Восстановление качества отработанных смазочных масел с целью их повторного использования

NovaInfo 134, с.10-13, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Язык: Русский
Просмотров за месяц: 12
CC BY-NC

Аннотация

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. В связи с этим большое значение имеет восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования. При разработке технологий для этих установок были проанализированы различные способы очистки отработанных нефтепродуктов и выработана собственная технология, позволяющая на основе физико-химических процессов возвращать отработанные масла в эксплуатацию. Разработанные установки эффективны как с точки зрения ресурсосбережения, так и с точки зрения экологической безопасности. К основным достоинствам этой технологии можно отнести следующие: высокий практический выход целевого продукта от теоретически возможного, образование малого количества отходов и их легкая утилизация, энергоемкость процессов и др. Данная технология регенерации реализована на некоторых предприятиях железнодорожного транспорта и в перспективе планируется расширение и наращивание мощностей, а также создание новых участков по восстановлению отработанных нефтепродуктов.

Ключевые слова

ПРЕДПРИЯТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА, УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ, ДИЗЕЛЬНЫЕ МАСЛА, ТУРБИННЫЕ МАСЛА, НЕФТЯНЫЕ МАСЛА, ТЕХНОЛОГИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ, СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

Текст научной работы

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей природной среды. Огромный экологический ущерб наносит слив отработанных масел в почву и водоёмы. В связи с этим большое значение имеет восстановление качества отработанных смазочных масел (регенерация) с целью их повторного использования. Однако в настоящее время в Российской Федерации установки или заводы по регенерации с соблюдением требований природоохранного законодательства практически отсутствуют.

В связи с этим необходимо особо выделить технологии восстановления установок «УРДМ-КА» и «Малышка», которые эффективны как с точки зрения ресурсосбережения, так и с точки зрения экологии (практическая безотходность, малая энергоемкость процесса), а также безопасности (технологические режимы, вспомогательные вещества). Утилизации подлежат нефтяной шлам и твердый осадок. Реализация программы по внедрению установок позволит снизить потребление масел предприятиями не менее чем на 15% [3] и существенно уменьшить количество отходов отработанных масел.

Петербургский государственный университет путей сообщения Александра I (ПГУПС) является разработчиком и поставщиком этих установок для восстановления отработанных турбинных масел на предприятиях по эксплуатации и ремонту путевой техники, а также для базовых локомотивных депо. Эти работы выполняет испытательная лаборатория безопасности и охраны труда кафедры «Техносферная и экологическая безопасность» («ТЭБ») механического факультета.

При разработке данных технологий был проанализирован способ очистки отработанных смазочных масел, заключающийся в обработке их деэмульгатором на основе блок-сополимера оксида этилена и пропилена при перемешивании и нагревании до 85-97оC, в присутствии водного раствора щелочи или аммиака, взятого в количестве 0,5-1,0% от массы масла с последующим отделением шлама [1]. Несмотря на достаточную степень очистки масла от примесей, такой процесс очистки связан с использованием опасных и вредных вспомогательных материалов — концентрированной щелочи, аммиака.

Поэтому за прототип был принят способ очистки, включающий следующие стадии: нагревание отработанного масла до 65,5-95oС, контактирование масла с водным раствором соли щелочного металла, который имеет концентрацию 3-10% на массу соли, отделение воды и твердых примесей из масла, введение в смесь деэмульгатора, при нагревании и перемешивании, до полного деэмульгирования смеси. После отстоя 12-24 ч при 37,7-82oC проводят отделение тонких частиц и оставшейся суспендированной воды из масла, вакуумную разгонку масла и повторную очистку от металлических примесей [2]. Данный процесс осуществляется постадийно, при этом металлические примеси удаляются в несколько этапов, что связано с повышенными энергетическими затратами. При этом существует проблема утилизации отходов. Как указывается в описании патента, при сжигании шлама образуются вредные выбросы, а при повторной очистке образуются отходы, идущие в накопители.

Принимая во внимание всё вышеуказанное, нами была поставлена следующая задача — увеличение выхода регенерированных смазочных масел, повышение экономичности процесса, улучшение экологических параметров процесса регенерации. Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ регенерации отработанных смазочных масел включает: нагрев масла, обработку водным раствором соли щелочного металла при нагревании и перемешивании. Причем, отработанное смазочное масло подвергают обработке водным раствором соли щелочного металла, взятой в количестве 0,01-0,60% от массы масла, добавляя 0,01-0,50% от массы масла водный раствор мыла, а затем коагулянта 0,01-0,30% от массы масла в виде водного раствора с последующим отделением шлама и выделением масла.

Согласно предлагаемому способу нагретое до 80-90oC отработанное смазочное масло при перемешивании контактирует с 0,01-0,60% (от массы масла) водным раствором соли щелочного металла. При этом из отработанного масла выделяются металлические загрязнения, полярные соединения, твердые частицы, а также нейтрализуются кислоты, присутствующие в масле.

Продолжая перемешивание и поддерживая температуру 80-90oC, в смесь добавляют 0,01-0,50% водного раствора мыла, которое в среде слабого электролита адсорбирует смолистые вещества, содержащиеся в отработанном масле, а также переводит вглубь объема мелкие частицы, стабилизирующие эмульсию. Коагулянт, который подают в виде водного раствора в смесь с температурой 80-90oC при перемешивании в количестве 0,01-0,30% от массы масла, склонен к понижению температуры желатинизации в присутствии солей металлов.

После отстоя и охлаждения смесь разделяется на четыре фазы; механические частицы, вода, шлам и масло. Механические частицы вместе с отработанным после перколяции сорбентом, составляют 0,3-1,5 масс. %, после выжигания направляются в отвал. Вода составляет 4-8 масс. %, имеет pH 9-11, после очистки через фильтр может повторно использоваться в процессе регенерации или для мойки деталей. Шлам составляет 2-8 масс. %, представляет собой коллоидную массу, включающую масло, мелкодисперсные частицы углерода, смолистые вещества, мыло, продукты деструкции присадок, полимерные частицы, воду. Благодаря своим свойствам может использоваться для смазки рельсов, подкрановых путей, стрелочных переводов, для пропитки шпал, столбов, мостовых брусьев. Масло составляет 85-96 масс. %, подвергается сепарации, отгонке легкокипящих компонентов (воды, топлива), а затем перколяции известными способами и после добавления присадок (легирующих компонентов) направляется в товарную емкость. Полученный после отгонки из дизельных моторных масел газойль (3-10 масс. %) может использоваться как печное топливо.

При данном способе регенерации отработанных смазочных масел выбросы в атмосферу (испарения от нагретого до 90oC масла и выхлопы из вакуумного насоса после очистки от масляного тумана) соответствуют требованиям к селитебной зоне прилегающих районов города.

На сегодняшний день созданы три региональных опытных участка по сбору, предварительной очистке и полному восстановлению отработанных масел на основе этих установок: ТЧ-31 (г. Великие Луки), ПЧМ Нигозеро (г. Кондопога) и ДПРПТ Санкт-Петербург — Балтийская Окт. ж.д.

Кроме того, участки в ПЧМ и ДПРПТ готовы к полному восстановлению для повторного применения на путевой технике до 200 т/год отработанных турбинных масел.

Участок в ТЧ-31 в месячный срок может быть подготовлен к восстановлению до 300 т/год отработанных дизельных масел для повторного применения на вспомогательном подвижном составе, а также к производству из отходов от восстановления смазки для рельсо- и гребнесмазывания. Однако, для этого потребуется не только модернизация сепараторного модуля в соответствии с рекомендациями ЛенНИИХиммаша, но также разработка отраслевых стандартов и допусков.

Участки созданы в результате совместных усилий ЦТ, службы пути, локомотивной службы, отдела охраны природы, дирекции по эксплуатации и ремонту путевой техники Октябрьской железной дороги, ТЧ-31, ПЧМ, ДПРПТ, кафедры «ТЭБ» ФГБОУ ВО ПГУПС Александра I.

Дальнейшие шаги по расширению и наращиванию мощностей переработки отработанных масел (ОМ) зависят от результатов работы опытно-промышленных образцов. Полученные положительные результаты дают основания для создания новых региональных участков (например, Дно, Хвойная) или разработки мобильных комплексов.

Это подтверждается несколькими экспериментами:

В первом случае, взяв 561 кг отработанного турбинного масла Тп-22с, предварительно нагретого до 80oC в проточном электронагревателе, перекачали его "на кольцо", где в потоке последовательно с интервалом 20 мин. контактирует с 0,058 кг соли щелочного металла (в виде водного раствора метасиликата натрия с концентрацией 6%), 0,080 кг мыла (в виде водного раствора стеарата натрия с концентрацией 20%) и 0,060 кг коагулянта (в виде водного раствора неонола К 2125-20 с концентрацией 5%). Затем полученная смесь отстаивается в течение 8 часов. Механические частицы, вода, шлам сливаются в шламосборник. Масляная фаза подвергается сепарации, сушке в вакуумном баке, фильтрации. После введения присадок направляется в товарную емкость.

Выход продуктов получился следующим: регенерированное масло — 542 кг (96,6%), механические частицы — 1,5 кг, шлам — 20 кг, а остальное — вода.

Во втором случае отработанного турбинного масла Тп-22с взяли 660 кг, также предварительно нагретого до 80oC в проточном электронагревателе. Затем при перекачке "на кольцо" в потоке последовательно с интервалом 20 мин. контактирует на этот раз с 0,070 кг соли щелочного металла (в виде водного раствора сульфонированного боргидрида натрия с концентрацией 2%), 0,10 кг мыла (в виде водного раствора стеарата калия с концентрацией 20%) и 0,080 кг коагулянта (в виде водного раствора полиакриламида с концентрацией 10%). Полученная смесь отстаивается также как и в первом случае в течение 8 часов. Механические частицы, вода, шлам сливаются в шламосборник. Масляная фаза подвергается сепарации, сушке в вакуумном баке, фильтрации. После введения присадок направляется в товарную емкость.

Выход продуктов в этом случае составил: 638 кг (96,7%) — регенерированное масло, 2 кг — механические частицы, 22 кг — шлам и остальное — вода.

Таким образом, благодаря проведенным испытаниям, можно рассчитать выход целевого продукта от теоретически возможного. В обоих случаях он составляет более 96%, что говорит о высокой эффективности данной технологии.

Чтобы судить о качестве очищенного продукта, необходимо привести нормативные показатели по данной марке масла, а затем сравнить их с показателями регенерированного. Основные требования к показателям качества турбинного масла Тп-22с представлены в Табл. 1:

Таблица 1. Основные требования к показателям качества турбинного масла Тп-22с

Показатели качества

ТУ 38.101821-2001

Браковочные

Вязкость кинематическая, мм2/с при 50°С

20-23

<17…>26,5

Индекс вязкости, не менее

90

-

Кислотное число, мг КОН/г

0,04-0,07

0,30

Стабильность против окисления, не более:

при 1300С, 24 ч и расходе кислорода 5 дм3/ч:

-массовая доля осадка, %

-кислотное число, мг КОН/г

0,005

0,10

-

>0,8

Коррозия на стальных стержнях

Отсутствие

-

Температура вспышки в открытом тигле, оС, не ниже

186

-

Содержание механических примесей, %, не более

0,005

0,03

Содержание воды

Отсутствие

0,05

Содержание водорастворимых кислот и щелочей

Отсутствие

-

Цвет на колориметре ЦНТ, ед. ЦНТ, не более

2,5

-

В Табл. 2 представлены основные физико-химические показатели отработанного турбинного масла до и после регенерации предлагаемым способом.

Таблица 2. Основные физико-химические показатели отработанного турбинного масла Тп-22с (до и после регенерации)

Показатели качества

Отработанное

Регенерированное

Вязкость кинематич., мм2/с при 50оС

16,7

22,2

Индекс вязкости, не менее

-

90

Температура вспышки в откр. тигле, оС

165

192

Кислотное число, мг КОН/г, не более

0,58

0,016

Стабильность против окисления:

- содержание осадка, %, не более

- кислотное число, мг КОН/г, не более

-

-

Отсутствие

0,03

Содержание, %, не более:

- воды

- водорастворимых кислот и щелочей

- механических примесей

0,18

-

0,3

Отсутствие

Отсутствие

Отсутствие

Коррозия на медн. пласт., (3ч.,100оС)

-

Отсутствие

Цвет, ед. ЦНТ, не более

-

2,5

Данные из таблиц указывают, что бывшее в эксплуатации смазочное масло не соответствует техническим условиям, предъявляемым к маслам этого типа, и имеет браковочные показатели. В связи с чем его дальнейшая эксплуатация невозможна. После проведения технологических операций, описанных выше, масло можно считать восстановленным, а его физико-химические показатели качества удовлетворяют нормативным показателям и, следовательно, пригодно для дальнейшего использования.

Предлагаемая технология регенерации отработанных смазочных масел защищена патентом РФ [4] и может быть использована на установках, применяемых для малотоннажных производств (непосредственно на предприятии, в депо или в цехе), где обеспечивается сбор отработанных масел по маркам (сортам), значительно упрощая, удешевляя и экологически более безопасно обеспечивая регенерацию отработанных масел.

Выводы

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. В связи с этим большое значение имеет восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования.

ПГУПС Александра I является разработчиком и поставщиком установок для восстановления отработанных масел. При разработке технологий для этих установок были проанализированы различные способы очистки отработанных нефтепродуктов и выработана собственная технология, позволяющая на основе физико-химических процессов возвращать отработанные масла в эксплуатацию. Разработанные установки эффективны как с точки зрения ресурсосбережения, так и с точки зрения экологической безопасности.

К основным достоинствам этой технологии можно отнести следующие: высокий практический выход целевого продукта от теоретически возможного, образование малого количества отходов и их легкая утилизация, энергоемкость процессов и др. Данная технология регенерации реализована на некоторых предприятиях железнодорожного транспорта и в перспективе планируется расширение и наращивание мощностей, а также создание новых участков по восстановлению отработанных нефтепродуктов.

Читайте также

Список литературы

  1. Авт. свид. СССР № 1567615, C 10 M 175/02, опубл. 30.05.1990.
  2. Патент США № 4431524, C 10 M 11/00, опубл. 14.02.1984.
  3. Титова Т.С., Красненко А.Ф., Иванюк С.В. // Безопасность жизнедеятельности. — 2009, № 11. — С. 20.
  4. Патент РФ № 2133262 от 20 июля 1999 г. Красненко А.Ф., Кузьмина Е.А., Маслов Н.Н., Пучков Н.В. // Способ регенерации отработанных  смазочных масел, приоритет от 30.05.1997 г.

Цитировать

Зачиняев, Я.В. Восстановление качества отработанных смазочных масел с целью их повторного использования / Я.В. Зачиняев, А.В. Зачиняева. — Текст : электронный // NovaInfo, 2022. — № 134. — С. 10-13. — URL: https://novainfo.ru/article/19468 (дата обращения: 01.12.2022).

Поделиться