CC BY
34
-------------------------------- © М.А. Викулов, А.И. Божсдонов,
Г.П. Довидснко, И.С. Капитонов, 2008
УДК 622.692.55
М.А. Викулов, А.И. Божедонов, Г.П. Довиденко,
И.С. Капитонов
ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОРНО-СМАЗОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ СЕВЕРНЫХ ПРИИСКОВ
Семинар № 10
С конца 90-х 20-го столетия, в Республике Саха (Якутия), интенсивно начались разработки россыпных месторождений алмаза открытым способом.
Основная технологическая техника на этих разработках работает на двигателях внутреннего сгорания: бульдозеры, автотранспорт, погрузчики, насосные установки, ДЭС и.т.д.
Главной особенностью этих месторождений является то, что они расположены в труднодоступных и отдаленных, безлюдных местах, где отсутствуют какая либо инфраструктура. Доставка материально-технических ценностей, ГСМ возможна только в зимнее время по автозимникам, а в летнее время приходится нанимать вертолетный авиатранспорт.Поэтому вопрос повторного использования отходов производства является актуальной. Наиболее, из них разрешимым и важным, является возможность повторного использования моторных и дизельных масел.
Одной из проблем, резко снижаю-шей экономическую эффективность утилизации отработанных моторных масел, являются большие расходы, связанные с их сбором, хранением и транспортировкой к месту переработки.
Организация мини-комплексов по регенерации масел для удовлетворе-
ния потребностей небольших территорий (края, области или города с населением 1-1,5 млн. человек) позволит снизить транспортные расходы, а получение высококачественных конечных продуктов - моторных масел и консистентных смазок, приближает такие мини-комплексы по экономической эффективности к производствам этих продуктов из нефти.
На участке «Моргогор» ООО «Алмазы Анабара» основной проблемой являются большие капитальные затраты на моторные масла дизельных и бензиновых двигателей горно-добы-ваюшего оборудования (экскаваторы, самосвалы, буровые станки и др.). В таблице приведены затраты на моторные, гидравлические, трансмиссионные и индустриальные масел для данного участка на 2005 год.
Из перечисленных масел по таблице видно, что стоимость масел составляет свыше 15,6 млн. руб. каждый год, и это только третья часть всех используемых масел на участке «Моргогор». А также утилизации подлежит более 300 т. Отработанного масла, что создает уже и экологическую проблему.
Поэтому целесообразно применять регенерацию отработанных масел.
В процессе эксплуатации масел в них накапливаются продукты окисления, загрязнения и другие примеси,
Код Наименование, марка масла Ед. Цена (руб.) Количество Сумма
Б00000111 Масло моторное Superol CD SAE 10W30 (180л) л 56,14 63926,74 3588644,21
А00012978 Масло моторное ТНК Дизель SAE 15W40 л 41,25 101400 4182750,02
А00014303 Лукойл ВМГЗ-65С 1л, бочка БС-216,500 кг 31,71 31508 999012,41
А00012982 Масло ТНКТРАНС ОЙЛ 85W90 (200 л) л 38,28 2800 107183,99
А00014324 Масло RIMULA 15W40(CH-4)209л л 60,57 14630 887564,7
Б00002993 Масло TEBOIL HIDRAULIC OIL 15 л 54,50 5080 276946,73
Б00001892 Масло гидравлическое ВМГЗ 65 л 26,80 6990,686 187350,37
А00012981 Масло марки А (200 л) л 27,39 24400 668316,01
А00012034 Масло моторное URSA SUPER FE 10W30 (208л) л 75,80 12272 930158,94
А00012034 Масло моторное URSA SUPER TD 15W40 (208л) л 76,59 12180 932926,77
А00014328 Масло трансмиссионное DONAX 10W30 (209 л) л 65,46 22572 1477494,93
А00012750 Смазка Литол-24 (21 кг) кг 47,81 3171 151604,01
А00015414 ТОСОЛ-ТС FELIX-концентрат бочка БС-220 кг 51,61 12160 627559,11
А00012042 Масло трансмиссионное GEARDEX EPC 80W90 л 80,70 7488 604257,69
ВСЕГО: 734,61 320578,426 15621769,89
которые резко снижают качество масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, неспособны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть заменены свежими маслами. Отработанные масла собирают и подвергают регенерации с целью сохранения ценного сырья, что является экономически выгодным. За год на территории бывшего Советского Союза собирается около 1,7 млн. тонн масел, перерабатывается до 0,25 млн т, т.е. 15 %. Переработать отработанные моторные масла совместно с нефтью на НПЗ нельзя, т.к. присадки, содержащиеся в маслах, нарушают работу нефтеперерабаты-
ваюшего оборудования. В зависимости от процесса регенерации получают 2-3 фракции базовых масел, из которых компаундированием и введением присадок могут быть приготовлены товарные масла (моторные, трансмиссионные, гидравлические, СОЖ, пластичные смазки). Средний выход регенерированного масла из отработанного, содержашего около 2-4 % твердых загрязняюших примесей и воду, до 10 % топлива, составляет 70-85 % в зависимости от применяемого способа регенерации. Для восстановления отработанных масел применяются разнообразные технологические операции, основанные на
физических, физико-химических и химических процессах и заключаются в обработке масла с целью удаления из него продуктов старения и загрязнения.
Известен способ регенерации отработанных моторных смазочных масел включаюший ряд последовательных стадий: удаление механических примесей, удаление воды и легких углеводородов, обработку насышенны-ми углеводородными растворителями, с последуюшей вакуумной дистилляцией и каталитическим гидрированием. Известен способ регенерации отработанных масел, сушность которого заключается в нагреве, отгонке воды и легких углеводородных фракций, обработке полиметилсилоксановыми растворителями с последуюшей вакуумной разгонкой в тонкопленочном испарителе [патент Российской федерации №2061741 С 10 М 175/02, публ. 10.06.1996]. Недостатком процесса является высокая стоимость растворителя и сложность его удаления из смеси с маслом. Качество масла после стадии экстракции не позволяет использовать его для производства моторных масел и требует проведения дополнительной стадии вакуумной дистилляции.
В качестве технологических процессов обычно соблюдается следую-шая последовательность методов: механический, для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений; теплофизический (выпаривание, вакуумная перегонка); физико-химический (коагуляция, адсорбция). Если их недостаточно, используются химические способы регенерации масел, связанные с применением более сложного оборудования и большими затратами. Физические методы позволяют удалять из масел твердые частицы загрязнений, микрокапли воды и частично - смолистые и коксообраз-
ные вешества, а с помошью выпаривания - легкокипяшие примеси. Масла обрабатываются в силовом поле с использованием гравитационных, центробежных и реже электрических, магнитных и вибрационных сил, а также фильтрование, водная промывка, выпаривание и вакуумная дистилляция. К физическим методам очистки отработанных масел относятся также различные массо- и теплообменные процессы, которые применяются для удаления из масла продуктов окисления углеводородов, воды и легкокипяших фракций. Отстаивание является наиболее простым методом, он основан на процессе естественного осаждения механических частиц и воды под действием гравитационных сил. В зависимости от степени загрязнения топлива или масла и времени, отведенного на очистку, отстаивание применяется либо как самостоятельно, либо как предварительный метод, предшествуюший фильтрации или центробежной очистке. Основным недостатком этого метода является большая продолжительность процесса оседания частиц до полной очистки, удаление только наиболее крупных частиц размером 50-100 мкм.
Это процесс удаления частиц механических примесей и смолистых соединений путем пропускания масла через сетчатые или пористые перегородки фильтров. В качестве фильтрационных материалов используют металлические и пластмассовые сетки, войлок, ткани, бумагу, композиционные материалы и керамику. Во многих организациях эксплуатирую-ших СДМ реализован следуюший метод повышения качества очистки моторных масел, увеличивается количество фильтров грубой очистки и вводится в технологический процесс вторая ступень - тонкая очистка масла.
Центробежная очистка осушествляя-ется с помошью центрифуг и является наиболее эффективным и высокопроизводительным методом удаления механических примесей и воды. Этот метод основан на разделении различных фракций неоднородных смесей под действием центробежной силы. Применение центрифуг обеспечивает очистку масел от механических примесей до 0,005 % по массе, что соответствует 13 классу чистоты по ГОСТ 17216-71 и обезвоживание до 0,6 % по массе. Они нашли широкое применение, к ним относятся коагуляция, адсорб-ция и селективное растворение содержа-шихся в масле загрязнений, разновидностью адсорбционной очистки является ионно-обменная очистка.
Коагуляция, т. е укрупнение частиц загрязнений, находяшихся в масле в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, осушествляется с помошью специальных вешеств - коагулятов, к которым относятся электролиты неорганического и органического происхождения, поверхностно активные веше-ства (ПАВ), не обладаюшие электролитическими свойствами, коллоидные растворы ПАВ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.
Процесс коагуляции зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры, эффективности перемешивания и т.д. Продолжительность коагуляции загрязнений в отработанном масле составляет, как правило 2030 мин., после чего можно проводить очистку масла от укрупнившихся загрязнений с помошью отстаивания, центробежной очистки или фильтрования.
Адсорбционная очистка отработанных масел заключается в использовании способности вешеств, слу-жаших адсорбентами, удерживать за-грязняюшие масло продукты на на-
ружной поверхности гранул и на внутренней поверхности пронизы-ваюших гранулы капилляров. В качестве адсорбентов применяют вешест-ва природного происхождения (отбе-ливаюшие глины, бокситы, природные цеолиты) и полученные искусственным путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, синтетические цеолиты). Адсорбционная очистка может осушест-вляться контактным методом - масло перемешивается с измельченным адсорбентом, перколяционным методом, т.е. очишаемое масло пропускается через адсорбент, методом противотока т.е. масло и адсорбент движутся навстречу друг другу. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, за-грязняюшего окружаюшую среду.
При перколяционной очистке в качестве адсорбента чаше всего применяется силикагель, что делает этот медом дорогостояшим. Наиболее перспективным методом является ад-сорбентная очистка масла в движу-шемся слое адсорбента, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для периодической замены, регенерации или отфильтрования адсорбента, однако применение этого метода связано с использованием довольно сложного оборудования, что сдерживает его широкое распространение.
Ионно-обменная очистка основана на способности ионитов (ионно-обменных смол) задерживать загрязнения, диссоциируюшие в растворенном состоянии на ионы. Иониты представляют собой твердые гигроскопические гели, получаемые путем полимеризации и поликонденсации органических вешеств и не раство-ряюшиеся в воде и углеводородах.
Процесс очистки можно осушест-вить контактным методом при пере-
мешивании отработанного масла с зернами ионита размером 0,3-2,0 мм или преколяционным методом при пропускании масла через заполненную ионитом колонну. В результате ионообмена подвижные ионы в пространственной решетке ионита заменяются ионами загрязнений. Восстановление свойств ионитов осуществляется путем их промывки растворителем, сушки и активации 5%-ным раствором едкого натра. Ионнообменная очистка позволяет удалять из масла кислотные загрязнения, но не обеспечивает задержки смолистых веществ.
Селективная очистка отработанных масел основана на избирательном растворении отдельных веществ, загрязняющих масло: кислородных,
сернистых и азотных соединений, а также при необходимости полицик-лических углеводородов с короткими боковыми цепями, ухудшающих вязкостно-температурные свойства масел. В качестве селективных растворителей применяются фурфурол, фенол и его смесь с крезолом, нитробензол, различные спирты, ацетон, метил этиловый кетон и другие жидкости. Селективная очистка может проводиться в аппаратах типа "смеситель - отстойник" в сочетании с испарителями для отгона растворителя (ступенчатая экстракция) или в двух колоннах - экстракционной для удаления из масла загрязнений и ректификационной для отгона растворителя (непрерывная экстракция). Второй способ экономичнее и получил более широкое применение. Разновидностью селективной очистки является обработка отработанного масла пропаном, при которой углеводороды масла растворяются в пропане, а асфальтосмолистые вещества, находящиеся в масле в коллоидном состоянии, выпадают в осадок.
Эти методы очистки основаны на взаимодействии веществ, загрязняющих отработанные масла, и вводимых в эти масла реагентов. При этом в результате химических реакций образуются соединения, легко удаляемые из масла. К химическим методам очистки относятся кислотная и щелочная очистки, окисление кислородом, гидрогенизация, а также осушка и очистка от загрязнений с помощью окислов, карбидов и гидридов металлов. Наиболее часто используются: сернокислотная очистка. По числу установок и объему перерабатываемого сырья на первом месте в мире находятся процессы с применением серной кислоты. В результате сернокислотной очистки образуется большое количество кислого гудрона - трудно утилизируемого и экологически опасного отхода. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанных масел полициклических аренов и высокотоксичных соединений хлора.
Гидрогенизационные процессы все шире применяются при переработке отработанных масел. Это связано как с широкими возможностями получения высококачественных масел, увеличения их выхода, так и с большой экологической чистотой этого процесса по сравнению с сернокислотной и адсорбционной очистками.
Недостатки процесса гидроочистки - потребность в больших количествах водорода, а порог экономически целесообразной производительности (по зарубежным данным) составляет 30-50 тыс. т/год. Установка с использованием гидроочистки масел, как правило, блокируется с соответствующим нефтеперерабатывающим производством, имеющим излишек водорода и возможность его рециркуляции. Процессы с применением натрия и его соединений Для очистки отработанных масел от полициклических соеди-
нений (смолы), высокотоксичных соединений хлора, продуктов окисления и присадок применяются процессы с использованием металлического натрия. При этом образуются полимеры и соли натрия с высокой температурой кипения, что позволяет отогнать масло. Выход очишенного масла превышает 80 %. Процесс не требует давления и катализаторов, не связан с выделением хлоро- и сероводорода. Несколько таких установок работают во Франции и Германии. Среди промышленных процессов с использованием суспензии металлического натрия в нефтяном масле наиболее широко известен процесс НесусЬп (Швейцария). Процесс ЬиЬгех с использованием гидроксида и бикарбоната натрия (Швейцария) позволяет перерабатывать любые отработанные масла с выходом целевого продукта до 95 %. Для регенерации отработанных масел применяются разнообразные аппараты и установки, действие которых основано, как правило,
1. Военно-авиационный словарь, Москва, Воениздат;
2. Бутов Н, Ковальков С., С. Полуян, Т. Иштоян, Г. Комарова, инженеры ВНИП-ТИМЭСХ, г. Зерноград журнал "Сельский Механизатор" №5 2000г
3. Применение микрофильтрации для регенерации отработанных моторных масел
на использовании сочетания методов (физических, физико- химических и химических), что дает возможность регенерировать отработанные масла разных марок и с различной степенью снижения показателей качества. Необходимо отметить, что при регенерации масел возможно получать базовые масла, по качеству идентичные свежим, причем выход масла в зависимости от качества сырья составляет 80-90 %, таким образом, базовые масла можно регенерировать еще по крайней мере два раза., но это возможно реализовать при условии применения современных технологических процессов.
Существуют следующие установки регенерации отработанных масел:
• специальные центробежные сепараторы;
• маслоочистительные установки;
• очистительные фильтры;
• подогреватели масла.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гриценко В. О., Орлов Н.С. Крит. технол. Мембраны. 2002.
4. Мухортов И.В., Скиндер Н.И. Тех-
нология регенерации отработанных моторных масел // Теория и практика рационального использования горюче-смазочных материалов и рабочих жидкостей в технике: Тез. докл. VIII научно-практической конференции.-Челябинск, -1993. И
— Коротко об авторах
Викулов М.А. - доктор технических наук, профессор,
Божедонов А.И. - кандидат технических наук, доцент,
Довиденко Г.П. - кандидат технических наук, доцент,
Капитонов И.С. - ассистент,
Якутский государственный университет им. М.К. Амосова, г. Якутск.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 10 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.А. Ельчанинов.
