ES2253177T3 - Utilizacion de carbonatos organicos como solventes para la limpieza de superficies metalicas. - Google Patents

Utilizacion de carbonatos organicos como solventes para la limpieza de superficies metalicas.

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Abstract

Utilización de carbonatos orgánicos de fórmula (I): en la que: n = 1-4, R y R'' son dos radicales alquilo lineales o ramificados que contienen un número de átomos de carbono cuya suma es igual a por lo menos 5 y que pueden ser iguales o diferentes, como disolventes para la limpieza de superficies de metal.

Description

Utilización de carbonatos orgánicos como solventes para la limpieza de superficies metálicas.
Como es conocido, el tratamiento de los metales (corte, pulido, conformado), así como también el tratamiento en las perforaciones petrolíferas, requieren la utilización de líquidos auxiliares que generalmente consisten en un aceite mineral o sintético, como tal o emulsionado, opcionalmente cargado con sólidos (pastas, lodos).
Los residuos del líquido de tratamiento deben eliminarse al final del tratamiento, antes de pasar a una etapa posterior en la que su presencia anularía su viabilidad.
En la industria mecánica, para el lavado de los productos acabados o semiacabados de metal contaminados por aceites, emulsiones o pastas de pulido, se utilizan disolventes no inflamables, tales como, por ejemplo, productos clorados, que resultan tóxicos para las personas que los utilizan y también resultan particularmente perjudiciales para el medio ambiente debido a su reducida biodegradabilidad y a su elevado potencial de agotamiento del ozono (PAO) (B.P. Whim, B.G. Johnson, "Directory of solvents", página 173, 1997).
En el campo petrolífero, las tuberías de acero (entubamientos) que se bajan en el pozo en presencia de lodo al aceite deben lavarse antes de pasar a la etapa de cementación.
En este caso, la limpieza de las superficies contaminadas por lodos con disolventes se lleva a cabo en la actualidad utilizando disolventes volátiles, tóxicos, inflamables, no biodegradables y con un contenido elevado de hidrocarburos aromáticos, tales como, por ejemplo, nafta de carbón.
Respecto a la seguridad del sitio de trabajo y de los trabajadores expuestos a dichos disolventes, las autoridades competentes están emitiendo normas y criterios cada vez más estrictos para la producción y utilización de disolventes, aunque resulta evidente que la utilización de disolventes efectivos que sean no inflamables, atóxicos, ecocompatibles (biodegradables con un bajo PAO) y de baja volatilidad, no sólo proporciona una solución real a los problemas relacionados con la seguridad del personal y el respeto por el medio ambiente, sino que también presenta una mayor simplicidad en la utilización, conservación y gestión final de estos disolventes, que se refleja en los costes de explotación.
De acuerdo con lo expuesto anteriormente, se percibe una gran necesidad en el campo de los disolventes para la utilización de disolventes que satisfagan los requisitos anteriormente indicados a coste aceptable para la aplicación a escala industrial. Por lo tanto, la industria química está realizando esfuerzos considerables para suministrar disolventes adecuados como alternativa a los tradicionales.
Se dan a conocer ejemplos en el documento WO 99/57217 que se refiere a la limpieza de superficies de metal utilizando composiciones que contienen disolventes orgánicos, tales como carbonato de metil neopentilo, carbonato de metil t-butilo, carbonato de metil sec-butilo y carbonato de diisopropilo, mientras que el documento US-A-5.209.026 da a conocer un disolvente de limpieza que presenta un tiempo de almacenamiento prolongado, incluyendo el dipropionato
de etileno y por lo menos un carbonato alicíclico, preferentemente carbonato de propileno, con o sin otros aditivos.
Ahora se ha descubierto que los carbonatos orgánicos pueden utilizarse efectivamente como disolventes para la limpieza en un sistema abierto de superficies de metal contaminadas por líquidos tales como aceites minerales, aceites sintéticos o sus emulsiones u opcionalmente cargados con sólidos, con el fin de obtener líquidos auxiliares en la forma de pastas o lodos.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a la utilización de carbonatos orgánicos como disolventes para la limpieza de superficies de metal, según la reivindicación 1.
La invención se refiere asimismo a un procedimiento para la limpieza de superficies de metal que consiste en aplicar el disolvente a base de carbonatos orgánicos sobre las superficies de metal y bajo condiciones adecuadas para eliminar los contaminantes presentes de las superficies.
En particular, los carbonatos orgánicos descritos en la invención están representados por la fórmula siguiente:
R' --- (O
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
OR)_{n}
en la que:
n = 1-4,
R y R' son dos radicales alquilo lineales o ramificados que contienen un número de átomos de carbono cuya suma es igual a por lo menos 5 y que pueden ser iguales o diferentes.
Entre los ejemplos de carbonatos que pueden utilizarse para la invención se encuentran: carbonato de metil n-butilo, carbonato de metil n-pentilo, carbonato de metil isooctilo, carbonato de diisopropilo, carbonato de di-n-propilo, carbonato de di-n-butilo, carbonato de diisopropilo, carbonato de diisooctilo.
Las características generales de los dialquil carbonatos objeto de la invención son las siguientes: baja solubilidad en agua, que es en todo momento inferior a 1.000 ppm y por lo tanto presenta una excelente estabilidad hidrolítica, índice de Kauri-Butanol igual a por lo menos 150, punto de inflamabilidad superior a 55ºC, punto de ebullición superior a 145ºC a presión atmosférica.
Las ventajas obtenidas de la utilización de carbonatos orgánicos en este tipo de aplicación son: efectividad en la eliminación de contaminantes, simplificación de los equipos que los utilizan, es decir, son capaces de funcionar en un sistema abierto debido a que las emisiones producidas, por sus características (biodegradabilidad, bajo PAO y atoxicidad) y su reducida cantidad, no crear ningún problema ni para los seres humanos ni para el medio
ambiente.
De acuerdo con lo expuesto anteriormente, pueden utilizarse por lo tanto en actividades de perforación litoral, tales como por ejemplo la limpieza de entubamientos en los que, en la práctica, también se requiere una estabilidad hidrolítica sustancial del disolvente y en cualquier caso la no toxicidad de los productos de degradación.
Los inhibidores de corrosión, agentes humectantes no iónicos y el agua para su aplicación en emulsión, pueden añadirse opcionalmente a los carbonatos orgánicos objeto de la invención.
Los disolventes objeto de la invención están basados en carbonatos de dialquilo.
Si dichos carbonatos de dialquilo se producen mediante la transesterificación del dimetilcarbonato (DMC) con alcoholes superiores, carecen de halógenos y de acidez libre derivada de los mismos.
Los alcoholes que pueden utilizarse para producir los carbonatos de dialquilo objeto de la invención presentan cadenas C_{3}-C_{25}.
Sin embargo, un criterio para seleccionar el alcohol, para garantizar la absoluta compatibilidad del carbonato de dialquilo que deriva del mismo, también en presencia de trazas de alcohol residual de síntesis libre y/o que deriva de la degradación del éster durante la utilización, se proporciona por las características toxicológicas y ecotoxicológicas derivadas de la estructura del alcohol mismo.
Pueden obtenerse carbonatos simétricos o asimétricos cuando se alimentan en la transesterificación por lo menos dos alcoholes.
En una forma de realización preferida, el carbonato de dialquilo puede ser carbonato de di-n-butilo (DnBC) o carbonato de diisooctilo (DIOC) o sus mezclas.
El disolvente objeto de la presente invención se utiliza preferentemente en forma pura como tal, o se formula para aplicarse posteriormente en emulsión acuosa.
La formulación puede contener opcionalmente un inhibidor de corrosión, un codisolvente y un agente emulsionante; resulta generalmente preferido en la preparación de la formulación que la fracción en peso de cada uno de los aditivos no exceda el 20% en peso de la formulación.
El inhibidor de corrosión puede seleccionarse de entre el grupo de aminoalcoholes con nitrógeno terciario, tales como, por ejemplo, trietanol (TEA).
El codisolvente puede seleccionarse de entre el grupo de glicol éteres; por ejemplo el codisolvente comprende propilenglicol metiléter (PM); dipropilenglicol metiléter (DPM) o dipropilenglicol n-butil éter (DPNB).
El agente emulsionante puede seleccionarse de entre el grupo de agentes surfactantes no iónicos, de entre el grupo de alcoholes o ácidos etoxilados, utilizando preferentemente los de la serie alifática C_{9}-C_{18} que optimizan la proporción hidrofílica/lipofílica (HLB) que los caracteriza.
Las condiciones bajo las que se lleva a cabo la limpieza de las superficies de metal, objeto de la presente invención, pueden variar.
La limpieza generalmente se lleva a cabo a presión atmosférica dentro de un intervalo de temperatura comprendido de 20ºC a una temperatura máxima que es cercana, pero que no excede, el punto de inflamabilidad del carbonato de dialquilo utilizado.
Los medios de aplicación del disolvente al elemento a limpiar no resultan críticos; en la mayoría de casos, la simple inmersión en un tanque que no necesariamente debe estar regulado por termostato, resulta suficiente.
Las acciones mecánicas, tales como la aplicación manual o la pulverización o también la utilización de ultrasonidos, reduce el tiempo requerido para la limpieza.
Sin embargo, debe indicarse que el tiempo de contacto requerido por el disolvente también depende de una serie de factores, tales como el tipo de aceite/grasa a eliminar, la formulación que lo contiene y el envejecimiento del contaminante, especialmente si se encuentra en forma de pasta o de lodo.
Los tiempos de contacto generalmente se encuentran comprendidos entre menos de un minuto y una hora; se pueden adoptar sin embargo, tiempos de contacto más prolongados sin ningún riesgo de dañar la superficie a tratar.
Los ejemplos siguientes son ilustrativos y no limitan el alcance de la invención en ningún caso.
Ejemplo 1
Se utilizó carbonato de dibutilo normal (DnBC) con una pureza superior al 99% en peso para la limpieza a 40ºC de la superficie de muestras experimentales de metal contaminadas con residuos/incrustaciones de los fluidos auxiliares de perforación, que consisten en un lodo emulsión inversa que contiene barita preparado utilizando un aceite mineral con un contenido muy bajo en hidrocarburos aromáticos.
El reductor del filtrado y el agente humectante se dosificaron en exceso con respecto al estándar, con el fin de proporcionar una adhesión más fuerte del lodo sobre el acero.
El lodo preparado de esta manera se caracterizaba por una proporción de petróleo/agua igual a 90/10, una densidad de 2,1 kg/l, una viscosidad plástica (VP) de 54 cP, un punto de fluencia (PF) de 14,5 g/100 cm^{2}.
La limpieza se llevó a cabo mediante simple inmersión estática de las muestras experimentales en el disolvente.
Bajo dichas condiciones, se consiguió la completa eliminación de los contaminantes de la superficie del metal de las muestras experimentales en 20 minutos.
Ejemplo 2
La limpieza de las muestras experimentales de metal se llevó a cabo según los procedimientos descritos en el ejemplo 1 utilizando DnBC a 60ºC. La completa eliminación del contaminante de las superficies se consiguió en 8 minutos.
Ejemplo 3
Se utilizó carbonato de dibutilo normal (DnBC) con una pureza superior al 99% en peso para la limpieza a 40ºC de la superficie de las muestras experimentales de metal contaminadas por residuos/crostas de los fluidos auxiliares de perforación, consistente en un lodo de emulsión inversa que contenía barita preparado utilizando gasoil.
El lodo preparado de esta manera se caracterizaba por una proporción de petróleo/salmuera de 75/25, una densidad de 1,47 kg/l, una viscosidad plástica (VP) de 23 cP, un punto de fluencia (PF) de 2 g/100 cm^{2}.
La limpieza se llevó a cabo mediante simple inmersión estática de las muestras experimentales en el disolvente.
Bajo dichas condiciones, se consiguió la completa eliminación del contaminante de la superficie de metal de las muestras experimentales en 3 minutos.
Ejemplo 4
Se utilizó carbonato de dibutilo normal (DnBC) con una pureza superior al 99% para la limpieza a 40ºC de la superficie de metal de las muestras experimentales contaminadas con residuos/crostas de los fluidos auxiliares de perforación, consistentes en lodos de emulsión inversa que contienen barita preparados utilizando un aceite mineral con un contenido bajo de hidrocarburos aromáticos AF.
El lodo preparado de esta manera se caracterizaba por una proporción de petróleo/salmuera igual 75/25, una densidad de 1,47 kg/l, una VP de 23 cP y una PF de 2 g/100 cm^{2}.
La limpieza se llevó a cabo mediante simple inmersión estática de las muestras experimentales en el disolvente.
Bajo dichas condiciones, se consiguió la completa eliminación del contaminante de la superficie de metal de las muestras experimentales en 3 minutos.
\newpage
Ejemplo 5
Se utilizó carbonato de dibutilo normal (DnBC) con una pureza superior al 99% en peso para la limpieza a 40ºC de la superficie del rotor (cilindro metálico con un diámetro de aproximadamente 3 cm y una altura de aproximadamente 8 cm) de un viscosímetro giratorio FANN 35. El procedimiento de ensayo incluía la contaminación del rotor mediante su inmersión y rotación durante 5 minutos a 600 rpm en un lodo de emulsión inversa que contenía barita, preparado utilizando un aceite mineral con un bajo contenido en aromáticos AF y caracterizado por una proporción de petróleo/agua igual a 90/10 y una densidad de 1,9 kg/l.
Los lodos que no se habían adherido al rotor se dejaron gotear durante 2 minutos y seguidamente el rotor se limpió por inmersión y rotación a 200 r.p.m. en el disolvente calentado con termostato.
Bajo dichas condiciones, se consiguió la completa eliminación del contaminante de la superficie de metal del cilindro en 8 minutos.
Ejemplo 6
La limpieza del rotor de metal, llevada a cabo según el procedimiento descrito en el ejemplo 5, se llevó a cabo utilizando DnBC a 60ºC.
Se consiguió la completa eliminación del contaminante de la superficie del rotor en 5 minutos.
Ejemplo 7
Para la limpieza de monturas no afinadas para gafas realizadas en aleación monel de Cu/Ni/Fe (DIN 17143) y en aleación alpaca de Cu/Ni/Zn (DIN 17663) procedentes de la etapa de pulido y contaminadas con aceite mineral mezclado con granulado de coco, polvos de W, se utilizó la formulación siguiente:
DBC al 40% en peso
Dipropilenglicol monometil éter (DPM) al 30% en peso
Trietanolamina (TEA) al 10% en peso
Mezcla de alcoholes etoxilados C_{12}/C_{15} con 7 moles de ETO; al 20%.
Se diluyeron aproximadamente 4 litros de formulación con 36 litros de agua y se vertieron en un tanque regulado con termostato a 70ºC donde las monturas, dentro de cestas, se sumergieron en el líquido sometidas a oscilación.
Se aplicaron ultrasonidos al líquido a una potencia total de 800 vatios.
Se consiguió la eliminación completa de los contaminantes en 15 minutos de tratamiento.
Ejemplo 8
Para la limpieza de elementos decorativos contaminados con pastas de pulido (collares y broches) chapados en plata, se utilizó la formulación bajo las condiciones descritas en el ejemplo 7. Se consiguió la completa eliminación de los contaminantes en 20 minutos de tratamiento.
Ejemplo 9
Para la limpieza de hebillas de latón contaminadas con pastas de pulido, se utilizó carbonato de dibutilo normal (DnBC) con una pureza superior al 99%. Las hebillas (varias decenas) se introdujeron en cestas que se sumergieron en un tanque que contenía aproximadamente 40 litros de líquido y se mantuvieron en una posición estática.
Se aplicaron ultrasonidos al líquido, regulado con termostato a 40ºC, a una potencia total de 800 vatios.
Se consiguió la completa eliminación de los contaminantes en 10 minutos de tratamiento.
Ejemplo 10
(De comparación con el ejemplo 1)
La limpieza de las muestras experimentales de metal llevada a cabo según el procedimiento descrito en el ejemplo 1, se realizó utilizando un disolvente convencional (nafta de carbón) consistente en hidrocarburos aromáticos. Se consiguió la completa eliminación de los contaminantes de la superficie de metal de las muestras experimentales en 15 minutos.
Ejemplo 11
(De comparación con el ejemplo 4)
La limpieza de las muestras experimentales de metal llevada a cabo según el procedimiento descrito en el ejemplo 4, se realizó utilizando un disolvente convencional (nafta de carbón) consistente en hidrocarburos aromáticos. La eliminación completa de los contaminantes de la superficie de metal de las muestras experimentales se consiguió en 5 minutos.
Ejemplo 12
(De comparación con el ejemplo 6)
La limpieza de las muestras experimentales de metal llevada a cabo según el procedimiento descrito en el ejemplo 6 se llevó a cabo utilizando un disolvente convencional consistente en hidrocarburos aromáticos y derivados de terpeno. Se consiguió la completa eliminación de los contaminantes de la superficie de metal de las muestras experimentales en 2 minutos.

Claims (8)

1. Utilización de carbonatos orgánicos de fórmula (I):
R' --- (O
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
OR)_{n}
en la que:
n = 1-4,
R y R' son dos radicales alquilo lineales o ramificados que contienen un número de átomos de carbono cuya suma es igual a por lo menos 5 y que pueden ser iguales o diferentes, como disolventes para la limpieza de superficies de metal.
2. Utilización según la reivindicación 1, en la que los carbonatos orgánicos se seleccionan de entre el grupo constituido por carbonato de metil n-butilo, carbonato de metil n-pentilo, carbonato de metil isooctilo, carbonato de diisopropilo, carbonato de di-n-propilo, carbonato de di-n-butilo, carbonato de diisooctilo o sus mezclas.
3. Utilización según la reivindicación 1 ó 2, en la que los carbonatos orgánicos se utilizan en la limpieza de entubamientos en actividades de perforación petrolífera litoral.
4. Utilización según la reivindicación 1, en la que los inhibidores de corrosión, agentes humectantes no iónicos y agua se añaden a los carbonatos orgánicos, que se aplican como formulaciones en emulsión acuosa.
5. Utilización según la reivindicación 4, en la que la fracción en peso de cada uno de los aditivos no excede el 20% en peso de la formulación.
6. Procedimiento para la limpieza de superficies de metal que consiste en aplicar el disolvente a base de carbonatos orgánicos según la reivindicación 1 sobre las superficies de metal, manualmente, mediante pulverización o mediante inmersión en un tanque, a presión atmosférica, a una temperatura comprendida entre 20ºC y un máximo cercano al punto de inflamabilidad del carbonato orgánico utilizado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la limpieza de los elementos de metal en un tanque se llevan a cabo con ultrasonidos.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la limpieza se lleva a cabo en un sistema abierto y las superficies de metal se encuentran contaminadas por líquidos, tales como aceites minerales, aceites sintéticos o emulsiones de los mismos, opcionalmente cargados con sólidos.
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