Способ получения высокощелочной детергентно-диспергирующей присадки к моторным маслам

 

Сущность изобретения: алкиларилсульфокислоту или ее аммонийную соль, обрабатывают при повышенной температуре гидроксидом щелочно-земельного металла в присутствии нефтяного масла и углеводородного растворителя. Полученный алкиларилсульфонат щелочно-земельного металла в нефтяном масле подвергают карбонатации при 40 - 88°С в присутствии дополнительного количества гидроксида щелочно-земельного металла, кислородсодержащего промотора и сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина, полученного на основе полибутена мол. м. 800 - 1200 и взятого в количестве 10 - 15 мас.% в расчете на смесь алкиларилсульфоната щелочно-земельного металла с нефтяным маслом. 2 табл.

Изобретение относится к нефтехимии и может быть использовано при получении высокощелочных детергентно-диспергирующих присадок для моторных масел.

Широко известны способы получения высокощелочных детергентно-диспергирующих сульфонатных присадок.

Так, известен способ получения сульфонатной присадки С-150, включающий сульфирование нефтяного масла, нейтрализацию полученных после отделения кислого гудрона сульфокислот водным раствором аммиака с последующей экстракцией полученных сульфонатов аммония изопропиловым спиртом и обменной реакцией сульфоната аммония с гидроксидом кальция. После обработки гидроксида кальция диоксидом углерода в присутствии полученного сульфоната кальция в среде углеводородного растворителя и промотора - метанола получают высокощелочной сульфонат, который очищают от механических примесей и удаляют растворители [1]. Полученная присадка характеризуется недостаточными диспергирующими свойствами и низкой термоокислительной стабильностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ получения высокоосновной детергентно-диспергирующей присадки путем взаимодействия синтетической сульфокислоты с избыточным количеством гидроксида щелочно-земельного металла в нефтяном масле в среде углеводородного растворителя при повышенной температуре в присутствии кислородсодержащего промотора и соли органической или неорганической кислоты и полибутенилсукцинимидполиэтиленполиамина с последующей карбонатацией продуктов взаимодействия при температуре 40-70^оС и выделением очищенной присадки. [2].

Введение в структуру присадки на основе сульфоната щелочно-земельного металла соли алкенилсукцинимидполиамина позволяет несколько улучшить детергентно-диспергирующие свойства и повысить термоокислительную стабильность. Однако присадка, получаемая известным способом, по уровню диспергирующих свойств все же не удовлетворяет возросшим требованиям техники.

Целью изобретения является улучшение диспергирующих свойств высокощелочной сульфонатной присадки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения высокощелочной детергентно-диспергирующей присадки к моторным маслам путем взаимодействия при повышенной температуре алкиларилсульфокислоты или ее аммонийной соли с гидроксидом щелочно-земельного металла в нефтяном или синтетическом масле в присутствии углеводородного растворителя и обработки смеси полученного алкиларилсульфоната щелочно-земельного металла с нефтяным маслом диоксидом углерода при повышенной температуре в присутствии кислородсодержащего промотора с использованием сукцинимидного производного с последующим выделением очищенной присадки с целью улучшения диспергирующих свойств, обработку диоксидом углерода проводят при 40-88^оС с использованием в качестве сукцинимидного производного сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина, полученного на основе полибутена мол.м. 800-1200 и взятого в количестве 10-15 мас.% в расчете на смесь алкиларилсульфоната щелочно-земельного металла с нефтяным или синтетическим маслом.

Применение сульфамидов олигоалкенилсукцинимидполиаминов в процессе карбонатации нефтяных и синтетических сульфонатов с целью повышения диспергирующих свойств сульфонатных присадок не описано в патентной и научно-технической литературе, т. е. заявляемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

П р и м е р 1 (сравнительный). Различные компоненты получают по стадиям каждый в отдельности; смесь, состоящую из 157,7 г синтетической сульфокислоты молекулярной массы 385 и 55,0 г масла-разбавителя И-20А. Общее кислотное число смеси 80,4 мг КОН/г; смесь растворителей, включающих 562 мл толуола и 187 мл метанола; хлоргидрат полиалкенилсукцинимидамина. Для его получения 35 г полиизобутенилсукцинимидамина с содержанием активного вещества 50 мас.% и щелочным числом 32,9 мг КОН/г растворяют в 50 г смеси толуола и метанола, приготовленной как описано выше, и при постоянном перемешивании добавляли 16,5 г 0,5 н соляной кислоты, необходимой для получения соли полиизобутенилсукцинимидамина.

В реактор, оснащенный холодильником, мешалкой, термометром и трубкой для подачи диоксида углерода, вводят приведенные выше компоненты и 107,5 г технического гидроксида кальция.

Поддерживая температуру реакции 50-55^оС, в реактор под давлением 4 см водяного столба подают диоксид углерода. Процесс карбонатации прекращают, когда поглощенный объем газа соответствует нейтрализации 80% избытка гидроксида кальция. Полученный карбонатированный продукт был разбавлен 200 г толуола и очищен от механических примесей на центрифуге ОС-6 в течение 1 ч при 3000 об/мин.

Затем от очищенной присадки был отогнан растворитель. Условия отгонки: максимальная температура нагревания - 180^оС, вакуум 76 мм рт.ст.

П р и м е р 2. Различные компоненты для синтеза сульфонат-сукцинимидной присадки получают по стадиям, каждый в отдельности.

а) Получение сульфамида олигоизобутенилсукцинимиддиэтилентриамина.

В трехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством, термометром и обратным холодильником загружают 120 г 50%-ного раствора олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина (мол.м. олигоизобутена 850) и 4,5 г сульфокислоты, имеющей общее кислотное число 80,4 мг КОН/г (молярное соотношение 1:0,25). Полученная смесь при тщательном перемешивании выдерживается при 120^оС в течение 30 мин в атмосфере азота с последующим удалением реакционной воды. При этом образуется амид сульфокислоты, имеющий кислотное число - 6,2 мг КОН/г, общее щелочное число - 10,9 мг КОН/г.

б) Получение нейтрального сульфоната кальция.

В четырехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством, термометром и обратным холодильником загружают 52 г (0,135 М) раствора сульфокислоты в масле И-20А (кислотное число 84,6 мг КОН/г- 5 u (0,067 М) гидроксида кальция и 200 г толуола. Раствор сульфокислоты, имеющий кислотное число 84,6 мг КОН/г, был получен путем тщательного смешения 80 г сульфокислоты с 60 г масла И-20А. Полученную смесь при тщательном перемешивании выдерживают в течение 1 ч при 50-60^оС. Получено 256,7 г толуольного раствора сульфоната кальция, содержащего 32,5 г сульфоната кальция и 24,2 г масла И-20А. Характеристика полученного нейтрального сульфоната кальция следующая: общая щелочность - 5,9 мг КОН/г, кинематическая вязкость при 100^оС - 31,9 10-6 мм²/с.

в) Получение высокощелочного сульфонат-сукцинимида кальция.

К полученному толуольному раствору сульфоната кальция добавляют следующие компоненты: 31 г (0,35М) гидроксида кальция, 39,5 г (1,23 М) метанола, 11,5 г (0,086 М) полученного сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина, что соответствует 10 мас.% на смесь сульфоната кальция с маслом-разбавителем, и 58 г масла И-20 А.

Карбонатацию проводят при 40-50^оС путем барботирования 28 г (0,63 М) диоксида углерода. По окончании карбонатации была проведена отгонка метанола. Максимальная температура процесса удаления метанола - 100^оС.

Полученный карбонатированный продукт разбавляется 200 г толуола и очищается от механических примесей на центрифуге ОС-6 в течение 1 ч при 3000 об/мин. Затем от очищенной присадки отгоняется толуол. Условия отгонки: максимальная температура нагревания продукта - 180^оС, вакуум 76 мм рт.ст.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 2 с тем отличием, что вместо метанола при карбонатации в качестве промотора используется 1,8 г (0,03 М) уксусной кислоты. Температура проведения процесса карбонатации - 82-88^оС. Кроме того, в реакционную смесь добавляют 2,8 г (0,15 М) технологической воды.

По окончании карбонатации полученный продукт разбавляется толуолом, очищается на центрифуге и от него удаляется толуол, как описано в примере 2.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 2 с тем отличием, что в процессе получения высокощелочного сульфонат-сукцинимида кальция добавляют 17,2 г сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина (15 мас.% на смесь сульфоната кальция с маслом-разбавителем И-20А). Температура проведения процесса карбонатации - 40-50^оС.

П р и м е р 5. Из кислого масла 1-ой ступени сульфирования экстрагируют маслорастворимые сульфокислоты, как описано в [3]: в трехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством, термометром и обратным холодильником, загружают 180 г (200 мл) кислого масла 1-ой ступени сульфирования, 126 г (140 мл) изопропилового спирта, 40,9 г (43 мл) нейтрализующего агента (водного раствора аммиака) и 60 г (60 мл) технологической воды с учетом воды вносимой вместе с аммиаком. Полученную смесь нагревают до 45^оС и в течение 30 мин перемешивают в температурном интервале 45-55^оС.

Затем полученную смесь переносят в делительную воронку с рубашкой, куда подается непрерывно горячая вода, и оставляют для разделения на экстракт (сульфонат аммония) и рафинат (непросульфированное масло) в течение 10 ч, поддерживая температуру 76^оС. Экстракт (содержащий сульфонат аммония) получен на маслорастворимых сульфокислотах, имеющих молекулярную массу приблизительно 520. Раствор сульфоната аммония в изопропиловом спирте переносят в трехгорлую колбу и отгоняют под вакуумом (70 мм рт.ст.) растворитель.

К полученному после отгонки в трехгорлой колбе сульфонату аммония добавляют 200 мл толуола, 20 г гидроксида кальция (избыток) и 11 мл дистиллированной воды. Обменную реакцию проводят в температурном интервале 50-60^оС в течение 1 ч.

От полученного продукта отгоняют толуол и технологическую воду под вакуумом (остаточное давление 76 мм рт.ст.). Максимальная температура удаления растворителей не более 100^оС. Полученный нейтральный сульфонат кальция содержит 47,7 мас.% активного вещества. Мол.м. нейтрального сульфоната кальция 1078.

Дальнейшее получение высокощелочного сульфонат-сукцинимида кальция проводят, как описано в примере 2, температура процесса карбонатации - 40-50^оС.

П р и м е р 6. Аналогичен примеру 2 с тем отличием, что в процессе получения высокощелочного сульфонат-сукцинимида кальция добавляют 14,4 г сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина (12,5 мас. % на смесь сульфоната кальция с маслом - разбавителем И-20А). Температура процесса карбонатации - 40-50^оС.

П р и м е р 7. Аналогичен примеру 2 с тем отличием, что для получения сульфамида олигоизобутенилсукцинимиддиэтилентриамина используют олигоизобутенилсукцинимиддиэтилентриамин, полученный на основе олигоизобутена со средней мол.м. 800. Температура процесса карбонатации - 40-50^оС.

П р и м е р 8. Аналогичен примеру 2 с тем отличием, что для получения сульфамида олигоизобутенилсукцинимиддиэтилентриамина используют олигоизобутенилсукцинимиддиэтилентриамин, полученный на основе олигоизобутена со средней мол.м. 1200. Температура процесса карбонатации - 40-50^оС.

Физико-химические свойства полученных присадок представлены в табл.1. Для сравнения в табл.1 представлены физико-химические свойства присадки, полученной по данным патента Франции 2265848 [2] и сульфонатной присадки С-150. Как видно из данных табл.1, присадки, полученные по предлагаемому способу и по данным патента Франции 2265848, имеют близкие физико-химические свойства.

Функциональные свойства данных присадок представлены в табл.2. Для сравнения в табл. 2 также приведены функциональные свойства сульфонатной присадки типа С-150, полученной на основе сульфокислоты с молекулярной массой 385, сульфонат-сукцинимидной присадки, полученной по патенту Франции 2265848 [2] с использованием олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина и алкенилсукцинимидной присадки С-5А.

Из сравнения данных, представленных в табл.2, следует, что сульфонат-сукцинимидная присадка, полученная по предлагаемому способу, обладает лучшими диспергирующими свойствами при 250 и особенно при 280^оС, т.е. обладает улучшенными высокотемпературными диспергирующими свойствами. Термоокислительная стабильность при 250^оС предлагаемой сульфонат-сукцинимидной присадки значительно лучше, чем у сульфонатной присадки типа С-150 и присадки, полученной по способу-прототипу, но несколько уступает термоокислительной стабильности присадки С-5А. Присадка, полученная по предлагаемому способу, обладает лучшими антиокислительными и моющими свойствами как по сравнению с сульфонатной присадкой типа С-150, так и алкенилсукцинимидной С-5А (см. табл.2).

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить сульфонат-сукцинимидную присадку, обладающую преимуществами как по сравнению с сукцинимидной, так и по сравнению с сульфонатной присадкой, что позволяет снизить содержание этих присадок в моторных маслах без снижения их качества и получить экономический эффект.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЩЕЛОЧНОЙ ДЕТЕРГЕНТНО-ДИСПЕРГИРУЮЩЕЙ ПРИСАДКИ К МОТОРНЫМ МАСЛАМ путем взаимодействия при повышенной температуре алкиларилсульфокислоты или ее аммонийной соли с гидрооксидом щелочно-земельного металла в нефтяном масле в присутствии углеводородного растворителя и обработки смеси полученного алкиларилсульфоната щелочно-земельного металла с нефтяным маслом диоксидом углерода при повышенной температуре в присутствии кислородсодержащего промотора с использованием сукцинимидного производного с последующим выделением очищенной присадки, отличающийся тем, что, с целью улучшения диспергирующих свойств, обработку диоксидом углерода проводят при 40 - 88^oС с использованием в качестве сукцинимидного производного сульфамида олигобутенилсукцинимиддиэтилентриамина, полученного на основе полибутена мол. м. 800 - 1200 и взятого в количестве 10 - 15 мас.% в расчете на смесь алкиларилсульфоната щелочно-земельного металла с нефтяным маслом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2