ЩЕЛОЧНОЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МОТОРНОГО МАСЛА Российский патент 1995 года по МПК C10M125/10 C10N30/10 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к эксплуатации механизмов и двигателей, преимущественно двигателей внутреннего сгорания с циркуляционной системой смазки.

Применение твердых ингибиторов старения масла, обеспечивающих стабилизацию показателей его качества. Известно давно. В частности известен твердый ингибитор старения масла [1] содержащий натровую известь и 1, 3, 5, 7-тетра- метил-2,4,6,8,9,10-гексатиоадамантан, дополнительно содержащий комплекс четырехйодистого олова с йодметилсульфидом при соотношении компонентов, мас.

1,3,5,7-тетраметил-
2,4,6,8,9,10-гексатио- адамантан 3-65
Комплекс четырехйо-
дистого олова с йодме- тилсульфидом 1-15 Натровая известь Остальное
Применение данного ингибитора старения обеспечивает поддержание в масле вязкости, щелочного числа и термоокис- лительной стабильности на достаточно высоком уровне. Однако ингредиенты, входящие в состав ингибитора, имеют высокую стоимость и экологически опасны.

Меньшую экологическую опасность представляет ингибитор старения, известный из способа стабилизации моторного масла [2] заключающегоcя в последовательном пропускании моторного масла через щелочной реагент, включающий гидроксид натрия и соединение олова и йод. При этом в качестве соединения олова используют двуокись олова, а в качестве гидроксида натрия гидроокись натрия (щелочь) при массовом соотношении двуокиси олова к гидроокиси натрия (0,05-0,3): 1. Щелочной реагент представляет собой соединение, получаемое сплавлением двуокиси олова с гидроокисью натрия в указанном выше соотношении в тигле при температуре 600-800^оС. Полученную смесь формируют в виде гранул.

Данный щелочной реагент, являющийся прототипом заявляемого изобретения, обладает достаточно высокими стабилизирующими свойствами. Однако он имеет высокую стоимость, т.к. в нем используется дорогостоящая товарная реактивная двуокись олова. При этом, как было установлено в ходе применения этого реагента, на легирование масла расходуется только порядка 20% количества двуокиси олова, входящего в состав реагента. Остальные 80% двуокиси олова после взаимодействия реагента с маслом обнаруживаются в виде шлама в масляном фильтре, либо входят в состав отложений центрифуги. Попытки снижения содержания двуокиси олова в составе данного реагента приводят к избыточному повышению щелочности масла и сверхноминальному повышению его коррозионной активности. Реагент содержит в своем составе большое количество свободной щелочи (от 1 до 7 молей щелочи на 1 моль метастанната). Это приводит к тому, что при аварийном попадании воды в масло при работе механизма избыток сильной щелочи попадает в масло и вызывает повышенный коррозионный износ узлов трения. Кроме того, реагент имеет малую механическую прочность и склонность к слипанию вследствие высокой гигроскопичности. Масло, прошедшее обработку данным реагентом, имеет высокую зольность.

В основу изобретения была положена задача разработать состав щелочного реагента для стабилизации моторного масла, в котором в качестве оловосодержащей и щелочной соcтавляющих были бы использованы ингредиенты, которые позволяли бы уменьшить стоимость щелочного реагента при одновременном улучшении его эксплуатационных показателей и сохранении высоких стабилизирующих свойств, благодаря чему расширяется cырьевая база щелочных реагентов для стабилизации моторного масла.

Поставленная задача решается тем, что предложен щелочной реагент для стабилизации моторного масла, состоящий из оловосодержащей и щелочной составляющих, в котором, согласно изобретению, в качестве оловосодержащей составляющей использованы продукты обогащения оловянных руд, а в качестве щелочной составляющей использованы гидроксид щелочноземельного металла и их смеси с гидроксидом щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукты обогащения
оловянных руд (в пере- счете на SnO₂) 3-90
Гидроксид щелочнозе-
мельного металла и/или гидроксид щелочного металла 97-10
Использование в заявляемом щелочном реагенте в качестве щелочной составляющей продуктов обогащения оловянных руд вместо товарной реактивной двуокиси олова приводит к тому, что практически вся двуокись олова, входящая в состав реагента, расходуется на легирование масла. Содержащиеся в продуктах обогащения оловянных руд сопутствующие элементы, в частности двуокись кремния, связывают часть свободной щелочи и тем самым снижают коррозионную активность реагента. Использование в качестве щелочной составляющей гидрокcида щелочноземельного металла и их смеси гидроксида с щелочным металлом, обладающих существенно меньшей коррозионной активностью по сравнению с гидроокисью натрия, делает предлагаемый реагент более устойчивым к аварийному попаданию в него воды. При этом в качестве данной щелочной составляющей могут быть использованы отходы бокситовой промышленности, представляю- щие собой смеси щелочных и щелочноземельных металлов. Благодаря всему этому и обеспечивается существенное снижение стоимости щелочного реагента при одновременном улучшении его эксплуатационных показателей и сохранении высоких стабилизирующих свойств, расширяется сырьевая база щелочных реагентов для стабилизации моторного масла.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров лучшего варианта его осуществления.

Щелочной реагент представляет собой твердое гранулированное вещество белого цвета, гранулы которого состоят из сплава оловосодержащей составляющей в количестве в 3-90 мас. (в пересчете на SnO₂) и щелочной составляющей в количестве 97-10 мас. В качестве оловосодержащей составляющей использованы продукты обогащения оловянных руд, а в качестве щелочной составляющей использованы гидроксиды щелочноземельных металлов и их смеси с гидроксидами щелочных металлов.

При изготовлении щелочного реагента оловосодержащую и щелочную составляющие сплавляют между собой в металлическом тигле при температуре 600-800^оС. Расплав либо выливают на холодную металлическую поверхность и после остывания раскалывают на куски, либо непосредственно из расплава формируют гранулы.

Ниже приводятся конкретные примеры получения щелочного реагента.

П р и м е р 1. Концентрат обогащения оловянной руды с содержанием олова 56 мас. сплавляли с гидроксидом натрия в соотношении 80% руды (в пересчете на SnO₂) и 20% гидроксида натрия.

П р и м е р 2. Концентрат обогащения оловянной руды с содержанием олова 19 мас. сплавляли с гидроксидом натрия в соотношении 50% руды (в пересчете на SNO₂) и 50% гидроксида натрия.

П р и м е р 3. Шламовый концентрат процесса обогащения оловянной руды с содержанием олова 9,5 мас. сплавляли с гидроксидом натрия в соотношении 25% концентрата (в пересчете на SnO₂) и 72% гидроксида натрия.

В нижеследующих примерах выбрано следующее соотношение между оловосодержащей и щелочной составляющими: 25% концентрата (в пересчете на SnO₂) и 75% щелочи.

П р и м е р 4. Концентрат обогащения оловянной руды с содержанием лова 56 мас. сплавляли со смесью, состоящей из 10 мас. Са(ОН)₂ и 90 мас. NaOH.

П р и м е р 5. Концентрат обогащения оловянной руды с содержанием олова 6 мас. сплавляли со смесью, состоящей из 40 мас. Са(ОН)₂ и 60 мас. NaOH.

П р и м е р 6. концентрат обогащения оловянной руды с содержанием олова 56 мас. сплавляли с гидроксидом кальция.

Как было установлено методом эмиссионного спектрального анализа, продукты обогащения оловянных руд, в том числе и приведенные выше, в своем составе, как правило, содержат следующие сопутствующие элементы в количествах, мас. Si 9,0-40,0 Al 1,0-3,0 Mg, Ca 1,0-5,0 W До 0,5 Ti До 1,5 S До 0,5
Сравнительную проверку эффективности стабилизации моторного масла с использованием заявляемого щелочного реагента и щелочного реагента-прототипа осуществляли на лабораторной установке, состоящей из окислительного и циркуляционного контуров масла. Испытания проводили на масле М-10-Г2. Температура обработки масла реагентом 140^оС, давление 15 МПа, время испытаний 4 ч (до момента наступления стабилизации физико- химических свойств масла).

По окончании испытаний определяли щелочность, вязкость, зольность масла, количество элементов, поступающих в масло из щелочного реагента, и его состояние после взаимодействия с маслом. Результаты испытаний представлены в табл. 1 и 2.

Данные, приведенные в таблицах, подтверждают эффективность предлагаемого щелочного реагента. Во всех случаях применения предлагаемого реагента произошла стабилизация вязкости на уровне 10,5-10,7 мм²/с, в то время как у масла без реагента вязкость достигла значения 12,5 мм²/с. Это указывает на более существенное торможение процессов окисления масла в присутствии заявляемого щелочного реагента.

Во всех случаях произошла стабилизация щелочного числа. В случае использования щелочного реагента по примеру 1 щелочное число стабилизировалась, как у прототипа, на уровне 13,5 мг КОН/г масла. Такой уровень стабилизации необходим для дизельных двигателей высокой теплонапряженности и дизелей, работающих на высокосернистом топливе. Однако для двигателей, работающих на топливе с малым содержанием серы или бессернистом топливе (бензине), такая щелочность может привести к повышенному коррозионному износу.

В случаях использования щелочного реагента по примерам 2 и 3 щелочное число стабилизировалось на уровне 12,0 и 9,0 мг КОН/г масла. Такой уровень щелочности характерен для масел, рекомендуемых к применению в современных высокофорси- рованных дизельных и карбюраторных двигателях.

Таким образом, варьируя оловосодержащим компонентом, можно получить предлагаемый щелочной реагент, обеспе- чивающий необходимый уровень стабилизации щелочного числа, что невозможно делать с помощью щелочного реагента прототипа.

Приведенные данные по зольности указывают на ее снижение при использовании предлагаемого щелочного реагента по сравнению с использованием реагента прототипа.

Результаты определения щелочности и зольности хорошо коррелируют с данными спектрального анализа масла. В масле падает содержание натрия при переходе от щелочного реагента прототипа к предлагаемому реагенту более чем в два раза. Одновременно наблюдается поступление в масло легирующих добавок магния и алюминия из предлагаемого щелочного реагента. При этом содержание кремния, могущего вызвать повышенный абразивный износ деталей двигателя, сохраняется на уровне товарного масла без щелочного реагента.

Визуальный осмотр реагента после испытаний показывает, что реагент прототип подвержен спеканию и частичному разрушению, а предлагаемый реагент сохраняет исходный вид.

Уменьшение содержания двуокиси олова в оловосодержащей составляющей ниже 3 мас. приводит к понижению щелочного числа ниже 6 мг КОН/г масла, что неприемлемо для масел, работающих в современных высокофорсированных двигателях. Увеличение содержания двуокиси олова в оловосодержащей составляющей выше 90 мас. ведет к тому, что ее использование становится экономически нецелесообразным.

При использовании щелочного реагента прототипа в масло вносятся новые химические компоненты взамен срабатывающихся в процессе эксплуатации штатных присадок, а при использовании предлагаемого щелочного реагента дополнительно происходит поступление в масло срабатывающихся элементов штатных присадок. Так, например, концентрат обогащения оловянной руды по примеру 2 содержит в своем составе, мас. SnO 19,0 Al 1,0-3,0 Mg 1,5-2,0 Са 1,0-2,0 Zn 7,0-8,0 Cu 0,3-0,4
Приведенные в табл. 2 данные указывают, что предлагаемый щелочной реагент, полученный с использованием гидроксидов щелочноземельных металлов и их смесей с гидроксидами щелочных металлов, обеспечивает уровень стабилизации щелочного числа и вязкости масла, аналогичный уровню, обеспечиваемому щелочным реагентом прототипом. При этом увеличение в щелочной составляющей содержания соединений гидроксида кальция приводит к повышению поступления в масло соединений кальция, обеспечивающих его высокие моющие свойства. Отмеченное незначительное повышение зольности масла при использовании в качестве щелочной составляющей гидроксида кальция не оказывает существенного влияния на его эксплуатационные свойства.

Предлагаемый щелочной реагент оказывает сильное стабилизирующее влияние на смазочные масла и улучшает их эксплуатационные показатели. Варьируя содержание ингредиентов щелочного реагента, можно обеспечивать стабилизацию показателей качества масла на необходимом заданном уровне для конкретных двигателей. Щелочной реагент имеет малую стоимость, т.к. в качестве его оловосодержащей составляющей используются более дешевые по сравнению с товарной двуокисью олова продукты обогащения оловянных руд, а в качестве щелочной составляющей могут использоваться отходы бокситовой промышленности, представляющие собой смеси щелочноземельных и щелочных металлов.

Используется в двигателестроении и касается стабилизации масел для двигателей внутреннего сгорания с циркуляционной системой смазки. Сущность изобретения: щелочной реагент для стабилизации моторного масла содержит, мас.%: продукты обогащения оловянных руд (В пересчете на двуоксид олова) 3 - 90, гидроксид щелочноземельного металла и/или гидроксид щелочного металла 10 - 97. 2 табл.

ЩЕЛОЧНОЙ РЕАГЕНТ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ МОТОРНОГО МАСЛА, содержащий соединения олова и гидроксид металла, отличающийся тем, что в качестве соединения олова он содержит продукты обогащения оловянных руд и в качестве гидроксида металла содержит гидроксид щелочноземельного металла и/или гидроксид щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукты обогащения оловянных руд ( в пересчете на двуоксид олова) 3 90
Гидроксид металла 10 97