УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОСВЕТЛЕНИЯ ОТРАБОТАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ

Полезная модель относится к оборудованию и технологии для переработки нефтепродуктов и, в частности, к оборудованию для очистки и осветления отработанных минеральных масел.
Известны установки для очистки отработанных масел, содержащие нагнетательный насос, фильтр грубой очистки, блок подогрева, блок технологической обработки и фильтр тонкой очистки. Таковой является установка (см. патент РФ №2029781, кл. С01М 175/02, 1995 г.), в которой все эти блоки соединены магистралями с размещенными в них узлами включения-отключения, а блок технологической обработки масла выполнен в виде последовательно соединенных центрифуги и сепаратора-разделителя. Конструкция этой установки позволяет вести обработку масла по различным схемам, но ценность установки снижается из-за недостаточной эффективности обработки отходов масла и малой номенклатуры регенерируемых масел.
Известна также установка (см. патент РФ №2034910, кл. С10М 175/02, 1995 г.), в которой блок технологической обработки масла выполнен в виде ультрафильтрационного аппарата с гидрофобной мембраной. Недостатком данной установки является ограниченный срок службы средств фильтрации.
Процесс регенерации масел может быть существенно улучшен путем введения в схему установки различных типов гомогенизаторов для создания стабильной однородной смеси.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой является установка, содержащая приемную емкость, блок насосов, фильтр предварительной очистки, блок технологической обработки масла и емкость очищенного масла, при этом блок технологической обработки масла выполнен в виде последовательно соединенных гомогенизатора пассивного типа, представляющего собой генератор кавитации, и металлокерамического фильтра (см. патент РФ №2055863, кл. С10М 175/02, 1996 год). Обработка масла ультразвуковой кавитацией позволяет осуществлять тонкое измельчение механических примесей в нем, что устраняет необходимость использования громоздких и энергоемких очистителей и фильтров. Данная установка выбрана нами за прототип.
Недостатком прототипа являются его ограниченные возможности при использовании современных средств воздействия на загрязненное масло, таких, как жидкие и порошкообразные модификаторы и поверхностно-активные вещества. Этот недостаток может быть устранен путем введения в схему установки гомогенизаторов физического типа в виде механических перемешивающих устройств в сочетании с отстаиванием и сепарацией.
Общие недостатки известных установок для регенерации отработанных масел заключаются в выборе либо очень агрессивных реагентов, либо сложных многокомпонентных составов, что обуславливает несколько стадий процесса и необходимость применения высокотемпературных режимов. Нагрев масла до температур свыше 100 градусов С приводит к его интенсивному окислению и ухудшает эксплуатационные характеристики масла: изменяется вязкость масла, уменьшается щелочное число, изменяется цвет масла и его кислотность.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности очистки, регенерация и осветление масел по экологически чистой технологии при условии малой энергоемкости установки и при более низких капиталовложениях в сочетании с простотой обслуживания.
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается тем, что в установке для очистки и осветления отработанных минеральных масел, включающей в себя последовательно соединенные бак-реактор, бак-отстойник, блок осветления и вакуумный бак, бак-реактор содержит линию входа масла, мешалку с приводом, первый блок подогрева, размещенный на крышке бака-реактора дозатор модификатора и сливную линию, на которой установлен первый трехходовой кран, своими выходами связанный с нагнетающим насосом и с линией слива из бака-отстойника; на выходе нагнетающего насоса помещены последовательно фильтр грубой очистки, дроссель и второй трехходовой кран, между фильтром грубой очистки и дросселем имеется ответвление на предохранительный клапан с линией слива в бак-реактор, второй трехходовой кран своими выходами связан с линией слива масла в бак-реактор и с третьим трехходовым краном, выходами которого являются линия слива масла в бак-отстойник и линия подачи масла через расходомер, фильтр тонкой очистки и четвертый трехходовой кран, один выход которого связан с блоком осветления, второй выход - с баком-отстойником, при этом бак-отстойник снабжен вторым блоком подогрева и уровнемером, блок осветления содержит сапун, уровнемер и размещенную в его нижней части металлическую решетку с помещенным на ней гранулированным или порошкообразным адсорбентом; пространство под решеткой соединено трубопроводом с вакуумным баком, снабженным вакуумным насосом, ловушкой паров масла и дегазационным узлом, при этом выход вакуумного бака соединен с емкостью чистого масла.
Патентный поиск показал, что отдельно взятые элементы установки известны в технике регенерации отработанных масел и переработки нефтепродуктов (см. в книге П.И.Шашкин, И.В.Брай. Регенерация отработанных нефтяных масел. М. Химия, 1970 г.; Гущин В.А., Остриков В.В. Теоретические предпосылки восстановления основных эксплуатационных свойств смазочных масел. Тамбов, ВНИИТиН, 1994 г.; Фукс Г.И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов М., 2003 г.).
Однако указанная выше совокупность взаимосвязанных отличительных признаков не обнаружена и явным образом не следует из уровня развития техники. В связи с изложенным заявляемое техническое решение считается соответствующим требованию патентоспособности «новизна».
Схема установки для очистки и осветления отработанных минеральных масел приведена на прилагаемом чертеже.
Установка содержит последовательно соединенные бак-реактор 1, бак-отстойник 2, блок осветления 3 и вакуумный бак 4. Бак-реактор 1 содержит линию 5 входа масла, мешалку 6 с приводом 7, дозатор 8 модификатора и термометр 9. В нижней части внутри бака 1 размещены нагреватели 10. На сливе из бака 1 установлен кран трехходовой 11, из которого масло направляется по линии 12 и далее насосом 13 через фильтр 14 грубой очистки по трубопроводу 15 и через дроссель 16 к трехходовому крану 17, который распределяет поток обрабатываемого масла: по трубопроводу 18 через трехходовой кран 19 и трубопровод 20 в бак-отстойник 2 или обратно в бак-реактор 1 по трубопроводу 21. Слив масла из бака-реактора 1 производится через кран 22.
Перед дросселем 16 на линии 15 имеется ответвление 23 с установленными в нем манометром 24 и предохранительным клапаном 25, обеспечивающим при необходимости перелив масла по линии 26 обратно в бак-реактор 1.
На баке-отстойнике размещены уровнемер 27 и термометр 28. В нижней части внутри бака 2 размещены нагреватели 29. Слив осадка 30 осуществляется через кран 31 в сборник 32.
Блок осветления 3 представляет собой емкость, на верхней крышке которой установлены сапун 33 и уровнемер 34, а на боковой стенке бака помещен термометр 35.
Объем 36 масла, подлежащий осветлению, закачивается в блок осветления 3 - в зависимости от качества исходного продукта - по двум контурам: из бака реактора 1 через трехходовой кран 11, насос 13, фильтр 14 грубой очистки, дроссель 16, трехходовой кран 17, трехходовой кран 19 и далее по трубопроводу 37 через расходомер 38 и фильтр 39 тонкой очистки и далее через кран 40 по трубопроводу 41 в блок осветления, или из бака-отстойника 2 масло подается по трубопроводу 42 через кран 11 и далее насосом 13 по трубопроводам 15, 18, 37 и через расходомер 38, фильтр 39 тонкой очистки и по трубопроводу 41 в блок осветления. Для кольцевой очистки масла в баке-отстойнике 2 второй выход крана 40 соединен трубопроводом 43 с верхним объемом бака-отстойника.
В нижней части блока осветления 3 установлена металлическая решетка 44 с размещенной на ней тканевой или металлической сеткой 45. На сетку помещен гранулированный или порошкообразный адсорбент, который в процессе работы образует два различных по плотности слоя - кек 46, т.е. слой твердых частиц, оставленный на фильтрующей поверхности, и пористую лепешку 47.
Отбор масла из блока осветления 3 в вакуумный бак 4 осуществляется из нижнего объема 48 по трубопроводу 49 за счет вакуума, создаваемого насосом 50, на линии связи которого с вакуумным баком помещены также ловушка 51 паров масла и кран трехходовой 52. В верхней части вакуумного бака 4 размещен дегазационный узел 53, связанный с расположенными вне бака мановакуумметром 54 и краном трехходовым 52. При необходимости кран 52 обеспечивает связь внутреннего объема вакуумного бака с атмосферой. Для отбора дозы осветленного масла вакуумный бак снабжен краном 55, установленным на выходном трубопроводе 56.
Установка для очистки и осветления отработанных минеральных масел работает следующим образом.
Через трубопровод 6 отработанное масло закачивают в бак-реактор 1. Здесь масло разогревают до 80-100 град.С с помощью нагревателей 10 и перемешивают с модификатором - 30-50% водным раствором карбамида. Модификатор заправляется через дозатор 8 в объеме, равном 5 процентам от общего количества масла в баке-реакторе. В результате активного перемешивания и разогрева масла происходит укрупнение частиц загрязнений по объему и по весу, их слипание или смешение под действием молекулярных сил сцепления. Перемешивание осуществляется в течение 15-20 часов. Масло в баке-реакторе после перемешивания отстаивается не менее 20 часов, после чего явно выраженные воду и отстой сливают в сборник через кран 22. Отбору может быть подвергнуто до 60% отстоя. Часть осадка вновь возвращается в бак-реактор 1. Оставшееся количество масла через кран 11 с помощью насоса 13 подвергают фильтрации через фильтр 14 грубой очистки, дроссель 16 и кран 12 со сливом по трубопроводу 21 обратно в бак-реактор. Время фильтрации в этом режиме устанавливается опытным путем и обычно не превышает 10-12 часов. В качестве фильтра грубой очистки может быть использован фильтр-сепаратор СТ-500, удерживающий механические частицы от 40 мкм и более. Фильтр содержит четыре фильтрующе-водоотделяющих блока при условии оперативной замены отработавших блоков на новые. Предельно допустимый перепад давления на блоке фильтров составляет 0,15 МПа при номинальной пропускной способности 160 л/мин. Бак-реактор 1 с мешалкой 6 и нагревателями 10 обеспечивает нейтрализацию органических кислот, омыление эфиров, осаждение и удаление солей. За счет разогрева и перемешивания в баке-реакторе 1 происходит эффективное отделение воды из масла в виде паров.
Предварительно очищенное масло перекачивают в бак-отстойник 2 через кран 11 насосом 13 и далее через краны 17 и 19 и по трубопроводу 20. Здесь масло разогревают до температуры 60-80 град. С и в режиме двойной фильтрации очищают от загрязнений по линии трубопровод 42, кран 11, насос 13, фильтр грубой очистки 14, трубопровод 15, дроссель 16, краны 17 и 19 по трубопроводу 37 через расходомер 18, фильтр тонкой очистки 39, кран 40 и по трубопроводу 43 обратно в бак-отстойник 2. Время двойной фильтрации лежит в пределах 10-12 часов. В качестве фильтра тонкой очистки используется блок фильтров БФ. Тонкость фильтрации этого фильтра на его первой ступени - 10 мкм, а на второй ступени - 3 мкм. В процессе фильтрации сливают отстой через кран 31 в отстойник 32 и при необходимости дополняют объем масла в баке-отстойнике 2 из бака-реактора 1 через фильтр 14 кран 17, кран 19 и трубопровод 20. Во время всего процесса блоки подогрева 10 и 29 включены, чем достигается улучшение качества фильтрации.
Очищенное масло через кран 40 направляется в блок осветления 3. Требуемый объем 36 масла для осветления контролируется по уровнемеру 34, после чего заполнение блока осветления заканчивается и включается вакуумный насос 50.
Подлежащее осветлению масло через два слоя 46 и 47 адсорбента под воздействием вакуума перетекает в объем 48 и далее по трубопроводу 49 сливается в вакуумный бак 4. Предельное остаточное давление, создаваемое вакуумным насосом 50, лежит в пределах 1-2 Па. В качестве насыпного слоя могут быть использованы гранулированные силикагель марки КСКГ или цеолит NaX марки А. Могут также использоваться их порошкообразные фракции размером 0,1-2 мм. Объемы масла в блоке осветления 3 и в вакуумном баке 4 выбираются примерно одинаковыми, так что по уровнемеру 34 можно зафиксировать окончание вакуумирования масла через слои 46 и 47 адсорбента. После этого вакуумный насос выключают, переключают кран 52 на связь с атмосферой и осуществляют отбор осветленного масла через кран 55 по трубопроводу 56 в емкость чистого масла. Чистота масла на выходе установки не хуже 5-го класса по ГОСТ 17216-01, т.е. в пробе 100 мл число частиц загрязнений для соответствующего размера частиц не должно превышать: 5-10 мкм - 500 частиц, 10-25 мкм - 250 частиц, 25-50 мкм - 25 частиц, 50-100 мкм - 4 частицы и 100-200 мкм - одна частица. Автоматическое определение количества и размеров частиц загрязнений производилось оптическим аналитическим прибором ГРАН-152, снабженным портативным принтером для регистрации результатов гранулометрического анализа.
Преимущества заявляемой полезной модели:
1. Удаление загрязнений с помощью данной установки способствует продлению срока службы как самих масел, так и смазываемых им деталей машин и механизмов.
2. Помимо механических загрязнений одновременно удаляются 80-90% смол, асфальтенов, карбидов, карбонов с осветлением от 9 до 3 баллов в единицах ЦНТ.
3. Кислотное число масла снижается от 0,9 до 0,1 мгКОН/г. Содержание нерастворимого осадка уменьшается с 1 до 0,09-0,1%; температура вспышки повышается до 180 С.
4. Вакуумирование масла в процессе осветления через слой адсорбента позволяет равномерно распределить поток в среде осветлителя, максимально использовать возможности рабочих поверхностей адсорбента по всему его объему и избежать излишних загрязнений масла при использовании для этой цели нагнетательного насоса, трущиеся части которого являются дополнительным источником загрязнений.
Источники информации:
1. Шашкин П.И., Брай И.В. Регенерация отработанных нефтяных масел. М., Химия, 1970 г.
2. Гущин В.А., Остриков В.В. Теоретические предпосылки восстановления основных эксплуатационных свойств смазочных масел. Тамбов, 1994 г.
3. Фукс Г.И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов. М., 2003 г.
4. Патент РФ №2029781, кл. С01М 175/02, 1995 г. Универсальная установка для регенерации отработанных масел.
5. Патент РФ №2034910, кл. С10М 175/02, 1995 г. Способ регенерации отработанных масел и установка для его осуществления.
6. Патент РФ №2066863, кл. С10М 175/02, 1996 г. Способ регенерации отработанных минеральных масел и установка для его осуществления.
7. ГОСТ 17216-01. Промышленная чистота. Классы чистоты жидкостей.