, 탈황, 분해, 개질 등의 공정을 총칭하여 석유 정제라고 하며, 이렇게 상압 증류(atmospheric distillation)를 하는 것이다.

두번째 단계는 고비점의 유분을 다량 함유하고 있으므로 열분해를 일으키지 않고 분류할 수 있도록 대기압 이하(1기압 이하)에서 잔사유를 다시 증류하는 감압증류단계로서, 이를 자세히 살펴보면, 잔사유의 비점 분포는 대략 300℃ 내지 700℃에 걸쳐 있으므로, 이것을 분류하려면 가열온도를 높여야 한다. 그러나 탄화수소 특성상 대략 350℃ 이상으로 가열하면 유분이 열분해 되는 경우가 있어 품질이 저하되고, 회수율이 저하되므로 윤활 기유로 사용하기 위한 높은 비점의 유분을 얻기 위해서는 보다 낮은 온도에서 증발할 수 있도록 대기보다 낮은 압력 즉, 진공에서 증류해야 하는데 이러한 과정을 감압증류(Vacuum distillation)라 하는 것이다.

세번째 단계는 상기 전 단계에서 감압 증류한 오일 중에 각종 불순물(산소, 질소, 황, 방향족 화합물, 왁스, 무기물 등)이 다량 함유되어 있어 탈 아스팔트, 탈 왁스 용제처리 및 수소화 처리를 거쳐서 윤활제의 원료가 되는 기유(base oil)를 생산하는 정제단계로서, 상기 정제공정을 자세히 살펴보면, 먼저 원유의 주성분인 탄화수소를 끓는점 차이에 따라 분리하는 증류공정을 행하고 이어서 화학적인 방법에 의하여 각 유분 중 분자의 구조를 변화 시키는 처리를 하여 제품의 품질을 향상시키는 공정을 행한다. 다음으로 상기 공정에서 생산된 각종 유분들에 포함된 황, 질소, 금속 화합물 등불순물을 제거하는 처리공정을 행하고 이어 수소를 사용하여 불순물을 제거하는 수소처리(Hydrotreating) 공정을 행하여 정제(Refining)하게 되는 것이다.

네 번째 내지 여섯 번째 단계는 poly metacrylate, poly isobutylen, 2.6- di-tertiary-butyl-p-cresol 등의 첨가제를 순차적으로 첨가하는 단계로서, 먼저 네 번째 단계는 증기압의 영향을 받지 않으면서 파라핀 왁스의 석출을 억제시키는 유동점 강하제(Pour point depressant)인 액상의 poly metacrylate를 기유에 3% 이내로 첨가하여 교반시킨 후 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 하는 것이다. 여기서 유동점은 시료를 규정된 조건하에서 냉각시켰을 때 시료가 유동할 수 있는 최저의 온도로서, 윤활유의 저온 사용 한계를 표시하는 것으로 실용 한계 온도는 유동점보다 10℃ 이상이 바람직하다.

다섯 번째 단계는 상기 네 번째 단계에서 만들어진 물질에 점도지수 향상제(Viscosity index improver)인 액상의 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 교반시킨 후 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 하는 것이다. 여기서 점도란 유체를 유동시키고자 할 때 나타나는 내부저항을 말하며, 윤활유에 있어서 점도는 유동성을 나타내는 것이다. 또한 점도지수는 온도에 따른 점도의 변화 관계를 지수로 나타낸 것으로 저온에서의 시동관계 유동특성 판단과 고온에서의 유막형성 관계를 판단하는 기준이 되는 것이다.

끝으로 여섯 번째 단계는 상기 다섯 번째 단계에서 만들어진 물질에 산화방지제(Oxidation inhibitor)인 그래뉼러 형태의 고상의 2.6-di-tertiary-butyl-p

-cresol을 3%이내로 첨가하여 교반시킨 후 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하여 양질의 진공오일을 얻는 것이다. 일반적으로 윤활유가 사용 중 공기 중의 산소와 접촉하여 산화작용을 하는데, 이는 수분, 온도 및 금속 등의 영향으로 산화가 더욱 촉진된다. 이러한 작용으로 인하여 산화, 열분해, 중합ㆍ축합의 현상을 가져와 열화가 이루어지며 마침내는 기계의 원활한 작동을 저해하고 마모 및 부식의 결과를 가져오게 되는데, 이와 같은 점을 막아주는 것이 산화방지제의 역할이다.

이상의 방법으로 제조된 진공오일은 파라핀계 기유에 나프텐계 기유가 가미되고 여기에 첨가제가 들어간 것으로서, 파라핀계와 나프텐계 기유의 특성을 비교한 것이 표 1에 나타나있다.

파라핀계와 나프텐계 기유의 특성 비교표.

항 목	파라핀계 오일	나프텐계 오일
비중	0.865 - 0.915	0.904 - 0.972
점도	낮음	높음
점도지수	90 - 100	0 - 55
유동점	- 25℃	- 40℃
화학안정성	안정	다소 불안정
산화안정성	양호	보통
열안정성	다소 불안정	안정
잔류탄소분	경질탄소분(소량)	연질탄소분(소량)
탄화수소 종류별 함량	Ca : 2%Cn : 32%Cp : 66%	Ca : 14%Cn : 41%Cp : 45%

상기와 같이 파라핀계 오일과 나프텐계 오일의 경우 상호 장단점이 있다. 그래서 본 발명은 상호 장점을 최대로 살리기 위해서 파라핀계 오일에 나프텐계 오일을 가미시킨 것이고, 여기에 poly metacrylate, poly isobutylen, 2.6-di-tertiary

-butyl-p-cresol 등의 첨가제를 넣어 윤활제의 안정성을 높였다.

진공오일은 원유를 상압증류, 감압증류, 정제를 순차적으로 하여 얻은 기유에 poly metacrylate를 3% 이내로 첨가하여 교반한 후 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 행하고, 이어서 상기 물질에 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 교반한 후 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 행하며, 다음으로 상기 물질에 2.6-di-tertiary

-butyl-p-cresol을 3%이내로 첨가하여 교반한 후 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하여 얻게 되는데, 상기 진공오일은 기유(base oil)에 유동점 강하제인 poly metacrylate가 3%이내, 점도지수 향상제인 poly isobutylen이 3%이내, 산화방지제인 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol이 3% 이내로 첨가되어 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 poly metacrylate와 poly isobutylen 및 2.6-di-tertiray-butyl-p-cresol이 함유된 진공오일은 낮은 온도에서 파라핀 왁스 석출을 억제할 수 있고, 포화탄화수소특성에 영향을 주면서 증기압특성에 영향을 주지 않아 윤활제의 안정성을 높이는데 탁월한 효과가 있다.

Claims (2)

1. poly metacrylate와 poly isobutylen과 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 첨가하여 만든 진공오일의 제조방법에 있어서,

   원유를 탈염 처리한 후 상압상태에서 휘발성이 강한 연료유를 분류한 뒤 잔사유를 감압증류 공정으로 보내는 상압증류단계와,

   고비점의 유분을 다량 함유하고 있으므로 열분해를 일으키지 않고 분류할 수 있도록 대기압 이하 (1기압 이하)에서 증류하는 감압증류단계와,

   상기 감압 증류한 오일 중에 각종불순물(산소, 질소, 황, 방향족화합물, 왁스, 무기물 등)이 다량 함유되어 있어 탈 아스팔트, 탈 왁스 용제처리 및 수소화 처리를 거쳐서 윤활제의 원료가 되는 기유(base oil)를 생산하는 정제단계와,

   증기압의 영향을 받지 않으면서 파라핀 왁스의 석출을 억제시키는 유동점 강하제인 액상의 poly metacrylate를 기유에 3% 이내로 첨가하여 교반시킨 후 100℃에서 5 내지 10분간 히팅을 하는 단계와,

   상기 단계에서 만들어진 물질에 점도지수 향상제인 액상의 poly isobutylen을 3% 이내로 첨가하여 교반시킨 후 100℃에서 5내지 10분간 히팅을 하는 단계와,

   상기 단계에서 만들어진 물질에 산화방지제인 그래뉼러 형태의 고상의 2.6-di

   -tertiary-butyl-p-cresol을 3%이내로 첨가하여 교반시킨 후 70℃에서 3 내지 5분간 히팅을 하는 단계를 포함함을 특징으로 진공오일의 제조방법.
2. poly metacrylate와 poly isobutylen과 2.6-di-tertiary-butyl-p-cresol을 첨가하여 만든 진공오일에 있어서,

   기유(base oil)에 중량%로 유동점 강하제인 poly metacrylate가 3%이내, 점도지수 향상제인 poly isobutylen이 3%이내, 산화방지제인 2.6-di-tertiary-butyl-p -cresol이 3% 이내로 첨가되어 제조된 진공오일.