Trabalho Final de Mestrado em Engenharia ?· 2.3 Classificação dos óleos lubrificantes 29 2.3.1 Classificação…

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  • Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Ambiental Modalidade: Dissertao

    RERREFINO DE LEOS LUBRIFICANTES DE MOTORES DE

    COMBUSTO INTERNA PELO PROCESSO DE ULTRAFILTRAO E

    ADSORO

    Autor: Jairo Guimares

    Orientador: Olavo Barbosa Filho

    Co-orientador: Gandhi Giordano

    Centro de Tecnologia e Cincias Faculdade de Engenharia

    Departamento de Engenharia Sanitria e do Meio Ambiente JANEIRO - 2006

  • ii

    RERREFINO DE LEOS LUBRIFICANTES DE MOTORES DE COMBUSTO

    INTERNA PELO PROCESSO DE ULTRAFILTRAO E ADSORO

    Jairo Guimares

    Trabalho Final submetido ao Programa de Ps-graduao em Engenharia Ambiental da Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Ambiental.

    Aprovada por: __________________________________________________,

    Prof. Olavo Barbosa Filho, D.Sc. - Presidente PEAMB/UERJ

    __________________________________________________ Prof. Gandhi Giordano, D.Sc.

    PEAMB/UERJ

    __________________________________________________ Prof. Odir Clcio da Cruz Roque, Doutor,

    ENSP/FIOCRUZ/UERJ

    _____________________________________________. Roberto de Barros Emery Trindade. Doutor, University of

    London

    Universidade do Estado do Rio de Janeiro Janeiro de 2006

  • GUIMARES, JAIRO Rerrefino de leos Lubrificantes de Motores de Combusto Interna Utilizando o Processo de Ultrafiltrao e Adsoro [Rio de Janeiro] 2006. xiii, 83 p. 29,7 (FEN/UERJ), M.Sc., Programa de Ps-Graduao em Engenharia Ambiental rea de Concentrao: Controle da Poluio Urbana e Industrial, 2006. Dissertao Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ

    1. Rerrefino de leos Lubrificantes de Motores de Combusto Interna Utilizando o Processo de Ultrafiltrao e Adsoro;

    I. FEN/UERJ II. Ttulo (srie)

    iii

  • iv

    Resumo da Dissertao apresentada FEN/UERJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincia (M. Sc.).

    Rerrefino de leos Lubrificantes de Motores de Combusto Interna

    utilizando o Processo de Ultrafiltrao e Adsoro.

    Jairo Guimares

    Janeiro/2006

    Orientador: Olavo Barbosa Filho

    Co-orientador: Gandhi Giordano

    rea de Concentrao: Saneamento Ambiental Controle da Poluio Urbana e Industrial

    Nesta Dissertao foram apresentados vrios processos de rerrefino de leos lubrificantes,

    utilizados nos motores de combusto interna.O leo lubrificante representa 2% dos derivados

    de petrleo, e um dos poucos que no consumido durante a sua vida til. O uso nos

    motores de combusto interna representa 70% do consumo desses leos no Brasil. Durante a

    sua utilizao, h degradao e o acmulo de contaminantes, tornando-se necessrio sua troca.

    O leo usado, uma matria prima importante para o rerrefino, porm, agressivo ao meio

    ambiente (quando descartado na natureza).

    Neste trabalho optou-se pelo processo de ultrafiltrao e adsoro para o rerrefino do leo.

    Uma das vantagens desse processo a gerao de resduos de fcil tratamento e destinao

    final e como desvantagens o alto preo e a baixa durabilidade das membranas e a formao de

    fouling, durante o processo de purificao.

    Palavras-chave; Rerrefino de leos lubrificantes; recuperao de leo usado; leos

    lubrificantes; rerrefino; membranas de ultrafiltrao; reciclagem.

  • v

    Abstract of Dissertation presented to FEN/UERJ as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Master of Environmental Engineering

    Re-refining of lubricant oils of internal combustion engines using

    ultrafiltration/adsorption process.

    Jairo Guimares

    January/2006

    Supervisers: Olavo Barbosa Filho and Gandhi Giordano

    Area: Environmental Sanitation Urban and Industrial Pollution Control

    This dissertation presents some re-refining processes of lubricant oils, used in

    internal combustion engines. Lubricant oils represent 2% of the petroleum derivatives

    and are not consumed during their life time. The application in internal combustion

    engines sums up 70% of those oils in Brazil. During the using occurs the oil degradation

    and accumulation of contaminants, being necessary its substitution. The post consumer

    oil is an important raw material for re-refining; however, it is extremely aggressive to the

    environment. In this work the ultrafiltration/adsorption process was chosen for the oil re-

    refining. One of the advantages of the chosen process is the production of waste of easy

    treatment and as disadvantages the membranes high price and low durability and the

    fouling formation during the purification process.

    Keywords: Mineral-based used crankcase oil; used motor oil; waste crankcase oil.

  • vi

    DEUS A ENERGIA UNIVERSAL DE ONDE TUDO PRINCIPIA MEUS PAIS A RAZO DA MINHA VIDA SAUDADES MINHA ESPOSA MARIA ANTNIA AMOR MEUS FILHOS- ADORAO . FRUTOS DO AMOR MEUS NETOS ADORADOS CONTINUAO DA MINHA EXISTNCIA

  • vii

    AGRADECIMENTOS

    - Aos orientadores Olavo Barbosa Filho e Gandhi Giordano;

    - Aos Diretores do Instituto de Qumica da UERJ;

    - A todos os professores do Departamento de Processos Qumicos do Instituto de Qumica da

    UERJ. Sempre com palavras de carinho, incentivo e apoio;

    - A professora Maria Eugnia Ribeiro de Sena Piacsek Borges do Instituto de Qumica da

    UERJ por todo seu apoio e disponibilizao do Laboratrio de Processos com Membranas e

    Tecnologias Ambientais, sem o qual a minha Dissertao no seria possvel;

    - Ao professor Fernando Altino Medeiros Rodrigues do Instituto de Qumica da UERJ, um

    grande amigo que sempre me incentivou;

    - Aos professores Marcos Antonio da Silva Costa e Luiz Claudio de Santa Maria do Instituto

    de Qumica da UERJ pela grande colaborao e contribuio. Disponibilizaram os seus

    laboratrios e sempre proferiram palavras de otimismo. Guardo grande gratido;

    - A professora Mnica Regina Marques Palermo de Aguiar do Instituto de Qumica da UERJ

    pelos emprstimos de vrios livros e informaes tcnicas;

    - Ao Qumico Industrial Victor Manuel Saraiva Ferreira. Disponibilizou o laboratrio onde

    foi realizado uma srie de ensaios. O seu apoio foi inestimvel;

    - Aos Engenheiros Qumicos Mrcia Cristina Castelo Arajo, Harrison Loureno Corra e

    Ricardo Jos Faustino de Souza. Suas participaes na rea de computao foram

    fundamentais;

    A Tcnica Qumica Maria de los Dolores Josefa Fernandez Ferreira do Instituto de Qumica

    da UERJ pela sua colaborao no laboratrio;

    Aos alunos de iniciao cientfica do Instituto de Qumica da UERJ em especial a Ricardo

    Neves Motta. Participou na montagem do equipamento de ultrafiltrao. Foi muito til.

  • viii

    SUMRIO

    RESUMO iv

    ABSTRACT v

    LISTA DE FIGURAS xi

    LISTA DE TABELAS xiii

    CAPTULO 1 14

    Introduo 14 1.1 O rerrefino de leos automotivos e seus aspectos econmicos 14 1.1.1 Aspectos econmicos 15 1.2 Contribuio de rerrefino para mitigao dos aspectos ambientais

    de leos usados 15

    1.3 Objetivos da dissertao

    16

    CAPTULO 2 18

    Caracterizao dos leos 18 2.1 Propriedades fsico-qumicas dos lubrificantes 18 2.1.1 Viscosidade 18 2.1.2 ndice de viscosidade 20 2.1.3 Ponto de fulgor 21 2.1.4 Ponto de fluidez 22 2.1.5 ndice de acidez total 22 2.1.6 Nmero de alcalinidade total 22 2.1.7 Cinzas 22 2.1.8 Resduo de carbono 22 2.1.9 Corrosividade ao cobre 22 2.1.10 Estabilidade a oxidao 22 2.1.11 Emulso 22 2.1.12 Perda por evaporao (Noack) 22 2.1.13 Cor 22 2.2 Componentes e composio dos leos lubrificantes 23 2.2.1 Constituio bsica dos leos lubrificantes nos motores de

    combusto interna 23

    2.2.2 Tipos de leos bsicos 23 2.2.3 Aditivos usados nos leos lubrificantes 25 2.3 Classificao dos leos lubrificantes 29 2.3.1 Classificao dos leos quanto viscosidade 30 2.3.2 Desempenho dos leos Classificao API 31

  • ix

    2.3.3 Qualidades essenciais aos leos lubrificantes 32 2.4 Especificao dos principais leos bsicos

    33

    CAPTULO 3 35

    Processos de rerrefino dos leos lubrificantes automotivos 35 3.1 Caractersticas gerais e objetivos dos processos de rerrefino 35 3.2 Processo cido sulfrico - argila 38 3.3 Processo evaporador de filme 39 3.4 Processo de destilao - hidrogenao 41 3.5 Processo de ultrafiltrao por membranas e adsoro 42

    CAPTULO 4 45

    Aplicao das operaes de separao com membranas 45 4.1 Tipos de membranas 47 4.2 Operaes de separao com membranas 48 4.3 Aplicao ao rerrefino de lubrificantes automotivos 52 4.4 Equipamentos de ultrafiltrao usados no rerrefino

    54

    CAPTULO 5 56

    Argilas ativadas utilizadas aps ultrafiltrao 56 5.1 Processo de fabricao das argilas ativadas 57 5.2 Propriedades das argilas 60 5.3 Aplicao das argilas

    61

    CAPTULO 6 62

    Metodologia experimental 62 6.1 Amostragem e caracterizao das amostras de leo usado 62 6.2 Procedimento experimental 63 6.2.1 Centrifugao 65 6.2.2 Ultrafiltrao 65 6.2.2.a Equipamento 66 6.2.2.b Membrana 67 6.2.3 Destilao do solvente 68 6.2.4 Remoo das fraes cidas por troca inica 68 6.2.5 Percolao em leito de argila ativada 70 6.3 Reagentes utilizados

    71

  • x

    CAPTULO 7 72

    Resultados e discusso 72 7.1 Testes de ultrafiltrao

    73

    CAPTULO 8 80

    Concluses de sugestes 81

    Referncias bibliogrficas

    82

  • xi

    NDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Grfico de viscosidade versus temperatura 19

    Figura 2.2 Grfico de ndice de