MX2013004284A

MX2013004284A - Aceites de compresor con resistencia mejorada a la oxidacion.

Info

Publication number: MX2013004284A
Application number: MX2013004284A
Authority: MX
Inventors: Ravindra Shah
Original assignee: Chevron Usa Inc
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-06-05
Also published as: US20120108479A1; US8455406B2; CA2813962A1; WO2012058021A2; BR112013005902A2; WO2012058021A3; CN103168090A; CN103168090B; DE112011103622T5

Abstract

Se proporciona una composición lubricante que proporciona ahorro de energía y exhibe una excelente estabilidad oxidativa así como el proceso para la preparación de la composición lubricante. La composición comprende: (i) de 68 a 99.999 en peso de un aceite base isomerizado o mezclas de aceites base isomerizados; (ii) de 0.001 a 20 % en peso de una mezcla de aditivos sin cenizas, los aditivos sin cenizas tienen un intervalo de viscosidad a 40°C de 50 mm2/s a 60 mm2/s, una densidad a 20° C de 0.95 a 1.05 g/cm3, un punto de inflamación mayor que 100°C (CCC), una solubilidad en aceite mineral mayor que 5 % en peso, un contenido de azufre de 4.8 en peso a 6.0% en peso, y un contenido de fósforo de 2.9 a 3.6 % en peso; (iii) menos de 1.0 % en peso de ditiocarbamato, en donde el residuo de carbono de Conradson es menor que o igual a 3.00. El ditiocarbamato se adiciona a la mezcla de aceite base como un tratamiento superior.

Description

ACEITES DE COMPRESOR CON RESISTENCIA MEJORADA A LA OXIDACION CAMPO DE LA INVENCION Me oramiento de la estabilidad oxidativa del aceite de compresor, particularmente de aquellos hechos con aceites base del Grupo II o Grupo III.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Aproximadamente el 70% de todos los fabricantes emplean un sistema de aire comprimido. Estos sistemas de energía regulan una variedad de equipos, incluidas las máquinas herramientas, el manejo de máquinas y equipos de separación, equipos de pulverización de pintura, sistemas HVAC, etc. También se utilizan para secar o limpiar diversos artículos en instalaciones industriales .

El aire comprimido es uno de los usos de energía más caros en una planta de fabricación. Alrededor de ocho caballos de fuerza de electricidad se utilizan para generar un caballo de fuerza de aire comprimido. El consumo de energía del compresor de aire puede representar de 5 al5% del consumo de energía en una instalación típica, dependiendo de las necesidades del proceso. Las auditorías energéticas en el Departamento de Energía ("DOE") de los Estados Unidos sugieren que aproximadamente 8.6% del consumo total de energía industrial se puede atribuir a la compresión del aire. El Departamento de REF.239963 Energía sugiere que más del 50% de los sistemas de aire comprimido en instalaciones industriales de pequeñas y medianas dimensiones tienen oportunidades de eficiencia energética con bajos costos de implementación (DOE / IAC Base de Datos de Evaluación Industrial, julio de 1997) . Otra fuente ha sugerido que las mejoras en la eficiencia energética pueden reducir el uso de energía en el sistema de aire comprimido en un 20 a 50% (Universidad Estatal de Oregon, AIRMASTER Software de Análisis y Auditoría de Sistemas de Aire Comprimido, "How to Take a Self-Guided Tour of Your Compressed Air System" 1996, revisado en 1997 , pág. 2. ) .

Las sugerencias para el mejoramiento del compresor de aire incluyen la correspondencia del compresor con el requerimiento de carga, el uso de un enfriador del aire de admisión, reducción de la presión del compresor de aire, eliminación de las fugas de aire, etc. Otras sugerencias energéticas se relacionan con los lubricantes de compresor, es decir, "los aceites sintéticos de compresor ahorran al menos el 2% de energía en los compresores en comparación con los aceites minerales tradicionales" (http://www.oks-india.com/ questionanswer . asp) . Aunque que los lubricantes sintéticos son una mejora sobre los aceites minerales en términos de ahorro de energía, a menudo no son capaces de entregar todo el rendimiento deseado y propiedades físicas.

Existe todavía una necesidad de lubricantes mejorados de compresores usando aceites base en las categorías Grupo II y Grupo III, particularmente los lubricantes de compresor que resultan en un consumo de energía reducido mientras ofrecen un rendimiento deseado y propiedades físicas tales como una larga vida útil, estabilidad a la oxidación, baja volatilidad y propiedades anti-desgaste . También existe una necesidad de un lubricante de compresor mejorado que utilice productos alternativos limpios de hidrocarburos tales como los productos Fischer Tropsch usados en la fabricación de aceites base de los Grupos II y III.

Se supone en la industria de los lubricantes que los aceites base del Grupo II y Grupo III, que son hidroprocesados , tienen una mejor estabilidad oxidativa que los aceites base del Grupo I. Por tanto, es de esperar que un lubricante final formulado en aceites base del Grupo II o Grupo III tendrá mejor estabilidad oxidativa que un lubricante final modelado en los aceites base del Grupo I (Las características de las categorías de la materia base de API, que incluyen las características de los aceites base de los Grupos I-V, se exponen en la Tabla 1, más abajo) . No se ha encontrado que este sea el caso cuando el rendimiento oxidativo del lubricante final formulado en aceites base del Grupo II o Grupo III se compara con un lubricante final formulado en aceites base del Grupo I por el ensayo "Pneurop", que se expone en las instrucciones alemanas DIN 51506. En el ensayo de Pneurop, un lubricante basado en aceite de petróleo se caracteriza por el incremento en el residuo de carbono de Conradson comparado con el de un aceite no envejecido. El envejecimiento del aceite se lleva a cabo haciendo pasar aire a través de este en presencia de óxido férrico por \ períodos de tiempo determinados bajo condiciones especificadas en las instrucciones del ensayo. La DIN 51506 se refiere a las Partes 1 y 2 de la DIN 51352 para detalles mas específicos.

Algunos mercados requieren el uso de aceites base del Grupo II en los lubricantes de compresores, por lo que fue necesario superar el problema de la estabilidad oxidativa. Los esfuerzos anteriores incluyeron un incremento de la tasa de tratamiento antioxidante del aceite final, así como complementar el lubricante final con antioxidantes amínicos y/o fenólicos, solamente con un éxito limitado. El lubricante final también se trató para el contenido de azufre. Se descubrió que este tipo de antioxidante mejora significativamente el rendimiento a un costo mínimo.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En una modalidad, se proporciona una composición lubricante de compresor que posee excelente estabilidad a la oxidación que comprende (i) 68 a 99.999 % en peso de un aceite base isomerizado o mezcla de aceites base isomerizados , y (ii) 0.001 a 20 % en peso de un mezcla de aditivos sin cenizas, una viscosidad a 40 °C de 50 mm2/s a 60 mm2/s, una densidad a 20 °C de 0.95 a 1.05 g/cm3, un punto de inflamación superior a 100°C(COC), una solubilidad en aceite mineral mayor que 5% en peso, un contenido de azufre de 4.8 a 6.0% en peso, y el contenido de fósforo de 2.9 a 3.6% en peso (iii) menos de 1.0% en peso de un ditiocarbamato .

En otra modalidad el proceso para la preparación de una composición lubricante de compresor que posee una excelente estabilidad oxidativa comprende el tratamiento superior de una mezcla de aceite base isomerizado con menos de 1.0% en peso de ditiocarbamato, la composición comprende: (i) 80 a 99.999 por ciento en peso de un aceite base isomerizado; (ii) 0.001 a 20 por ciento en peso de una mezcla de aditivos sin ceniza, la mezcla tiene una viscosidad a 40 °C de 50 a 60 mm2/s, una densidad a 20 °C de 0.95 a 1.05 g/cm3, un punto de inflamación mayor que 100°C(COC), la solubilidad en aceite mineral mayor que 5%, un contenido de azufre de 4.8 a 6.0%, y un contenido de fósforo de 2.9 a 3.6%, y (iii) menos de 1.0% en peso de un ditiocarbamato.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Los términos siguientes se utilizarán en toda la descripción y tendrán los siguientes significados a menos que se indique lo contrario.

Como se utiliza en la presente, "aceite base isomerizado" se refiere a un aceite base hecho por isomerización de un suministro de ceras. Una "mezcla de aceites base isomerizado" se refiere a un aceite base que se ha combinado con aditivos.

Como se utiliza en la presente, un "suministro de ceras" comprende al menos 40% en peso de n-parafinas. En una modalidad, el suministro de ceras comprende más del 50% en peso de n-parafinas. En otra modalidad, mayor que 75% en peso ¿e n-parafinas. En una modalidad, el suministro de ceras también tiene niveles muy bajos de nitrógeno y azufre, por ejemplo, menos de 25 ppm total de nitrógeno y azufre combinados, o en otras modalidades menos de 20 ppm. Los ejemplos de suministros de ceras incluyen ceras blandas, ceras blandas desaceitadas, aceites alimenticios refinados, lubricantes cerosos refinados, ceras n-parafínicas , ceras normales alfa olefínicas (NAO) , ceras producidas en los procesos de plantas químicas, ceras desaceitadas derivadas del petróleo, ceras microcristalinas , ceras de Fischer-Tropsch, y sus mezclas. En una modalidad, los suministros de cera tienen un punto de goteo superior de 50° C. En otra modalidad, mayor de 60°C. Los suministros de cera convenientes para su uso en esta invención pueden ser procesados para producir tanto aceites base del Grupo II y Grupo III.

En una modalidad, el aceite base isomerizado se elabora de un proceso en el que la cera altamente parafínica se hidroisomeriza bajo condiciones para que el aceite base tenga una viscosidad cinemática a 100 ° C. de 3.6 a 4.2 mm2/s, un índice de viscosidad mayor que 130, un % en peso de volatilidad Noack menor que 12, un punto de goteo menor que -9 ° C.

En una modalidad, el aceite base o la mezcla de este comprende al menos un aceite base isomerizado el cual el producto en sí, su fracción, o suministro se origina o se produce en alguna etapa de isomerización de un suministro parafínieo de un proceso de Fischer-Tropsch ("aceites base derivados de Fischer-Tropsch" ). En otra modalidad, el aceite base comprende al menos un aceite base isomerizado fabricado a partir de un suministro de cera sustancialmente parafínica ("suministro ceroso"). En una tercera modalidad, el aceite base isomerizado comprende mezclas de productos fabricados de una cera sustancialmente parafínica, así como los productos hechos a partir de un suministro parafínieo de un proceso de Fischer-Tropsch.

"Derivado de Fischer-Tropsch" significa que el producto, la fracción, o suministro se origina en o se produce en alguna etapa de un proceso de Fischer-Tropsch. Como se utiliza en la presente, "aceite base de Fischer-Tropsch" se puede usar indistintamente con "aceite base FT" , "FTBO, por sus siglas en inglés", "aceite base GTL" (GTL, por sus siglas en inglés: gas alíquido) , o "aceite base derivado de Fischer-Tropsch " Los aceite base derivados de Fischer-Tropsch se describen en un número de publicaciones de patentes, incluyendo, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos núms. 6,080,301, 6,090,989, y 6,165,949, y las publicaciones de patente de Estados Unidos núms. US2004/0079678A1 , US20050133409 , US20060289337. El proceso de Fischer-Tropsch es una reacción química catalizada en la que el monóxido de carbono e hidrógeno se convierten en hidrocarburos líquidos de diversas formas, incluyendo un producto de reacción ligero y un producto de reacción ceroso, siendo ambos sustancialmente parafínicos.

En un número de solicitudes y publicaciones de patentes, por ejemplo, US2006/0289337, US2006/0201851 , US2006/0016721, US2006/0016724, US2006/0076267 , US2006/020185 , US2006/013210 , US2005/0241990, US2005/0077208 , US2005/0139513 , US2005/0139514, US2005/0133409 , US2005/0133407 , US2005/0261147, US2005/0261146 , US2005/0261145 , US2004/0159582 , la patente de los Estados Unidos núm. 7,018,525, la patente de los Estados Unidos núm. 7,083,713, las solicitudes de patentes de los Estados Unidos 11/400,570, 11/535,165 y 11/613,936, las cuales se incorporan en la presente como referencia, se produce un aceite base Fischer Tropsch a partir de un proceso en el cual el suministro es un suministro ceroso que se recupera de una síntesis de Fischer-Tropsch. El proceso comprende una etapa de desparafinado por hidroisomerización completa o parcial, usando un catalizador de doble función o un catalizador que puede isomerizar parafinas selectivamente. El desparafinado por hidroisomerización se logra al contactar el suministro de cera con un catalizador de hidroisomerización en una zona de isomerización bajo condiciones de hidroisomerización. Los productos de síntesis de Fischer-Tropsch se pueden obtener por procesos bien conocidos tales como, por ejemplo, la tecnología comercial SASO!1 de fase de lodos Fischer-Tropsch, el proceso de Síntesis de destilados medios (SMDS, por sus siglas en inglés) SHELL18 comercial, o por el proceso de Conversión de gas Avanzado EXXON no comercial (AGC-21) . Los detalles de estos procesos y otros se describen en, por ejemplo, EP-A-776959, EP-A-668342; las patentes de Estados Unidos núms. 4,943.672, 5,059,299, 5,733,839, y RE39073 ; y las solicitudes publicadas de Estados Unidos núm. 2005/0227866, WO-A-9934917 , WO-A-9920720 y O-A- 05107935. El producto de síntesis de Fischer-Tropsch comprende normalmente hidrocarburos que tienen 1 a 100, o incluso más de 100 átomos de carbono, y típicamente incluyen parafinas, olefinas y productos oxigenados. Fischer Tropsch es un proceso viable para generar productos hidrocarburos limpios alternativos en las categorías de ambos Grupos II y III.

La "viscosidad cinemática" es una medida en mm2/s de la resistencia al flujo de un fluido bajo gravedad, determinado por la ASTM D445-06.

El "índice de viscosidad" (VI, por sus siglas en inglés) es empírico, un número sin unidades que indica el efecto del cambio de temperatura sobre la viscosidad cinemática del aceite. Cuanto mayor sea el VI de un aceite, menor será su tendencia a cambiar de viscosidad con la temperatura. El índice de viscosidad se mide de conformidad con la ASTM D 2270-04.

La composición del aceite de compresor en una modalidad comprende además aditivos que incluyen pero no se limitan a, aditivos para presión extrema, aditivos anti-desgaste, pasivadores/desactivadores de metal, detergentes metálicos, inhibidores de corrosión, inhibidores de espuma y/o demulsificantes , anti-oxidantes , modificadores de fricción, reductores del punto de goteo, modificadores del índice de viscosidad, en una cantidad de 0.01 a 20 % en peso.

En función de los aceites base isomerizados para su uso como aceite base, la composición lubricante de compresor se diseña para satisfacer cualquiera de los grados de viscosidad ISO, como ISO 32, 46, 68, ISO 100 o ISO 150. La Tabla II proporciona los límites de viscosidad cinemática para estos grados a 40 °C.

Tabla II-Sistema de viscosidad para lubricantes fluidos industriales Discusión de los datos Esta invención emplea mezclas . patentadas de aditivos sin cenizas usadas para formular aceites hidráulicos antidesgaste sin cenizas y lubricantes de compresores. Tales mezclas de aditivos incluyen aditivos demulsificantes y antiespumantes . Sus características típicas se describen en la Tabla III. Tales aditivos se requieren en la preparación de los lubricantes de compresores de la presente invención. Sin embargo, su uso a menudo da lugar a problemas de estabilidad de oxidación para lubricantes de compresores formulados con aceites del grupo II.

Tabla III Propiedades químicas y físicas típicas de un paquete industrial de aditivos sin cenizas usado en esta invención En el ensayo de "Pneurop", que se describe en la norma IN 51506, un lubricante basado en aceite de petróleo se caracteriza por el incremento en el residuo de carbono Conradson en comparación con el de un aceite no envejecido. El envejecimiento del aceite se lleva a cabo haciendo pasar aire a través de este en presencia de óxido férrico por períodos de tiempo determinado bajo las condiciones especificadas en las instrucciones del ensayo. La DIN 51506 se refiere a las Partes 1 y 2 de la DIN 51352 para más detalles específicos. La Parte 1 se refiere a los ensayos de lubricantes, la determinación de las características de envejecimiento de los aceites lubricantes, y los detalles de residuo de carbono Conradson después del envejecimiento al pasar a través del aceite lubricante. La Parte 2 proporciona detalles sobre el residuo de carbono de Conradson después del envejecimiento al pasar por el aceite lubricante en presencia de Fe203.

En virtud de la norma DIN 51506 los límites aceptables para el desempeño de oxidación son: menos que o igual a 2.5% en peso del residuo de carbono de Conradson para grado ISO 46 y menor, menos que o igual a 3 % en peso para los grados ISO 68 a 150. El método de ensayo es adecuado cuando la pérdida de evaporación total es de 20% en peso o menos con este método. Como indica la Tabla IV, típicamente los aceites del Grupo I funcionan bien con aditivos sin cenizas, tales como los de la Tabla III. La Tabla IV representa diferentes mezclas del Grupo I a diferentes grados ISO. Cada grado cae dentro de los parámetros aceptables para el % de la pérdida de evaporación y % en peso de los residuos de carbono Conradson establecido en la DIN 51506.

Tabla IV La Tabla V muestra dos mezclas del Grupo II de grado ISO 46 que no funcionaba bien con una mezcla de aditivos sin cenizas. En ambos casos el residuo de carbono de Conradson era más de 3 % en peso, cuando debería ser no mayor que 2.5% en peso bajo el ensayo Pneurop. En estos ejemplos, la pérdida por evaporación y de carbono de Conradson se _midieron por duplicado, y ambos resultados se reportan.

Tabla V Mezclas del Grupo II ha descubierto que el tratamiento superior de mezcla de aceite base con un aditivo de ditiocarbamato, puede ser eficaz en la reducción del contenido de carbono de Conradson en ciertas mezclas del Grupo II a niveles aceptables. Un aditivo de este tipo se compone de metileno-bis-ditiocarbamato, aunque otros ditiocarbamatos , especialmente dialquilditiocarbamatos, pueden ser igualmente efectivos "Tratamiento superior" como se usa en la presente, describe un medio para ajustar la formulación existente para corregir un problema específico.

Tabla VI- Características típicas de un dialquilditiocarbamato La Tabla VII ilustra la cantidad de aditivo de ditiocarbamato necesaria para reducir el contenido de carbono de Conradson a niveles aceptables para diferentes grados ISO de interés, siempre que el porcentaje en peso de evaporación se mantenga a menos de 20 % en peso.

Los resultados de la Tabla VII se obtuvieron de los datos de la Tabla VIII, más abajo. La Tabla VIII muestra que diferentes cantidades de ditiocarbamato, son necesarias para alcanzar un nivel aceptable de carbono de Conradson para diferentes grados ISO, con una evaporación por debajo de 20% en peso. Los bloques grises indican las pruebas en las que se alcanzaron resultados aceptables en el ensayo de Pneurop . Otros aditivos antioxidantes que contienen azufre, tales como aceite de engranaje con alto azufre o difenilamina se probaron alternativamente con resultados inaceptables.

Tabla VIII Resultados del ensayo PNEUROP Se hace constar que con relación a esta fecha, . el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Una composición lubricante de compresor que posee excelente estabilidad oxidativa, caracterizada porque com rende : (i) de 68 a 99.999% en peso de un aceite base isomerizado o mezcla de aceites base isomerizados; (ü) hasta 20% en peso de una mezcla de aditivos sin cenizas que tienen una viscosidad a 40°C en el intervalo de 50 mm2/s a 60 mm2/s, una densidad a 20°C de 0.95 a 1.05 g/cm3, un punto de inflamación mayor que 100 °C(COC), una solubilidad en aceite mineral mayor que 5% en peso, un contenido de azufre de 4.8 a 6.0% en peso, y el contenido de fósforo de 2.9 a 3.6 % en peso; (iii) menos de 1.0% en peso de un ditiocarbamato .

2. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aceite base isomerizado se selecciona del grupo que consiste de los grados ISO 32,46,68,100 y 150.

3. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el residuo de carbono de Conradson es menor que o igual a 3.00.

4. El lubricante de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la pérdida total de evaporación es no más de 20% en peso.

5. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aceite base isomerizado es un aceite base del Grupo II o Grupo III.

6. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el aceite base isomerizado es derivado de Fischer-Tropsch.

7. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el ditiocarbamato es un diaquilditiocarbamato .

8. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la mezcla de aditivos sin cenizas es un liquido.

9. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un reductor del punto de goteo.

10. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un inhibidor de espuma.

11. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además una base lubricante pesada.

12. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque no están presentes antioxidantes adicionales.

13. La composición lubricante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aceite base isomerizado se hace por isomerización de un suministro de cera.

14. Un proceso para la preparación de una composición lubricante de compresor que posee excelente estabilidad oxidativa, caracterizado porque comprende la etapa de tratamiento superior de una mezcla de aceites base isomerizados con menos de 1.0% en peso de ditiocarbamato para producir una composición que comprende: (i) 80 a 99.999 por ciento en peso de un aceite base isomerizado; (ii) de 0.001 a 20 por ciento en peso de una mezcla de aditivos sin cenizas, la mezcla tiene una viscosidad a 40 °C de 50 mm2/s a 60 mm2/s, una densidad a 20 °C de 0.95 a 1.05 g/cm3, un punto de inflamación mayor que 100 °C (COC) , una solubilidad en aceite mineral mayor que 5%, un contenido de azufre de 4.8 a 6.0%, y un contenido de fósforo de 2.9 a 3.6%, y; (iii) menos de 1.0% en peso de un ditiocarbamato.

15. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la cantidad de ditiocarbamato añadido a la mezcla de aceites base isomerizados por tratamiento superior depende del grado ISO del aceite.