CC BY
155
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННОГО
МОТОРНОГО МАСЛА
1 2 Чуденкова Т.Н. , Чуденкова В.Н.
Email: [email protected]
1Чуденкова Татьяна Николаевна - студент; 2Чуденкова Валентина Николаевна - магистр, специальность: 18.04.01. Химическая технология, кафедра химии и химической технологии, факультет элитного образования и магистратуры, Омский государственный технический университет, г. Омск
Аннотация: данная статья посвящена разработке технологии комплексной очистки отработанных моторных масел, составам его научных и технологических основ, в том числе: определение характера загрязнения в отработанном моторном масле, исследование способности процесса ультразвукового облучения, обеззараживание отработанного моторного масла, определение и оптимизация факторов, которые могут повлиять на возможность и эффективность предложенного метода, исследование природы адсорбентов (местного происхождения).
Ценность работы состоит в комплексном исследовании очистки от нежелательных компонентов, их разрушения ультразвуковым излучением и адсорбцией, сравнении их эффективности с зарубежными аналогами, определении термодинамики и кинетики адсорбционного процесса.
Ключевые слова: отработанное моторное масло, ультразвуковое облучение, адсорбция, улучшение качества, загрязнения.
CHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF USED ENGINE OIL
REGENERATION Chudenkova T.N.1, Chudenkova V.N.2
1Chudenkova Tatyana Nikolaevna - Student; 2Chudenkova Valentina Nikolaevna - Master, SPECIALTY: 18.04.01. CHEMICAL TECHNOLOGY, DEPARTMENT CHEMISTRY AND CHEMICAL TECHNOLOGY, FACULTY OF ELITE EDUCATION AND MASTER'S DEGREE, OMSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, OMSK
Abstract: this article is devoted to the development of a technology for the complex purification of used engine oils, the composition of its scientific and technological foundations, including: determining the nature of contamination in used engine oil, studying the ability of the ultrasonic irradiation process, disinfecting used engine oil, determining and optimizing factors that can affect on the possibility and effectiveness of the proposed method, study of the nature of adsorbents (local origin).
The value of the work consists in a comprehensive study of the removal of unwanted components, their destruction by ultrasonic radiation and adsorption, to compare their efficiency with foreign counterparts, to determine the thermodynamics and kinetics of the adsorption process.
Keywords: used engine oil, ultrasonic irradiation, adsorption, quality improvement, pollution.
УДК 665.761
По окончании срока службы образуется значительное количество отработанных смазочных материалов, которые в настоящее время являются одним из основных видов техногенных отходов, оказывающих крайне негативное воздействие на окружающую среду - атмосферу, почву и воду. Около 30% смазочных материалов безвозвратно теряется в процессе эксплуатации оборудования: сгорает в двигателях, испаряется, разливается, вымывается и т.д. Оставшаяся часть претерпевает серьезные изменения под влиянием условий эксплуатации и подлежит снятию с техники [1].
Несмотря на то, что отработанные смазочные материалы представляют значительную опасность для окружающей среды, они представляют собой ценный вторичный запас, и их необходимо собирать и утилизировать. Это очень сложный с организационной точки зрения процесс, который до сих пор остается серьезной проблемой [2].
Под старением моторного масла подразумевается окисление, загрязнение продуктами сгорания топлива и посторонними примесями, а также продуктами разложения присадок в процессе эксплуатации. Отработанное моторное масло часто содержит металлы (обычно в результате износа двигателя или подшипников или включения этих металлов в присадки к маслу), хлорированные углеводороды и другие органические соединения. Наличие таких токсичных органических веществ, как бензол или нафталин, обычно связано с составом самого масла. Важно отметить, что моторное масло не изнашивается, а загрязняется после цикла использования. Правильная технология очистки позволяет удалить приоритетные загрязняющие вещества (полиароматические углеводороды, токсичные металлы, хлорированные углеводороды) из отработанного масла, поэтому отработанное моторное масло может быть повторно переработано в базовое смазочное масло, переработано в мазут или использовано в качестве сырья для нефтяных масел [3. 4].
Некоторые отработанные моторные масла имеют высокий уровень загрязнения, что усложняет работу и приводит к образованию опасных побочных продуктов в качестве вторичных загрязнителей. Большое количество переработанного отработанного масла сжигается в целях получения энергии, что часто создает проблемы с загрязнением воздуха.
На сегодняшний день в России нет единой централизованной системы сбора, регенерации или утилизации отработанных смазочных материалов, одобренной организационно и законодательно и имеющей единые требования к получаемой продукции. Кроме того, нет объективных и общепринятых критериев старения моторных масел. Увеличение срока службы смазочных материалов, что является экономически выгодным, в большинстве случаев приводит к накоплению в них экологически опасных продуктов, что затрудняет процессы утилизации.
Обработка и регенерация отработанных моторных масел чрезвычайно важны из-за высокой стоимости, а в некоторых случаях и из-за опасности таких продуктов для окружающей среды (полихлорированные бифенилы, сложные эфиры фосфорной кислоты, алкилбензолы). Регенерация предполагает восстановление качества смазки до уровня, сопоставимого с исходным. Современные схемы регенерации отработанных моторных масел, применяемые в развитых странах, включают физические и физико-химические процессы - коагуляцию, очистку серной кислоты и адсорбционную очистку синтетическими или природными сорбентами (бентонитами, глинами) [5].
Предлагается ультразвуковая обработка отработанных моторных масел для частичного удаления токсичных соединений. Целевые загрязняющие вещества, которые необходимо удалить из нефти: тяжелые металлы, хлорированные углеводороды, бензол, толуол, этилбензол, ксилолы, полиароматические соединения [6].
Ультразвуковое облучение широко используется в технологиях очистки окружающей среды для разложения многих токсичных соединений в загрязненных
почвах и водах. Также было доказано, что это положительно влияет на улучшение качества и извлечение ископаемого топлива. Предполагается, что цепная реакция свободных радикалов является доминирующей реакцией, вызывающей эффекты в этих системах. Ультразвуковое облучение способно инициировать и усиливать образование свободных радикалов из углеводородов, поэтому можно предположить, что ультразвуковое облучение эффективно удаляет или разлагает вредные вещества из отработанного масла. В случае технически и экономически подтвержденного эффекта, процесс ультразвукового облучения с химическим добавлением может быть использован не только как этап предварительной обработки отработанного моторного масла [7. 8].
Адсорбционная очистка также является привлекательным специальным методом улучшения качества отработанного моторного масла, позволяющим в то же время снизить содержание серы, азота и полиароматических соединений в топливе до соответствия современным стандартам качества [9].
Оптимальной реализацией процесса является селективная адсорбционная обработка, проводимая в мягких условиях при умеренной температуре и атмосферном давлении. К достоинствам этого метода можно отнести высокую эффективность, возможность проводить процесс без участия молекулярного водорода в относительно мягких условиях, простоту технологии, оборудования, низкие капитальные и эксплуатационные затраты, а также безопасность.
Вермикулит считается абсорбентом. Вермикулит - это водный силикатный минерал. При нагревании он значительно расширяется. Отслоение происходит, когда минерал достаточно нагревается, и этот эффект обычно достигается в коммерческих печах. Вермикулит образуется при выветривании или гидротермальном воздействии биотита или флогопита [10].
Исследована возможность снижения содержания ароматических и полиароматических углеводородов в моторных маслах с помощью ультразвукового излучения. Были исследованы два разных образца отработанного моторного масла, а также два неиспользованных образца моторного масла для сравнения. Это моторное масло 1. МоЫ1 0W40 и 2. GTX 5 Lightec 10W40.
Образец № 1 обеспечивает легкий запуск двигателя при низких температурах и надежную работу в высокоскоростных режимах, в том числе при экстремально высоких температурах. Индекс вязкости 197. Соответствует спецификации ЛР1^ / CF; ЛСЕЛ-98-Л3, В3. Образец № 2 отличается хорошей текучестью при низких температурах, низкой летучестью, высокими противоизносными свойствами за счет хорошей термостойкости, смазочной пленки.
Физико-химические характеристики неиспользованных образцов моторных масел № 1 и № 2 приведены в таблице 1.
Таблица 1. Физико-химические свойства неиспользованных моторных масел
Образцы SAE Кинематическая вязкость при 40 0^, 2, С, мм /с Кинематическая вязкость при 100 0^ 2, С, мм /с Плотность, кг/м2 Температура, 0С
Вспышки Замерзания
1,МоЫ1 0W40 71 13,5 865 230 -54
2. ОТХ 5 Lightec 10W40 101 15 875 218 -39
Для последующих экспериментов будут подготовлены образцы отработанного моторного масла с очищенными компонентами для систематического контроля состава в зависимости от влияния различных факторов, таких как ультразвуковое воздействие и абсорбционная очистка вермикулитовым сорбентом. Процесс адсорбции и комбинированный процесс деструктивной адсорбции исследуемых образцов будут оцениваться по-разному, а эффективность процессов деструкции будет сравниваться с целью разработки оптимальной схемы переработки отработанных моторных масел. В процессе ультразвуковой обработки
коагулированные смолистые вещества асфальта разрушаются до молекулярного состояния отдельно от механических примесей смолистых компонентов. Время ультразвукового воздействия может варьироваться от массовой доли механических примесей в отработанном моторном масле.
Далее активированное масло планируется направить на фильтр адсорбционной очистки. Аппаратная конструкция адсорбционной очистки отработанных моторных масел включает комплекс оборудования и его трубопроводы, обеспечивающие следующие технологические операции: подвод сточных вод к адсорберу, контакт масла с вспученным вермикулитовым сорбентом в адсорбере, отделение очищенное масло из адсорбента и его удаление из адсорбционного оборудования, извлечение отработанного адсорбента из адсорбера с его утилизацией или регенерацией, загрузка в адсорбер чистого адсорбента.
Вермикулиты характеризуются высокой адсорбционной способностью поглощать продукты окисления углеводородов - смолы, кислород и другие гетероорганические соединения. Рекомендуется использовать активированный вермикулит, так как при активации растворяется значительная часть оксидов магния, железа и алюминия, а содержание SiO2 в образцах увеличивается, что приводит к увеличению поглощающей способности.
Исходя из дисперсного состава адсорбента (вермикулита) и фильтрующей загрузки, была выбрана принципиальная конструкция адсорбционного устройства с фиксированной загрузкой, через которое поток масла фильтруется на выходе со скоростью до 10 м/ч.
Данные, полученные в результате комплексной переработки отработанных моторных масел, показывают, что способ обеспечивает эффективную регенерацию масла, снижение содержания металлов, ароматических и полиароматических углеводородов в составе масла (таблица 2), а также как адсорбционная доочистка вермикулитовым сорбентом, значительно снижает содержание механических примесей и воды. Комбинированный фильтр-адсорбер легко регенерируется водой, нагретой до 60 а вермикулит не теряет своих свойств после многократных циклов «очистка-регенерация».
Универсален способ регенерации отработанных моторных масел ультразвуковой обработкой в условиях диспергирования асфальто-смолистых смесей с последующей очисткой вермикулитовым сорбентом. Он применим для различных марок масел, а также обеспечивает эффективную регенерацию масла по экологически чистой, не энергоемкой и недорогой технологии.
Предполагаемая практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанной комплексной технологии очистки отработанных моторных масел, реализуемой в мягких условиях с использованием методов ультразвукового облучения и адсорбции для регенерации масла, соответствующей современным экологическим требованиям. Предлагаемая технология будет способствовать развитию новых областей применения известных адсорбционно-каталитических материалов, что особенно важно для отечественных производителей в условиях высокой конкуренции с импортной продукцией.
Показатели Образцы отработанных моторных масел Образцы регенерированных моторных масел
№1 №2 №1 №2
Кинематическая вязкость при 40 0С, мм2/с 60,59 59,74
Кинематическая вязкость при 100 0С, мм2/с 9,52 9,57
Содержание механических примесей, %, не более 0,087 0,072 0,016 0,023
Содержание воды, %, не более 0,03 0,01 - -
Температура вспышки, 0С, не менее 190 205 205 217
Температура замерзания, 0С, не более -23 -22 -29 -30
Плотность, кг /м2, не более 880 882 875 877
Содержание ,ррт: Сера Бензол Толуол Ксилол ПАУ 0,1319 23,4 406 823 11,8 0,3443 12,8 307 594 7,8 0,2432 0,2156
Содержание ,ррт: (РЬ); (гпх (А1); (Са); (Мё); (Си); (Сг) 21,16 402,95 57,93 171,92 436,11 37,83 18,27 10,69 387,54 41,35 203,11 440,93 32,45 7,90 0,98 140,99 12,55 67,53 124,35 3,54 5,87 0,88 138,23 11,02 63,40 122,14 3,01 2,17
Список литературы /References
1. Гэллап Даррелл Л. Снижение содержания вымываемого свинца в отработанной масляной фильтровальной бумаге, 1996. 62-68.
2. Fendle, J.H. Мембранная миметическая химия, 1998. 256.
3. Fang C.S. P.M.C. Lai. Journal of Microwave Power & Electromagnetic Energy, 1995. P. 46-57.
4. Ярмаркин Д.А., Прохасько Л.С., Мазаев А.Н. Сонохимическая кавитация в масляном производстве Текст: Молодой ученый, 2006. 845-849.
5. Дуглас С., Шенвальд Стэнли Д.Определение содержания серы и хлора в отработанном масле методами рентгеновской флуоресценции, ICP и ионной хроматографии. Опасные отходы и опасные материалы, 2012. 373-380.
6. Котронаров A. Окисление сероводорода в водном растворе ультразвуковым облучением, 2003. 2420-2428.
7. Редакционная коллегия. Процесс обезвреживания превращает отработанное масло в ценное сырье. Масло. Газ. J., 1997. 95, 61.
8. Писли Кент Д. Утилизация использованных автомобильных масляных фильтров. JOM, 1994. 46, 44-46.
9. Пресли Кент Д. Исследователь нацелен на переработку масляных фильтров. Современные материалы и процессы, 1995. 148, 6.
10. Мейсон Т., Линдли Дж. Промышленная сонохимия: возможности и практичность. Ультразвук. 1992. 192-196.
