Технологии регенерации отработанных масел

Введение

 

В наше время человечество испытывает серьезную проблему, заключающуюся в резком увеличении отходов. С непрерывным ростом городов растут и горы мусора вокруг них. Если раньше утилизация использованного сырья или мусора заключалась в вывозе отходов за черту города и организации огромных городских свалок, то с развитием прогресса переработка отходов становится всё более актуальной, позволяя не только избавляться от отходов, но и делать это с максимальной выгодой и пользой.

На данный момент наиболее популярна утилизация отходов тремя  методами. Первый – это переработка  мусора с использованием раздельного  сбора отходов. Этот способ наиболее широко используется в развитых странах  – США, Западной Европе, Японии. Ещё  один метод, которым осуществляется утилизация отходов – это их сжигание на мусоросжигательных заводах. Подобная методика является наиболее дорогостоящей и представляющей серьезную опасность для экологии, и именно потребность в минимизации опасного, токсичного воздействия на экологию при сжигании мусора и увеличивает цену такого способа утилизации отходов. Оборудование, которое требуется для строительства современного мусоросжигательного завода, имеющего минимальное вредное воздействие на окружающую среду, тоже очень дорогое – в среднем оно стоит от трех миллиардов рублей и выше. С целью очищения продуктов сгорания от токсинов используется только за один месяц около двухсот пятидесяти тонн высококачественной извести стоимостью более сорока тысяч рублей за одну тонну, нужно также использовать активированный уголь и модификаторы. В итоге формируется цена утилизации отходов на подобном заводе, составляющая свыше тысячи рублей за тонну. Чтобы население могло оплачивать вывоз мусора по таким расценкам, властям муниципалитетов приходится дотировать коммунальные службы, занимающиеся вывозом мусора и утилизацией отходов.

Утилизация отходов путем  раздельной их переработки, таким образом, является наиболее перспективной на данный момент. Утилизация отходов  сейчас производится путем их сжигания на мусоросжигательных заводах.

Что такое отработанные смазочные  материалы? Отработанным смазочным  материалом является любое масло, полученное из сырой нефти или синтетического масла, использованное и в результате такого использования загрязненное физическими или химическими  примесями. Другими словами, отработанным маслом является именно то, что подразумевает  его название, то есть – это любой  использованный смазочный материал на нефтяной основе или синтетическое  масло. При нормальном использовании  такие примеси, как грязь, металлические  частицы, вода или химические вещества могут смешиваться таким образом, что со временем смазочный материал не может быть использован по назначению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Минеральные масла

 

Минеральные масла – это масла, получаемые путем переработки нефти. Существующие виды минеральных масел: индустриальные масла, смазочные масла, гидравлические масла, трансформаторные масла и т.д. Все минеральные масла легче воды, практически в ней не растворяются, что нередко приводит к экологической катастрофе (крушение нефтяных танкеров, аварии на нефтеперерабатывающих заводах, находящихся у водоемов). В последнее время разработаны синтетические вещества (полиальфаолефины, гликоли, алкибензолы, силиконы, сложные эфиры, их смеси и др. продукты), предназначенные для выполнения соответствующей роли, их по традиции также называют «маслами», от английского слова оil – нефть, масло.

Буквенные обозначения минеральных масел

Способ очистки и назначение минеральных масел указываются  в маркировке. Буквенные обозначения  масел делят по:

• свойствам
• Л — легкое, маловязкое
• С — среднее, маловязкое
• Т — тяжелое, высоковязкое
• У — улучшенное
• способу очистки
• А — адсорбционной очистки
• В — выщелоченное (обработанное только раствором щелочи)
• Г — гидроочищенное
• К — кислотной очистки
• С — очищенное с применением селективных растворителей
• П — с присадками
• назначению
• Д — дизельное
• И — индустриальное
• М — моторное
• Т — турбинное, трансформаторное, трансмиссионное
• П — приборное

Маркировка обычно представляет собой  набор из 1—3 букв и номера:

1. Первая буква определяет назначение масла
2. Вторая буква (может отсутствовать) определяет способ его очистки
3. Третья буква (может отсутствовать) определяет наличие присадок в нём
4. Номер определяет вязкость масла

Примеры:

• ТК_п — трансформаторное масло кислотной очистки с присадкой;
• Т_п−22 — турбинное масло селективной очистки с присадкой вязкостью v=22·10⁻⁶ м²/с;
• И-12 — масло индустриальное (среднее) средней кинематической вязкостью (при 50 °С) 12 мкм²/с;
• АК-15 — автотракторное масло кинематической вязкостью (при 50 °C) более 150 мкм²/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Производство минеральных масел

 

Переработка минеральных  базовых масел состоит из нескольких стадий. Во-первых, это – атмосферная дистилляция. Вначале нефть нагревается до температуры около 350°C. Тут она частично испаряется и, в зависимости от летучести своих компонентов, разделяется на слои, которые отбираются с различных пластин колонны. Фракции возникающие в ходе процесса (сверху вниз дистилляционной колонны):

• Газ
• Бензин
• Керосин
• Дизельное топливо
• Атмосферный остаток (мазут), который используется для изготовления масел и битума.

Затем следует вакуумная дистилляция. В атмосферном остатке (мазуте) после отгонки легких фракций содержатся три основных компонента: парафины, нафтены, ароматические соединения. Они отправляются в колонну вакуумной перегонки, где углеводороды испаряются при более низких температурах, позволяющим избежать их повреждения. В верхней части колонны собирается вакуумный дистиллят; вакуумный остаток – внизу. Три или четыре слоя фракций, находящиеся между этими двумя, удаляются; они подвергаются дальнейшей переработке для удаления ненужных продуктов, прежде чем их можно использовать в качестве смазочных масел. После чего приступают к деасфальтизации. Во время этой операции удаляются асфальты. Это осуществляется в экстракционной колонне с пропаном. Получающееся масло очень густое с высоким содержанием аромат соединений, а это значит, что оно подвержено окислению. Растворитель. В настоящее время для получения масел из нефтяных фракций применяются такие новые технологии как, например, гидроочистка. Полученные таким путем минеральные масла известны как "non-conventional" (нетрадиционные), потому что их технические характеристики сходны с техническими характеристиками синтетических масел. После второго выделения, очищенный продукт имеет высокое содержание линейных парафинов со слишком высокой температурой застывания. Проводят депарафинизацию. Масло смешивается с растворителями, затем охлаждается при этом кристаллы парафина выпадают в осадок. В качестве растворителя применяется метилэтилкетон (МЕК). Окончательная обработка Окончательная обработка направлена на повышение стойкости масла, подвергшегося различным тепловым обработкам во время процесса очистки, особенно во время дистилляции и экстракции растворителями. Гидроочистка Гидроочистка – сравнительно новая технология, впервые описанная в 1960 году. Рабочие условия суровые: температура - около 400°C, давление - от 150 до 180 бар. В этом процессе аромат соединения не удаляются, а преобразуются путем каталитического крекинга линейных цепей.

Полусинтетика – это смесь минеральных и синтетических базовых масел, и может содержать в своем составе от 20 до 40 процентов «синтетики». Специальных требований к производителям полусинтетических смазочных материалов в отношении того, какое количество синтетического базового масла (синтетического компонента) должно быть в готовом моторном масле – нет. Также нет никаких предписаний, какой синтетический компонент (базовое масло группы III или группы IV) использовать при изготовлении полусинтетического смазочного материала. По своим характеристикам эти масла занимают промежуточное положение между минеральными и синтетическими маслами, т.е. их свойства лучше обычных минеральных масел, но хуже синтетических. По цене же эти масла значительно дешевле синтетических.

 

Синтетическое моторное масло

Синтетическое моторное масло – субстанция, полученная в результате синтеза. Что же вызвало необходимость такого синтеза и зачем вообще нужно было изобретать синтетику?

Дело в том, что условия, в которых работает любой двигатель не стабильны. После остановки мотор остывает, после запуска прогревается, во время эксплуатации двигатель также постоянно изменяет свой режим   работы – меняются обороты, температура, скорость трения и прочее. Поэтому идеальным моторным маслом для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) могло бы быть такое масло, свойства и характеристики которого не изменялись бы при изменениях вышеперечисленных условий. Но это невозможно – при остывании любая субстанция становится гуще, при увеличении скорости трения – перегревается и так далее. Поэтому на определенном этапе развития моторостроения вопрос обеспечения максимальной стабильности свойств моторного масла при разных условиях стал особо актуальным. А поскольку минеральная основа моторного масла имеет свои ограничения в плане обеспечения такой стабильности, ученые, путем синтеза молекул, получили синтетическую основу, которая значительно менее подвержена влиянию внешних факторов и свойства которой более стабильны в процессе длительной эксплуатации. Впервые синтетическое моторное масло было применено в авиации, когда встала необходимость запуска двигателей при очень низких температурах (-40 и ниже). Минеральное масло при таких температурах просто замерзало. Понятно, что себестоимость синтетического масла была в те времена очень высокой, что не позволяло массово применять его в двигателях автомобилей. Со временем синтетические моторные масла стали более дешевыми в производстве и начали применяться в автомобильной промышленности. Синтетические масла обладают исключительно удачными вязкостно-температурными характеристиками. Это, во-первых, гораздо более низкая, чем у минеральных, температура застывания (-50°С, -60°C) и очень высокий индекс вязкости, что существенно облегчает запуск двигателя в морозную погоду. Во-вторых, они имеют более высокую вязкость при рабочих температурах свыше 100°C – благодаря этому масляная пленка, разделяющая поверхности трения, не разрушается в экстремальных тепловых режимах. К прочим достоинствам синтетических масел можно отнести повышенную стойкость к деформациям сдвига (благодаря однородности структруры), высокую термоокислительную стабильность, то есть малую склонность к образованию нагаров и лаков (лаками называют откладывающиеся на горячих поверхностях прозрачные, очень прочные, практически ничем не растворимые пленки, состоящие из продуктов окисления), а также небольшие по сравнению с минеральными маслами испаряемость и расход на угар.

По классификации Американского  института нефти (API) базовые масла  подразделяются на пять категорий:

• Группа I - базовые масла, которые получены методом селективной очистки и депарафинизации растворителями (обычные минеральные)
• Группа II- высокорафинированные базовые масла, с низким содержанием ароматических соединений и парафинов, с повышенной окислительной стабильностью (масла, прошедшие гидрообработку- улучшенные минеральные)
• Группа III- базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом каталитического гидрокрекинга (НС-технология). В ходе специальной обработки улучшают молекулярную структуру масла, приближая по своим свойствам базовые масла группы III к синтетическим базовым маслам IV группы. Не случайно масла этой группы относят к полусинтетическим (а некоторые компании даже к синтетическим базовым маслам).
• Группа IV– синтетические базовые масла на основе полиальфаолефинов (ПАО). Полиальфаолефины, получаемые в результате химического процесса, имеют характеристики единообразной композиции, очень высокую окислительную стабильность, высокий индекс вязкости и не имеют молекул парафинов в своем составе.
• Группа V – другие базовые масла, не вошедшие в предыдущие группы. В эту группу входят другие синтетические базовые масла и базовые масла на растительной основе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные тенденции утилизации ОСМ

 

Проблемы экологической  безопасности применения смазочных  материалов неотделимы от утилизации ОСМ, которые в настоящее время  являются одними из наиболее распространенных техногенных отходов, негативно  влияющих на все объекты окружающей среды – атмосферу, почву и  воды. Только загрязнение вод отработанными  нефтяными маслами составляет 20% общего техногенного загрязнения, или 60% загрязнения нефтепродуктами. Здесь  рассмотрены основные направления  решения проблемы, описаны важнейшие  технологические процессы для всех видов ОСМ.

Необходимость утилизации ОСМ  в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, поскольку их захоронение и уничтожение (в основном – путем сжигания) порождают под час еще большие экологические проблемы, чем сами ОСМ, и при значительных затратах не позволяют повторно использовать ценное вторичное сырье, что невыгодно уже с экономической точки зрения. При этом весьма важно, чтобы процессы утилизации сами по себе не представляли существенной угрозы биосфере.