TEKNOLOGI PENGOLAHAN MINYAK LUMAS

Oleh

Ir. EKO KISWANTO SE

APA MINYAK LUMAS ?

Minyak dasar (base oil) + Additif

Minyak dasar mineral

Hasil fraksionasi minyak bumi campuran parafinik, naftenik, aromatik(C20-C45), mengandung sedikit N, S, O

Minyak dasar Sintetis

- PAO

Viscosity modifiers

Dispersants

Detergents

Antirust additives

Bearing corrosion inhibitors

Viscosity modifiers

Pour point depresants

Antifoam agents

Friction modifiers

Antiwear

Antioxidants

Memperbaiki kinerja minyak dasar

Diagram Alir Disederhanakan Proses Pengolahan Minyak Dasar Mineral

Minyak mentah

Distilasiatmosfer

Distilasi vakum

AlkilasiReforming

Desulfursisasi

Perengkahankatalitik

Ekstraksi Dewaxing Hidrotreating

Aromat Lilin

Deasphating

GAS

BENSINBB PESAWAT JET

MINYAK TANAH

MINYAK SOLARGAS OIL

PELUMAS SINTETIKIsomerisasi

PELUMAS MINERAL

ASPAL

FUEL OIL

CRUDE OIL COMPONENT

Typical Hydrocarbon Configurations

H | H- C- H | HMethane

H H H H | | | |

H- C- C-C- C-H I I I I H H H H

N-Butane(a normal paraffin)

TAHAP-TAHAP PENGOLAHAN BASE OIL(KONVENSIONAL)

ATMOSPHERE

Vacuum

• Pemisahan komponen titik didih

rendah seperti : gasoline, jet fuel,

diesel

• Mendapatkan komponen minyak

lumas (base oil viscosity grades)

• Menghilangkan senyawa aromatik

dan polar

• Memperbaiki fluiditas suhu rendah

• Memperbaiki warna stabilitas

oksidasi dan stabilitas panas

DISTILLATION

DISTILLATION

DISTILLATION

DISTILLATION

HYDROFINISHINGTAHAPAN TERAKHIR PROSES PENGOLAHAN

REAKSI KIMIA MENGGUNAKAN H2SUHU : 250-350 C

TEKANAN : 20-60 BarKATALIS : Co, Mo, Alumina

Menghilangkan

ORGANONITROGEN

Mempertahankan

ORGANOSULFUR

• YANG DIPERBAIKI

• WARNA

• KESTABILAN OKSIDASI

• DEMULSIFIKASI

• SIFAT INSULASI LISTRIK

KARAKTERISTIK BEBERAPA HIDROKARBON(KOMOPEN MINYAK DASAR MINERAL)

Hidrokarbon Viscositas Index ViscositasStabilitasi Oksidasi Titik Tuang

N-parafin Tinggi sangat tinggi baik tinggi I-parafin sedikit cabang Tinggi tinggi baik sedangI-parafin banyak cabang Tinggi tinggi baik rendah

Naften alkil pendek Sangat tinggi Rendah-sedang baik rendahNaftena alkil panjang Sangat tinggi tinggi baik rendahAromat alkil pendek Sangat tinggi Rendah-sedang jelek variasiAromat alkil panjang Sangat tinggi tinggi baik rendah

CATALYTIC HYDROCRACKING

Severe conditionHIDROGENASI, aromatik dan unsaturated

RING-OPENING, terutama multi ringCRACKING, molekul besar dipecah ke kecil

ISOMERISASI, alkana lurus kealkana cabangDESULFURISASI, kurang belerang

DENITROGENASI, hilangkan organonitrogenREORGANISASI INTERMEDIATE

Proses diletakkan pada tahapan sebelumPROSES EKTRAKSI

CATALYTIC HYDROCRAKING

Severe condition processSUHU : 350-420 C

TEKANAN : 100-180 BarKATALIS : Co, Mo, W, Ni, Alumina, silica-alumina

Base oil yang dihasilkan melalui proses PERENGKAHAN Katalitik Proses mutunya lebih baik

INDEX VISCOSITAS TINGGIVOLATILITAS RENDAH

Proses ektraksi hanya untukmenghilangkan sedikit poly

CATALYTIC HYDROCRACKING

HYDRO-CRACKER

DISTILASI

EK

ST

RA

KS

I

DE

WA

XIN

G FIN

ISH

ING

H2

Vaccum gas oil

Lub oil

Wax Isomerization

Severe condition processSUHU : 350-420 C

TEKANAN : 100-180 BarKATALIS : Co, Mo, W, Ni, Alumina, silica-alumina

REAKTOR ISOMERISASI DISTILASI

DEWAXING Lub Oil

H2

Wax feedstok

CATALYTIC DE-WAXING

Severe condition processSUHU : 350-420°C

TEKANAN : 100-180 BarKATALIS : Pd, Pt.(zeolite, silicalite)

Pori : 5-7 Angstrom

CATALYTICDEWAXINGMOLECULARSIEVE

H2

LUB OIL

Hanya alkana rantai lurus yang bisa lewat

PERBANDINGAN BASE OIL

Solvent refined

Hydro craked

Wax isomerized

PAO

Viscosity @100 (cSt)

5.2 5.6 5.0 5.8

Viscosity index 98 125 146 137

Pour point (C) -15 -15 -18 -60

REAKSI2 PADA TEKNOLOGI PROSES PELUMAS SINTETIK

OLIGOMERSASI

POLIMERISASI

ESTERIFIKASI

MONOMER

Radikal Kation

OLIGOMER

POLIMER

ALKOHOL+ASAM

AsamBasa

ESTER

PROSES OLIGOMERISASIPADA PEMBUATAN PAO

RADIKAL

TERMAL

INISIATOR RADIKAL

Benzoil peroxide

Di-tertiary butyl

peroxide

KATIONIK

ZIEGLER :

Triethyl aluminium/titanium tetrachloride

Alkyl aluminium halide/alkoxidde zirconium halide

Complex diisobuthyl aluminium

chloride/dietoxychloro vanadate

FRIEDEL CRAFT

A1C13, BF3

(ETHYLACETATE, POLYHIDRIC ALCOHOL AS CO CATALYST)

MINYAK DASAR SINTETIKPAO(Polyalphaolefins)

Produk reaksi polimerisasi dari monomer menjadi polimer tinggi Yang memenuhi sifat yang direncanakan, yaitu

RCH=CH2

1-Decene

CatalystMixture of (C

10H

20)

x isomers

Where x is 2,3,4,5, etc.

KarakteristikPAO

• Tetap perform pada daerah suhu yang lebar.

• Cairan murni

• Fluiditas suhu lebih baik dibandingkan dengan MO yang sama viscosity.

• VI tinggi dan tahan terhadap gesekan (shearing).

• Ketahanan oksidasi tinggi

• Sedikit deposit

• Tahan terhadap reaksi dengan air dibandingkan dengan MO dan minyak sintetik.

• Kompatibel dengan minyak mineral.

• Kelemahan : Kurang melarutkan aditif, cenderung mengkerutkan seal, dapat diatasi dengan

menambahkan sedikit ester-based fluid..

PERBANDINGAN PAO DAN MO

PAO4 100N Oil* PAO6 200N Oil*

Viscosity, cSt @100°C 3.9 4.1 5.9 6.3

Viscosity, cSt @40°C 16.9 20.2 30.5 40.8

Viscosity, cSt@-40°C 2420 solid

Viscosity Index

Pour Point, °C

Noack Volatility, Wt.%

*Solvent refined mineral base oil

MINERAL OIL

• Campuran molekul berbeda ukuran, bentuk, performa/kualitas pelumasn.

• Berbeda stabilitas, laju dekomposisi.

SYNTHETIC OIL (PAO)

• Seragam, sesuai struktur rancangan

• Karakteristik performa spesifik meningkatkan

kualitas pelumasan.

SYNTHETIC OIL

MAYOR MARKETS

• Polyalphaolefins,

• Dibasic acid asters,

• Neopolyol esters,

• Polyalkylene glycols,

• Phosphate esters,

• Dialkylbenzenes,

• polybutenes

MINOR MARKETS,

• Silicones and

• Silicate esters,

• Fluorosilicones,

• Polyphenyl ethers,

• Chlorotrifluoroethylene (CTFE)

• Perfluoropolyphenyl ethers (PEPE).

ALKYLATED AROMATICS

• Sifat dari alkilbenzena sangat bervariasi, tergantung dari struktur kimianya, namun sifatnya yang menonjol adalah memiliki titik tuang sangat rendah (-40).

• Sifat lain adalah Viscositas index tinggi (100), bebas lilin, dan adanya cincin aromat memberikan sifat cukup polar dan daya larut (solvent power) baik.

ALKYLATED AROMATICS

• Sintesa : reaksi FRIEDEL CRAFT

• Katalis : A1C13 anhydrous

BENZENE + ALKIL ALKYLBENZENE

Panjangn 10 sampai 14 karbon

PIB (POLYISOBUTYLENE)

• Sintesa : reaksi POLIMERISASI isobutylene.

• Katalis : AICI3/HCL atau BF

3/Methanol.

IsobutylenePOLYISOBUTYLENE

Sifat baik : LOW DEPOSIT

PAG (POLYGLYCOL)

• Sintesa : reaksi POLIMERISASI alkylene oxide atau oxirane atau epoxide

• Katalis : Nahidroksida, tertier amine

Alkilen oksidaPolyalkylene glykolAtau polieter

PAG (POLYGLYCOL)

• Sifat : terdekomposisi sempurna menjadi gas pada oksidasi tinggi, (sedikit sludge dan deposit diruang bakar).

• Water solubility, stabilitas kurang baik, konduktivitas termal bagus, tidak kompatibel dengan minyak mineral, bereaksi terhadap cat, seal swelling rendah.

• Aplikasi : Brake fluid, fire resistant fluid.

POLYOL ESTER

RCH=CH2+H2+CO1-Hexene

CatalystRCH2CH2CHOHeptaldehyde

OxRCH2CH2COOHHeptanoic Acid

CH2OH I

4 RCH2CH2COOH+HOCH2-C-CH2OHHeptanoic Acid I

CH2OH

OII

C[CH2OCR]

4-4H

2O

Pentaerythritol Pentaerythritol Tetraester

POLYOL ESTERS AND AVAILABLE ACIDS

Common Alcohols # of Ester GroupsFamily Available AcidsValeric (nC5)

Neopentyl Glycol 2 NPG Isopentanoic (iC5)Hexanoic (nC6)

Trimethylolpropane 3 TMP Heptanoic (nC7)Octanoic (nC8)Isooctanoic (iC8)

Pentaerythritol 4 PE 2-Ethilhexanioc (2EH)Pelargonic (nC9)

DiPentaerythritol 6 DiPE Isononanoic (iC9)Decanoic (nC10)

DIESTER OIL

DIESTER TYPES AND AVAILABLE ALCOHOLS

Common Acids Ester Family Available AlcoholsAdipic 6 Adipates N-octylAzaleic 9 Azelates isooctylSebacic 10 Sebacates 2-EthylhexylDodecanedioic 12 Dodecanedioates isononylPhthalic 8 Phthalates isodecylDimer 36 Dimerates tridecyl

No. of Carbons

EFFECT GUGUS ESTER

1. Volatility :Polaritas gugus ester menyebabkan tarik menarik antar molekul, lebih banyak energi untuk

berubah dari cair ke gas2. Lubricity :

Polaritas gugus ester menyebabkan molekul ester tertarik kepermukaan metal, membentuk lapisan tipis.

3. Detergency/Dispersency :Polaritas gugus ester menjadikan molekul ester baik sebagai solvents dan dispersants, dan

mendispersikan minyak yang terdegradasi.4. Biodegradability :

Gugus ester stanil terhadap oxidative dan thermal breakdown, namun mudah diserang oleh microba.

ESTER FOSFAT

• Sintesa : ESTERIFIKASI fosfor oksiklorida dan alkohol atau fenol.

3ROH+POC13 OP(OR)3+HC1

ESTER FOSFAT

• Sifat menonjol : tahan-api (fire rersistant) dibandingkan mineral oil.

• Viscositas indexnya rendah, walaupun memiliki titik tuang rendah (-25°C sampai 5°C) dan volatilitas rendah.

• Ester fosfat bereaksi terhadap cat dan menyebabkan swelling pada beberapa seal.

Pour point

Mineral oil 90-120 0 to -60Synthetic hydrocarbonsPoly (alphaolefins) 170-230 -20 to -60

Alkylated AromaticsPolybutenes

Polyesters Carboxylic acid ester 170-180 -50 to -80Neopentylpolyol esterPhosphate esters 150-170 -10 to -60

Polyether Aliphatic polyether (PAG) 160-170 -30 to -60Polyphenyl ether 310-370 +20 to -20Perfluoroalkylpolyethers 280-340 -20 to -75

Halogen hydrocarbonChlorotrifluoroethyleneContaining siliconeSilicones

Silahydrocarbons 170-230 -5 to -45Other Dialkylcarbonates

Max Service T°C.

Di-Esters

Silicones

Mineral oil

Polyphenyl Eters

Polyglicols (PAG)

Polyalphaolefins (PAO)

Phosphate Ester

Perfluorinated Aliphatic Ethers (PFAE)

Polyol Esters

°C -75 -50 -25 0 100 150 200 250 300 350°F -103 -58 -13 32 212 302 392 482 572 662

Continuous Use

Intermitten Use, or range dependent onspecific chemistry

APPLICATION

• SYNTHESIZED HYDROCARBON

Polyalphaolefins dialkylated benzenes

• ORGANIC ESTERS

Diabasic acid and polyol esters

• PHOSPHATE ESTERS.

• POLYGLYCOLS.

• SILICONES

Engine andTurbine oils, hydraulic fluids,Gear and bearing oils andCompressor oils

Crankcase oils and compressor

Fire-resistance applications

Gears, bearings, and compressors

Chemically inert, nontoxic,Fire-resistant, andWater repellant. At high

ADITIF & FUNGSINYA

Viscosity Index ImproversMempengaruhi hubungan viscositas-suhu

Pour Point Depressants (ppd)Menghindari terbentuknya kristal lilin

Detergents/DispersantsMenjaga senyawa yang tidak larut (insolubles, sludge), tetap dalam suspensi,

menghindarkan aglomerasi dan presipitasiAntiwear-EP

Bereaksi dengan permukaan logam membentuk lapisan yang memiliki friction coeffifient rendah

AntioxidantsMemperlambat reaksi oksidasi antara molekul hidrokarbon dalam pelumas dan oksigen

dari udaraCorrosion inhibitors-Antirust

Berfungsi terutama menciptakan barier fisik pada permukaan logamAntifoamants

Bekerja memodifikasi permukaan pelumas pada antar-muka air-lubricant

ADITIF

• Viscosity Index Improvers

• Pour point Depressants

• Antifoamants

• antiwear/EP agents (mechanical wear)

• Detergents (corrosive wear,deposits)

• Dispersants (deposits, sludge)

• Antirust

• antioxidant

MEMPERBAIKI MINYAK DASAR

MEMBERIKAN SIFAT BARU

MEMPERPANJANG UMUR

SKEMA TAHAP PEMBUATAN MINYAK LUMAS

CRUDE OIL

ADDITIVE PACKAGE

BASEOIL

HYDROCARBONS

(OLEFINS)

FINISHED LUBRICANT

AUTOMOTIVE OIL INDUSTRIAL OILGREASES

SOLVENT REFINING

HYDRO TREATING

POLYMERIZATION

PAKET ADITIF

Campuran komplek aditif untuk meningkatkan kinerja minyak lumas

Pengetahuan tentang interaksi (sinergis ataupun antagonis) antar aditif merupakan kekayaan intelektual (proprietary know how)

• Dispersant 35-60%

• Detergent 25-35%

• Antiwear 15-20%

• Others 5-15%

Typical Additives PackageFor Engine Oil

JUMLAH ADITIF DALAM PELUMAS : 2% SAMPAI 20%

ENGINE OIL FORMULATION

TARGET• Light running

• Fuel economy

• Coking, thermal stability

• VII breakdown due to high shear

• Black sludge

• Poisoning to catalytic converter

• Another problenm (anticipated)

Base oil+Vis. Index Improver+ aditives package

Target OK?

Aditives Formula Development

Screening TestEngine Test

Target OK?

BlendingStudy

Properties analysis

Properties analysis