CC BY
226
-------------------------------- © В.А. Малахов, Н.Ю. Литвиненко
2009
В.А. Малахов, Н.Ю. Литвиненко
МОБИЛЬНОЕ МОДУЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАРЬЕРНОГО АВТОТРАНСПОРТА
Данная статья посвящена обоснованию применения комбинированных методов переработки отработанных смазочных материалов с использованием мобильных модульных установок в условиях автотранспортных предприятий горной промышленности. Рассмотрены достоинства и недостатки современных аппаратов по очистке отработанных моторных масел.
Ключевые слова: Масло, мобильные установки, регенерация масла, переработки.
'Жу торая жизнь» отработанных масел — это последова-
\\Х^ тельная борьба с загрязнением природной среды России особо опасными веществами, содержащимися в отработанных маслах.
В России до 77 % всех отработанных масел нелегально сбрасывается на почву и в водоемы, и только 20—23 % — собирается, из которых только 14—15 % идет на регенерацию, а остальные используются как топливо или сжигаются.
При работе в машинах масла соприкасаются с металлами, подвергаются действию окружающего воздуха, температуры, давления, электрического поля, естественного света и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, обугливание (неполное сгорание), разжижение горючим, загрязнение посторонними веществами и обводнение. Весь этот сложный процесс изменения физико-химических свойств масла называется его старением.
Одним из наиболее реальных источников пополнения масляных ресурсов является регенерация, то есть восстановление качества, отработанных масел и повторное их использование.
Регенерация масел осуществляется или непрерывной очисткой их во время работы в циркуляционных системах промышленного оборудования и двигателей при помощи фильтрующих устройств и центрифуг, или восстановлением отработанных масел, сливаемых из различных агрегатов и оборудования, на маслорегенерационных
установках, как правило, в стационарных условиях (специальные станции, цехи, заводы).
Централизованная (промышленная) регенерация осуществляется на крупных специализированных регенерационных станциях, цехах или заводах. В отношении контроля качества регенерации масел, подбора квалифицированных кадров, совершенства способов регенерации, модернизации производства централизованная система на крупных промышленных установках имеет явные преимущества перед децентрализованной. Централизованный пункт регенерации снабжается отработанными маслами, поступающими как непосредственно от предприятий и организаций, так и с нефтебаз. После централизованной регенерации получают масляные дистилляты удовлетворительного качества для последующей доводки до уровня товарного масла. Централизованная регенерация основана на глубоком крекинге и нейтрализации посторонних примесей природными сорбентами. Промышленные регенерационные заводы являются крупными потребителями энергоресурсов. Суммарное потребление энергии составляет 8...8,2 % от объёма перерабатываемых отработанных смазочных материалов. Затраты энергии разных видов, распределяются следующим образом: топлива — 55—57 %; тепловой — 32—35 %; электрической — 10—17 %. Характерными особенностями энергообеспечения при этом являются зависимость от ТЭЦ, устанавливающих непрогнозируемые ограничения на количество отпускаемой тепловой и электрической энергии; резкое повышение цен на тепловую энергию с увеличением доли энергетических затрат в себестоимости продукции. Кроме того, необходимость транспортирования отработанных и регенерированных масел на значительные расстояния, задалживание транспортных средств и тары, поступление на очистку смесей различных масел и смазок делает ЦР не эффективной в современных экономических условиях.
Децентрализованная (индивидуальная) регенерация осуществляется непосредственно потребителями масел на территории предприятий, или даже в отдельных цехах. Из-за производственных ограничений ДЦР имеет несложную технологическую цепочку и состоит в основном из физических способов регенерации. Индивидуальная регенерация малотоннажная. Она эффективна при селективной сборке отработанных масел, т.к. позволяет подбирать процессы и технологические режимы, наиболее соответствующие исходному состоянию масла данного назначения. Децентрализованная регенерация может быть выполнена как
в стационарном, так и в передвижном (мобильном) вариантах. Территориальное размещение стационарной регенерационной станции увязывается с маслоскладом организации, где одновременно с выдачей свежих масел осуществляется приём отработанных масел, контролируется выполнение установленных норм сбора и контроль качества собранных масел. Передвижные малогабаритные установки в основном предназначены для очистки от загрязнений механическими способами узкоспециализированных масел типа гидравлических, турбинных, индустриальных. Для предприятий горной промышленности представляет интерес малогабаритная мобильная регенерационная установка. С повышением уровня технико-информационной оснащенности при наличии высокой мобильности её возможности могут полностью удовлетворить потребности машинно-тракторного парка горной промышленности.
Выбор способа регенерации масел целиком определяется двумя факторами: характером требований, предъявляемых к качеству свежего масла данного назначения, и природой и количеством содержащихся в масле загрязнений и продуктов старения. Чем выше требования к качеству свежего масла и чем дальше зашел процесс старения, тем более энергичные меры требуются для его восстановления.
С помощью физических способов регенерации (рис. 1), не затрагивая химической основы обрабатываемых масел, удаляют механические примеси, воду, асфальто-смолистые соединения, коксообразные вещества. Для создания малогабаритной регенерационной установки наиболее приемлемыми физическими способами являются гравитационная очистка в динамических отстойниках; центробежная очистка в фильтрах-сепараторах с коагулирующей перегородкой; магнитная очистка с постоянным магнитом; вибрационная очистка с гидродинамическим излучателем; обезвоживание; вакуумирование с использованием вакуумных дистилляторов.
Остальные способы или длительны во времени, или крупногабаритны и стационарны по исполнению, или сложны конструктивно и дорогостоящи по расходным материалам.
Химические способы регенерации (рис. 2) используются для удаления асфальто-смолистых, кислотных, гетероорганических соединения и воды. Для использования в малотоннажном производстве применима щелочная обработка. Все остальные методы используются в промышленных стационарных установках. Они эко-
логически небезопасны, т.к. имеют отходы, требующие дополнительной нейтрализации или утилизации.
С использованием физико-химических способов регенерации (рис. 2) удаляются асфально-смолистые и кислотные соединения, эмульгированная и растворённая вода. При создании малогабаритной регенерационной установки возможно использование адсорбционной и контактной очистки. Использование ионообменной и селективной очистки в промышленной технологии дает экологически вредные выбросы, высокотемпературное воздействие, установки крупногабаритные и энергоёмкие.
Среди современных способов очистки и регенерации преобладают физические методы. В случае сильного загрязнения или глубокого старения масел возможно применение и более сложных физико-химических методов. Анализ состояния отрасли регенерации в России свидетельствует о преобладании устаревших процессов и несовершенной технологии, при этом получаемые масла имеют низкое качество.
Считается, что при годовом объёме потребления масел более 10 т капитальные вложения в очистку и регенерацию на месте потребления полностью окупаются при наличии стационарной малогабаритной установки.
Однако, проведение очистки и регенерации в стационарных условиях не всегда возможно для малых потребителей смазочных материалов с резервуарным объёмом до 0,75 м3. В этом случае необходима малогабаритная мобильная установка, обслуживающая нескольких потребителей. Анализ существующих установок по регенерации отработанных смазочных материалов показывает, что малогабаритные установки отечественного производства не универсальны, в основном ориентированы на очистку отработанных масел, крупногабаритные стационарные на вторичную переработку. Малогабаритные установки по регенерации имеют производительность до 300 л/час, крупногабаритные — свыше 3 т/час.
грр
£
Г*
$
8
&
г?
й
§
г
§
Iх
§
а
&
л
&
&
Физические способы
Рис. 2. Физико-химические и химические способы регенерации
В диапазоне производительности от 0,3 до 3,0 т/час отсутствуют малогабаритные установки по регенерации. Исследования показали, что это среднестатистический выход отработанных смазочных материалов у малых и средних потребителей смазочных материалов в горной промышленности составляет от 30 до 80 тонн в год. При малотоннажной регенерации наиболее эффективными являются комбинированные методы с преобладанием физических способов регенерации.
В последние годы созданы весьма эффективные малогабаритные стационарные и передвижные установки, работа которых основана на использовании комбинированных методов. При этом обычно в первую очередь используют физические способы очистки, далее, при необходимости, применяют физико-химические и химические способы, связанные с применением более сложного оборудования и большими затратами. Комбинированные способы следует рассматривать неразрывно с известными схемами регенерационных установок.
В основном разработанные способы ориентируются на регенерацию одного типа отработанного масла, что позволяет удержать качество конечного продукта. Установки для реализации разработанных способов также индивидуальны для конкретного типа отработанные смазочные материалы.
За рубежом регенерация отработанных смазочных материалов получила наибольшее распространение в США, в Г ермании и в Китае. Наиболее эффективное оборудование для физических методов очистки производит концерн «Alfa Laval».
В Великобритании разработана передвижная установка фильтрования в вакууме «Vac-Air» размерами 900x550x1200 мм. Установка обеспечивает только механическую очистку.
Установка фирмы «Oil Filtration Systems, Inc» (США) (рис 3) реализует технологию регенерации отработанных смазочных материалов в плёночном испарителе по схеме: отделение твёрдых частиц на сетчатом фильтре, испарение воды, вакуумная перегонка низкокипящих компонентов, высоковакуумное пленочное испарение масляных фракций, адсорбционная очистка, контактная очистка масла и фильтрация. Процесс позволяет переработать моторные и индустриальные масла с получение базовых компонентов, близких по свойствам к свежим маслам. Выход этих компонентов составляет 60—65 %, общий выход полезных продуктов — до 95 %.
Остаток после ТПИ можно использовать как топливо или компонент асфальта.
В Китае, фирма «CO., LTD» разработала малогабаритную передвижную установку на базе центрифугирования (рис. 4). Установка обеспечивает удаление из работающих масел механических примесей, свободной и эмульгированной воды, воздуха и газов.
Рис. 3. «Oil Filtration Systems, Inc», Вакуумный очиститель масла серии 50 GPM VDOPS
Рис. 4. «CO., LTD», малогабаритная передвижная установка для очистки отработанных смазочных материалов
В технологическом процессе Mohawk Lubricants, разработанном в Канаде, предусмотрены однократное испарение сырья, вакуумная перегонка, двухступенчатая перегонка в тонкопленочных испарителях и гидроочистка с последующей обработкой масла гидроксидом натрия. Конечный продукт практически идентичен свежему маслу. Используется как компонент моторных, индустриальных и гидравлических масел.
НТЦ Экология Производства предлагает конструктивное решение данной проблемы (рис. 5) — возврат отработанных нефтемасло-продуктов в оборот, когда хозяйственник не платит за утилизацию и имеет возможность повторного их использования. Аналогов оборудования, комплексно решающих задачу утилизации отработанных нефтемаслопродуктов, в настоящее время нет. В предлагаемом производстве используется уникальная технология очистки масел (рис 6), не дающих выбросов в окружающую среду газов, жидких и твердых вредных веществ. Оборудование сертифицировано. Экономическая целесообразность производства состоит в том, что из отработанных масел можно получить от 75 до 95 % целевого товарного продукта.
Рис. 5. Установка очистки отработанных масел с осветлением УОМ-100
Таблица 1
Технические характеристики УОМ-100
1. Производительность, л/час: моторные масла индустриальные масла трансформаторные, компрессорные масла 100 250 200
2. Тонкость очистки, мкм 1—3
3. Потребляемая мощность, кВт 9,5
4. Рабочая температура, оС 95±5
5. Рабочее давление, кгс/см2 8—9
6. Габаритные размеры, мм: длина х ширина х высота х масса 1200х900х1000х450
7. Бак-реактор:
потребляемая мощность 6 кВт
емкость 200 л,
температура нагрева до 132 °С
8. ЭКСПРЕСС-ЛАБОРАТОРИЯ 1. Вязкость кинематическая, мм2/с
Контролируемые показатели очи- 2. Загрязненность, %
стки: 3.Диспергирующе-стабилизи-рующие свойства (ДСС), балл 4.Щелочное число, мг КОН/г 5.Содержание воды, %
ЯРР
Таблица 2
Показатели очистки масел
Показатели
Масла
индустриальные гидравлические моторные
исход. (загр) очищен. свеж. И-40 исход. (загр) очищен. свеж. ИГП- 38 исход. (загр) очищен. свеж. ГОСТ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Вязкость кинематическая, 58 70 61 — 75 58 60 56 — 65 8,5 9 10
мм2/с (при 40о) (при 40о)
Щелочное число, мг КОН/г — — — — — — 2,9 4,5 6
Кислотное число, мг КОН/г 0,15 0,04 0,05 0,67 0,21 не более 1,0 1,1 0,09 не
нор.
Температура вспышки, оС 195 205 200 200 210 210 165 170 200
Содержание мех. примесей, % 0,3 0,009 отс. 0,7 0,01 отс. 0,9 0,01 0,015
Содержание нерастворимого осадка, % 0,08 0,01 отс. 0,1 0,01 не нор. 0,7 0,02 не нор.
Содержание воды, % 0,8 отс. отс. 0,4 отс. отс. 0,6 отс. следы
Цвет, ед. ЦНТ 5,5 4 3,0 5 4 4 9 4—5 3
449
Рис. 6. Технология очистки масел на установке УОМ-ЮО: 1 — резервуар отстоя масла; 2 — реактор смеситель; 3 — термометр; 4 — резервуар для разделяющего агента; 5 — бак установки УОМ-ЮО; б — резервуар для присадок; 7 — резервуар для очищенного масла (масляной основы)Н — насос; Ф — фильтр; ЭН — электронагреватель; КП — клапан предохранитель-ный;ЦО — центробежные очистители; МН — манометр; Кь К2 — краны управления
Современные производители предлагают к использованию мобильные перерабатывающие установки, в которых основными аппаратами являются сверхцентрифуги, обладающие высокими показателями очистки или фильтры.
Эти установки имеют ряд серьезных недостатков.
Использование фильтров неэкономично: фильтры быстро загрязняются, а их стоимость очень велика.
Использование сверх центрифуг снижает их надежность и технологичность, за счет трудоемкости процесса очистки рабочих поверхностей.
Кроме того, в процессе очистки масляных дистиллятов основная масса веществ обладающих полярностью, а к ним относятся в первую очередь асфальто-смолистые вещества, а также высокомолекулярные кислоты и соединения, содержащие серу, удаляются из масла (особенно при селективной очистке), что приводит к ухудшению его смазывающей способности. В результате этого такие «переочищенные» масла оказываются непригодными для смазки деталей, работающих при повышенных нагрузках.
Улучшать качество мобильных модульных установок можно, либо совершенствуя конструкции существующих разделяющих аппаратов (центрифуг и фильтров), либо произведя их замену на другие. Совершенствование конструкций центрифуг и фильтров ведется многими учеными на протяжении десятков лет, но существенно улучшить показатели их работы пока не удается.
Использование гидроциклонов как основных разделяющих аппаратов сдерживается недостаточной эффективностью разделения, характерных для современных конструкций гидроциклонов, применяемых для очистки отработанных масел. Улучшение показателей извлечения гидроциклонов с малыми углами конусности за счет изменения основных конструктивных параметров является актуальной научной задачей.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по триботехнике/Под ред.М. Хебды и А.В. Чичинадзе. — М.: Машиностроение. — Т.1. — 1989. — 400 с.; Т.2—1990. — 420 с.; Т.3. — 1992. — 730 с.
2. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. — В кн.: Кн.2/Под ред. И.В.Крагельского, В.В.Алисина. — М.: Машиностроение, 1978. — 258 с.
3. Кузнецов А.В. Топливо и смазочные материалы. — М.: КолосС, 2004. — 199 с. ШИЗ
Malakhov V.A., Litvitenko N. U.
THE MOBILE MODULAR EQUIPMENT FOR COMPLEX REHASH
OF THE DEVELOPED LUBRICANTS MATERIALS OF OPENCAST
MOTOR TRANSPORT
Given article is devoted a substantiation of application of the combined methods of rehash of the developed lubricants materials with use of mobile modular installations in the conditions of the motor transportation factories of a mining industry. Merits and demerits of modern devices on water treatment of the developed engine oils are considered.
Key words: ой, mobile equipment, oil reclamation, rehash.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Малахов В.А. — кандидат технических наук, доцент кафедры «Горная механика и транспорт», e-mail: mr_mva@mail.ru
Литвиненко Н.Ю. — аспирант кафедры «Горная механика и транспорт», е-mail: fiona0886@yandex.ru Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
