Fabricación de Bases Lubricantes
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FABRICACIN DE BASES LUBRICANTES
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Combustibles (para ser quemados y producir energa)
Gasolina Jet Fuel o Kerosn Diesel Residual N6 y Bunker
Especialidades (usos distintos a los combustibles)
Lubricantes Asfaltos Ceras Solventes
Productos del Petrleo
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Bases Lubricantes: Fracciones de hidrocarburos con puntos de ebullicin mayores que 325 C, 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. Tambin se les denomina Aceites Bsicos. En ingls los trminos ms comunes son base oilsy lube basestocks. Lubricantes terminados: Productos especialmente formulados para disminuir la friccin y minimizar el desgaste entre partes metlicas. Se formulan a partir de bases lubricantes y aditivos especialmente seleccionados.
Definiciones bsicas
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-Viscosidad: Medida de la resistencia de un lquido a fluir. En trminos de manufactura de bases lubricantes, la viscosidad define los diferentes grados de bases lubricantes producidas. Mtodo ASTM D-445
-Indice de viscosidad (KVI): Indica la variacin de viscosidad con temperatura. Cuanto mayor es el ndice de viscosidad menor es la variacin de viscosidad con temperatura y el fluido ofrecer mayor proteccin a las piezas que lubrica. Se requieren medidas de viscosidad a dos temperaturas para el clculo de ndice de viscosidad. Mtodo ASTM D-2270
Conceptos importantes
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Se calcula por la siguiente correlacin, 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
Clculo 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. Mtodo ASTM D-5800 (NOACK). -Punto de inflamacin: Es la temperatura ms baja a la cual un lubricante o una base lubricante crea la suficiente cantidad de vapor para producir una mezcla combustible que se quemar o explotar en presencia de una llama, pero la cantidad debe ser insuficiente para mantener la llama. Mtodo 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 exposicin del fluido al oxgeno 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 lquido a slido pastoso. Mtodo ASTM D-97
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v Las bases lubricantes se obtienen de crudos (parafnicos o naftnicos) especialmente seleccionados para este fin.
v Se manufacturan a partir de los productos de la destilacin al vaco.
v En su preparacin se utilizan principalmente procesos de Extraccin por Solventes.
v Las produccin o manufactura de Bases Lubricantes en una refinera 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 refinera.
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 ndice de viscosidad v Baja estabilidad trmica v Bajo punto de fluidez
vBases parafnicas
v Alto ndice de viscosidad v Alta estabilidad trmica y
oxidativa v Baja volatilidad
vBases naftnicas
Tipos de Bases Lubricantes Convencionales
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v Parafnicos v Tipo liviano ( >30 API) v Alto rendimiento de
destilados atmosfricos 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 Naftnicos v Tipo pesado (11 - 14 API) v Bajo rendimiento de
destilados atmosfricos 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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FABRICACIN DE BASES LUBRICANTES
CRUDO
RESIDUO ATMOSFRICO
RESIDUO VACO DESAFALTADO
EXTRACCIN
AROMTICOS
DESPARAFINADO
ACABADO Y
ADITIVOS
ACABADO
ACEITES LUBRICANTES
PARAFINAS
CERAS
LIVIANO
MEDIANO
PESADO
ACEITE CON ALTO I.V.
ASFALTO
AROMTICOS
GASLEOS PESADOS
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DESASFALTADO
OBJETIVO: Producir asfalto y mejorar la calidad del residuo largo para su posterior conversin o utilizacin como lubricante
PRINCIPIO: Poner en contacto un solvente parafnico (C3 C5) con el hidrocarburo a fin de desestabilizar las micelas de asfaltenos y precipitarlos
CONDICIONES OPERATORIAS: - Temperatura : 100 170C (Depende del solvente) - Solvente/Carga : 5/1 a 2/1 en peso - Presin : 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 CRTICOS DE OPERACIN: v Punto de ablandamiento de los asfaltenos v Recuperacin de solvente v Calidad del DAO (arrastre de asfaltenos) v Rendimientos
v SELECCIN DEL TIPO DE SOLVENTE: v Calidad del DAO (Propiedades fsicas) 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
SUPERCRTICO
DE DAO
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DESASFALTADO Condiciones de operacin para el desasfaltado en funcin del solvente empleado
Condiciones Propano Butano Pentano
Rango de destilacin (C) 60-90 100-130 170-210
Rango de presin (MPa) 3.5-4.5 4-5 4-5
Relacin de solvente (vol) 6-9 4-7 3-5
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DESASFALTADO
74C ACEITE DESAFALTADO +
PROPANO
PROPANO
LICUADO
RESIDUO
70C
50C
54C
120C
70% ASFALTO 30% PROPANO
43C
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DESASFALTADO
Platos Rellenos RDC
Salida de lquido liviano
Entrada de solvente
Plato perforado
Bajante
Entrada de carga
Salida de lquido pesado
Interfase principal
Salida de lquido liviano
Entrada de solvente
Entrada de carga
Salida de lquido pesado
Empaque o relleno
Interfase
Entrada de solvente
Salida de lquido liviano
Interfase
Bafles fijos
Salida de lquido pesado
Entrada de carga
Eje rotatorio
Principales tipos de Contactores
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Refinera Cardn Cardn Isla
Planta
Capacidad (T/D)
Tipo de contactor
Alimentacin
Temperatura tope contactor (C)
Temperatura fondo contactor (C)
Presin de operacin contactor (Kg/cm2)
Relacin solvente/carga (peso/peso)
Rendimiento tpico 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 Desasfaltacin de refineras venezolanas
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EXTRACCIN DE AROMTICOS
CARGA
S
REFINADO
DES
POJA
DO
R D
VAPOR
SECADO DEL SOLVENTE
DES
TILA
CI
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 AROMTICO
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EXTRACCIN DE AROMTICOS. 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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EXTRACCIN DE AROMTICOS. CARACTERSTICAS
v SELECTIVIDAD: Alto coeficiente de reparto entre los aromticos y el solvente
v PODER SOLUBILIZANTE: Proporcin de solvente necesario para lograr la extraccin manteniendo el refinado igual
v TEMPERATURA: Modifica la solubilidad mutua. Altera el diagrama de fases.
v SOLVENTES: Furfural, fenol, N-metilpirrolidona (NMP) 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
Desaromatizacin: Eficiencia de los Solventes
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v PAPEL Y MATERIALES DE EMPAQUE--- ceras macro 55-60 C, macro/PE o resinas, micro (>60C), micro/PE, micro/resinas
v PULITURAS ------ ceras sintticas/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 (53-60C), macro/ceras vegetales, macro/cido esterico
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 Petrleo
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ACEITE BISOLVENTE
DILUCIN(40C)
ENFRIAMIENTO (-20C)
FILTRACIN
FILTRADO
RECUPERACIN DE SOLVENTE
ACEITE DESPARAFINADO
PARAFINAS CERAS
SOLVENTE
RECUPERACIN DEL SOLVENTE
PARAFINAS CERAS
PARAFINAS SLIDAS ACEITE SOLVENTE
RECRISTALIZACIN (0C)
FILTRACIN
ACEITE CERO SOLVENTE
RECUPERACIN DEL SOLVENTE
ACEITE CERO
REMOCIN DE PARAFINAS Y CERAS
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REMOCIN 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 operacin: a) Refrigeracin por compresin y expansin de amonaco y b) Manejo de bisolvente en atmsfera inerte de N2 CO2.
Adicionalmente se realiza una extraccin de n-alcanos en tamices de rea zeolitas
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REMOCIN 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 heterotomos que son los responsables del color.
Las arcillas se lavan y se regeneran a temperaturas superiores a los 500C.
TRATAMIENTO CIDO: Se aplica a aceites no tratados con
solventes. El leum reacciona con las sustancias coloreadas para formar cidos sulfnicos separables por gravedad; luego se trata el aceite con tierra en presencia de lcali.
HIDROGENACIN CATALTICA: 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 pesado. Son caractersticas deseables de cualquier aceite lubricante: estabilidad qumica, resistencia a la evaporacin, resistencia a la oxidacin, adecuado ndice de viscosidad. En el caso de un aceite para motor de automvil, ste debe cumplir con los siguientes requerimientos: -Lubricar y enfriar -Permanecer en el motor -Permanecer inalterado -Proteger las superficies lubricadas -Buen ndice de viscosidad
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ADITIVOS PARA ACEITES LUBRICANTES
DEPRESORES DEL PUNTO DE CONGELACIN: Aromticos condensados polialquilados, con grupos alqulicos prximos al C20, y steres alqulicos. Se deben mezclar con aceites ligeros y en bajas concentraciones para lograr una disminucin de hasta 11C.
MEJORADORES DE NDICE 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 orgnicos, seleniuros. No se han descubierto antioxidantes eficaces a elevadas temperaturas (>190C).
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ADITIVOS PARA ACEITES LUBRICANTES
DETERGENTES-DISPERSANTES: Evitan la adhesin de depsitos o productos insolubles sobre las partes del motor. Compuestos organometlicos liposolubles tales como sales de cidos orgnicos de fenoles: cidos naftnicos, cidos naturales de origen vegetal animal, cidos sulfnicos fosfricos. Las sales ms comunes son las de metales polivalentes tales como: calcio, bario, aluminio, zinc, cobre,