Очистка топлива и масел от вредных веществ

 

Очистка топлива и масел от вредных веществ

 

Автомобильные бензины должны быть очищены от смолистых вредных веществ сернистых соединений, а также должны быть подвергнуты стабилизации для повышения физической и химической стойкости. Это необходимо при хранении, транспортировке и применении топлива. Выбор того или иного метода очистки зависит от требований к эксплуатационным свойствам тех товарного топлива и масел, которые необходимо получить в результате очистки. Качество топлива и масел в значительной степени определяется способами и глубиной их очистки.

Основным фактором, способствующим снижению качества и пригодности к использованию по прямому назначению нефтепродуктов, являются загрязнения. Для правильного выбора способа фильтрации и очистки очень важно понимать, как произошло загрязнение и откуда примеси попали в топливо или масло.

Технологические загрязнения проникают в нефтепродукт уже на этапе его производства. Основная предпосылка для их появления – это наличие в исходном сырье компонентов, способных при определенных условиях (температуре, давлении и т.п.) вступать в реакцию с кислородом, образуя смолы и осадки.

Атмосферные загрязнения – это в основном пыль и влага. Они могут попадать в нефтепродукты как в процессе их производства, так и при транспортировке, хранении, перекачке или эксплуатации. Основная причина появления таких примесей кроется в негерметичности емкостей и отсутствии на дренажных и дыхательных устройствах воздухоочистителей.

Контактные загрязнения появляются в топливах и маслах при взаимодействии с конструкционными материалами технологического оборудования. Коварство таких загрязнений состоит в том, что они могут попадать в нефтепродукты практически на всех этапах их жизненного цикла: производстве, хранении, транспортировке и эксплуатации.

Остаточные загрязнения образуются в нефтепродуктах при их наливе в плохо очищенные резервуары, баки, цистерны и другие емкости, а также при перекачке через незачищенные трубопроводы.

Отдельную группу составляют микробиологические загрязнения, которые попадают в топливо из окружающей среды. Они наблюдаются в основном при хранении, транспортировке и использовании нефтепродуктов в районах с теплым и влажным климатом. Это объясняется очень просто. Микроорганизмы способны активно развиваться при температуре 30-40ºС и обводнении потенциальной среды обитания.

Судовое маловязкое топливо разработано специально для эксплуатации в средне- и высокооборотных дизельных двигателях судов. По сути, данный нефтепродукт занимает промежуточное положение между флотским мазутом, использующимся в старых моделях низкооборотных судовых дизелей, и товарным дизельным топливом.

Отметим, что судовое маловязкое топливо нежелательно использовать в автомобильных двигателях, поскольку подобное действие может привести к печальным последствиям:

• понижению цетанового числа, что вызвано резким возрастанием задержки воспламенения топлива. Имеет место износ деталей поршневой группы двигателя и уменьшение срока его службы;
• повышению содержания серы. Чем больше данного химического элемента в топливе, тем интенсивнее коррозионный износ деталей двигателя и тем больше образуется нагара.

На судах для хранения топливно-смазочных материалов предусмотрены специальные цистерны, расположенные в междудонном пространстве или в бортовых отсеках. Объем хранилищных емкостей выбирается исходя из возможного расширения нефтепродуктов.

Во время хранения судовые топлива могут загрязняться механическими примесями, обводняться и окисляться из-за контакта с кислородом воздуха. В результате теряются эксплуатационные свойства, а сам нефтепродукт не может быть использован по прямому назначению. С целью экономии финансовых средств целесообразно проводить очистку и осветление судовых маловязких топлив.

 

Технология производства дизельного топлива

Производство дизельного топлива – процесс достаточно сложный. Получение качественного продукта обычно возможно только на территории больших нефтеперерабатывающих заводов. В общем случае для производства дизельного топлива необходимо реализовать три этапа: первичную переработку, вторичную переработку и смешивание необходимых компонентов.

Первый этап – это обезвоживание нефти с последующим удалением из нее механических примесей. Далее очищенная нефть перегоняется в специальных ректификационных колоннах, разделяясь на отдельные фракции: бензин, дизель, мазут и керосин. Дизельная фракция после отделения поступает на вторичную переработку. Она необходима для изменения химического состава фракции и содержания углеводородов. Решить данную задачу можно с помощью процесса термического или каталитического крекинга. В первом случае необходимого результата добиваются за счет воздействия на фракционную смесь высоких температур. Во втором протекание химических реакций обеспечивается наличием катализатора. По завершению процессов крекинга дизель необходимо очистить от серы, что позволяет обеспечить соответствие топлива существующим экологическим требованиям.

На завершающем этапе производства полученные топливные фракции смешиваются со специальными присадками. Они необходимы для повышения качества дизельного топлива и улучшения его потребительских свойств. В частности, речь идет о повышении цетанового числа, улучшении смазывающей способности, снижению коррозии и др. С целью предотвращения загустевания топлива, а также образования и выпадения парафина в холодную пору года необходимо применить так называемые антигелевые присадки.

Товарное дизельное топливо поступает на реализацию. Основные потребители такого продукта – сельские кооперативы, морские речные порты, энергогенерирующие объекты, строительные организации с парком спецтехники, котельные и др. С целью защиты от колебаний рынка нефтепродуктов они могут закупать крупные партии дизельного топлива и хранить их до момента использования. Но во время хранения топливо может загрязняться механическими примесями, окисляться кислородом воздуха, обводняться и подвергаться воздействию микроорганизмов. Все эти факторы приводят к снижению качества горючего.

Для исправления ситуации могут использоваться фильтра очистки дизельного топлива, сепараторы и другие методы (отстаивание, адсорбционная очистка, сернокислотная очистка и др.). Каждый из перечисленных способов имеет как свои преимущества, так и недостатки, поэтому на практике используется комбинация различных подходов, Они должны, во-первых, компенсировать недостатки друг друга, а, во-вторых, усиливать преимущества.

 

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Дизельное топливо(солярка) представляет собой нефтепродукт, являющийся результатом перегонки нефти. Смешивание гидроочищенных и прямогонных фракций в определенных пропорциях (компаундирвание) определяет конкретную марку солярки. Обычно смесь делается из прямогонного дизельного топлива прямой и первичной перегонки и легкого газойля, получаемого путем каталитического крекинга. В соответствии с ГОСТ, при перегонке нефти могут получаться три марки дизельного топлива:

• Л(летнее дизельное топливо) – для температуры выше 0 °С;
• З(зимнее дизельное топливо) для температуры до -20-30 °С;
• А(арктическое) для самых низких температур, до -50 °С.

Каждый вид солярки предполагает нормированное содержание серы и серных соединений, а также определенную температуру замерзания.

Помимо этого, существует множество различных параметров и характеристик дизельного топлива: фракционный состав, кинематическая вязкость, температура перегонки, цетановое число, густота при 20°С, йодистое число, коэффициент фильтрации, содержание воды, массовая часть серы и серных соединений, концентрация смол, содержание механических примесей, предельная температура фильтрации, температура замерзания, химическая стабильность, кислотность, температура вспышки, коксуемость, зольность и другие. Рассмотрим более подробно самые основные характеристики дизельного топлива.

• Цетановое число (детонационная стойкость) характеризует работу двигателя с точки зрения воспламенения дизельного топлива и его сгорания. От цетанового числа, в свою очередь, зависит мощность, дымность и шумность двигателя. Эталоном определения детонационной стойкости или цетанового числа является цетан или н-гексадекан. Значение цетанового числа для цетана при этом устанавливается на уровне 100, а аналогичный показатель альфаметилнафталина – на уровне 0. Для солярки обычный диапазон значений цетанового числа колеблется от 40 до 50. Фактически, эта цифра означает срок задержки возгорания (отрезок времени от подачи топлива в цилиндр до его воспламенения). Более высокое цетановое число означает меньший период воспламенения, и, соответственно, лучшее горение топлива. Более высокое цетановое число повышает экологичность выхлопа. Однако если этот показатель превышает 60, то не происходит прирост мощности двигателя. В свою очередь, солярку с низким цетановым числом производить проще, поэтому на практике изготавливают дизельное топливо с цетановым числом не менее 40-45. Оно определяется аналогично октановому числу бензина, то есть, используя моторный или же исследовательский метод. Корректировать цетановое число можно с помощью специальных технологий.
• Плотность и вязкость дизельного топлива определяют процесс испарения и образования смесей в двигателе.
• Низкотемпературные характеристики дизельного топлива (предельная температура фильтрации, температура застывания, температура помутнения) также являются важными параметрами. Что касается температуры застывания, то она составляет порядка -10 °С для летних марок и не выше -35 °С для зимних марок, в соответствии с ГОСТом. Температура помутнения составляет обычно около -5 °С.
• Химическая стабильность дизельного топлива – это его способность к сопротивлению окислению в процессе хранения. Окисление приводит к образованию осадка на дне бака с топливом, во избежание чего добавляются специальные присадки.

Тем не менее, качество топлива определяется не только вышеприведенными показателями. Попадание в топливо, а соответственно, в двигатель, воды, различных механических и прочих примесей приводит к негативному эффекту. Самой простой способ борьбы с этой проблемой – заправляться только на надежных автозаправочных станциях, успевших хорошо себя зарекомендовать. Такие АЗС заинтересованы в приобретении только качественной продукции, чтобы гарантировать неизменно высокое качество конечному потребителю.

Способы очистки дизельного топлива:

Для улучшения характеристик дизельного топлива применяются следующие способы:

• Способ фильтрации;
• Способ сепарации.

Приобретение солярки в сомнительных местах, на собственный страх и риск, к сожалению, редко является лучшим вариантом, и отстаивание с фильтрацией в этом случае не поможет, поскольку оно требует определенное время, оборудование и опыт.

Фильтрация топлива очень важна. Каждый раз, когда происходит заправка топливом, в горловину топливного бака может попасть пыль, которая способна нанести значительный ущерб трущимся поверхностям двигателя и всей системе питания. Пыль через форсунки может проникнуть в цилиндры двигателя, засорять каналы распылителя форсунки. Это может привести к тому, что мощность двигателя упадет из-за нехватки топлива в камере сгорания двигателя. Строение фильтра несложное. Состоит он из корпуса, в котором находиться фильтрующий элемент, обычно это бумага, целлюлоза или волокна синтетические. Назначение и возможности фильтров различные. При выборе фильтра главное выбрать нужный фильтр для фильтрации, в ином случае от фильтра пользы не будет. Более универсальные фильтры способны задерживать не только твердые частицы, но и воду, которая содержится в топливе. При использовании таких фильтров очень важно следить за его состоянием. Наполненный водой, он не будет пропускать топливо. В этом случае неочищенное дизельное топливо пойдет в обход фильтра, что приведет к неправильной работе двигателя и его возможной поломке. Выбор фильтра очень важный и сложный процесс. Самый простой совет: покупать фильтры только известных производителей. Бывает, вам предлагают новый продукт. В этом случае следует попросить справочные документы и внимательно ознакомиться с ними. Встречаются фильтры, характеристики которых просто слишком великолепны. Задумайтесь, а на самом деле это так? К тому же, на рынках достаточно много подделок известных марок. Будьте внимательны при покупке фильтра.

Сепарация это та же фильтрация, но более надежная. В случаях, когда дизельное топливо имеет повышенную загрязненность, обычные фильтры не могут очистить его полностью. В этом случае на помощь приходят сепараторы, которые способны очистить топливо от вредных веществ, независимо от количества их содержания в топливе. Как и фильтры, сепараторы так же могут удалять из топлива не только твердые частицы, но и воду. В отличие от фильтров, сепараторы более сложная вещь. По принципу действия сепараторы бывают двух видов: механические и химические. Сепараторы отделяют воду и вредные вещества от топлива и откладывают их на дне очистителя. Часто в сепараторах используется специальная бумага Aquacon, которая способна задерживать водную эмульсию очень больших объемов. Если отработанный фильтр просто меняется на новый, то сепаратор будет служить дольше, если за ним ухаживать. Обычно, достаточно промывать сепаратор и очищать дно, на котором откладывались вредные вещества. Эти простые периодические действия способны вернуть их нормальную работоспособность.

   Срок годности дизельного топлива

Предприятия, на которых хранятся большие партии дизельного топлива, всегда интересует вопрос относительно срока его годности. То есть, через какой максимальный промежуток времени можно извлечь нефтепродукт из хранилищной емкости и использовать по прямому назначению без потери необходимых эксплуатационных свойств.

Начать, наверное, стоит из того, что для поддержания качества нефтепродуктов необходимо полностью выполнять все условия их хранения: не допускать прямого попадания солнечных лучей, следить за герметичностью емкости, поддерживать относительно низкую температуру и т.д.

Дизельное топливо не должно контактировать с кислородом воздуха, так как в этом случае оно окисляется и теряет эксплуатационные свойства. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы хранилищная емкость была плотно закрыта. Даже одна случайно появившаяся небольшая трещина или не до конца закрученная пробка может привести к порче большой партии нефтепродукта.

Кроме кислорода на свойства дизельного топлива негативно влияет и вода, которая попадает в нефтепродукт в результате конденсации при охлаждении воздуха, попавшего внутрь хранилищной емкости. В этом отношении более предпочтительным является использование пластиковых емкостей, процессы дистилляции в которых протекают быстрее, чем в металлических. Не стоит также забывать, что в случае длительного хранения вода является отличной средой для жизнедеятельности различных водорослей и грибов.

Также на качество дизельного топлива негативно влияют следующие факторы:

• реакция с медью или цинком, которая обычно является началом распада горючего на нестабильные фракции;
• высокие температуры, ускоряющие существующие процессы распада;
• загрязнение хранилищных резервуаров (рекомендуется проводить профилактическую очистку емкостей не реже одного раза в год).

При соблюдении всех правил хранения и сведении к минимуму влияния негативных факторов дизельное топливо может храниться не менее одного года. Вместе с тем, оборудование для очистки дизельного топлива позволяет восстанавливать параметры данного нефтепродукта.

 

Удаление сероводорода из дизельного топлива

 

Органические соединения серы – неотъемлемый компоненты сырых нефтей. Они не исчезают в процессе переработки даже в случае термических воздействий и способны оставаться в нефтепродуктах в различных концентрациях.

Сера может присутствовать в топливе в виде следующих соединений: сероводород, элементарная сера, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофен, тиофан и др. Наличие подобных химических элементов крайне нежелательно. Это связано с очень неприятным запахом, который они придают товарным нефтепродуктам. Кроме того, сернистые соединения способствуют коррозии оборудования, а при сгорании топлива загрязняют атмосферу. Во всех развитых странах выброс серы в окружающую среду является объектом строжайшего контроля со стороны соответствующих экологических служб.

НОРМЫ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕЙ СЕРЫ В ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТЕРРИТОРИИ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА, МГ/КГ

 

Евро-2 (2000-2001)	Евро-3 (2002-2005)	Евро-4 (2005-2011)
350	50	10

 

Содержание серы в процессе переработки нефти в основном регулируется с помощью процесса гидроочистки. Но чем выше стандарты к производимому продукту в части содержания сернистых соединений, тем больше потребность в современных катализаторах гидроочистки. Соответственно, возрастают и финансовые затраты на производство малосернистых нефтепродуктов.

Одним из перспективных способов очистки специалисты называют окислительное обессеривание. Потенциально такой подход способен дать большую экономию, что достигается за счет замены водорода на более дешевые окислители, к которым можно отнести пероксид водорода, кислород воздуха, различные органические перекиси и др. Как правило, для технической реализации окислительного обессеривания не нужно создавать особые условия. Оно может протекать при комнатной температуре и атмосферном давлении, что также снижает общую стоимость процесса.

Но что делать, когда к потребителю поступает большая партия дизельного топлива, например, с повышенным содержанием сероводорода? Очевидно, что единственный выход из сложившейся ситуации – это очистка нефтепродукта от вредных примесей перед эксплуатацией

 

Как очистить дизельное топливо: фильтрация, сепарация, и очистка сорбентами

 

Дизельное топливо является достаточно распространенным нефтепродуктом, поэтому к вопросам его эксплуатации приковано пристальное внимание. В соответствии с нормативно-техническими требованиями эксплуатационные дизельные топлива не должны содержать механических примесей размером более 5 мкм и воды.

Твердые загрязнения могут попадать в горючее в процессе его транспортировки и хранения. Обводнение топлива происходит чаще всего из-за его контакта с увлажненным воздухом или перепада температур, за которым следует конденсация влаги.

Эксплуатация загрязненного топлива может привести к ускоренному износу прецизионных пар топливного насоса высокого давления и силовых отверстий форсунок. В результате имеет место неравномерная подача топлива, ухудшается процесс его сгорания и увеличивается расход. Пуск двигателя стает утрудненным, а его мощность падает. Наличие воды ухудшает смазочные свойства дизельного топлива. Кроме того, возрастает скорость коррозионных процессов, нарушается горение, ухудшается прокачиваемость и фильтруемость.

Для решения задачи очистки дизельных топлив используются специальные фильтры-сетки. Их основная задача – задержка твердых примесей размером свыше 80 мкм. Если частица меньше, то она без проблем проходит дальше. С такими примесями призваны справиться топливные фильтры. Данные устройства состоят из корпуса и фильтрующего элемента. Процессы фильтрации позволяют бороться с наличием в нефтепродуктах не только механических примесей, но и воды.

Основное предназначение фильтра – это очистка дизельного топлива от вредных примесей, которые могут проникать в нефтепродукты (пыль, вода, твердые частицы конструкционных материалов). В нынешнее время наличие топливного фильтра в автомобильном транспорте является не роскошью, а, скорее, необходимой мерой по продлению срока службы двигателя и топливной системы. Какие же бывают фильтры для очистки дизельного топлива? Именно об этом мы и поговорим ниже.

Существующая тонкость фильтрации позволяет выделить фильтры грубой и тонкой очистки. Устройства первого типа необходимы для выполнения предварительной обработки топлива, а второго – окончательной. Если автомобиль оборудован дизельным двигателем, то вдобавок к фильтрам может устанавливаться сепаратор, который позволяет отделять воду и удалять механические примеси. Фильтры тонкой очистки могут выступать как в качестве элементов топливного насоса, так и устанавливаться непосредственно в топливную магистраль.

Для очистки дизельного топлива необходимо использовать только качественные фильтры. Продукция низкого качества имеет следующие недостатки:

• грубость фильтрующего материала способствует попаданию в топливо мелких примесей;
• низкая поглощающая способность;
• более быстрая забиваемость и, как следствие, частая замена;
• возможность повреждения фильтрующего материала, вследствие чего в систему впрыска попадает неочищенное топливо.

Качественная очистка дизельного топлива позволяет обеспечить оптимальную мощность двигателя и защитить топливную систему от возможных повреждений и возникновения коррозии.

Выше уже отмечалось, что наличие воды в дизельном топливе крайне нежелательно. При ее попадании в систему впрыска нарушается процесс горения смеси и имеют место повреждения инжекторной системы. Поэтому сепараторы тоже должны выбираться только высокого качества.

Одно из важнейших требований к фильтру для дизельного топлива – сохранение работоспособности при низких температурах. Это связано с тем, что похолодание приводит к кристаллизации парафинов в топливе. Пребывая в таком состоянии, такое вещество способно очень быстро забивать фильтрующие устройства. Обычно данная проблема решается за счет установки в фильтр специального устройства, которое контролирует текущую температуру топлива и обеспечивает оптимальное соотношение в смеси топлива из бака и подогретого топлива.

Если такое устройство отсутствует, то кристаллы парафина забьют фильтр. В результате топливо перестанет поступать в систему впрыска, двигатель потеряет мощность и заглохнет.

Очистка щелочью применяется для удаления из нефтяных дистиллятов кислородных соединений (нефтяных кислот, фенолов), некоторых серных соединений (сероводорода, меркаптанов, элементарной серы), а также для нейтрализации серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с углеводородами. После обработки щелочью образуются растворимые в воде вещества, которые удаляются из нефтепродукта вместе с водным раствором. Обработку водными растворами щелочи используют при производстве автомобильных бензинов, дизельных топлив и некоторых видов масел. Очистка серной кислотой применяется для удаления непредельных углеводородов, смолистых, азотистых и сернистых соединений. Сернокислотную очистку применяют только при производстве масел. Топливные дистилляты очистке серной кислотой не подвергаются.

Щелочная очистка может быть завершающим этапом сернокислотной очистки, первоначальным этапом щелочно-земельной очистки, а также самостоятельным процессом при регенерации отработанных трансформаторных масел. При этом в процессе очистки кислые продукты старения, содержащиеся в отработанном масле, превращаются в легко растворимые в воде натриевые соли (мыла) и при промывке водой переходят в водную фазу.

В качестве щелочных реагентов при регенерации масел обычно применяют водные растворы тринатрийфосфата Na3PO4 и кальцинированной соды Na2C03. В водном растворе Na3PO4 и Ка2С03 разлагаются:

 Выделяющаяся щелочь NaOH реагирует с кислыми продуктами старения масла с образованием водорастворимых натриевых солей и слабых кислот — фосфорной Н3Р04 и угольной Н2С03.

При обработке кислого масла, предварительно очищенного серной кислотой, оставшиеся в масле кислые соединения нейтрализуются с образованием сульфонафтеповых кислот, кислых и средних эфиров серной кислоты. Щелочь взаимодействует также с нафтеновыми кислотами, фенолами, дикарбоновыми и оксикарбоновыми кислотами, содержащимися в отработанном масле. В тех случаях, когда щелочная обработка масла не связана с сернокислотной очисткой (в основном при регенерации трансформаторных масел), щелочь взаимодействует лишь с органическими кислотами.

Образующиеся натриевые соли (мыла), переходящие в водно-щелочной раствор, хорошо растворяются в воде, особенно в горячей.

Отстой масла после щелочной очистки обязателен. При этом спускают щелочные отбросы, а оставшиеся в масле непрореагировавшую щелочь и мыла, находящиеся в основном во взвешенном состоянии, удаляют путем промывки щелочного масла горячей водой, не содержащей солей. Тесный контакт между щелочью и маслом обеспечивается перемешиванием, как правило воздушным или механическим.

Иногда при промывке щелочного масла водой могут образоваться эмульсии, особенно в тех случаях, когда отработанное масло содержит значительное количество смол и асфальтенов. Чтобы избежать появления эмульсии, а также для сокращения расхода воды первую промывку целесообразно проводить подкисленной водой (HCI, Н 2S04) а затем обычной. Промывка масла водой не исключает применения отбеливающей глины как заключительной стадии щелочной очистки; это необходимо для улучшения диэлектрических свойств, например тангенса угла диэлектрических потерь.

Щелочную очистку проводят обычно 5%-ным водным раствором Na3PO4 или Na2C03 из расчета 10—20 вес. % на обрабатываемое масло и при температуре 70—80° С. Водные растворы щелочных реагентов могут также применяться для регенерации кислых масел (кислотное число отработанного масла 0,2 кг КОН/г). В этом случае в технологической схеме должно быть предусмотрено следующее оборудование: мешалка с нагревательным и перемешивающим устройствами, устройства для обезвоживания (сепараторы, испарители с вакуумным отсосом водяных паров или адсорберы с молекулярными ситами), емкость для контактной доочистки масла отбеливающей глиной и фильтр (фильтрпресс).

Регенерация кислого масла водным раствором щелочного реагента осуществляется по следующей технологии. В нагретое до 80° С отработанное трансформаторное масло (предварительно отстоянное) при непрерывном перемешивании вводят 5%-ный водный раствор NaaPO4 (или Na2C03) из расчета 5—10 вес. % на масло. Продолжительность нейтрализации 30 мин. Затем обработанное масло отстаивают в той же емкости, где проводилась обработка щелочью, или в специальном отстойнике. Масло отстаивается при подогреве. Отделение воды и щелочного отстоя при правильно проведенной нейтрализации почти полное.

Затем масло промывают горячей водой (70—80° С) в мешалке или отстойнике, снабженном воздушным перемешиванием. Желательно промывать масло водой, разбрызгиваемой в виде душа, чтобы увеличить поверхность контакта. Расход воды на промывку составляет 15—20% на сырье; кратность промывки 2—3 раза. Оставшиеся следы воды удаляют из масла иа имеющемся обезвоживающем оборудовании, например, пропускают масло через сепаратор, фильтрпресс (заряженный в два слоя: сульфатноцеллюлозным картоном по ГОСТ 12290 — 66 и фильтровальным техническим картоном по ГОСТ 6722—65 —на выходе чистого масла), адсорбер с молекулярными ситами или испарительную систему регенерационных установок типа РМ-50 и РМ-100 (см. ниже). Обезвоженное масло при температуре 60° С подвергают контактной обработке отбеливающей глиной. Оптимальной концентрацией Na3PO4 при расходе водного раствора 5 вес. % на сырье является 5% (табл. 1). При более концентрированном растворе Na3PO4 (или Na2С03) может образоваться стойкая эмульсия; при очень слабом растворе возможен гидролиз образовавшихся мыл с растворением в масле выделяющихся органических кислот.

Таблица 1. Влияние концентрации Na3PO4 и расхода реагентов на снижение кислотного числа * отработанного трансформаторного масла

 

 

Расход реагентов, %		Кислотное число масла при (мг КОН/з) разной концентрации
КааР04	Сорбент марки Б**	5%	20%
5		0,018	0,016
5	5	0,008	0,008
10	—	0,008	0,010
10	5	0,005	0,008
15		—	10,008
45	5	—	0,005

* Кислотное число отработанного масла 0,11 мг КОН/з. **Сорбент марки Б

При щелочной очистке кислотное число снижается до нормы ГОСТ па свежее масло; другие физико-химические показатели качества масла изменяются незначительно. При дополнительной обработке масла отбеливающей глиной значительно снижается содержание силикагелевых смол, улучшаются цвети другие показатели. В табл. 14 приведено качество трансформаторного масла (исходное кислотное число до 0,2 мг КОН/г), восстановленного 5%-ными растворами Na3PO4 и Na2C03.

Общая стабильность регенерированных масел соответствует нормам ГОСТ па свежее малосернистое масло без присадки . Тангенс угла диэлектрических потерь регенерированных масел, восстановленных только растворами щелочных реагентов, получается завышенным (4,7—7,1% при 70° С); но при дополнительной обработке масла отбеливающей глиной (до 5%) он снижается до нормы ГОСТ. С помощью растворов Na3PO4 и Na2C03 можно восстанавливать масла даже высокой степени отработанности, например с кислотным числом 0,60 мг КОН/г .

Следует отметить, что применение водных растворов щелочных реагентов для регенерации трансформаторных масел, особенно с высокими кислотными числами, предпочтительнее сернокислотной очистки. При щелочной обработке в комплексе с контактной очисткой, получаются более стабильные регенерированные масла при исходном кислотном числе отработанного масла до 0,2 мг КОН/г, так как при этом из масел полностью не выводится присадка, оставшаяся в отработанном масле.

 Результаты регенерации масла водными растворами щелочных реагентов концентрацией 5%

 * Здесь и в других таблицах Са, Сн и Сп—содержание ароматических углеводородов, парафинов и нафтенов.

 

Результаты регенерации кислого трансформаторного масла водными растворами щелочных реагентов концентрацией 5%

 

* Водорастворимые кислоты и щелочи в регенерированных маслах отсутствуют. Натровая проба 4 балла

Щелочная очистка экономична, так как применяемые реагенты (Na3PO4 или Na2C03, отбеливающая глина и вода) дешевы и доступны. Этот метод наиболее широко распространен (после адсорбционного) для восстановления трансформаторных масел, особенно кислых. Щелочная очистка имеет и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе способа регенерации, проектировании и строительстве регенерационных станций: необходимость промывки масла водой, очистки и нейтрализации отстоявшихся промывных вод, сушки масла, а также доочистки его отбеливающей глиной. В случае исключения контактной обработки масла адсорбентом из процесса регенерации невозможно гарантировать получение масла с надлежащими показателями по натровой пробе, общей стабильности и tg δ, а также по цвету — масло получается темное из-за присутствия смолистых соединений.

Целесообразно сушку масла после щелочной очистки проводить адсорбционным методом с применением молекулярных сит или на установках, снабженных вакуумной системой. Обезвоживание при этом достигается за один рабочий цикл. Применение молекулярных сит экономически целесообразно вследствие незначительности дополнительных затрат на их регенерацию.

Во Всесоюзном тресте ОРГРЭС в последние годы была проделана большая работа по внедрению регенерации отработанных трансформаторных масел тринатрийфосфатом. Регенерацию проводят, как правило, без контактной доочистки 5%-ным раствором Na3PO4 -с 2—3-кратной промывкой горячей водой и последующим обезвоживанием масла при 50° С на центрифуге. Рабочий процесс контролируют по кислотному числу и реакции водной вытяжки масла. Прозрачность водной вытяжки характеризует отмывку щелочного масла водой от растворимых в нем мыл и других продуктов. От степени промывки зависит качество получаемого масла (tg б, общая стабильность и т. п.), что особенно важно при исключении из технологического процесса стадии контактной доочистки адсорбентом по рекомендации ОРГРЭС. Контроль качества промывки масла по прозрачности водной вытяжки должен быть введен в технологические инструкции. В табл. 16 приведено качество трансформаторного масла, регенерированного по схеме ОРГРЭС.

 

Качество трансформаторного масла, регенерированного водным раствором Na3PO4 по схеме ОРГРЭС

 

Ниже приведена технологическая схема регенерации масла Na3PO4, применяемая на регенерационной станции в г. Иваново, а на рис. 18 — схема установки, работающей в г. Курске. Технологический процесс регенерации на установке в г. Курске состоит из следующих операций. В бачке 1 готовят 5%-ный раствор Na3PO4, после чего его перепускают в бак-реактор 4 в количестве 20% от  объема регенерируемого масла. В бак 4 закачивают отработанное масло, перемешивают смесь острым паром и подогревают до 90— 95° С. Для подвода пара по днищу бака-реактора 4 проложена труба, в которой просверлены отверстия диаметром 3 мм и под углом 45° к днищу. В днище вмонтированы два штуцера с вентилями для спуска, отстоя и подачи регенерируемого масла в центрифугу.

Продолжительность перемешивания масла со щелочным раствором 20—30 мин при 90—95° С. После этого подачу пара прекращают и масло отстаивается. Отстоенное масло промывают водой (конденсатом) — 20% от объема масла. Затем масло обезвоживается на центрифуге за 5 ч  при этом обеспечивается практически полное удаление воды. Заключительная операция — фильтрование масла.

Принципиальная технологическая схема регенерации масла раствором Na3PO4 в городской кабельной сети г. Иваново: 1 — бак-смеситель; 2 — центрифуга

Технологическая схема маслорегенерационной установки с применением раствора Na3PO4 (Курская ЦЭС): 1 — бак для приготовления раствора Ка2РО4; г — емкость для отработанного масла; з — насос; 4 — бак-реактор; 5 — сборный бак; 6 — центрифуга

При регенерации отработанного масла с кислотным числом 0,27—0,28 мг КОН/г раствором Na3PO4 получают масло с кислотным числом 0,04—0,06 мг КОН/г (при нейтральной реакции водной вытяжки) и электрической прочностью до 42 кв)см. Отработанные масла с кислотным числом выше 0,5 мг КОН/г подвергаются, как правило, щелочной очистке Na3PO4 последовательно в два приема.

В настоящее время накоплен большой положительный опыт эксплуатации масел, регенерированных с применением Na3PO4 (без присадок и с антиокислительными присадками).

На рис. 19 приведены данные, характеризующие поведение этих масел в трансформаторах мощностью 100 и 180 кВА. Из рисунка видно, что срок службы регенерированного масла (без присадок и термосифонных фильтров) примерно такой же, как и свежего. При введении в регенерированное масло антиокислительной присадки срок службы его увеличивается. Это справедливо и для свежего масла. Наиболее длительный срок службы масла, регенерированного Na3PO4, достигается при совместном применении присадок и адсорбентов (подключении к трансформатору термосифонного фильтра). Вариант применения масла, регенерированного Na3PO4 с добавкой 0,2% ионола, в трансформаторах с термосифонным фильтром рекомендуется для практического применения как наиболее эффективный и обеспечивающий нормализацию работы масел.

Результаты эксплуатации регенерированного и свежего масел: а — без присадок в трансформаторах мощностью 100 и 180 пеа (без термосифонных фильтров): 1,г- свежее масло, залитое в трансформаторы мощностью 100 кеа; 3 — 6 — регенерированное масло, залитое в трансформаторы мощностью 100 ша, 7 — смесь масел регенерированного (75%) и свежего (25%), залитых в трансформатор мощностью 180 кВА; б —  без присадок и с присадками в трансформаторах мощностью 100 пеа (без термосифонных фильтров:) 1 — свежее масло; 2— регенерированное масло; 3, 4, 5 — регенерированное масло с присадкой ионол (0,3%); б, 7 — свежее масло с присадкой пирамидон (0 03%)• еА~~ без присадок в трансформаторах мощностью 100 кеа при обработке адсорбентом в термосифонных фильтрах: 1,2, 3,4, 5 — регенерированное масло; 6,7 — смесь масел регенерированного (75%) и свежего (25%).

УСТАНОВКИ ДЛЯ ЩЕЛОЧНОЙ ОЧИСТКИ РЕГЕНЕРАЦИИ БОЛЬШИНСТВА ОТРАБОТАННЫХ МАСЕЛ

 

 

Московский машиностроительный завод «Реготмас» выпускает установки РМ-50-65 и РМ-100 универсального типа, предназначенные как для адсорбционной, так и для щелочной регенерации большинства отработанных масел, в том числе и трансформаторных. Рассмотрим установку РМ-50-65 как наиболее современную и отвечающую всем требованиям, предъявляемым промышленностью к маслорегенерационному оборудованию, а также установку, внедренную на ремонтнотрансформаторном заводе Ленэнерго.

 

 

УСТАНОВКА РМ-50-65

 

В состав установки РМ-50-65 (рис. 1) входят следующие основные узлы: реактор, мешалка, электропечь, испаритель, фильтрпрессы (2 шт.), холодильники, сборник отгона, вакуум-насос, скальчатый и шестеренчатый насосы, бачок для раствора щелочного реагента и промежуточный бак для регенерированного масла. Узлы установки смонтированы на четырех металлических рамах.

 

 

 

Рис. 1. Технологическая схема маслорегенерационной установки РМ-50-65: 1 — реактор; г — мешалка; з — бачок для раствора щелочного реагента; 4, 18 — шестеренчатые насосы РЗ-4,5; 5 — водяной бачок; 6 — бункер для отбеливающей глины; 7 — перемешивающее устройство с электродвигателем; 8 — циклонный испаритель; 9 — фильтрпрессы, 10 — бак чистого масла; 11, 12 — холодильники; 13 — электронагревательная печь; 14 — аварийный бачок; 15 — сборник воды («отгона»); 16 — скальчатый насос; 17 — вакуум-насос

 

Линни: I — масло; II — вода; III — пар; IV — воздух; у — пары воды.

 

На двух из них расположены фильтрпрессы, на третьей — реактор и бачок для раствора щелочного реагента. Остальное технологическое оборудование в основном размещено на четвертой раме. Бак для регенерированного масла, шестеренчатые насосы РЗ-4,5 и электрораспределительный щит, не установленные на рамах, монтируют по месту при монтаже установки.

 

Регенерация отработанных трансформаторных масел на установке РМ-50-65 может проводиться по двум технологическим схемам в зависимости от степени окисленности масла. По первой схеме при кислотных числах отработанного масла до 0,2 мг KOIi/г регенерация осуществляется адсорбционным методом. По второй схеме для масел с кислотными числами 0,2 мг КОН/г и более предусматривается, кроме того, щелочная очистка.

 

При работе по первой схеме из реактора (или непосредственно из отстойника) отстоенное масло шестеренчатым насосом подается в мешалку, где нагревается до 50—60° С паром, проходящим по змеевику. Масло в мешалке можно также нагревать путем прокачки его через электропечь но линии: мешалка — скальчатый насос — электропечь — испаритель — скальчатый насос — мешалка. В нагретое масло из бункера засыпается отбеливающая глина (в количестве» обеспечивающем снижение кислотного числа до 0,02 мг КОН/г) и одновременно включается перемешивающее устройство мешалки. Продолжительность контактирования масла с адсорбентом 24—30 мин. Затем смесь масла с адсорбентом при ненрскращающемся перемешивании забирается скальчатым насосом и подается в электропечь, где нагревается до 70—80° С. Из электропечи смесь поступает в циклонный испаритель, работающий под остаточным давлением 610— 560 мм рт. ст. В испарителе от масла отделяются пары воды, которые отсасываются вакуум-насосом ВН-461 через холодильник в сборник отгона. Смесь масла с отбеливающей глиной забирается скальчатым насосом из нижней части испарителя и подается на фильтрование.

 

При работе установки по второй схеме кислые отработанные трансформаторные масла обрабатываются в реакторе при 70 — 75° С водным раствором щелочного реагента концентрацией 10%. Расход реагента 5—10 вес. % на масло. В качестве реагента чаще применяют тринатрийфосфат, реже — кальцинированную соду. Масло с водным раствором щелочного реагента перемешивается воздухом; продолжительность контактирования 25—30 мин. После спуска щелочного отброса масло при 70—80° С промывают горячей водой (промывка 2—3-кратная), затем обрабатывают отбеливающей глиной (3—5%) и регенерация протекает по обычной технологической схеме.

 

 

УСТАНОВКА ЛЕНЭНЕРГО

 

На рис. 2 приведена технологическая схема установки Ленэнерго, работающей по схеме «щелочь — глина». Предварительно отстоенное трансформаторное масло подается через подогреватель в смеситель, в который одновременно вводится раствор щелочи. Из смесителя смесь масла со щелочью поступает в отстойники, откуда направляется в контактную мешалку для обработки отбеливающей глиной. Глину, предварительно подсушенную в специальной сушилке с паровым обогревом, пересыпают в бункер, из которого ковшевым элеватором подают на мельницу. Измельченная глина по транспортеру поступает в бункер готовой отбеливающей глины, а отсюда шнеком подается в первую контактную мешалку. Смесь масла с отбеливающей глиной из этой мешалки поступает во вторую мешалку, а затем в горизонтальную центрифугу типа НОГШ-230.

Рис. 2. Технологическая схема установки Ленэнерго, работающей по методу «щелочь — глина»:
1 — отстойный бак; 2 — паровой подогреватель; 3 — смеситель; 4 — мерный бак для щелочи; 5 — емкость для приготовления раствора щелочи; б — отстойники; 7 — паровой змеевик; 8 — сливной коллектор; 9, ю — контактные мешалки;  11  — электропривод; 12, 13 — бункеры; 14 — ковшовый элеватор; 15—мельница; 1в—транспортер; 17 — шнек; 18 — горизонтальная центрифуга. 19 — бункер для отработанной глины: 20 — грязевой насос; 21 — ящик для отработанной глины

Линин; I — щелочь; II — вода; III — отработанное масло; IV — регенерированное масло.

В центрифуге (1800 об/мин) масло отделяется от глины и через сепаратор (на рис. не показан) направляется в бак восстановленного масла. Отбеливающую глину из центрифуги подают в бункер, а затем грязевым насосом (обычно используется насос С-250 для перекачки строительного штукатурного раствора) перекачивают в ящик, установленный вне помещения станции с таким расчетом, чтобы под пего можно было ставить автомашину для вывозки отработанной глины

 

Для очистки масел используют серную кислоту крепостью 92…96%. Такая кислота реагирует с асфальтосмолистыми веществами и непредельными углеводородами. После обработки серной кислотой очищенное масло отделяют от густой смолистой массы, обрабатывают щелочью и промывают водой.

РЕГЕНЕРАЦИЯ МАСЕЛ КИСЛОТНО-КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ

 

ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ

 

В практике регенерации трансформаторных масел наибольшее распространение получили различные комбинации кислотной, щелочной и адсорбционной очистки. Адсорбционные методы преобладают над остальными и получают все большее применение вследствие их универсальности, легкости осуществления и сравнительно высокого эффекта восстановления масел.

В настоящей главе описаны основные технологические методы регенерации трансформаторных масел, приведены принципиальные схемы процессов, а также„ рассмотрено качество регенерированных масел в зависимости от методов их восстановления и различных технологических факторов.

 

РЕГЕНЕРАЦИЯ КИСЛОТНО-КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ

 

Кислотно-контактный метод (метод «кислота — сорбент») получил относительно широкое применение для регенерации сильно окисленных отработанных трансформаторных масел. Очистка масел серной кислотой с целью их повторного применения заимствована из практики очистки масляных дистиллятов в нефтяной промышленности, где этот метод до сих пор еще довольно часто используется для получения товарных масел. Сернокислотную очистку можно рассматривать как физико-химический метод, так как серная кислота, помимо того что она вступает в химическое взаимодействие с некоторыми нежелательными веществами, является также хорошим растворителем многих соединений.

Серная кислота в первую очередь реагирует не с углеводородами, а с малостабильными продуктами старения. В отработанном трансформаторном масле наряду с асфальто-смолистыми веществами могут находиться карбоновые и оксикарбоновые кислоты, фенолы, мыла и другие продукты окисления масла, нейтральные или кислые. Все эти вещества более реакционноспособны, чем углеводороды. При очистке масел серной кислотой образуются две жидкие фазы: верхний и нижний слои. Верхний слой — кислое масло, состоящее из углеводородов, свободной серной кислоты и сульфосоединений. Нижний слой — кислый гудрон, состоящий из свободной серной кислоты, сульфосоединений и асфальто-смолистых веществ.

Серная кислота концентрацией 93—98% при обычной температуре химически почти не взаимодействует с нормальными парафиновыми и нафтеновыми углеводородами, по они частично растворяются в ней. Поэтому нормальные углеводороды почти всегда обнаруживаются в кислом гудроне. Углеводороды изостроения, содержащие третичный углеродный атом, легко сульфируются крепкой серной кислотой и образуют сульфокислоты и воду. Ароматические углеводороды при взаимодействии с избытком крепкой серной кислоты подвергаются сульфированию с образованием сульфокислот, а также растворяются в крепкой серной кислоте. С повышением концентрации серной кислоты растворимость ароматических углеводородов увеличивается. Нафтеновые и карбоновые кислоты довольно устойчивы против действия серной кислоты; они лишь частично растворяются в ней. Оксикислоты полимеризуются и в основном переходят в кислый гудрон.

Таким образом, при очистке отработанных масел серной кислотой из них удаляются ненасыщенные и асфальто-смолистые соединения, и другие вредные продукты старения. Основная же часть углеводородов масла остается почти без изменений.

Температура обработки масел серной кислотой имеет первостепенное значение. Для каждой партии отработанного масла экспериментально должна быть подобрана оптимальная температура очистки. При температуре выше оптимальной увеличивается скорость реакций серной кислоты с углеводородами и смолами и повышается растворимость кислых и полимерных соединений кислого гудрона в масле. В результате резко ухудшается цвет очищенного масла и увеличивается выход кислого гудрона. При температуре ниже оптимальной повышается вязкость масла, затрудняются перемешивание и контактирование масла с кислотой и осаждение частиц кислого гудрона и удлиняется цикл очистки. При этом ухудшается качество масла и увеличивается расход сорбента (или щелочи) на нейтрализацию кислого масла. В промышленной практике сернокислотной очистки поддерживают возможно более низкую температуру, но достаточную для обеспечения необходимой вязкости масла. Отработанные трансформаторные масла обрабатывают серной кислотой при 20-25° С.

Концентрация серной кислоты также является одним из наиболее существенных факторов при очистке масла. Серная кислота концентрацией менее 85% непригодна для очистки масел. С повышением концентрации увеличивается образование сульфокислот и выход кислого гудрона. Практически при регенерации масел установлена концентрация 93—96%.

При оптимальных температурном режиме очистки и концентрации серной кислоты качество регенерированных масел зависит от удельного расхода кислоты. Расход кислоты определяется степенью старения масла. Чем большие изменения претерпело отработанное масло, тем больше серной кислоты необходимо затратить па его регенерацию. При недостаточном количестве кислоты масло будет недоочищено; в нем останутся нежелательные вещества. Но и избыток кислоты вреден — переочищенное масло имеет пониженную химическую стабильность, т. е. легко окисляется, быстрее стареет. Практически расход серной кислоты при регенерации масел с кислотным числом до 0,2 мг КОН/г составляет до 3%, а для масел с кислотным числом 0,6 мг КОН/г равен 6—7%. Удельный расход серной кислоты зависит также от продолжительности и интенсивности контактирования масла с серной кислотой. Увеличивая поверхность контакта, можно соответственно уменьшить продолжительность контактирования.

Технологический процесс регенерации отработанного трансформаторного масла по методу «кислота — сорбент» складывается из следующих операций: предварительное обезвоживание масла; обработка масла серной кислотой; отстой и удаление кислого гудрона; контактирование кислого масла с сорбентом.

 

Качество масла, регенерированного серной кислотой и сорбентом (5%)

Результаты регенерации трансформаторного масла серной кислотой и сорбентом 

 

 

Отработанное масло, предварительно отстоянное отводы и механических примесей, закачивают насосом в кислотную мешалку. Перемешивание отработанных масел с серной кислотой в мешалках осуществляется с помощью сжатого воздуха. При этом воздух не оказывает заметного окисляющего действия на углеводороды масла. В практике регенерации отработанных масел применяют также механические способы перемешивания масла с серной кислотой.

Серную кислоту подают в мешалку из дозатора, куда она поступает из монжуса. Продолжительность перемешивания масла с кислотой 30—35 мин. По окончании отстоя кислый гудрон спускают, а масло перекачивают в контактную мешалку, в которой первую порцию масла обрабатывают 6—8% сорбентом (свежим), а последующие порции — сорбентом, оставшейся от предыдущего цикла очистки. Оптимальная температура контактирования кислого масла с сорбентом 50° С; при этой- температуре достигаются наилучшие результаты как по снижению кислотного числа, так и по цвету. После осаждения отбеливающей глины масло перекачивают через фильтрпресс и электроподогреватель во вторую контактную мешалку, где его дополнительно обрабатывают 4—6% свежим сорбентом. В отфильтрованное масло вводят антиокислительную присадку ионол (0,2%). По такой схеме работает регенерационная станция Московской кабельной сети Мосэнерго. Расход кислоты составляет 2—5%, а сорбента 12%.

 

Депарафинизация высококипящих фракциях некоторых нефтей содержится большое количество углеводородов, которые при охлаждении переходят в кристаллическое состояние. Образующаяся при этом кристаллическая решетка вызывает общую потерю подвижности нефтепродукта. В дизельных фракциях такой эффект вызывают парафиновые углеводороды. Процесс удаления из нефтепродуктов с высокой температурой застывания называют депарафинизацией.

Депарафинизация основана на охлаждении нефтепродуктов до низкой температуры с последующим отделением твердых кристаллов парафина и церезина на специальных фильтр-прессах. Процесс депарафинизации состоит из смешения масла или дизельного топлива с растворителем (жидкий пропан, смесь ацетона с бензолом и толуолом, смесь дихлорэтана с бензином), небольшого нагрева раствора (до 50…70°С), постепенного охлаждения его до – 30°С, отделения твердых углеводородов путем фильтрации охлажденного раствора и отгонки растворителя.

Адсорбционная очистка метод основан на способности высокопористых веществ (отбеливающих земель) поглощать нежелательные примеси, входящие в состав топлива. Масло или пары топлива пропускают через слой адсорбента, после направляют в холодильник и газоотделитель, затем промывают водой. После очистки масло становится светлее (отсюда и название – “отбеливающая земля”).

Все перечисленные способы очистки нефтепродуктов призваны улучшить их эксплуатационные свойства. В зависимости от требований к качеству нефтепродукта его подвергают очистке одним способом, или двумя, или даже многими, применяя их в той или иной последовательности. Однако даже самые совершенные способы очистки не гарантируют получения высококачественных топлив и масел, полностью отвечающих требованиям современных форсированных двигателей.

Наиболее эффективным, а иногда и единственно возможным способом улучшения эксплуатационных свойств топлива и масел является добавление к ним присадок. В качестве присадок используют такие соединения, которые при добавлении в небольшом количестве резко улучшают одно или несколько эксплуатационных свойств. Эффективность присадок всегда выше при добавлении их в очищенные нефтепродукты. Поэтому очистка является важным этапом в изготовлении топлив и масел.

     

     

 Упаковка Биг-Бэг 500 кг. и  мешки по 25 кг.

                                                         Образцы предоставляются бесплатно.

 Подробную консультацию можно получить по тел: 8-951-441-72-60, 8-982-100-16-40.