Proceso para fabricar productos oleosos oligoméricos de baja viscosidad.

Un proceso para la producción selectiva de un fluido sintético que tiene de 3.

8 a 4.1 cSt de viscosidad a 100ºC sin la formación de cualquier coproducto más pesado con una pérdida en peso por volatilidad Noack de menos de 15%, un índice de viscosidad de más de 120, un punto de vertimiento inferior a -50ºC y una viscosidad a -40ºC de menos de 3000 cSt mediante:

(a) hacer reaccionar una primera alfa olefina, excluyendo 1-deceno, en la presencia de un primer catalizador para formar una viniliden olefina que tiene un contenido de vinilideno de al menos 70%;

(b) hacer reaccionar la viniliden olefina con una segunda alfa olefina, excluyendo 1-deceno, en la presencia de un catalizador BR3 y un sistema promotor que comprende al menos un compuesto aprótico con al menos un compuesto prótico;

(c) remover monómeros residuales sin reaccionar;

(d) hidrogenar el producto de fondos para producir fluidos sintéticos y

(e) recuperar dicho fluido sintético.

Proceso para fabricar productos oleosos oligoméricos de baja viscosidad

Campo de la invención

Los oligómeros de las alfa olefinas (también conocidos como alfa olefinas lineales o vinil olefinas) , y su uso en la formulación de lubricantes sintéticos y semisintéticos son conocidos en la técnica.

Tradicionalmente, los oligómeros de alfa olefina que han mostrado ser útiles como fluidos de bases sintéticos se preparan principalmente a partir de olefinas terminales lineales que contienen aproximadamente 8-14 átomos de carbono tales como 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno, 1-tetradeceno y mezclas de los mismos. Una de las alfa olefinas más ampliamente usadas es el 1-deceno el cual puede ser utilizado solo o en una mezcla con otras alfa olefinas. Cuando se emplean alfa olefinas lineales, los productos oligoméricos comprenden mezclas que incluyen cantidades variables de dímeros, trímeros, tetrámeros, pentámeros y oligómeros más altos. Los productos oligoméricos se hidrogenan típicamente para mejorar la estabilidad térmica y oxidativa y deben ser fraccionados posteriormente para ser lo más útiles posibles. Los productos oligoméricos hidrogenados y fraccionados son conocidos por su rendimiento superior, vida de uso larga, baja volatilidad, bajos puntos de vertimiento, y altos índices de viscosidad. Esto los convierte en las reservas de base primordiales para muchas aplicaciones en lubricantes.

Antecedentes de la invención Existen numerosos métodos convencionales para producir composiciones de polialfaolefinas (PAO) . Sin embargo, estos métodos sufren de ineficiencias y persiste una necesidad por métodos más efectivos para hacer polialfaolefinas. También persiste una necesidad por polialfaolefinas (PAO) que tienen propiedades mejoradas.

En un proceso de polialfaolefinas convencional, las viscosidades cinemáticas del producto pueden ser ajustadas bien sea retirando o agregando oligómeros superiores o inferiores para proveer una composición que tenga la viscosidad deseada para una aplicación particular. Son útiles las viscosidades en el rango de 2 a 100 cSt, de 2 a 10 cSt y de 4 cSt a 100ºC.

Existe un mercado particularmente grande para reservas de base de lubricantes sintéticos que tienen viscosidades cinemáticas de 4 cSt a 100ºC especialmente si esta propiedad esta combinada con una baja volatilidad Noack, bajo punto de vertimiento, viscosidad útil a baja temperatura, y alto índice de viscosidad. El PAO 4 cSt hecho en la oligomerización del deceno provee un balance útil de propiedades. Desafortunadamente, el material 4 cSt (principalmente el trímero del deceno C30) debe ser destilado a partir de una mezcla de oligómeros compleja y generalmente está acompañado por un subproducto más pesado.

Es deseable producir composiciones de 4 cSt que tengan propiedades similares o mejores en comparación con los aceites basados en deceno a partir de materias primas diferentes al deceno-debido al suministro limitado de deceno. También es deseable producir la composición 4 cSt antes mencionada de manera selectiva y sin coproductos.

La presente invención se relaciona con una composición de polialfaolefina (PAO) de baja viscosidad caracterizada por una volatilidad no baja, bajo punto de vertimiento, viscosimetría de baja temperatura de la invención índice de viscosidad alto, y bajas tendencias a formación de lodos y más particularmente se relaciona con una composición de PAO que tiene una viscosidad cinética a 100ºC en el rango de aproximadamente 4 cSt. La invención también se relaciona con un proceso mejorado para la producción selectiva de la composición antes mencionada sin formación de coproductos más pesados. Además, la invención también se relaciona con un proceso mejorado para la producción selectiva de la composición antes mencionada sin formación de ningún coproducto más pesado que comprende un contenido muy alto de (co) dímero con cantidades mínimas de trímero y oligómeros más pesados utilizando un catalizador de BF3 junto con un sistema promotor que contiene al menos un éster y una realización que consiste de un sistema de alcohol y un éster en reacción que involucra al menos una alfa olefina con al menos una olefina de vinilideno (una alfa olefina ramificada con sustitución alquilo en la posición del carbono 2) .

Breve descripción de los dibujos La figura 1 ilustra esquemáticamente el diagrama de proceso del lubricante de la presente invención.

La figura 2 ilustra esquemáticamente el punto de vertimiento versus la composición de la presente invención.

La figura 3 ilustra esquemáticamente la viscosidad Brookfield de la presente invención.

La figura 4 ilustra esquemáticamente los carbonos terciarios por NMR GASPE C13 de la presente invención.

Descripción de la técnica anterior Los oligómeros de las alfa olefinas (PAO) y su uso como lubricantes sintéticos son bien conocidos. Las siguientes patentes ilustran solo algunos de los muchos métodos descritos para producir oligómeros PAO. Véase por ejemplo, los números de Patente de los Estados Unidos: 3, 682, 823; 3, 763, 244; 3, 769, 363; 3, 780, 123; 3, 798, 284; 3, 884, 988; 3, 097, 924; 3, 997, 621; 4, 045, 507 y 4, 045, 508.

En muchas aplicaciones se prefiere que el oligoméro tenga una baja viscosidad, por ejemplo, por debajo de aproximadamente 5cSt y por debajo de aproximadamente 4 cSt a 100ºC. Estos fluidos de baja viscosidad son especialmente útiles en aplicaciones de ahorro de energía tales como aceites de lubricación de motores para minimizar la fricción y así mejorar la economía del combustible. Usados bien sea solos como mezclas con aceite mineral pueden proveer, por ejemplo, aceites lubricantes con viscosidades que califican como aceites SAE 0W 30 o SAE 5W30 para cárter.

En el pasado, se han producido oligómeros útiles que tienen propiedades deseadas oligomerizando 1-deceno utilizando un catalizador Friedel-Crafts tal como BF3 con un promotor tal como un alcohol. Sin embargo, el 1-deceno está en suministro limitado porque es un coproducto que se hace junto con un amplio rango de otras alfa olefinas. Por lo tanto es beneficioso proveer más flexibilidad en la manufactura de reservas de base sintética utilizando un rango más amplio de alfa olefinas a la vez que se producen oligómeros que tienen propiedades viscométricas sustancialmente similares. Adicionalmente, un problema asociado con la producción de aceites oligoméricos a partir de 1-deceno u otras alfa olefinas es que la mezcla de producto oligomérico usualmente debe ser fraccionada en diferentes porciones para obtener aceites de una viscosidad dada (por ejemplo 2, 4, 6 u 8 cSt a 100ºC) . La producción comercial provee una mezcla de productos oligomérico la cual, cuando se fracciona, produce las cantidades relativas de cada producto de viscosidad que corresponde a la demanda del mercado. Por lo tanto, necesariamente, se produce un exceso de un producto con el fin de obtener la cantidad necesaria del otro.

Shubkin et al., Patente de los Estados Unidos No. 4, 172, 855 divulga un proceso para hacer un oligómero de baja viscosidad que comprende dimerizar una alfa olefina C6-C12, en el cual el dímero resultante se hace reaccionar con una alfa olefina C6-C18 en presencia de un catalizador de Friedel-Crafts, destilando los componentes volátiles e hidrogenando el producto residual. El fluido sin embargo tiene un punto de vertimiento de -45ºC conteniendo una cantidad medible de los componentes de oligómero más pesados de C42-48 reportado en 7.26%.

Schaerfl et al., Patente de los Estados Unidos No. 5, 284, 988 divulga un proceso que comprende (a) isomerizar al menos una porción de una materia prima de olefina de viniliden olefina en presencia de un catalizador de isomerización para formar un intermediario que contiene olefina trisustituida y (b) hacer reaccionar dicho intermedio y al menos una vinil olefina en presencia de un catalizador. Esto requiere una etapa adicional de isomerización; también, el grado de oligómeros más pesados indeseados C42+ es todavía demasiado alto y reportado en 6.5%.

Schaerfl et al., Patente de los Estados Unidos No. 5, 498, 815 divulga un proceso multietapas para producir un aceite sintético que requiere una etapa inicial de (a) hacer reaccionar una viniliden olefina en presencia de un catalizador para formar una mezcla intermediaria la cual contiene al menos aproximadamente 50% de dímero de la viniliden olefina. Esto agrega complejidad requiriendo una dimerización inicial del vinilideno a al menos aproximadamente 50% en peso del dímero.

Theriot et al. Patente de los Estados Unidos 5, 650, 548 divulga un proceso poniendo en contacto un alfa olefina con un sistema catalizador que comprende BF3, un promotor prótico,... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción selectiva de un fluido sintético que tiene de 3.8 a 4.1 cSt de viscosidad a 100ºC sin la formación de cualquier coproducto más pesado con una pérdida en peso por volatilidad Noack de menos de 15%, un índice de viscosidad de más de 120, un punto de vertimiento inferior a -50ºC y una viscosidad a -40ºC de menos de 3000 cSt mediante:

(a) hacer reaccionar una primera alfa olefina, excluyendo 1-deceno, en la presencia de un primer catalizador para formar una viniliden olefina que tiene un contenido de vinilideno de al menos 70%;

(b) hacer reaccionar la viniliden olefina con una segunda alfa olefina, excluyendo 1-deceno, en la presencia de un catalizador BR3 y un sistema promotor que comprende al menos un compuesto aprótico con al menos un compuesto prótico;

(c) remover monómeros residuales sin reaccionar;

(d) hidrogenar el producto de fondos para producir fluidos sintéticos y

(e) recuperar dicho fluido sintético.

2. El proceso de la reivindicación 1 en donde la primera alfa olefina usada para formar viniliden olefina es seleccionada del grupo consistente de 1-olefina C4-20 lineal y combinaciones de las mismas.

3. El proceso de la reivindicación 1 en donde dicho primer catalizador comprende un catalizador de alquil aluminio por ejemplo un catalizador de trialquil aluminio, un catalizador de metaloceno por ejemplo un catalizador de metaloceno seleccionado del grupo periódico IVB metálico, un catalizador metálico de transición tardía de ligando voluminoso y combinaciones de los mismos.

4. El proceso de la reivindicación 1 en donde la segunda alfa olefina es seleccionada del grupo consistente de 1ºlefina lineal C4-20 y combinaciones de las mismas.

5. El proceso de la reivindicación 1 en donde el promotor prótico es seleccionado de alcoholes C1-C20 por ejemplo 1propanol o t-butanol.

6. El proceso de la reivindicación 1 en donde el promotor aprótico comprende un acetato de alquilo por ejemplo acetato de n-butilo.

7. El proceso de la reivindicación 1 en donde la eliminación de los monómeros residuales sin reaccionar comprende destilación.

8. El proceso de la reivindicación 1 en donde dicha viniliden olefina tiene una pureza de al menos 80% y comprende la dimerización de 1-octano a un vinilideno C16.

9. El proceso de la reivindicación 8 en donde dicha viniliden olefina se puede obtener haciendo reaccionar viniliden C16 con 1-tetradeceno (C14) en donde dicho 1-tetradeceno (C14) tiene preferiblemente una pureza terminal lineal de al menos 70%.

10. El proceso de la reivindicación 1 en donde el fluido sintético tiene una relación molar de viniliden C16 a 1tetradeceno de entre 1 a 2 preferiblemente una relación molar de viniliden C16 a 1-tetradeceno de aproximadamente

1.5.

11. El proceso de la reivindicación 1 en donde el fluido sintético se mezcla con fluido seleccionado del grupo consistente de aceite mineral, dispersante, antioxidante, agente antidesgaste, agente antiespumante, inhibidor de la corrosión, detergente, agente para sellamiento crecimiento, mejorador de la viscosidad y combinaciones de los mismos.