fabricaciÓn de bases lubricantes · 2014. 6. 15. · bases lubricantes: fracciones de...
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FABRICACIÓN DE BASES LUBRICANTES
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Combustibles (para ser quemados y producir energía)
Gasolina
Jet Fuel o Kerosén Diesel
Residual N°6 y Bunker
Especialidades (usos distintos a los combustibles)
Lubricantes
Asfaltos Ceras
Solventes
Productos del Petróleo
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Bases Lubricantes: Fracciones de hidrocarburos con puntos de ebullición mayores que 325 ºC, manufacturadas por diferentes rutas de procesos a partir de crudos especiales y que cumplen con especificaciones de calidad establecidas para satisfacer las necesidades finales de los lubricantes terminados. También se les denomina Aceites Básicos. En inglés los términos más comunes son “base oils”y “lube basestocks”. Lubricantes terminados: Productos especialmente formulados para disminuir la fricción y minimizar el desgaste entre partes metálicas. Se formulan a partir de bases lubricantes y aditivos especialmente seleccionados.
Definiciones básicas
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- Viscosidad: Medida de la resistencia de un líquido a fluir. En términos de manufactura de bases lubricantes, la viscosidad define los diferentes grados de bases lubricantes producidas. Método ASTM D-445
- Indice de viscosidad (KVI): Indica la variación de viscosidad con temperatura. Cuanto mayor es el índice de viscosidad menor es la variación de viscosidad con temperatura y el fluido ofrecerá mayor protección a las piezas que lubrica. Se requieren medidas de viscosidad a dos temperaturas para el cálculo de índice de viscosidad. Método ASTM D-2270
Conceptos importantes
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Se calcula por la siguiente correlación, especificada en la Norma ASTM D-2270:
KVI = [(L - U) / (L - H)] x 100 (*)
L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y - 216
H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y - 97
Donde: L = Viscosidad @ 40 °C de de un aceite de referencia de KVI = 0 (cSt) H = Viscosidad @ 100 °C de un aceite de referencia de KVI = 100 (cSt) U = Viscosidad @ 40 °C de la muestra problema (cSt) Y = Viscosidad @ 100 °C de la muestra problema (cSt)
(*) Para productos con KVI > 100 se deben efectuar correcciones especificadas en la Norma ASTM D-2270
Cálculo de Indice de Viscosidad (KVI):
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Volatilidad: mide la cantidad de lubricante o base lubricante que se evapora a una temperatura dada en un tiempo especificado. Método ASTM D-5800 (NOACK). - Punto de inflamación: Es la temperatura más baja a la cual un lubricante o una base lubricante crea la suficiente cantidad de vapor para producir una mezcla combustible que se quemará o explotará en presencia de una llama, pero la cantidad debe ser insuficiente para mantener la llama. Método ASTM D-92/93 - Estabilidad:Tendencia de un fluido a mantener sus propiedades en el tiempo. La estabilidad generalmente se ve afectada por efecto de la temperatura y por la exposición del fluido al oxígeno del aire.
Punto de fluidez (Pour Point): Es la temperatura a la cual un lubricante o una base lubricante fluye. A temperaturas menores al punto de Fluidez, pasa de líquido a sólido pastoso. Método ASTM D-97
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v Las bases lubricantes se obtienen de crudos (parafínicos o nafténicos) especialmente seleccionados para este fin.
v Se manufacturan a partir de los productos de la destilación al vacío.
v En su preparación se utilizan principalmente procesos de Extracción por Solventes.
v Las producción o manufactura de Bases Lubricantes en una refinería mixta se lleva a cabo en un tren de unidades de proceso diferente al tren de combustibles.
Manufactura de Bases Lubricantes Convencionales
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v La capacidad de procesamiento del tren de lubricantes es entre un 3 y un 10 % de la capacidad total del crudo alimentado a la refinería.
v La variedad de productos obtenidos en el procesamiento de lubricantes es mucho mayor que la del procesamiento de combustibles.
v Una vez obtenidos los distintos grados de bases lubricantes, estos son mezclados para producir los grados comerciales y aditivados para producir los lubricantes terminados.
v El valor agregado de los lubricantes es mucho mayor que el de los combustibles.
Manufactura de Bases Lubricantes Convencionales
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v Mediano y bajo índice de viscosidad v Baja estabilidad térmica v Bajo punto de fluidez
v Bases parafínicas
v Alto índice de viscosidad v Alta estabilidad térmica y
oxidativa v Baja volatilidad
v Bases nafténicas
Tipos de Bases Lubricantes Convencionales
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v Parafínicos v Tipo liviano ( >30 °API) v Alto rendimiento de
destilados atmosféricos v K (UOP) > 12 v Muy baja acidez total (< 0,3
mgr KOH/gr crudo) v Bajo contenido de CCR (< 5
% peso) v Moderado contenido de
metales (V + Ni < 150 ppm.)
v Nafténicos v Tipo pesado (11 - 14 °API) v Bajo rendimiento de
destilados atmosféricos v K (UOP) < 11 v Generalmente con alta
acidez total (> 3,0 mgr KOH / gr crudo)
v Altos valores de CCR (>10 % peso)
v Alto contenido de metales (V + Ni > 400 ppm.)
Crudos para manufactura de Lubricantes
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FABRICACIÓN DE BASES LUBRICANTES
CRUDO
RESIDUO ATMOSFÉRICO
RESIDUO VACÍO DESAFALTADO
EXTRACCIÓN
AROMÁTICOS
DESPARAFINADO
ACABADO Y
ADITIVOS
ACABADO
ACEITES LUBRICANTES
PARAFINAS
CERAS
LIVIANO
MEDIANO
PESADO
ACEITE CON ALTO I.V.
ASFALTO
AROMÁTICOS
GASÓLEOS PESADOS
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DESASFALTADO
• OBJETIVO: Producir asfalto y mejorar la calidad del residuo largo para su posterior conversión o utilización como lubricante
• PRINCIPIO: Poner en contacto un solvente parafínico (C3 – C5) con el hidrocarburo a fin de desestabilizar las micelas de asfaltenos y precipitarlos
• CONDICIONES OPERATORIAS: - Temperatura : 100 – 170ºC (Depende del solvente) - Solvente/Carga : 5/1 a 2/1 en peso - Presión : 300 – 600 psig (Depende del solvente) - Solvente : C3 – C4 – C5 • TIPO DE CONTACTO : Tanques agitados continuos en serie
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DESASFALTADO
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v DESASFALTADO
v PUNTOS CRÍTICOS DE OPERACIÓN: v Punto de ablandamiento de los asfaltenos v Recuperación de solvente v Calidad del DAO (arrastre de asfaltenos) v Rendimientos
v SELECCIÓN DEL TIPO DE SOLVENTE: v Calidad del DAO (Propiedades físicas) v Manejo de los asfaltenos
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DESASFALTADO
P-3
P-4
P-5
P-6
P-7P-12 P-13
CARGA EXTRACTOR
HORNO
HORNO
VAPOR
SEPARADOR Y DESPOJADOR DE
ASFALTO
CONDENSADO
DESPOJADOR
DAO
VAPOR
ASFALTO
RESINAS
SEPARADOR
SUPERCRÍTICO
DE DAO
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DESASFALTADO Condiciones de operación para el desasfaltado en función del solvente empleado
Condiciones Propano Butano Pentano
Rango de destilación (ºC) 60-90 100-130 170-210
Rango de presión (MPa) 3.5-4.5 4-5 4-5
Relación de solvente (vol) 6-9 4-7 3-5
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DESASFALTADO
74ºC ACEITE DESAFALTADO +
PROPANO
PROPANO
LICUADO
RESIDUO
70ºC
50ºC
54ºC
120ºC
70% ASFALTO 30% PROPANO
43ºC
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DESASFALTADO
Platos Rellenos RDC
Salida de líquido liviano
Entrada de solvente
Plato perforado
Bajante
Entrada de carga
Salida de líquido pesado
Interfase principal
Salida de líquido liviano
Entrada de solvente
Entrada de carga
Salida de líquido pesado
Empaque o relleno
Interfase
Entrada de solvente
Salida de líquido liviano
Interfase
Bafles fijos
Salida de líquido pesado
Entrada de carga
Eje rotatorio
Principales tipos de Contactores
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Refinería Cardón Cardón Isla
Planta
Capacidad (T/D)
Tipo de contactor
Alimentación
Temperatura tope contactor (°C)
Temperatura fondo contactor (°C)
Presión de operación contactor (Kg/cm2)
Relación solvente/carga (peso/peso)
Rendimiento típico de DAO (%p)
PDA-1
1200
Baffle fijo
Lagocinco
60 – 65
41 – 43
31
2.2
36
PDA-2
650
RDC
Lagocinco
58 – 60
41 – 43
31
2.2
36
PDU
1100
Baffle fijo
Lagomar
70 – 71
38 – 40
30
4.0
33
Plantas de Desasfaltación de refinerías venezolanas
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EXTRACCIÓN DE AROMÁTICOS
CARGA
S
REFINADO
DES
POJA
DO
R D
VAPOR
SECADO DEL SOLVENTE
DES
TILA
CIÓ
N
DES
POJA
DO
R
VAPOR
S + A EXTRACTO
A + POCO S
S HUMEDO
S HUMEDO
A D: DILUYENTE: ACEITE S: SOLVENTE EXTRACTOR: FURFURAL, FENOL….
A: SOLUTO AROMÁTICO
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EXTRACCIÓN DE AROMÁTICOS. EQUILIBRIO DE FASES
A
D S
carga
solvente
balance de materia
A
D S refinado
extracto
A
D S
A
D S
A
D S Selectividad alta Selectividad baja
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EXTRACCIÓN DE AROMÁTICOS. CARACTERÍSTICAS
v SELECTIVIDAD: Alto coeficiente de reparto entre los aromáticos y el solvente
v PODER SOLUBILIZANTE: Proporción de solvente necesario para lograr la extracción manteniendo el refinado igual
v TEMPERATURA: Modifica la solubilidad mutua. Altera el diagrama de fases.
v SOLVENTES: Furfural, fenol, N-metilpirrolidona (NMP) ó nitrobenceno.
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Rel Solv/carga Media Baja Muy Baja
Rendimiento Muy Alto Medio Alto
Disponibilidad Media Alta Baja
Poder solvente Bueno Muy bueno Excelente
Selectividad Excelente Buena Muy buena
Adaptabilidad Excelente Buena Muy buena
FURFURAL FENOL NMP
Desaromatización: Eficiencia de los Solventes
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v PAPEL Y MATERIALES DE EMPAQUE--- ceras macro 55-60 °C, macro/PE o resinas, micro (>60°C), micro/PE, micro/resinas
v PULITURAS ------ ceras sintéticas/naturales/macro/micro, emulsiones
v REMOVEDORES DE PINTURA---- Ceras semirrefinadas 53 °C
v INDUSTRIA TEXTIL---- Mezclas macro/micro
v CERAMICAS REFRACTARIAS---- Residuo parafinoso (50-54 °C)
v GOMA DE MASCAR---- Mezclas: Ceras macro/micro (60-65 °C)
v VELAS----- Mezclas: Ceras macro/micro (53-60°C), macro/ceras vegetales, macro/ácido esteárico
v MOLDE DENTAL----- Mezclas: ceras macro/micro (53-62 °C), Macro/cera abeja, macro/resinas
v MATERIALES DE CONSTRUCCION ---- Emulsiones macro/agua
Aplicaciones de las Ceras del Petróleo
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ACEITE BISOLVENTE
DILUCIÓN(40ºC)
ENFRIAMIENTO (-20ºC)
FILTRACIÓN
FILTRADO
RECUPERACIÓN DE SOLVENTE
ACEITE DESPARAFINADO
PARAFINAS CERAS
SOLVENTE
RECUPERACIÓN DEL SOLVENTE
PARAFINAS CERAS
PARAFINAS SÓLIDAS ACEITE SOLVENTE
RECRISTALIZACIÓN (0ºC)
FILTRACIÓN
ACEITE CERO SOLVENTE
RECUPERACIÓN DEL SOLVENTE
ACEITE CERO
REMOCIÓN DE PARAFINAS Y CERAS
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REMOCIÓN DE PARAFINAS Y CERAS
• AGENTE EXTRACTANTE: Sistema de solvente – antisolvente : bisolvente : tolueno-metiletilcetona (T-MEK) . Se emplea una mezcla de 20 a 30 % de bisolvente.
• La planta de desparafinado involucra dos tipos de operación: a) Refrigeración por compresión y expansión de amoníaco y b) Manejo de bisolvente en atmósfera inerte de N2 ó CO2.
• Adicionalmente se realiza una extracción de n-alcanos en tamices de úrea ó zeolitas
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REMOCIÓN DE PARAFINAS Y CERAS
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TRATAMIENTO DE ACABADO DE LUBRICANTES
• TRATAMIENTO DESCOLORANTE CON TIERRA: Arcillas : aluminosilicatos naturales. Se adsorben los materiales que contienen heteroátomos que son los responsables del color.
Las arcillas se lavan y se regeneran a temperaturas superiores a los 500ºC.
• TRATAMIENTO ÁCIDO: Se aplica a aceites no tratados con
solventes. El óleum reacciona con las sustancias coloreadas para formar ácidos sulfónicos separables por gravedad; luego se trata el aceite con tierra en presencia de álcali.
• HIDROGENACIÓN CATALÍTICA: Catalizada por Co-Mo-Fe.
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LUBRICANTES. EXIGENCIAS DEL SERVICIO
Las exigencias del servicio de aceites lubricantes dependen de la utilidad que se les vaya a dar, a saber , servicio ligero ó pesado. Son características deseables de cualquier aceite lubricante: estabilidad química, resistencia a la evaporación, resistencia a la oxidación, adecuado índice de viscosidad. En el caso de un aceite para motor de automóvil, éste debe cumplir con los siguientes requerimientos: - Lubricar y enfriar - Permanecer en el motor - Permanecer inalterado - Proteger las superficies lubricadas - Buen índice de viscosidad
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ADITIVOS PARA ACEITES LUBRICANTES
• DEPRESORES DEL PUNTO DE CONGELACIÓN: Aromáticos condensados polialquilados, con grupos alquílicos próximos al C20, y ésteres alquílicos. Se deben mezclar con aceites ligeros y en bajas concentraciones para lograr una disminución de hasta 11ºC.
• MEJORADORES DE ÍNDICE DE VISCOSIDAD: Poliisobutileno semifluido, polimetacrilatos y alquilpoliestirenos. Los mejoradores de viscosidad pueden romperse al ser sometido a un elevado esfuerzo cortante, por tanto sus propiedades se ven afectadas.
• ANTIOXIDANTES: Fenoles como el 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol; fenilalfanaftilamina; sulfuros orgánicos, seleniuros. No se han descubierto antioxidantes eficaces a elevadas temperaturas (>190ºC).
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ADITIVOS PARA ACEITES LUBRICANTES
• DETERGENTES-DISPERSANTES: Evitan la adhesión de depósitos o productos insolubles sobre las partes del motor. Compuestos organometálicos liposolubles tales como sales de ácidos orgánicos ó de fenoles: ácidos nafténicos, ácidos naturales de origen vegetal ó animal, ácidos sulfónicos ó fosfóricos. Las sales más comunes son las de metales polivalentes tales como: calcio, bario, aluminio, zinc, cobre,…