Регенерация отработанных масел природными слоистыми силикатами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 502.541.183

В.Ю. ФИЛОНЕНКО, В.А. КОРЧАГИН, А.В. БОНДАРЕНКО, Ю.Я. ФИЛОНЕНКО, В.В. КИСЛЫХ РЕГЕНЕРАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ МАСЕЛ ПРИРОДНЫМИ СЛОИСТЫМИ СИЛИКАТАМИ

(Липецкий государственный технический университет)

Приведены результаты исследований по использованию природного слоистого силиката Липецкой области для регенерации отработанного трансформаторного масла. По результатам исследований выбраны оптимальные условия регенерации. Данные ИК -спектроскопии указывают на идентичность по химическому составу регенерированного отработанного и свежего масел.

В Липецкой области выявлены залежи природных слоистых силикатов [1, 2]. Одним из направлений их применения является использование в качестве сорбента в технологиях регенерации отработанных масел.

В лабораторных условиях исследовали процесс адсорбционной регенерации отработанного трансформаторного масла. Опыты проводили с образцом минерала, отобранного из опытного карьера в с. Михайловка, Тербунского района Липецкой области. Минеральный состав отобранной пробы, % масс: монтмориллонит - 44.2, каолинит - 38.9, гидрослюда - 16.9.

Адсорбционные характеристики природного сорбента, определённые по известным методикам [3], приведены в таблице 1. Наличие в природном сорбенте существенного объёма микро- и мезопор указывает на возможность его использования в технологии регенерации отработанных масел [3].

Таблица 1.

Характеристики сорбента.

На рис. 1 приведена изотерма адсорбции-десорбции паров воды, построенная с использованием эксикаторного метода. Как видно, изотерма имеет 8-образную форму и относится к IV типу по классификации Брунауэра [4].

р/рв.

Рис. 1. Изотерма адсорбции-десорбции паров воды на сорбенте.

Вид изотермы подтверждает присутствие в адсорбенте существенного объёма микропор, что указывает на возможность их эффективного использования в различных сорбционных процессах. Исследовали изменение кислотного числа в процессе регенерации отработанного трансформаторного масла природным глинистым сорбентом Липецкого месторождения контактным способом. Методика проведения исследования: в колбу объёмом 0,25 литра лабораторного ротационного испарителя LRV 2 ББ с мешалкой заливали 100 мл отработанного трансформаторного масла и засыпали сорбент, предварительно прокалённый при 200 °С в течение 1 часа для удаления физически адсорбированной влаги. Крупность сорбента - 0,2 ■г 0,5 мм. Скорость вращения колбы - 60 об/мин. Установка позволяет регулировать температуру нагрева в интервале до 80 °С. В качестве показателя эффективности регенерации использовали кислотное число масла (КЧ).

Результаты предварительных исследований и анализ литературных данных по регенерации отработанных масел сорбентами [5, 6] показывает, что достижение требуемого кислотного числа обеспечивается при продолжительности регенерации до 1,5-2 часа.

Исследования по определению технологических условий процесса регенерации проводились

№ п/п Наименование Значение

Плотность, г/см3:

1 Истинная 2,59

Кажущаяся 1,25

2 Пористость, % 51,74

3 Адсорбционная ёмкость по Н2О (пар), г/г 0,12

4 Удельная поверхность, 10-3 м2/кг 134

5 Суммарный объём пор, 103 м3/кг 0,414

6 Объём макропор, 103 м3/кг 0,294

7 Объём мезопор, 103 м3/кг 0,102

8 Объём микропор, 103 м3/кг 0,018

9 Средний диаметр пор, А 12,35

с использованием метода планирования экспериментов [7]. Интервалы изменения: температура - 25 ■ 80 °С, продолжительность регенерации - 0,3 - 2 часа, соотношение сорбент-масло - 5 - 25%.

Пределы изменения факторов выбраны, исходя из опыта работы промышленных установок по регенерации отработанных трансформаторных масел контактным методом [8].

Согласно требований, для трансформаторов мощностью свыше 220 кВ кислотное число регенерированного масла не должно превышать 0,01 мг КОН/г [9]. Как правило, замена трансформаторного масла производится при достижении кислотного числа 0,05-0,1 мг КОН/г. Отобранная для исследований проба масла имеет кислотное число 0,054 мг КОН/г.

Матрица планирования экспериментов и результаты опытов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Матрица планирования экспериментов и результаты исследований.

№ опыта Х1 Х2 Хэ Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Кислотное число, мгКОН/г

1 + + + + + + 0,004

2 - + + - - + 0,006

3 + - + - + - 0,007

4 + + - + - - 0,006

5 - - + + - - 0,010

6 - + - - + - 0,020

7 + - - - - + 0,022

8 - - - + + + 0,025

По результатам проведённых исследований были рассчитаны константы уравнения регрессии полного факторного эксперимента. Значимость коэффициентов уравнения регрессии производилась по критерию Стьюдента при вероятности 95%, адекватность математического уравнения проверялась по критерию Фишера при вероятности 95%. Расчётные значения Б- критерия составляют - 8.7 , табличные - 10,1 [7].

Уравнение, описывающее влияние продолжительности (Х1) процесса, соотношения сорбент-масло (Х2) и температуры (Х3) регенерации отработанного трансформаторного масла природным глинистым сорбентом Липецкого месторождения имеет вид:

У = 0,0125 - 0,00275Х1 - 0,0035Х2 - 0,00575Х3 -

0,00125Х1Х2 + 0,0015Х1Х3 + 0,00175Х2Х3

где Х1,Х2,Х3 - кодированные значения переменных. Переход к натуральным производится по уравнениям:

Х1 = (Х1 - 1.65)/1.35;Х2 = (Х2 -15)/10; Х3 = (Х3 - 55)/25.

' 0,04 п '

а)

§ 0,03 -

Е

о 0,02

0

-30 ■ 55

0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 Продолжительность, ч.

0,04 п

О

* 0,03 -

0,02

0,01

б)

----55

-----80

—I-1-1-1-1-1-1—

0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 Продолжительность, ч.

0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 Продолжительность, ч.

Рис.2. Влияние соотношения сорбент-масло (п), температуры (1) и продолжительности (т) на изменение кислотного числа (КЧ) отработанного трансформаторного масла в процессе регенерации. 30, 55, 80 - температура процесса регенерации, 0С. а) п=5% б) п=15% в) п=25%.

На рисунке 2 приведён характер изменения КЧ масла в процессе регенерации в зависимости от температуры и продолжительности процесса и соотношения сорбент-масло. Анализ данных показывает, что кондиционное по кислотному числу трансформаторное масло при 80 °С получено при продолжительности регенерации 20-30 минут. Исходя из результатов данных исследований, при использовании для регенерации отработанного трансформаторного масла природного глинистого сорбента Липецкого месторождения, продолжительность процесса для получения масла с кислотным числом < 0,01 мг КОН/г при соотношении сорбент-масло 15% (масс) составляет 20-30 минут.

30

Соотношение сорбент-масло 15% (масс) выбрано исходя из опыта работы установок по регенерации отработанных масел контактным методом [8].

Поскольку на регенерацию поступает отработанное масло с кислотным числом 0,05-0,1 мг КОН/г, была изучена зависимость влияния на продолжительность регенерации исходной кислотности отработанного масла. Количество сорбента 15% (масс), температура регенерации 80 °С, кислотное число регенерированного масла 0,01 мг КОН/г. Результаты исследования приведены на рисунке 3.

0,75-

тт

н

° 0,5л

5

н

5

*

§

5 0,25 ■

а

с

0

0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Кислотное число отработанного масла, КОН/г.

Рис.3. Зависимость продолжительности регенерации от исходного числа отработанного масла.

Полученная зависимость позволяет определять продолжительность регенерации отработанного масла в зависимости от его исходной кислотности.

ИК-спектры отработанного трансформаторного масла (1) и регенерированного (2) приведены на рисунке 4. В кювету сравнения помещали свежее трансформаторное масло. ИК-спектры получены на спектрофотометре UR-20.

3900 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2500 1700 1500 1300 1100 900 800

Рис.4. ИК-спектры отработанного трансформаторного масла (1) и регенерированного (2)

В процессе окисления трансформаторного масла в нём накапливаются кислородсодержащие соединения, содержащие гидроксильные группы (3650 см-1), карбоксильные (3550 см-1), альдегиды и кетоны (1730-1710 см-1) [10,11]. После регенерации на ИК-спектре кислородсодержащие соединения отсутствуют, что указывает на поглощение активными сорбционными центрами силикатов [12].

Таким образом, в результате исследований установлено, что природные слоистые силикаты Михайловского месторождения Липецкой области могут эффективно использоваться в технологиях регенерации отработанных трансформаторных масел.

ЛИТЕРАТУРА

1. Крупнов С.Н. и др. Природные глистые сорбенты Липецкой области / Под общей редакцией проф. Ю.Я. Филоненко - Липецк: ЛЭГИ. 2002. - С.127.

2. Окороков В.А., Савко А.Д. Литология фоменских отложений Воронежской антеклизы. - Воронеж: ВГУ. 1998. -С. 211.

3. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. -М.: Химия. 1983. - С. 511.

4. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов / Под ред. Б.Г. Линсена. - М.: Мир. 1973. - С. 653.

5. Мочалова Н.Ю. Регенерация отработанных трансформаторных масел с использованием биосорбента: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук: 05.17.07 - М: РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2000. - С. 123.

6. Брай И.В. Регенерация трансформаторных масел . - М.: Химия. 1972. - С. 276.

7. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа. 1988. - С. 239.

8. Коваленко В.П. Загрязнение и очистка нефтяных масел. - М.: Химия. 1978. - С. 345.

9. Объём и нормы испытаний электрооборудования / Под общ. ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г.

Мимикоянца. - 6-е изд. - М.: НЦ ЭНАС. 1998. - С. 256.

10. Черножухов Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел. - М.: Гостоптехиздат. 1959. - С. 370.

11. Джон Р. Дайер Приложения адсорбционной спектроскопии органических соединений. - М.: Химия. 1970. - С. 324.

12. Надиров Н.К. Теоретические основы активации и механизма действия природных сорбентов

в процессе осветления растительных масел. - М.: Пищевая промышленность. 1973. - С. 352.