Columna flash mejorada y procedimiento para regenerar aceite mineral usado.

Columna flash mejorada y procedimiento para regenerar aceite mineral usado.

El procedimiento se divide en seis etapas: Deshidratación, pretratamiento, extracción de glicoles y otros hidrocarburos, extracción de spindle oil, destilación de aceite base lubricante ligero y medio, y destilación de aceite pesado.

Las etapas de destilación se llevan a cabo mediante la incorporación de la columna flash mejorada de la invención (1), con una precámara ciclónica de evaporación (10) descendente cuya sección aumenta progresivamente, y un separador ciclónico (14) en la salida.

Este novedoso diseño de columna de destilación, sin reflujo, permite trabajar con altos vacíos, hasta 0,5 mbar, y consecuentemente con temperaturas del producto a destilar sensiblemente menores que los equipos de destilación actuales. La ausencia de reflujo y de elementos de contacto en el interior de la columna, permite pretratar el aceite usado con una solución básica en cantidad suficiente para obtener aceites base destilados que no requieren tratamiento final.

COLUMNA FLASH MEJORADA Y PROCEDIMIENTO PARA REGENERAR ACEITE

MINERAL USADO

Objeto y campo

La presente invención, se refiere a un procedimiento y equipos para regenerar aceite mineral usado, de forma sencilla, económica y eficaz.

Su campo de aplicación es el de la recuperación y regeneración de aceites minerales usados (industriales y de automoción). Más específicamente, al tratamiento que permite quitar los contaminantes del aceite mineral usado y producir aceite base regenerado para la formulación de nuevos lubricantes y productos industriales.

La presente invención, también se refiere en general a la destilación de aceites lubricantes usados, petróleo crudo y mezclas de hidrocarburos. Más específicamente, a la destilación de aceites usados para su recuperación como aceite base o combustible.

Antecedentes de la invención

Los aceites lubricantes nuevos contienen aproximadamente un 85 % de aceite base y un 15 % de aditivos de composición variada, dependiendo de la aplicación a la que vayan a ser destinados.

Durante su utilización los aceites sufren dos tipos de alteraciones, por un lado la concentración y variación de los aditivos que acompañan al mismo y por otro lado, el propio proceso, el combustible, el medio ambiente, añaden agua, sedimentos, productos oxidados, etc.

Un aceite usado de motor presenta a grandes rasgos la siguiente composición cualitativa:

Hidrocarburos de tres tipos o procedencias: Ligeros procedentes de contaminación por gasolina, gasóleos procedentes de aquellos motores que utilizan este carburante y aceite base.

Agua procedente de la combustión o contaminación.

Sedimentos que estarán formados por: Metales de desgaste de partes móviles de motor o equipos lubricados, inquemados procedentes de los combustibles y polvo.

Presentan además un contenido variable de una serie de elementos metálicos y no metálicos que proceden de los aditivos que se incorporan al aceite inicialmente y otros adicionados de forma artificial o accidental.

El aceite base de los lubricantes usados no se desgasta. Las cadenas de hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos de las que está compuesto el aceite base de los lubricantes, permanecen inalterables durante la vida útil del lubricante. El proceso de regeneración quita los aditivos, la suciedad y los contaminantes, dejando un aceite base lubricante de las mismas características que los obtenidos por refino del crudo de petróleo.

Cada año, se comercializan en el mundo unos 40 millones de toneladas de aceites lubricantes. Estos lubricantes, una vez que llegan al final de su vida útil, tienen que ser sustituidos, generando todo los años millones de toneladas de aceites minerales usados.

En la actualidad, la mayor parte de este residuo peligroso es valorizado energéticamente en calderas y hornos industriales. Una parte importante de este tipo de instalaciones no cumple con las restricciones medioambientales en cuanto a emisiones se refiere, trasladando los contaminantes del aceite usado al medioambiente.

Aunque la Regeneración de los aceites minerales usados es el tratamiento prioritario en la Unión Europea, en la mayoría de los países desarrollados y en vías de desarrollo no lo es. Por lo que, son aspectos básicamente económicos los que establecen el tipo de gestión principal del aceite usado, combustión versus regeneración. Tan solo un pequeño porcentaje del aceite lubricante usado producido se regenera en el mundo.

Los primeros datos sobre la regeneración de los aceites usados datan de principios de 1900 en Europa, donde la escasa producción de petróleo y los altos costes de importación del mismo empujaron a la recuperación de los aceites.

Durante la segunda Guerra mundial el sector vivió un auge debido a la escasez de suministro de aceite base. Los procesos de regeneración utilizados hasta finales de los años 70 empleaban ácido sulfúrico y tierras decolorantes para quitar los contaminantes del aceite usado, generando grandes cantidades de residuos ácidos altamente tóxicos. El endurecimiento de las legislaciones medioambientales en países industrializados, ha llevado al tratamiento con ácido al declive.

Para resolver los problemas citados, y por las mismas fechas, se desarrollan diversos procesos de regeneración basados en una o varias destilaciones fraccionadas. Así, el documento US 3,173,859 propone una primera destilación inicial y una segunda destilación final separadas por un tratamiento intermedio, mientras que el documento US 3,879,282 describe un proceso que utiliza una destilación en columna flash convencional precedida de un pretratamiento con una base fuerte, y seguida de un tratamiento final para obtener las características deseadas de los distintos productos. Este último documento constituye el inicio de una linea de desarrollo que conduce hasta la presente invención.

En la actualidad la industria de la regeneración, utiliza distintos procesos en los que se alternan operaciones básicas como la deshidratación y la destilación con etapas de pretratamiento y acabado.

Pretratamiento

El pretratamiento común en los procesos de regeneración de aceites usados consiste en la decantación de agua y filtrado. Algunos procesos incorporan además, la neutralización del aceite con una base fuerte y/o la extracción de los contaminantes con propano líquido.

La adición de una base fuerte al aceite es un método sencillo, económico y eficaz para pretratar el aceite usado, previo a las operaciones de destilación. En la mayoría de los procesos se incorpora la base al aceite antes de ser sometido a la deshidratación, con lo que se diluye la base y proporcionalmente los efectos buscados del pretratamiento. El tiempo de reacción de la mezcla y la temperatura, tampoco son en la mayoría de los casos los adecuados. Por otro lado, los procesos que actualmente utilizan el pretratamiento con álkali, incorporan cantidades insuficientes para provocar las reacciones deseadas. De todos los contaminantes del aceite usado, los productos de la degradación oxidativa suponen la porción más grande. Por ello el grado de refino de un aceite base regenerado, se mide en función del porcentaje de compuestos oxigenados presente en el mismo. Para eliminar la totalidad de los compuestos oxigenados de un aceite usado tipo, es necesario adicionar una cantidad 13 veces superior a la necesaria para neutralizar los compuestos ácidos que se encuentran en el aceite usado. Aunque en las patentes que describen procesos de

regeneración en los que se incorpora el pretratamiento con una solución básica al 50%, las cantidades que se establecen varían entre un 0,2% y un 10%, la realidad operacional de las plantas actuales que utilizan dicho pretratamiento, es que emplean cantidades inferiores al 3%. El motivo es que la formación de sales metálicas, producto de las reacciones del álkali con los contaminantes del aceite, produce un aumento de viscosidad proporcional a la cantidad de base adicionada, lo que provoca obstrucciones y ensuciamientos adicionales en las estructuras internas y circuitos de reflujo de los evaporadores y columnas de destilación empleados actualmente.

Las patentes US N° 6.398.948 B1, US N° 7.267.760 y EP 1 171 554 B1, describen un método para quitar los contaminantes del aceite usado, empleando un catalizador de transferencia de fase para facilitar la transferencia de una base orgánica o inorgánica al substrato del aceite. En concreto el catalizador preferido en la aplicación de dicha patente es el glicol. Es conocido que los catalizadores de transferencia de fase pueden ser usados para acelerar la tasa de reacciones entre dos especies químicas que están inicialmente presentes en diferentes fases. En el caso de las reacciones entre una solución básica y el aceite usado, son más determinantes otras variables como el tiempo de contacto, la homogeneidad de la mezcla y la temperatura de la misma. Si estas variables se establecen correctamente, no se hace necesario la adición de un catalizador en el pretratamiento del aceite con una solución básica. En cualquier caso, los aceites lubricantes usados de los que se abastecen las plantas de regeneración, incorporan de media un 3 % de glicoles, debido por un lado a la contaminación del aceite con el líquido refrigerante del motor y por otro a los componentes utilizados en la fabricación de los aceites sintéticos (en la actualidad la comercialización de los aceites sintéticos supone un 10% del total de ventas de lubricantes). Esta cantidad sería más que suficiente para acelerar, en caso necesario, las reacciones de la solución básica con el aceite. Por lo tanto, si se establece un tiempo de reacción mínimo en un reactor...

1. Columna flash mejorada (1) para la destilación de aceites usados, petróleos y mezclas de hidrocarburos, caracterizada por comprender;

un cuerpo cilíndrico vertical (2), que termina inferiormente en un fondo toriesférico tipo klopper (4) en el que se dispone una tubuladura de salida (5) para el producto de fondo,

una tapa superior (7) para las tareas de inspección y limpieza,

una tubuladura lateral (13), embridada en la parte superior de la columna (1), para la salida de los vapores,

una tubuladura de entrada de producto (9) a la columna (1), unida a una precámara ciclónica de evaporación (10), descendente, cuya sección aumenta de forma progresiva conforme el líquido se desplaza a lo largo de ella, dispuesta a suficiente distancia sobre el fondo toriesférico tipo klopper (4) para configurar un volumen extra (23),

una capa aislante (22) que recubre el conjunto.

2. Columna flash mejorada (1) para la destilación de aceites usados, petróleos y mezclas de hidrocarburos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por comprender, conectado a la tubuladura lateral (13), un ciclón externo (14), recubierto de una capa aislante (22), para la separación de las gotas de liquido que pudiera arrastrar el vapor, retornando por gravedad el líquido recolectado en el ciclón (14) a la columna (1) por debajo de la precámara ciclónica de evaporación (10).

3. Columna flash mejorada (1) para la destilación de aceites usados, petróleos y mezclas de hidrocarburos, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que el ciclón externo (14) incorpora para salida de vapores una tubuladura central (16).

4. Columna flash mejorada (1) para la destilación de aceites usados, petróleos y mezclas de hidrocarburos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que en el interior de la columna (1), y entre la precámara ciclónica de evaporación (10) y la tubuladura lateral (13) de salida, se dispone un separador de impacto extraíble (12), con placas desviadoras en zigzag.

5. Columna flash mejorada (1) para la destilación de aceites usados, petróleos y mezclas de hidrocarburos, de acuerdo con las reivindicaciónes anteriores, caracterizada por que la capa de aislante (22) es de lana de roca, recubierta en su exterior con chapa de aluminio.

6. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, caracterizado por comprender las siguientes etapas:

a) Deshidratación,

b) Pretratamiento químico,

c) Extracción de glicoles y otros hidrocarburos,

d) Extracción de spindle oil,

e) Destilación de base ligera y media, en una columna flash mejorada (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, a una presión de 0,5 a 5 mbar y una temperatura entre 290 y 305°C.

f) Destilación de base pesada, en una columna flash mejorada (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, a una presión de 0,5 a 5 mbar y una temperatura entre 310 y 320°C.

7. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el calentamiento de la corriente de alimentación de la columna flash mejorada (1) se lleva a cabo mediante la mezcla con una corriente de recirculación, con más caudal que la corriente de alimentación, la cual es aspirada por una bomba del fondo de la columna y calentada en un intercambiador de calor con una velocidad de paso alta.

8. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la etapa a) de deshidratación comprende evaporar el agua y los vapores ligeros de aceite en una columna flash mejorada (1), de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4, a presión atmosférica y una temperatura entre 140 y 150°C.

9. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la etapa b) de pretratamiento químico comprende adicionar al aceite usado deshidratado una base orgánica o inorgánica, en una proporción entre un 1% y un 15% en peso del aceite usado, y mezclar de forma homogénea el aceite y la base en un recipiente con sistema de agitación a una temperatura entre 80°C y 90°C durante un tiempo entre 30 y 90 minutos.

10. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la base utilizada es una solución de hidróxido potásico al 50%.

11. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la etapa c) de extracción de glicoles y otros hidrocarburos comprende su evaporación en una columna flash mejorada (1), de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4, a una presion entre 400 y 600 mbar y una temperatura entre 190 y 220°C.

12. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la etapa d) de extracción de spindle oil comprende su evaporación en una columna flash mejorada (1), de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4, a una presión entre 20 y 60 mbar y a una temperatura entre 250 y 275°C.

13. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que los vapores destilados en las etapas e) y f) condensan en al menos un condensador de superficie.

14. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que los vapores no condensados en los condensadores de superficie, se hacen pasar a contracorriente en un condensador de mezcla con una corriente de hidrocarburos de peso molecular bajo o medio.

15. Procedimiento para regenerar aceite mineral usado, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que el hidrocarburo de peso molecular bajo o medio utilizado es el spindle oil obtenido en la etapa d) del procedimiento.