FABRICACIÓN DE BASES LUBRICANTES

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

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

- 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

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):

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

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

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

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

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

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

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

DESASFALTADO

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

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

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

DESASFALTADO

74ºC ACEITE DESAFALTADO +

PROPANO

PROPANO

LICUADO

RESIDUO

70ºC

50ºC

54ºC

120ºC

70% ASFALTO 30% PROPANO

43ºC

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

REMOCIÓN DE PARAFINAS Y CERAS

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.

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

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).

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,…