Optimization of regeneration process of waste lubricant oil by liquid-liquid extraction

Abstract

Lubricating oils are one of the most important fluids used for the correct operation of almost all engines and machines. They play a fundamental role in order to avoid friction and wear, and transfer of heat generated between metallic surfaces. After its use, the lubricant must be replaced because its degradation and contamination by water, salts, metals, carbonaceous compounds, etc. diminish their properties. The used oil may be a serious environmental problem if not properly handled and treated. The most important methods for the recycling of used oil making it a valuable product involve re-refining processes that can be performed by several technologies. The purpose of this study was to investigate the effects of some variables on the solvent extraction process, in order to optimize them in the liquid-liquid extraction for used lubricants. The performance of two solvents, methyl ethyl ketone (MEK) and 1-butanol, was evaluated. For both solvents were tested different solvent-oil ratios from 1:1 to 6:1, varying also the concentration of KOH, used as flocculant agent, and the mixing time. A full factorial design was applied for studying the effect of the process variables on the Yield, percentage of sludge removal (PSR) and percentage of oil loss (POL). The data obtained were then analyzed using the response surface methodology to find the optimal conditions. The best extraction results were found for 1-butanol at a ratio of 6:1 and a KOH concentration of 4 g/L. The responses obtained with MEK showed a similar trend in terms of yield and oil loss. The physicochemical properties of the regenerated oil were greatly improved comparing with those of the original oil (used oil) demonstrating thus the effectiveness of the process. Globally it was concluded that the extraction with organic solvents could be an interesting route to regenerate waste oil, while for scaling-up this process to industrial scale the optimal conditions found out in this work may have to be shifted for economic reasons.

Os óleos lubrificantes são fundamentais para o correto funcionamento de motores e máquinas. Estes desempenham um papel crucial de modo a evitar o atrito, o desgaste e atuam como agente de transferência de calor gerado entre superfícies metálicas. Após a sua utilização, o lubrificante deve ser substituído devido à sua degradação e contaminação com água, sais, metais, compostos carbonáceos, etc. que degradam as suas propriedades lubrificantes. O óleo usado pode ser um problema ambiental grave se não for devidamente manuseado e tratado. Os métodos mais importantes para o tratamento do óleo usado envolvem processos de regeneração que podem ser implementados com recurso a várias tecnologias. O objetivo deste estudo foi investigar o efeito de algumas variáveis operatórias no processo de extração por solvente, de modo a obter as condições ótimas. Foi testado o desempenho de dois solventes, metil-etil-cetona (MEK) e 1-butanol. Para ambos os solventes foram testadas as razões solvente:óleo usado entre 1:1 a 12:1, variando também a concentração de KOH, usado como agente floculante, e o tempo de mistura. Para estudar o efeito das variáveis do processo sobre o rendimento, percentagem de remoção de lamas (PSR) e percentagem de perda de óleo (POL) foi utilizado um desenho de experiências com recurso a um full factorial. Os dados obtidos foram analisados utilizando a metodologia de superfície de resposta para encontrar as condições ótimas. Os melhores resultados foram encontrados para a extração com 1-butanol numa razão 6:1 e 4 g/L de KOH. As respostas obtidas com o MEK mostraram uma tendência semelhante, em termos de rendimento e de perda de óleo. As propriedades físico-químicas do óleo de base regenerado foram significativamente melhoradas em comparação com as do óleo usado original, demonstrando assim a eficácia do processo. Globalmente, conclui-se que a extração com solventes orgânicos pode ser uma via interessante para regenerar o óleo usado. Contudo, na fase de scaling up para a escala industrial as condições ótimas encontradas no presente trabalho podem ter de ser ligeiramente alteradas por razões económicas.