Основную часть нефтеотходов, образующихся на промышлен­ных и транспортных предприятиях, составляют минеральные мас­ла. На рис. 15.3 приведены источники образования и направления утилизации отработанных масел. Масла применяются в узлах тре­ния различных машин и механизмов для снижения коэффициента трения и износа поверхностей трущихся деталей. Смазочные масла образуют на их поверхности микропленку толщиной в десятые до­ли микрона, которая позволяет уменьшить износ деталей в сотни раз. Общая масса минеральных масел, поступающих в отходы в течение года во всем мире, оценивается в 40 млн. т. Из них только 20 млн. т собирается, а подвергается переработке не более 2 млн. т, что составляет не более 5% от количества образующихся отходов (табл. 15.3).

Таблица 15.3 Образование и потребление отработанных масел в некоторых странах, тыс. т/год Страны Потребление масел Сбор отработан­ных масел Переработка отработанных масел Россия и страны СНГ 7800 1700 260 США 10000 4000 Около 400 Канада 1400 - Около 250 Германия 1460 730 400 Великобритания 800 200 150 Франция 850 250 200 Италия 630 200 150 Голландия 500 200 15 Чехия и Словакия 350 147 125

Как видно из данных табл. 15.3, отношение к отработанным маслам разное. Наиболее прогрессивные страны подвергают пере­работке до 30 - 38% отработанных масел, обеспечивая при этом высокую полноту их сбора, а также качество товарной продукции. Как правило, это страны, не имеющие своих источников нефте­продуктов и закупающие их за рубежом.

Образование отходов минеральных масел связано с тем, что в процессе работы машин и механизмов масло окисляется, загрязня­ется продуктами износа деталей, металлической стружкой и пылью. При этом происходит изменение физико-химических свойств масел ниже допустимых пределов. Наиболее загрязненны­ми оказываются масла, слитые из картеров двигателей внутреннего сгорания.

Рис. 1S.3. Источники образования и направления утилизации отработанных масел

Неутилизированные отработанные масла наносят непоправи­мый ущерб окружающей среде, отравляя воду, воздух и почву. Не­которые из них обладают канцерогенными свойствами и длительно не распадаются в естественных условиях.

В то же время отработанные масла являются сырьем для про­изводства вторичных материалов и должны собираться с целью ре­генерации. По данным специалистов, выход качественных вторич­ных масел из отработанных составляет 60-80%, в то время как при переработке сырой нефти выход товарных масел не превышает 10%. Так, в Канаде нефтеперерабатывающая фирма "Эссо" по­ставляет на рынок масла, содержащие 50% регенерированных про­дуктов. Во Франции собирается для рекуперации ежегодно до 200 тыс. т отработанных масел. Однако в связи с тем, что затраты на регенерацию превышают стоимость свежеприготовленных ма­сел, регенерированный продукт становится неконкурентоспособ­ным. Выход из создавшегося положения состоит в том, что госу­дарство законодательно обязывает поставщиков смазочных масел использовать в их составе до 15% регенерированных продуктов.

В странах ЕС установлены жесткие нормы контроля за образо­ванием и использованием отработанных масел. Любая деятель­ность, связанная с накоплением, транспортировкой и утилизацией отработанных масел в этих странах лицензируется. В нашей стра­не работы по сбору и утилизации отработанных масел ведутся с 1930 г., когда их порядок был определен приказом ВСНХ. В более поздние годы сбор и использование отработанных нефтепродуктов организовывались ВО "Вторнефтепродукт" при Госснабе СССР. В 80-х годах в стране был достигнут высокий уровень сбора и утили­зации отработанных масел, который к началу 90-х годов достиг 1700 тыс. т/год. Однако в последние годы сбор и утилизация отра­ботанных масел неуклонно снижаются (в 1994 г. сбор составил 470 тыс. т). Это приводит к все более негативному влиянию на ок­ружающую среду.

Согласно ГОСТ 21046-86 "Нефтепродукты отработанные. Об­щие технические условия" отработанные нефтепродукты подразде­ляются на масла моторные отработанные (ММО) (в том числе трансмиссионные), масла индустриальные отработанные (МИО) и смеси нефтепродуктов отработанных (СНО).

По свойствам отработанные нефтепродукты должны соответст­вовать требованиям, приведенным в табл. 15.4.

Таблица 15.4 Требования к отработанным нефтепродуктам, поступающим на регенерацию Наименование показателей Норма для масел Ммо Мио Сно Кинематическая вязкость при температуре 50 °С, мм /с > 35 5-35 - Условная вязкость при 20 °С, мм2/с > 40 13 - 40 - Температура вспышки в открытом тигле, °С > 100 > 120 — Содержание, % (масс.): механических примесей воды < 1 < 2 < 1 < 2 < 1 < 2

Временным положением о системе обращения с нефтеотходами, введенным постановлением Правительства г. Москвы с 01.01.98, Установлены шесть категорий нефтеотходов.

К 1-, 2- и 3-й категориям относятся различные масла и их сме­си, пригодные для переработки или использования. К 4-й катего­рии отнесена смесь нефтеотходов, также пригодная для переработ­ки или использования. 5-я категория объединяет нефтеотходы, не­пригодные для переработки с целью дальнейшего использования и подлежащие экологически обоснованному уничтожению. К 6-й ка­тегории отнесены опасные нефтеотходы, содержащие особо токсич­ные компоненты (полихлорированные бифенилы, терфенилы и др.). Эти отходы должны уничтожаться на специальных установ­ках. Согласно постановлению от 18.10.97 № 807 предприятия, осу­ществляющие прием, переработку и уничтожение отработанных нефтепродуктов, обязаны иметь лицензию на право проведения этих работ, а сами работы выполнять по экологически обоснован­ным технологиям при максимальном вовлечении нефтеотходов в хозяйственный оборот в качестве вторичных материальных ресурсов.

Методы регенерации отработанных масел подразделяются на физические, физико-химические, химические и комбинированные.

К физическим методам относятся отстаивание, центрифугиро­вание, фильтрация, перегонка.

Отстаивание - наиболее простой и дешевый способ отделения от отработанных масел большей части воды и примесей крупных твердых частиц, осуществляется в отстойниках различной геомет­рии. Центрифугирование также позволяет отделить воду и твердые частицы от масла; процесс выполняется с помощью центрифуг пе­риодического или непрерывного действия, не требует больших за­трат времени и энергии. Фильтрация позволяет отделить от масла дисперсные частицы практически любых размеров, а также воду; выполняется на различных фильтрах, например фильтр-прессах.

Более прогрессивны ленточные, барабанные и дисковые вакуум - фильтры, работающие в непрерывном режиме. Фильтрующими элементами являются пористые материалы: текстиль, бумага, кар­тон и др. Для отделения воды от масла иногда применяют сепари­рующие центрифуги.

Перегонка позволяет отделить от масла легколетучие фракции, в частности бензин, попадающий в масло при неисправном двига­теле. Еще более эффективна вакуумная перегонка, при которой получают в качестве дистиллята высококачественные базовые мас­ла. Перегонка может осуществляться в несколько стадий с исполь­зованием тонкопленочного испарителя. Остаточное давление в сис­теме составляет 8-12 кПа, температура на первой стадии состав­ляет 218 - 260 °С, на заключительной 325 - 345 °С. Реализация метода требует специального оборудования, значительных капи­тальных и текущих затрат и может быть осуществлена на специа­лизированных предприятиях.

Очень часто в регенерационной установке сочетаются несколь­ко физических методов, например магнитная сепарация металли­ческих частиц и фильтрация с помощью центрифуги.

Интересный опыт регенерации отработанных масел физически­ми методами накоплен финской фирмой "Экокем". Отработанные масла собираются с промышленных предприятий, станций техни­ческого обслуживания автомобилей, автозаправочных станций и т. п. При переработке сначала методом центрифугирования из мас­ла выделяют металлы и другие взвешенные частицы, затем масло фильтруют и обезвоживают. Для изготовления из образовавшегося "сырого" масла продукта, пригодного для использования в качест­ве смазочного материала, в него добавляют соответствующие при­садки. Фирма "Экокем" на неспециализированном предприятии регенерирует в год 50 тыс. т отработанных масел.

К физико-химическим методам относятся коагуляция, адсорб­ция и экстракция, т. е. методы, основанные на использовании по­верхностно-активных веществ, адсорбентов, экстрагентов и т. п.

Коагуляция позволяет очистить отработанное масло от загряз­нений путем коагулирования (укрупнения) частиц. Для этих це­лей применяют электролиты, поверхностно-активные вещества, некоторые высокомолекулярные соединения с гидрофильными свойствами и др.

Наиболее эффективным коагулянтом является метасиликат на­трия. В промышленности при очистке масел применяют 30%-ные (масс.) водные растворы этого соединения. Расход его составляет 5% (масс.) от отработанного дизельного масла и 3 % от отработан­ного индустриального масла. На процесс влияют интенсивность и продолжительность перемешивания, температура масла и другие факторы. Адсорбция используется для окончательной очистки и проводится с помощью отбеливающей глины, силикагеля, алюмо­силикатов и других веществ. Для осуществления процесса необхо­димо специальное оборудование: периодические или непрерывные адсорберы. Экстракция применяется для разделения на фракции отработанных масел с помощью селективных растворителей, т. е. таких веществ, которые способны избирательно растворять те или иные компоненты смеси. В частности, экстракционная очистка от­работанных масел проводится с помощью пропана, который рас­творяет собственно масло и не растворяет асфальто-смолистые ве­щества, образовавшиеся при его эксплуатации и старении.

К химическим методам регенерации масел относятся очистка отработанных масел с помощью кислоты или щелочи, а также осушка и гидрогенизация.

Осушка производится с помощью негашеной извести и других водопоглощающих веществ, а гидрогенизация - путем обработки масла водородом на поверхности катализатора. В результате гидро­генизации непредельные углеводороды превращаются в предель­ные, что приводит к очистке масла от примесей и повышению его стабильности при эксплуатации. Эта технология требует значи­тельных капитальных и текущих затрат.

Комбинированные методы регенерации заключаются в сочета­нии нескольких названных выше приемов очистки.

Технология, разработанная специалистами Белградского нефте­перерабатывающего завода и основанная на комбинации различ­ных методов, включает следующие стадии переработки отработан­ных минеральных масел: термическую обработку, экстракцию рас­творителем, каталитическую гидрообработку и вакуумную пере­гонку. При термической обработке из отработанного масла удаля­ются вода и легкие фракции и агломерируются продукты деструк­ции масла. При экстракции растворителем из масла удаляются от­работавшие ресурс добавки и продукты распада масел, образовав­шиеся при их эксплуатации.

Во время каталитической гидрообработки масло стабилизирует­ся перед последующей перегонкой на вакуумной установке. Тяже­лые фракции, оставшиеся после дистилляции, а также легкий дис­тиллят используются как добавка к битумам или в качестве топли­ва. Полученные в результате дистилляции масла не уступают по качеству первичному базовому продукту и после добавления необ­ходимых присадок, загустителей и других компонентов являются ценной товарной продукцией.

В ряде случаев для регенерации отработанные масла смешива­ются с сырой нефтью и полученную смесь перерабатывают по пол­ной технологической схеме. Метод прост, но высокая зольность и содержащиеся в масле присадки отрицательно влияют на работу технологического оборудования. Поэтому его применение допусти­мо только в очень ограниченных количествах (не более 1% отра­ботанных масел от сырой нефти).

При массовой регенерации масел, когда смешиваются масла различных марок, необходимо полное удаление всех видов приса­док, даже тех, которые не полностью исчерпали свой ресурс.

Отечественной промышленностью выпускается ряд комплект­ных установок для регенерации различных масел. Среди них есть промышленные стационарные установки с большой производитель­ностью и небольшие установки, предназначенные для очистки ма­сел на транспортных и промышленных предприятиях.

В связи с сокращением объемов сдачи отработанных масел предприятиям ГАО "Вторнефтепродукт", особую актуальность приобрела очистка и регенерация масел на местах их образования. Поэтому особый интерес представляют регенерационные установки небольшой мощности, работающие в периодическом режиме. В табл. 15.5 приведены характеристики некоторых регенерационных установок для очистки различных масел.

Работа установки УПТМ-8К основана на использовании физи­ческих и физико-химических методов регенерации: фильтрации, коагуляции, отстаивания, выпаривания (рис. 15.4). В процессе ра­боты установки отработанное масло насосом 2 через фильтр грубой очистки 1 и теплообменник 27 подается в электропечь 16, в кото­рой нагревается до 200 °С, и далее поступает в испаритель 17, где из масла удаляются вода и легколетучие фракции. Затем масло с помощью насоса 26 поступает в смеситель 14, куда из емкости 10 Насосом 13 подается 20%-ный раствор коагулянта в количестве 2 - 3% от массы поступающего на переработку масла. Перемешанное с коагулянтом масло поступает в автоклав-отстойник 15, где про­исходит отстаивание продукта и удаление коагулированных час­тиц. Затем из автоклава-отстойника масло поступает во второй ис­паритель 23 для удаления следов воды. С нижней его части масло насосом 24 через теплообменник 27 и холодильник 28 перекачива­ется в контактную мешалку 6, а затем - в фильтр-пресс 9 для про­ведения контактной доочистки отбеливающей глиной и удаления механических примесей с размером частиц более 1-2 мкм. Очи­щенное масло паступает в двухсекционную емкость 5, откуда на­сосом 4 перекачивается в емкости регенерированного масла либо возвращается на повторную очистку. Для получения технологиче­ских масел предусмотрен фильтр тонкой очистки 29. В этом случае масло после испарителя 23, минуя контактную мешалку 6 и фильтр-пресс 9, подается на фильтр тонкой очистки 29, затем - в двухсекционную емкость 5, откуда перекачивается в резервуары регенерированного масла.

Таблица 15.5 Характеристики УПТМ-8К УРММ-50 УРМ-100М УРТМ-200 УРИМ-0,8 УРМХМ-1.6М Вид масла Индустриаль­ные Моторные Дизельные, ин­дустриальные, Турбинные, трансформатор­ные Трансформатор­ные Индустриаль­ные Масла для ком­прессоров холо­дильных машин Производительность, л/ч, не менее 240 50 100 - 200[2] 200 90 100 Выход очищенного масла, %, не менее 85 65 65 - 90" 90 80 78 Установленная мощ­ность, кВт 120 23,3 33 54,2 5 20 Габариты, мм: блока 1 блока 2 блока 3 4000*2000x2400 3000x2000x2280 1740*810x2430 750x425x1715 2700x1400x2850 2860x1360x2710 1160x530x1020 1580x710x1720 2270*1760x1830 1160*530*1020 2700*1670*2040 1484*568*1090 3740*2000*2400 560*560*2100 600*300*1900

Технические характеристики установок для регенерации отработанных масел

ВОДА

МЕТАСИЛИКАТ НАТРИЯ

МАСЛО РЕГЕНЕРИРОВАННОЕ

Рис. 15.4. Функциональная схема установки УПТМ-8К:

1- фильтр грубой очистки; 2, 8, 13, 24, 26 - насос-дозатор НД; 3 - агрегат элект­ронасосный; 4 - узел выдачи готовой продукции; 5 - емкость двухсекционная; 6 - Мешалка контактная; 7 - насос плунжерный; 9 - фильтр-пресс; 10 - емкость при­готовления коагулянта; 11 - насос ХМ; 12 - фильтр грубой очистки; 14 - смеси­тель; 15 - автоклав-отстойник; 16 - электропечь; 17 - испаритель; 18 - насос ва­куумный BBHl-1,5; 19 - сборник отгона; 20, 21 - холодильник-конденсатор; 22 - Адсорбер; 23 - испаритель; 25 - холодильник; 27 - теплообменник; 28 — холодильник;

29 - фильтр тонкой очистки

Установка УРММ-50, предназначенная для регенерации мотор­ных масел, позволяет также перерабатывать в полноценные про­дукты индустриальные и турбинные отработанные масла. Работа установки основана на последовательном сочетании методов коагу­ляции, отстаивания, фильтрации и адсорбции. В ее состав входит следующее оборудование: емкость для приготовления коагулянта, мешалка-отстойник, фильтр-водоотделитель, фильтры грубой и тонкой очистки масла, насосы, расходные и накопительные емко­сти.

Установка УРМ-100М предназначена для регенерации любых масел, за исключением масел для компрессоров холодильных ма­шин. Технология регенерации масел на этой установке включает коагуляцию, отстаивание, выпаривание, фильтрацию. В отличие от других установка УРМ-100М имеет узел подготовки и дозирова­ния в регегерированное масло необходимых присадок. В состав ус­тановки входят мешалка-отстойник, электропечь, испаритель, хо­лодильник, вакуум-насос, фильтр-пресс, накопительные и расход­ные емкости (в том числе емкость-мешалка для присадок и насос - дозатор), а также ряд насосов.

Вакуумно-адсорбционная установка УРТМ-200 (рис. 15.5) предназначена для регенерации отработанных трансформаторных

Процесс включает очистку отработанного масла от крупных частиц на фильтрах грубой очистки, нагревание, распыление с ва­куумной осушкой и фильтрацию регенерированного масла. Поми­мо этих процессов масло подвергается очистке с помощью адсор­бентов в адсорберах. Установка может включать специальную ем­кость-мешалку для стабилизации регенерированного масла анти­окислительной присадкой. Комплект оборудования установки УРТМ-200 включает фильтр грубой очистки 1, шестеренные насо­сы 2 и 10, электропечи 3 и 11, отгонный куб 5 с форсунками 4, Холодильник 6, воздушный фильтр 7 (для осушки воздуха), сбор­ник воды 8, вакуумный насос 9, два адсорбера 12, фильтр-пресс 13, маслосчетчик 14 и приемную емкость отработанного масла 15.

Установка УРИМ-0,8 предназначена для очистки собираемых раздельно по маркам отработанных индустриальных масел, не со­держащих присадок, а также для очистки промывочных жидко­стей. Установка состоит из двух блоков: контактирования и фильт­рации. Процесс очистки включает фильтрацию отработанного мас­ла с целью очистки от крупных частиц механических примесей, нагревание, промывку водой, отстаивание, коагуляцию, очистку с помощью отбеливающей глины и фильтрацию очищенного масла на фильтр-прессе.

Масел адсорбционным методом, а также для их вакуумной сушки в зависимости от степени загрязненности масел.

Установка УРМХМ-1,6 (рис. 15.6), разработанная ГАО "Втор - нефтепродукт", предназначена для регенерации масел для комп­рессоров аммиачных холодильных машин.

Рис. 15.6. Функциональная схема установки УРМХМ-1,6

В емкость хранения

Процесс очистки масла на установке УРМХМ-1,6 включает фильтрацию отработанного масла от крупных частиц, нагревание, двукратное промывание водой с целью удаления аммиака, отстаи­вание, повторное нагревание, испарение воды под вакуумом, ад­сорбцию и фильтрацию с помощью фильтров тонкой очистки. Ус­тановка состоит из мешалки Е1, двух секций электропечи П1 и П2, испарителя И, двух адсорберов А1 и А2, холодильника X (для конденсации паров воды), сборника конденсата К, сборника чисто­го масла Е2, фильтров грубой и тонкой очистки Ф1, Ф2 и ФЗ, ва­куумного насоса НВ1, двух шестеренных насосов HI и Н2, двух плунжерных насосов НЗ и Н4, контрольно-измерительных прибо­ров (термометров Tel, Тс2 и ТсЗ; датчиков-реле уровня жидкости Д1 - Д5; указателей уровня жидкости УР1, УР2 и УРЗ; маномет­ров Мн 1-7; мановакуумметра М^Н), вентилей ВН1 — ВН45, а также шкафа управления (на схеме не показан).

Установка позволяет получать регенерированные масла марок ХА-23р и ХА-30р, ни в чем не уступающие исходным маслам ХА-23 и ХА-30, а по некоторым показателям й превосходящие их.

В качестве фильтров тонкой очистки на регенерационных уста­новках может использоваться фильтр марки ФОСН-бО (рис. 15.7), представляющий собой цилиндрический сосуд со съемной крыш­кой, фильтрующими элемента­ми, имеющий патрубки диамет­ром 150 мм для подвода и слива масла, а также патрубок мень­шего диаметра для слива отстоя.

Масло, поступающее в фильтр для тонкой очистки, на­гнетается насосом под давлени­ем 0,6 МПа. В качестве смен­ных фильтрующих элементов используются фильтрэлементы Реготмас 561-1 с различной тон­костью фильтрации. В зависи­мости от марки фильтрэлемента фильтр обеспечивает тонкость фильтрации от 5 до 60 мкм и пропускную способность от 10 до 90 м /ч соответственно.

Большая фильтрующая по­верхность фильтрэлементов (от 9,4 до 14,3 м в зависимости от марки) обеспечивает значитель­ный ресурс их работы до замены.

Рис. 15.7. Конструкция фильтра ФОСН-бО для тонкой очистки масла: 1 - корпус; 2 - фильтрующий элемент; 3 - крышка; 4 - манометр; 5 - маслопри - емник; 6 - входной патрубок; 7 - выход­ной патрубок; 8 - патрубок для слива от­стоя; 9 - прижимная гайка; 10 — воздушник

В ряде случаев целесообраз­на очистка сравнительно не­
больших количеств отработанных масел непосредственно на месте образования с целью повторного их использования. Такая очистка целесообразна в тех случаях, когда ресурс работы присадок не вы­работан, а масло требует только очистки от загрязнений. Для этих целей могут быть использованы малогабаритные передвижные ус­тановки небольшой мощности УМЦ-901А и СОГ-904А. Для очист­ки масел в полевых условиях или в условиях ограниченного про­странства может использоваться ранцевая переносная установка на базе гидроочистителя ГЦН-907А, разработанная для угледобываю­щей промышленности. Масса установки, умещающейся в двух ран­цах, составляет 60 кг; установка производительностью 600 л/ч по­требляет 2 кВт электроэнергии.

Промышленность выпускает установки для очистки и регенера­ции отработанных минеральных масел различной производитель­ности, которые могут и должны повсеместно использоваться с целью экономии сырья и защиты окружающей среды.