Способ регенерации огнестойких синтетических турбинных масел на основе сложных эфиров фосфорной кислоты
METHOD FOR REGENERATING FIRE-RESISTANT SYNTHETIC TURBINE OILS BASED ON COMPLEX PHOSPHORIC ACID ETHERS

Изобретение относится к тепловой и атомной энергетике, нефтегазодобывающей промышленности, более конкретно, к регенерации жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты, а именно к регенерации отработанных синтетических масел.
В настоящее время на предприятиях энергетики скопилось большое количество отработанного синтетического масла типа ОМТИ - огнестойкое масло теплотехнического института (масло огнестойкое синтетическое турбинное), качество которого не удовлетворяет требованиям нормативных документов к кислотному числу. Это масло необходимо либо утилизировать, либо попытаться восстановить его основные эксплуатационные свойства с целью продления срока службы.
По своей химической природе масло ОМТИ - это смесь триксиленилфосфатов.
Для регенерации отработанных масел предлагаются разнообразные установки, действие которых основано на использовании сочетания нескольких методов, что дает возможность регенерировать отработанные масла разных марок и с разной степенью снижения показателей качества.
Все известные способы восстановления качественных характеристик масел сводятся к трем основным методам:
Физические (отстой, фильтрование, водная промывка, сепарация, воздействие силовых полей)
Химические (сернокислотная очистка, щелочная очистка)
Физико-химические (коагуляция, адсорбционная очистка фуллеровой землей или бентонитом, ионный обмен).
Известен способ регенерации отработанного турбинного масла путем его контактной очистки, включающей добавление в нагретое до 80-90°С масло адсорбента, постоянное перемешивание суспензии электромеханической мешалкой, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса, в качестве адсорбента используют термически активированный бентонит, бентонит добавляют в отработанное масло в количестве 10-15% от массы масла (Заявка РФ 2005132721, С10М 175/02, 27.04.2007).
Известен способ восстановления свойств отработанных смазочных масел (Пат. РФ 2133262, С10М 175/02, 20.07.1999.).
Для регенерации отработанные смазочные масла по этому патенту обрабатывают при нагревании до 80-90°С и перемешивании водным раствором соли щелочного металла, взятого в количестве 0,2-0,6% от массы масла, в течение 15-30 мин, продолжая поддерживать температуру 80-90°С. Затем в смесь добавляют водный раствор мыла в количестве 0,3-0,5% от массы масла. Продолжительность реакции 30-60 мин. Затем в смесь вводят водный раствор коагулянта в количестве 0,15-0,30% от массы масла. Смесь перемешивают в течение 15-30 мин до полного эмульгирования. После отстоя и охлаждения отделяют шлам и проводят разгонку выделенного масла.
Известен способ регенерации отработанных смазочных масел, по которому отработанное масло нагревают до 90°С, затем при перемешивании обрабатывают водным раствором электролита (силиката и карбоната лития, натрия и калия), взятым в количестве 0,4-0,6% от массы масла. Затем в смесь вводят 0,3-0,4% от массы масла водный раствора литиевой, натриевой или калийной соли перфторалкоксиперфторкарбоновой кислоты и органический катионоактивный коагулянт с последующим разделением шлама и выделенного масла. Технический результат - повышение степени очистки и экологической безопасности способа (Пат. РФ №2444563, С10М 175/02, 10.03.2012).
Известен способ очистки отработанного масла, при котором происходит смешение отработанного масла с щелочным реагентом при различных соотношениях и последующее отстаивание очищенного масла, при этом в качестве реагента используют отход производства капролактама - пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ). Техническим результатом настоящего изобретения является снижение отходов при щелочной очистке и восстановление эксплутационных свойств ОТМ при использовании отходов ПАЩ, образуемых в производстве капролактама (Пат. РФ №2500794, С10М 175/00, 10.12.2013).
2
2
3
2
3
2
2
2
2
Известен способ регенерации отработанного масла, по которому отработанные масла подвергают регенерации контактной очисткой адсорбентом-палыгоскитом следующего химического состава, мас.%: SiO 58,4%, AlO 12,0%, FeO 7,4%, TiO 0,59%, CaO 6,9%, SO 0,2%, KO 1,9%, NaO 0,2%, MgO 5,75%. Адсорбент с размером частиц менее 0,1 мм смешивают с отработанным маслом, нагретым до 80-90°С. Перемешивание ведут в электромеханической мешалке в течение 1-2 ч. Затем смесь отфильтровывают в фильтрпрессе при температуре 60-80°С. Влажность используемого адсорбента до 14 мас.%. Количество добавляемого в отработанное масло адсорбента составляет 2-6 мас.% (Заявка РФ №95100900, С10М 175/00, 20.12.96).
Все перечисленные методы имеют недостатки, связанные со свойствами применяемых реагентов и твердых адсорбентов (не полностью извлекаются из очищаемого продукта, загрязняют его, требуют дорогостоящей предварительной подготовки, имеют большую инерционность, сложности в замене и утилизации, не очищают от всего спектра загрязнений). При использовании этих методов возможно образование металлических мыл, которые удерживают воздух. Сжатие пузырьков воздуха в насосах системы регулирования приводит к эффекту «дизелирования» т.е. высоким местным перегревам, вызывающим дальнейшее разложение жидкости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регенерации отработанного турбинного масла путем его контактной очистки, включающей добавление в нагретое до 80-90°С масло адсорбента, постоянное перемешивание суспензии электромеханической мешалкой, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса в качестве адсорбента используют термически активированный бентонит, бентонит добавляют в отработанное масло в количестве 10-15% от массы масла (Заявка РФ 2005132721, С10М 175/02, 27.04.2007). Недостатками этого известного способа являются:
- увеличение количества механических примесей в обработанном бентонитом масле, размер частиц привнесенных загрязнений от 5 до 10 микрон, их очень тяжело удалить из объема, требуется сложный механизм фильтрования.
- бентонит, подаваемый в систему в виде тонкодисперсного порошка, после взаимодействия с маслом превращается в цементоподобную «кашу». Цементирование бентонита усложняет его извлечение и замену, вызывает зашлаковывание оборудования.
- высокая энергоемкость процесса, обусловленная непрерывной работой перемешивающего устройства и работой дополнительных насосов в схеме фильтрации.
Изобретение решает задачу разработки эффективного способа регенерации жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты, в том числе масло огнестойкое синтетическое турбинное
Задача решается способом регенерации жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты, в том числе масло огнестойкое синтетическое турбинное, путем обработки жидкостей адсорбирующим материалом, в котором в качестве адсорбирующего материала используют иониты, затем осуществляют термовакуумную сушку и механическую фильтрацию.
В качестве ионитов используют отработанные ионообменные смолы водоподготовки, а именно сильноосновный анионит типа АВ-17-8 или сильнокислотный катионит типа КУ-2-8.
Обработка ионитами может быть либо одновременной, либо поочередной.
Обработку проводят перколяционным способом в уплотненно-взвешенном слое ионитов.
+
-
Катионит и анионит должны быть в Н и ОН формах соответственно и иметь остаточное значение динамической обменной емкости не ниже 20% и не выше 30%.
Идеальный твердый адсорбент должен удовлетворять следующим требованиям:
1. Не вносить растворимые загрязнения в очищаемое масло, т.е. быть оптимальным по хим.составу;
2. Эффективно и быстро снижать кислотное число;
3. Эффективно удалять катионы всех металлов и анионы всех кислот;
4. Не вносить механические примеси, т.е. быть чистым и оптимальным по размеру частиц;
5. Легко заменяться;
6. Иметь низкую стоимость.
Этим требованиям идеально отвечают ионообменные смолы.
На предприятиях энергетики в цехах, готовящих обессоленную воду для подпитки котлов, имеется большое количество отработанного ионообменного материала разной селективной направленности и остаточной активности. Этот материал за годы эксплуатации отмыт от пыли, красящих пигментов и водорастворимых составляющих матрицы, имеет оптимальные для целей регенерации ОМТИ динамические обменные емкости, нулевую стоимость и, как уже непригодный для водоподготовки материал, подлежит утилизации. Применение именно таких ионитов для восстановления фосфатных эфиров является технически и экономически оправданным.
Процессы ионного обмена основаны на способности ионитов задерживать загрязнения, диссоциирующие в растворенном состоянии на ионы. Именно такие ионы являются инициаторами повышения кислотного числа масла.
Схема ионного обмена:
+2
+2
+
+2
+2
+
+
RH+K (Са, Mg, Na)=RK (Са, Mg, Na)+H
-
-2
-
-
-2
-
-
ROH+A (Cl, SO, HCO)=RA (Cl, SO, HCO)+OH
+
-
2
H+OH=HO
1. Способ снижения кислотного числа жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты характеризуется тем, что при обработке происходит удаление анионов всех кислот, в качестве адсорбирующего материала используется сильноосновный анионит типа АВ-17-8.
2. Способ снижения кислотного числа жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты характеризуется тем, что при обработке происходит удаление катионов всех металлов, в качестве адсорбирующего материала используется сильнокислотный катионит типа КУ-2-8.
3. Способ снижения кислотного числа жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты характеризуется тем, что при регенерации исключается загрязнение очищаемой жидкости пылью адсорбирующего материала и попадание в объем очищаемой жидкости частиц красящих пигментов.
4. Способ снижения кислотного числа жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты характеризуется тем, что при регенерации происходит дополнительная обработка эфиров фосфорной кислоты водой, способствующей интенсификации процесса регенерации.
5. Способ снижения кислотного числа жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты характеризуется тем, что позволяет улучшить деаэрационные и антикоррозионные свойства жидкостей.
Предлагаемый способ регенерации жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты (огнестойких масел ОМТИ и типа ОМТИ) предполагает использование отработанных ионообменных смол водоподготовки для снижения кислотного числа масел, уменьшения времени деаэрации и улучшения антикоррозионных свойств масла. Обработка масел ионитами может быть либо одновременной, либо поочередной. Обработка проводится перколяционным способом в уплотненно-взвешенном слое ионитов.
+
-
Катионит и анионит должны быть в Н и ОН формах соответственно и иметь остаточное значение динамической обменной емкости не ниже 20% и не выше 30%.
Вода, образующаяся при обработке эфиров фосфорной кислоты ионитами, улучшает диссоциацию солей и кинетику ионного обмена.
Последующие процессы термовакуумной сушки и механической фильтрации, обеспечивающие тонкость фильтрации до 5-10 мкм, позволяют получить продукт с качеством, соответствующим нормам на свежее масло.
Предложенный способ регенерации исключает образование гудронов и каких-либо осадков, позволяет значительно снизить затраты на восстановление свойств огнестойких жидкостей, увеличить срок службы рабочих жидкостей в два и более раз. Предложенный способ регенерации обеспечивает выход очищенного масла до 90-95%. Утилизация отработавших в процессах регенерации ОМТИ ионитов предполагает их сжигание.
Качество восстановленного масла подтверждается протоколами анализов ВТИ.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и таблицами.
Пример. 1
На маслохозяйстве Рязанской ГРЭС 01.02.2008 г. была начата регенерация отработанного огнестойкого масла Реолюб-ОМТИ, слитого из бака хранения КТЦ-2, с использованием отработанного ионно-обменного материала с остаточной динамической обменной емкостью 25%. Для этой цели был изготовлен специальный фильтр, позволяющий проводить регенерацию в перколяционным способом во взвешенном слое ионитов. Фильтр был загружен смесью катионита и анионита в пропорции, сообразной величине исходного загрязнения масла.
Перед подачей на фильтр масло подогревалось до температуры 50-55°С с помощью штатного теплообменника.
Удаление механических примесей и шлама осуществлялось с помощью штатного маслоочистительного оборудования - установки МОУ-20/6.
Удаление воды из ОМТИ производилось выпариванием. Масло удалось очистить за 4 прохода с одноразовой заменой ионитов в фильтре, всего потребовалось 40 литров смеси катионита и анионита.
Заключение по работе: «Экспертиза огнестойкого масла ОМТИ после регенерации», выполненной в лаборатории топлив и масел ОАО «ВТИ», представлено в таблице 1.
По совокупности всех проанализированных показателей качества отработанного и регенерированного огнестойкого масла Реолюбе-ОМТИ специалистами лаборатории топлив и масел ОАО «ВТИ» сделан вывод о том, что разработанная Рязанской ГРЭС технология регенерации масел данного типа имеет весьма высокую эффективность в части восстановления важнейших эксплуатационных характеристик масла и может служить основой для проведения дальнейших исследований по оптимизации ее основных технологических параметров. По заключению, регенерированное масло может быть использовано на доливки в системы регулирования турбоагрегатов ГРЭС, работающих на огнестойком масле этой же марки.
Таким образом было получено 4,5 т регенерированного ОМТИ, которое было использовано для доливок в маслосистемы регулирования ТГ №3, 4.
Пример 2
В период текущего ремонта в 2014 году из системы регулирования ТГ№1 было слито огнестойкое масло Реолюбе-ОМТИ, которое эксплуатировалось в течение 13 лет. В процессе эксплуатации наблюдалось увеличение показателя - кислотное число выше допустимых значений (1,01 мг КОН/г). В соответствии с нормативными требованиями, предъявляемыми к эксплуатационным огнестойким маслам по СТО 70238424.27.100.053-2013, кислотное число должно быть не более 0,8 мг КОН/г.
Масло подано в маслоаппаратную для регенерации, 19.06.2014 - начата регенерация.
3
3
Масло было нагрето до температуры 50-55°С и подано последовательно на фильтр, загруженный катионитом с остаточной величиной динамической обменной емкости 130 г-экв/м, затем на фильтр, загруженный анионитом с остаточной величиной динамической обменной емкости 200 г-экв/м. Объем загрузок фильтров подбирался сообразно загрязнению масла.
Удаление механических примесей и шлама осуществлялось с помощью штатного маслоочистительного оборудования - установки МОУ-20/6.
Удаление воды из ОМТИ производилось выпариванием. Масло удалось очистить за 3 прохода без замены ионитов в фильтрах.
Итоги регенерации отражены в заключении «Экспертиза огнестойкого масла ОМТИ после регенерации», выполненной в лаборатории топлив и масел ОАО «ВТИ», представленной в таблице 2.
После получения выводов и рекомендаций специалистов ОАО «ВТИ» регенерированное масло было подвергнуто дополнительной обработке до соответствия норм качества требованиям СТО 70238424.27.100.053-2013:
массовая доля воды - отсутствие;
массовая доля механических примесей - 0,004%.
Таким образом, получено около 6 т регенерированного ОМТИ, которое было использовано для послемонтажной промывки маслосистемы регулирования ТГ №2, а после дополнительной очистки - для доливки в маслосистему регулирования ТГ №3.
Пример 3
3
3
3
В период текущего ремонта в 2006 году из системы регулирования ТГ №7 была слита огнестойкая жидкость на основе сложных эфиров фосфорной кислоты Файркуэл, которая эксплуатировалась в течение 10 лет. В процессе эксплуатации наблюдалось увеличение показателя кислотное число выше допустимых значений (1,5 мг КОН/г). В июле 2006 года начат процесс регенерации. Для предотвращения загрязнения масла механическими примесями было принято решение проводить регенерацию «по месту», без перекачки в маслоаппаратную. Для чего на нулевой отметке были установлены дополнительный бак V=10м, ионитный фильтр и насос в нарамном исполнении. Масло было нагрето до температуры 40-55°С. Фильтр был загружен смесью катионита и анионита с остаточной величиной динамической обменной емкости 180 г-экв/м и 200 г-экв/м соответственно. Сототношение загрузок ионитов подбирался сообразно загрязнению масла.
2
После снижения кислотного числа до 0,13 мг КОН/г, масло было осушено нагревом, после чего ввиду отсутствия штатной установки МОУ-20/6 загрузка фильтра была заменена на пористый гидроантрацит Р в сочетании с бельтингом и фильтровальным картоном. После снижения массовой доли механических примесей до 0.005%, массовой доли растворенного шлама 0.045%, времени деэмульсации 580 сек, вязкости кинематической 27,5 мм/с и температуры вспышки 240°С процесс регенерации был закончен. В дальнейшем масло использовалось для послеремонтных промывок систем регулирования.
Таким образом, можно утверждать, что предлагаемый способ регенерации с использованием ионообменной технологии является более совершенным по сравнению с другими известными способами, является малозатратным и наименее трудоемким, не требует сложных механизмов утилизации отработанных материалов, применим для любых жидкостей на основе сложных эфиров фосфорной кислоты.