Способ очистки отработанного масла
Использование: металлообрабатывающее производство с применением смазочно-охлаждающих жидких нефтепродуктов. Сущность: способ заключается в обработке отработанного масла разбавленными соляной и серной кислотами при их концентрации 2 — 40 мас.%, объемном соотношении кислота : масло — 1 : 1 — 1 : 15, продолжительности контакта фаз 5 — 30 мин, без нагревания. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к технологии экстракционной очистки отработанных индустриальных масел и может быть использовано в металлообрабатывающем производстве.
Индустриальные масла используют в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей в механической обработке (шлифование) металла. Металлообрабатывающие производства из-за отсутствия технологичных способов очистки отработанных масел сжигают масла или сливают их в отвалы. Поэтому необходимость очистки отработанных масел определяется большими потерями энергоемкого минерального углеводородного сырья и, связанными с этим, проблемами экологии почвы, воды.
Общие недостатки известных способов очистки отработанных масел заключаются в выборе или очень агрессивных реагентов, или сложных, многокомпонентных составов, что обусловливает многостадийность процесса и необходимость применения высокотемпературных режимов.
Так, способы регенерации отработанных масел [1 и 2] включают применение высококонцентрированных кислот в сочетании с очень токсичными реагентами: гидразином, пиперазином, гуанидином, карбазидом и морфолином. Применение указанных химических соединений связано с большим риском отравления ими окружающей атмосферы и усложнением, удорожанием технологии на всех стадиях процесса. Кроме того, по условиям известных способов требуется нагревание обрабатываемого сырья до 200 350 o C, что характеризует технологию как энергозатратную.
Способ регенерации отработанного масла [3] и способ разделения продуктов регенерации отработанных смазочных масел [4] основаны на стадиях обработки сырья концентрированной H2SO4, нейтрализации и фильтрации масла. Они включают также нагревание до 100 o C, т.е. энергоемкую затратную технологию.
Условием реализации известного способа регенерации отработанного масла (заявка Японии N 1271487, кл. C 10 G 31/09, C 02 F 1/56) является выполнение высокотемпературного режима кислотно-щелочной экстракции с использованием сложных и дорогостоящих поверхностно-активных веществ и коагулянтов.
Следует отметить, что все известные способы регенерации отработанных масел практически не содержат стадий регенерации, предусматривающих восстановление первоначальных состава и качества отработанных масел, они ограничены лишь стадией очистки сырья (основы масла).
По технической сущности к предлагаемому наиболее близок способ очистки отработанны индустриальных масел [5] Суть этого способа состоит в том, что отработанное индустриальное масло обрабатывают концентрированной (96% -ной) серной кислотой в количестве 10 мас. на сырье при 20 35 o C при интенсивном перемешивания с последующей обработкой водой. В результате обработки получают смесь кислотного масла и смесь кислотной смолы. Перед обработкой масло очищают от механических примесей и обезвоживают.
К значительным недостаткам известного способа очистки масла относится тот факт, что после обработки масла концентрированной H2SO4 в количестве 10 мас. образуется устойчивая эмульсия в виде сплошной массы черного цвета, в которой практически отсутствует разделение фаз даже при длительном (8 10 сут) отстаивании этой массы. Концентрированная H2SO4 при контакте с маслом вызывает многие побочные процессы: сульфирование, окисление, деструкцию, осмоление, коррозию технологического оборудования. Применение концентрированной H2SO4 (сильного окислителя) для очистки масла осложняет выполнение санитарно-технических требований, отягощает технологию введением предварительных стадий удаления механических примесей и обезвоживания сырья перед обработкой его концентрированной серной кислотой.
Цель изобретения увеличение эффективности, технологичности и улучшение санитарно-технических характеристик способа очистки отработанного масла.
Цель достигается тем, что способ включает обработку сырья разбавленной минеральной кислотой при концентрации ее в водном растворе 2 40 мас. и температуре окружающей среды в объемном соотношении кислота сырье 1 15 1 1 с последующей осушкой или без осушки масла. В качестве минеральной кислоты используют HCl и H2SO4, а в качестве осушителя масла — гидроксиды, оксиды, соли, галогениды металлов, кокс, цеолиты.
Положительный эффект способа достигается обработкой сырья минеральной кислотой при концентрации кислоты 2 40 мас. в объемном соотношении кислота сырье 1 15 1 1 и продолжительности контакта фаз 5 30 мин без нагревания.
Предлагаемая совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена. Заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
Применение разбавленных кислот HCl и H2SO4 в качестве активных компонентов технологии очистки масла и соблюдение параметров процесса, концентрации кислоты в растворе, соотношения объемов кислота сырье, технического обеспечения и продолжительности контакта фаз позволяют достичь высокого уровня технологичности и селективности способа, высокой степени очистки масла без потерь. Эти признаки выполняют новую функцию. Решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
В работе для решения поставленной задачи использованы кислоты: соляная (ГОСТ 3118-77) и серная (ГОСТ 667-73, 4204-77). Степень очистки (осветления) масла контролировали (определяли) методом фотоколориметрического анализа (ГОСТ 24943-81).
Очистку отработанного масла проводили по технологии, параметры которой приведены в таблице и примерах. Способ проверен на следующих отработанных маслах: И-12, И-20, МР-7, РЖ-8. Степень загрязненности масел составляла 15 — 25% Пример 1. В экстрактор с механическим перемешиванием помещают 50 мл отработанного масла МР-7, к нему добавляют 50 мл экстрагента в виде 2%-ной соляной кислоты (HCl). Объемное соотношение кислота масло в экстракционной смеси равно 1 1. Процесс экстрагирования проводят при интенсивном перемешивании двух жидких фаз в течение 5 мин. После этого перемешивающее устройство выключают, экстрактор с содержимой смесью оставляют в покое. Через 240 ч смесь разделяется на два слоя. В верхний слой выделяется рафинированное масло, в нижний слой отделяется густой экстракт черного цвета. Степень очистки (осветления) масла по ФЭК составляет 89,7% Из экстрактора очищенное масло сливают в емкость, добавляют к нему 1 г (2,3% от исходного масла) безводного CaCl2. Масло над осушителем оставляют в покое на 6 8 ч. Степень осветления масла после осушки составляет 95,6% Пример 11. В экстрактор с механическим перемешиванием помещают 150 мл отработанного масла И-20, к нему добавляют 10 мл экстрагента в виде 8%-ной соляной кислоты (HCl). Объемное соотношение кислота масло в экстракционной смеси равно 1 15. Процесс экстрагирования проводят при интенсивном перемешивании двух жидких фаз в течение 20 мин. После этого перемешивающее устройство выключают, экстрактор с содержимой смесью оставляют в покое. Через 18 ч смесь разделяется на два слоя. В верхний слой выделяется рафинированное масло, в нижний слой отделяется вязкий экстракт черного цвета. Степень очистки (осветления) масла по ФЭК составляет 96,7% Пример 28. В экстрактор с механическим перемешиванием помещают 300 мл отработанного масла И-12, к нему добавляют 20 мл экстрагента в виде 20%-ной серной кислоты (H2SO4). Объемное соотношение кислота масло в экстракционной смеси равно 1 15. Процесс экстрагирования проводят при интенсивном перемешивании двух жидких фаз в течение 20 мин. После этого перемешивающее устройство выключают, экстрактор с содержимое смесью оставляют в покое. Через 5 ч смесь разделяют на два слоя. В верхний слой выделяется рафинированное масло, в нижний слой отделяется вязкий экстракт черного цвета. Степень очистки (осветления) масла по ФЭК составляет 98,5% Пример 31 (по прототипу). В экстрактор с механическим перемешиванием вносят 100 мл отработанного масла И-12, к нему добавляют 5 мл экстрагента в виде 96%-ной H2SO4. Объемное соотношение кислота масло в экстракционной смеси равно 1 20, массовое соотношение кислота масло 1 10. Процесс экстрагирования проводят при интенсивном перемешивании двух жидких фаз и температуре среды 35 o C в течение 20 мин. После этого перемешивающее устройство выключают, экстрактор с содержимое смесью оставляют в покое. Через 268 ч смесь разделяют на два слоя. В верхний слой выделяется масло темного цвета, непрозрачное, в нижний слой отделяется вязкий экстракт черного цвета. Степень очистки масла по ФЭК составляет 83% Масло не очищено.
Аналогичным образом получены все остальные результаты, приведенные в примерах 2 10, 12 27, 29, 30 и 32 таблицы.
Как видно из примеров и таблицы, в отличие от прототипа по предлагаемому способу, очистку отработанного масла проводят в одну стадию без нагревания экстракционной смеси. Разбавленные кислоты соляная и серная, использованные в качестве экстрагентов, очищают отработанное масло до 93 97% а применение осушителей из классов оксидов, гидроксидов, галогенидов, солей щелочных и щелочноземельных металлов увеличивает степень рафинирования масла до 98 99% Соляная кислота наиболее эффективно очищает масло в интервале концентраций 2 12 мас. предпочтительно при 8 12 мас. а серная кислота в интервале 8 — 40 мас. предпочтительно при 20 40 мас. В этих условиях оптимальная продолжительность контакта фаз (обработки масла) не превышает 20 30 мин. Кроме того, высокая эффективность очистки масла соответствует объемному соотношению кислота: масло 1 1 1 15, предпочтительно интервал 1 1 1 3. Продолжительность отделения рафинированного масла о экстракта по предлагаемому способу составляет 20 70 ч, что в 13 15 раз быстрее, чем по прототипу, а степень очистки масла на 10 14% выше таковой по прототипу.
1. Способ очистки отработанного масла, включающий обработку сырья минеральной кислотой при температуре окружающей среды, отличающийся тем, что обработку масла проводят разбавленной минеральной кислотой при концентрации 2 40 мас. и объемном соотношении кислота: масло 1 1 15 в течение 5 30 мин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют соляную или серную кислоту.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после обработки кислотой проводят осушку масла.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве осушителя используют оксиды, гидроксиды, галогениды щелочных или щелочноземельных металлов, кокс или цеолиты.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.10.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 15-2003
Источник
Способы очистки отработанных масел от загрязнений
Способы очистки смазочных масел от загрязнений делятся на химические, физические и физико-химические.
К химическим способам очистки относятся кислотная и щелочная очистки, восстановление масел гидридами металлов. Применение этих методов позволяет удалить из масел асфальто-смолистые, кислые, некоторые гетероорганические соединения, а также воду.
Кислотная очистка – это обработка масла концентрированной серной кислотой. Сущность метода заключается в том, что серная кислота по-разному взаимодействует с углеводородами и примесями, находящимися в очищенном продукте.
Наиболее энергично она реагирует с непредельными углеводородами. При нормальной температуре серная кислота не вступает в соединения с алкановыми и циклановыми углеводородами, но при повышенной – взаимодействует и с ними, частично растворяет ароматические углеводороды или образует с ними сульфосоединения. Масла при очистке нагревают до 40. 50 °С для уменьшения вязкости и улучшения перемешивания с серной кислотой. Эффективность кислотной очистки определяется количеством и концентрацией кислоты, временем контактирования кислоты с маслом, температурой и режимом процесса. Используется 96 %-ная серная кислота, расход составляет 3. 5 % от массы очищаемого продукта, время перемешивания 25. 30 мин.
Щелочная очистка заключается в обработке масла гидроокисью натрия (едкий натр), карбонатом натрия (кальцинированная сода) и тринатрийфосфатом. Щёлочь взаимодействует с органическими, нафтеновыми, ди- и оксикарбоновыми и другими кислотами, в результате чего образуются водорастворимые натриевые соли (мыла), которые вместе с водным раствором щёлочи удаляются после отстаивания.
Восстановление масел гидридами металлов заключается в обработке отработанных масел соединениями кальция, алюминия, лития. При этом из масел удаляется не только вода, но и карбоновые кислоты. Однако реагенты довольно дороги, кроме того, масло требует очистки от твердых продуктов реакции, а выделяющиеся в результате реакции газообразные вещества приходится нейтрализовать.
Физико-химические методы основаны, главным образом, на использовании коагулянтов, адсорбентов и ионообменных смол.
Коагуляция заключается в укрупнении и выпадении в осадок асфальто-смолистых веществ, находящихся в масле в мелкодисперсном состоянии, близком к коллоидному. В качестве коагулянтов используют неорганические и органические электролиты, поверхностно-активные вещества, не являющиеся электролитами, коллоидные растворы поверхностно-активных веществ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.
Адсорбция основана на способности веществ, применяемых в качестве адсорбентов, удерживать загрязняющие соединения на наружной поверхности гранул и внутренней поверхности капилляров, пронизывающих гранулы. В качестве адсорбентов применяют как природные вещества (отбеливающие глины), так и синтетические (силикагель, окись алюминия, синтетические цеолиты).
Ионообменная очистка основана на способности ионообменных смол (ионитов) удерживать те загрязнения, которые в растворенном состоянии диссоциируют на ионы. Иониты представляют собой твёрдые гигроскопические гели, нерастворимые в воде и углеводородах. Процесс ионообмена можно осуществлять в статических и динамических условиях. В статических условиях масло, содержащее загрязнения в виде раствора электролита, перемешивают с ионитом, активные группы ионита переходят в стабильную солевую форму, не склонную к гидролизу при промывке. Во втором случае ионообмен происходит в полости, заполненной ионитом, при пропускании через него загрязненного масла.
Физические способы очистки не затрагивают химической основы очищаемых масел. При этом удаляются механические примеси (пыль, песок, частицы металла), а также горючее, вода, смолистые асфальтообразные и коксообразные вещества.
Наиболее распространёнными физическими способами очистки отработанных масел являются фильтрация и очистка в силовых полях. Промывка отработанного масла водой для удаления из него кислых продуктов (водорастворимых низкомолекулярных
кислот, а также солей органических кислот, растворимых в воде) заключается в пропускании через слой масла воды, которая увлекает и уносит с собой загрязняющие примеси. Этот метод получил широкое распространение для промывки турбинных
масел. Эффективность удаления из масла продуктов окисления и углистых примесей в решающей степени определяется качеством смешения воды с маслом.
Отгонка предназначена для удаления из масла влаги, остатков горючего. Влагу выпаривают при атмосферном давлении или в вакууме, а также удаляют при продувании масел горячим воздухом или инертным газом. Во избежание вспенивания и
окисления масло нагревают до 80. 90 °С при частичном вакууме (240 ГПа). Отгон горючего основан на разности температур кипения горючего и масла. При нагревании отработанного масла в первую очередь из него испаряется топливо, так как температура кипения его значительно ниже температуры кипения масла.
Гравитационная очистка является одним из наиболее простых физических способов очистки нефтяных масел. Она осуществляется в результате выпадения из масла взвешенных твердых частиц загрязнений и микрокапель воды под действием силы
тяжести. Такой процесс получил название отстаивания (седиментации). В общем случае скорость осаждения частиц зависит от высоты столба масла, размера частиц, отношения плотностей и вязкости осаждаемых частиц и масла. Увеличение температуры масла повышает скорость осаждения частиц, однако верхним пределом повышения температуры является 90 °С. При большой температуре масло вскипает. Скорость осаждения частиц подчиняется закону Стокса. Так, железная частица радиусом 10 мкм при температуре масла 80 °С осаждается со скоростью 55 м/ч. Процесс осаждения более мелких частиц может продолжаться несколько десятков часов. Ещё медленнее идет процесс осаждения алюминиевых частиц.
Процесс очистки масел от механических примесей протекает с гораздо большим эффектом в поле центробежных сил. Как в отстойниках, так и в центрифугах жидкость очищается только от тех частиц, плотность которых больше плотности жидкости.
Скорость осаждения частиц в центрифугах, имеющих частоту вращения ротора 5000. 8000 мин–1, в 1000. 2000 раз больше скорости осаждения твёрдых частиц в гравитационном поле отстойников. Для создания центробежного поля могут быть использованы два способа – вращательное движение потока масла в неподвижном аппарате или подача масла во вращающийся аппарат. В первом случае применяют гидроциклоны, во втором – центрифуги. По организации потока жидкости центробежные очистители делятся на центрифуги с ротором обычным однокамерным, многокамерным, со спиральной камерой, с пакетом конических тарелок.
Для удаления из нефтяных масел твёрдых ферромагнитных частиц можно проводить очистку в магнитном поле, создаваемом постоянными или электрическими магнитами. Помимо ферромагнитных частиц магнитные фильтры улавливают
также сцепленные с ними немагнитные частицы. Этому способствует эффект электризации немагнитных частиц. Магнитные очистители улавливают мелкие ферромагнитные частицы размером до 0,4 мкм, которые практически не задерживаются другими средствами очистки.
Вибрационная очистка масел основана на явлении коагуляции твёрдых частиц в поле колебаний с дальнейшим удалением их из жидкости. Применяются два способа возбуждения ультразвуковых колебаний в масле – гидродинамический и механический. В первом случае колебания создаются гидродинамическими излучателями, во втором – магнитострикционными или пьезоэлектрическими преобразователями, соединенными с колебательными элементами. Упругие колебания применяют в ряде случаев для разрушения молекул смол, загрязняющих масла и другие кислородосодержащие соединения.
Имеются также данные, что под действием ультразвуковых колебаний в некоторых условиях происходит не коагуляция, а диспергирование частиц загрязнений. Широкого применения на практике данный способ не нашёл.
Для очистки отработанных масел может применяться электростатическая очистка, использующая силы электрического притяжения. Загрязняющие частицы, перемещаясь вместе с жидкостью, всё время трутся о нее и под действием этого трения получают отрицательный или положительный электрический заряд. Попадая в электрическое поле, эти частицы перемещаются, притягиваясь к разноименно заряженным электродам.
Фильтрация заключается в отделении взвешенных в масле твёрдых частиц при прохождении двухфазной системы (масло с диспергированными или эмульгированными в нем загрязнениями) через пористый фильтрующий материал. Благодаря технической простоте, возможности широкой вариации и высокой надёжности фильтрация как способ очистки нефтепродуктов является наиболее распространённой. Средства фильтрации различных типов широко применяются на всех стадиях очистки (заправка, системы смазки и топливоподачи, гидроприводы и т.д.).
Описанные способы эффективны при очистке или регенерации отработанных масел на крупных маслорегенераторных станциях или заводах. Однако при этом возникают значительные трудности со сбором и транспортировкой сырья. В ряде случаев (в частности, в сельскохозяйственном производстве) из-за высокой рассредоточенности техники и сравнительно небольших объёмов отработанных масел в структурных подразделениях сбор и транспортировка сырья на крупные станции очистки оказываются трудноосуществимыми. При этом всегда проявляются следствия обезличивания – качество сырья крайне низкое, получить хороший продукт не удается.
Масло, слитое из двигателя с соблюдением необходимых мер против дополнительного загрязнения, как правило, имеет значительный запас действующих присадок и бракуется в основном из-за сильной загрязнённости продуктами старения масла и износа деталей машин, почвенной пыли, разжижения топливом, иногда оно содержит и воду. Удалив воду и основную массу загрязнений, ускоряющих износ деталей, но сохранив при этом активную часть присадок, очищенное масло можно использовать в менее нагруженных узлах и агрегатах сельскохозяйственной техники. В связи с этим простые, доступные широкому потребителю способы очистки отработанных моторных масел могут принести большой экономический эффект.
Источник
