СПОСОБ ОЧИСТКИ МАСЕЛ
OIL PURIFICATION METHOD

Изобретение относится к области очистки масел и может быть использовано в энергетике, авиационной, пищевой, медицинской, электротехнической и автомобильной промышленности для очистки и возможной регенерации углеводородных жидкостей минерального и растительного происхождения и, в частности масла.
Известен способ (1) очистки масел, заключающийся в отделении механических примесей и воды в поле центробежных сил создаваемого при вращении ротора, приводимого в движение от какого-либо привода, или при использовании энергии жидкого потока. При этом механические примеси и вода как более тяжелые компоненты жидкой среды отбрасываются центробежной силой к стенке ротора и отводятся через отверстие регулировочной шайбы, а очищенная среда перемещается к оси ротора и поступает в отводящий патрубок центрифуги. Однако при осуществлении способа необходима закрутка большого объема масла, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы последней, большой энергоемкости, потребности в постоянном обслуживании.
Известен способ (2) очистки масел, заключающийся в тангенциальном отделении механических примесей и воды при движении масла по внутренним объемам пористых гидрофобных трубок и последующей доочистке на коалесцирующих и сорбирующих фильтрах. Однако при его реализации необходимы дополнительные энергозатраты для подготовки жидкой среды (при нагревании часть эмульгированной воды переходит в растворенное состояние), а также для отделения накопленной воды из объемов сорбирующих фильтров и подохлаждения фильтрата, при этом эффективность разделения резко падает при накоплении мех. примесей и воды в объемах последних.
Известен способ (3), принятый за ближайший аналог, заключающийся в отделении механических примесей на фильтрующей перегородке, укрупнении микрокапель при прохождении среды через коагулирующую перегородку с последующим их отрывом от ее поверхности под действием сил тяжести, отделении нескоагулировавшихся микрокапель воды на поверхности водоотталкивающей перегородки, последующем осаждении скоагулировавшихся капель в отстойнике. При этом используется только кинетическая энергия потока очищаемой среды и отсутствует необходимость в использовании какой-либо механической или электрической энергии. Однако при осуществлении способа относительно невелик ресурс фильтрующей перегородки, велика трудоемкость замены выработавших свой ресурс водоотделяющих и фильтрующих элементов, а также резко снижается эффективность водоотделения при повышении вязкости углеводородных жидкостей, кроме того, эффективность очистки существенно зависит от конструктивных параметров коагулирующей и водоотделяющей перегородок, а также гидродинамических характеристик потока жидкой среды.
Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является снижение энергозатрат и повышение эффективности при очистке углеводородных жидкостей.
Это достигается тем, что согласно изобретению отделение и коагуляция осуществляются в тангенциальном режиме на сепарирующих и коагулирующих пористых перегородках фильтра, выполненных в виде сэндвича из нескольких коаксиальных цилиндрических поверхностей из высокопористого ячеистого металла - ВПЯМ, при этом при отделении по внешней образующей наружной пористой перегородки с нанесенным гидрофобным фторопластовым покрытием, основная часть механических примесей и воды размером больше номинального размера пор турбулентным потоком постоянно выносится в разделитель, который связан с линией подачи исходного масла, собранный в виде двух сообщающихся коаксиальных обечаек, с установленным, с увеличивающимся размером пор по ходу потока набором круглых пористых перегородок из ВПЯМ для коагуляции микрокапель, на перфорированном дне стакана в верхней части внутренней обечайки, концентрации и сгущении загрязнений при седиментации в объеме последней, дальнейшем разделении на гидрофобной сетке, установленной в коаксиальном зазоре нижней части обечаек, подаче отстоя на вход насоса. Очистка тангенциального потока жидкой среды осуществляется при коагуляции микрокапель воды на последующих цилиндрических перегородках из ВПЯМ фильтра, выполненных с увеличивающимся размером пор по ходу потока, отделении прошедших микрокапель воды на гидрофобной, с горизонтальными и вертикальными дренажными окнами - проточками, внутренней поверхности последней перегородки со сбором и осаждением их в коллекторе, при этом с фильтра выводят очищенное масло, а регенерацию фильтра осуществляют обратным потоком очищенной среды.
На фиг.1 представлена схема реализации способа.
Устройство содержит приемочный бак 1, связанный трубопроводом 2 с насосом 3. Выход насоса 3 соединен трубопроводом 4 с предфильтром 5 и трубопроводом 6 с фильтром 7. Один из выходов фильтра 7 связан трубопроводом 8 с краном 9 с внутренним объемом разделителя 10 его стаканом 11. Верхняя часть внешней обечайки разделителя 10 соединена трубопроводом 12 с краном 13 с входом насоса 3, а в нижней ее части имеется патрубок с краном 14 для эвакуации концентрата и слива воды. Второй выход фильтра 7 трубопроводами 15, 16 через кран 17 связан со сборным баком 18 для очищенной жидкой углеводородной среды. Первый и второй выходы фильтра 7 отделены краном 19. Сборный бак 18 трубопроводами 20, 21 через краны 22, 23 соединены с насосом 24 для подачи очищенного масла при регенерации обратным током фильтра 7. Насос 3 снабжен байпасным трубопроводом и кранами 25, 26. Предфильтр 5 и фильтр 7 в нижней своей части снабжены патрубками с кранами 27, 28 и 40 для удаления загрязнений воды и механических частиц при регенерации. Разделитель 10, связанный с линией подачи исходного масла, выполнен из двух сообщающихся в нижней части коаксиальных обечаек 29 и 30, в верхней части внутренней обечайки размещен стакан 11, на перфорированном дне которого установлен набор круглых пористых перегородок 31 из ВПЯМ с увеличивающимся размером пор по ходу потока, а в коаксиальном зазоре в нижней части обечаек 29, 30 размещена гидрофобная сетка 32 для отделения нескоагулированных микрокапель воды.
Фильтр 7, фиг.2, выполнен в виде сэндвича из нескольких коаксиальных цилиндрических пористых перегородок 33 из ВПЯМ, наружная из которых 34 - разделительная, а также внутренняя поверхность 35 с дренажными горизонтальными и вертикальными проточками последней перегородки 36 выполнены с гидрофобным покрытием. В нижней части фильтра 7 имеется коллектор 37 для сбора отделенной воды. Устройство снабжено разделительными кранами 38, 39. Для обеспечения режима многократной очистки сборный бак 18 с кранами 41 и 42 снабжен трубопроводом 43 с отсечным краном 44.
Способ осуществляется следующим образом.
Масло из приемочного бака 1 через трубопровод 2 насосом 3 подается по трубопроводу 4 на предфильтр 5, где происходит предварительная очистка от механических частиц, а далее по трубопроводу 6 на фильтр 7. На фильтре 7 в тангенциальном режиме на его гидрофобной перегородке 34, выполненной из высокопористого ячеистого металла (ВПЯМ) с нанесением фторопластового покрытия, часть потока с основным объемом загрязнений - механических частиц и капель воды размером больше номинального размера пор, постоянно подается в разделитель 10, связанный с линией подачи исходного масла, где происходит коагуляция капелек воды на наборе круглых пористых перегородок 31 из ВПЯМ с увеличивающимся размером пор по ходу потока, установленного на перфорированном дне стакана 11 в верхней части внутренней обечайки 30. Во внутреннем объеме обечайки 30 при седиментации в поле сил тяжести происходит концентрированно и сгущение загрязнений, а нескоагулированные микрокапли воды отделяются на гидрофобной сетке 32, установленной в коаксиальном зазоре в нижней части обечаек 29, 30. Отстой подается на вход насоса 3. Очистка тангенциального потока жидкой среды осуществляется при коагуляции микрокапель воды на последующих цилиндрических перегородках 33 из ВПЯМ фильтра, выполненных с возрастающим размером пор по ходу потока, и отделении прошедших микрокапель воды на гидрофобной внутренней поверхности 35 последней перегородки 36 с горизонтальными и вертикальными дренажными окнами - проточками и сборе и осаждении воды в коллекторе 37 фильтра 7. Для регенерации фильтра 7 закрываются краны 14, 9, 38, открываются краны 22, 23, 40, и насосом 24 чистая среда из сборного бака 18 обратным током подается на выход фильтра 7, накопленные механические частицы таким образом удаляются с пористых поверхностей перегородок фильтра 7, после его промывки закрываются краны 22, 23, 40 и открываются краны 14, 9, 38, подача чистой среды насосом 24 прекращается, устройство готово к работе.
Таким образом, использование предлагаемого способа за счет постоянного отделения основного объема механических частиц и эмульгированной воды из турбулентного потока жидкой среды и дальнейшей доочистке уже менее загрязненного потока позволяет существенно снизить энергозатраты и повысить эффективность очистки углеводородных сред.
Пример 1.
Для оценки возможности реализации способа очистки масла использовались образцы отработанного гидравлического МГЕ-10А (ГОСТ 8581-78) и турбинного масла Тп-22с (ГОСТ 32-74)(отработанные масла сливались с изделий). Однократно последовательно масла прокачивались насосом через предфильтр с 15-микронными фильтроэлементами и подавались на фильтр, где в тангенциальном режиме на гидрофобной перегородке, выполненной из высокопористого ячеистого металла (ВПЯМ) с нанесением фторопластового покрытия, часть потока с основным объемом загрязнений - механических частиц и капель воды размером больше номинального размера пор постоянно подавалась в разделитель, связанный с линией подачи исходного масла. В разделителе осуществлялась коагуляция капелек воды на наборе круглых пористых перегородок из ВПЯМ, установленных на перфорированном дне стакана с увеличивающимся размером пор по ходу потока в верхней части внутренней обечайки. В объеме внутренней обечайки при седиментации в поле сил тяжести происходило концентрирование и сгущение загрязнений. При этом нескоагулированные микрокапли воды отделялись на гидрофобной сетке, размещенной в коаксиальном зазоре в нижней части обечаек. Отстой подавался на вход насоса. Очистка тангенциального потока жидкой среды осуществлялась при коагуляции микрокапель воды на последующих цилиндрических пористых перегородках ВПЯМ фильтра, выполненных с увеличивающимся размером пор походу потока. Масло отделялось от проскоков микрокапель воды на гидрофобной внутренней поверхности последней перегородки с вертикальными и горизонтальными дренажными окнами - проточками. В коллекторе происходил сбор и осаждение капелек воды. Перед испытаниями гидравлического и турбинного масел была проведена отмывка фильтрующих элементов с последующей осушкой под вакуумом. Результаты стендовых испытаний с оценкой качества масел приведены в таблице 1.
Таблица 1Результаты стендовых испытаний по очистке масла.
Показатель качества
Значение показателя качества масла
Гидравлическое МГЕ-10А
Турбинное Тп-22с
До очистки
После очистки
Свежее ГОСТ 8581-78
До очистки
После очистки
Свежее ГОСТ 32-74
Содержание механических загрязнений, %
1,23
0,03
не более 0,003
1,45
0,04
отс.
Содержание воды, %
3,52
0,08
отс.
2,63
0,07
отс.
Пример 2.
Оценка реализации заявленного способа проводилась на отработанном трансформаторном масле ТК ГОСТ 982-85, слитом с изделия. Последовательно масло подавалось на предфильтр и фильтр в тангенциальном режиме. При этом турбулентным потоком часть масла с отделенными твердыми частицами и капельками воды с характерными размерами больше номинального размера пор внешней пористой перегородки с гидрофобным фторопластовым покрытием фильтра постоянно выносилась в разделитель. Разделитель связан с линией подачи исходного масла и собран в виде двух сообщающихся обечаек, с установленным, с увеличивающимся размером пор по ходу потока набором круглых пористых перегородок из ВПЯМ для коагуляции микрокапель воды, на перфорированном дне стакана в верхней части внутренней обечайки. В объеме последней при седиментации происходила концентрация и сгущение загрязнений, причем дальнейшее разделение выполнялось на гидрофобной сетке, размещенной в коаксиальном зазоре в нижней части обечаек. Очистка тангенциального потока жидкой среды осуществлялась при коагуляции микрокапель воды на последующих цилиндрических перегородках ВПЯМ фильтра, выполненных с увеличивающимся размером пор по ходу потока, с отделением прошедших микрокапель воды на гидрофобной, с горизонтальными и вертикальными дренажными окнами - проточками внутренней поверхности последней перегородки, со сбором и осаждением их в коллекторе. После однократной перекачки проведена оценка массового содержания в масле твердых частиц и свободной воды. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2Результаты очистки отработанного трансформаторного масла
Вариант фильтрования
Показатели содержания твердых частиц, мас.%
Показатели содержания свободной воды, мас.%
До очистки
После очистки
До очистки
После очистки
Один цикл
1,75
0,083
3,46
0,092
Таким образом, использование предложенного способа позволяет обеспечить значительную очистку отработанного масла от твердых частиц загрязнений и свободной воды.
Литература
1. Л.О.Маневич. Обработка трансформаторных масел. - М.: Энергия, 1975, гл.3.
2. Патент №2135256 кл. С1, РФ, 1999 г.
3. В.Г.Коваленко, В.В.Середа. Автомобильные транспортно-заправочные средства для нефтяных и газовых топлив. - М.: ООО «Владмар», 2005, гл.10.