УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСЕЛ

Полезная модель относится к оборудованию и технологии переработки нефтепродуктов и, в частности, к оборудованию для очистки и регенерации отработанных универсальных индустриальных, индустриальных гидравлических, трансмиссионных, консервационных, турбинных и трансформаторных масел.
Известны установки для регенерации 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. С10М 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 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 очистки масел может быть существенно улучшен путем введения в схему установки различных типов гомогенизаторов для создания стабильной однородной смеси.
Известной является установка для регенерации отработанных масел Мелиоформ-ОММ, содержащая приемную емкость с подогревом, бак-реактор и центробежный очиститель с промежуточной емкостью, связанной нагнетательным насосом с блоком адсорбентов. Обработка масла на этой установке ведется в три этапа: коагулирование, сепарация и осветление в блоке адсорбентов (см. информацию на сайте НПО Декантер, 2012 год.)
Известной также является установка для очистки отработанных промышленных масел, содержащая каскад напорной механической фильтрации, дополненный дегазационными емкостями и адсорбционным блоком (см. патент РФ №2186095, кл. С10М 175/02, 2002 год).
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, 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 центробежной сепарацией.
Общие недостатки известных установок для очистки 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 ста градусов Цельсия 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 направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности очистки, регенерация и осветление масел по экологически чистой технологии при условии малой энергоемкости установки, более низких капиталовложений в сочетании с простотой обслуживания.
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается тем, что установка, содержащая приемную и промежуточные емкости, блок насосов, фильтры грубой и тонкой очистки, блоки подогрева, емкость чистого масла и соединительные магистрали с размещенными в них узлами включения-отключения, включает в себя образующие блок технологической обработки масла бак-коагулятор, бак-отстойник, центробежный сепаратор и блок осветления, при этом приемная емкость, снабженная первым блоком подогрева, своим выходом соединена с первым насосом и фильтром грубой очистки, связанным своим выходом через первый трехходовой кран по одной линии с приемной емкостью и по другой линии с баком-коагулятором, снабженным мешалкой с приводом, вторым блоком подогрева масла и установленным на крышке бака-коагулятора дозатором модификатора; на выходе бака-коагулятора размещен второй насос, своим выходом связанный с баком-отстойником, снабженным третьим блоком подогрева; на сливе из бака-отстойника помещены последовательно третий насос и фильтр тонкой очистки, связанный своим выходом с первой промежуточной емкостью, на сливном трубопроводе которой помещен центробежный сепаратор с выходом масла из него через второй трехходовой кран обратно в первую промежуточную емкость или во вторую промежуточную емкость, на сливе из которой помещен четвертый насос, своим выходом связанный через третий трехходовой кран с емкостью для чистого масла либо с блоком осветления, выполненным в виде совокупности соединенных параллельно насыпных порошковых фильтров, каждый из которых соединен своим входом через соответствующий переключатель, либо с выходом линии нагнетания четвертого насоса, либо с линией сжатого воздуха, при этом выходы порошковых фильтров соединены через пятый насос и фильтр тонкой очистки 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».
Суть заявляемой полезной модели показана на прилагаемом чертеже.
В схеме установки последовательно соединены приемная емкость 1, бак-коагулятор 2, бак-отстойник 3, первая промежуточная емкость 4, центробежный сепаратор 5, вторая промежуточная емкость 6, блок 7 осветления и емкость 8 для чистого масла.
Приемная емкость 1 содержит входной трубопровод 9 с краном 10, сливной трубопровод 11 с краном 12 и заборный трубопровод с последовательно размещенными первым насосом 14, фильтром 15 грубой очистки и трехходовым краном 16, один выход которого трубопроводом 17 соединен со сливом в емкость 1, а второй выход связан трубопроводом 18 с баком-коагулятором 2. В нижней части приемной емкости 1 размещен первый блок подогрева 19. На приемной емкости размещены также термометр 20 и указатель уровня 21.
В баке-коагуляторе 2 помещены: мешалка 22 с приводом 23 и второй блок подогрева 24. Бак 2 снабжен также сливным трубопроводом 25 с краном 26, указателем уровня 27 и термометром 28. На верхней крышке 29 бака-коагулятора размещен дозатор 30 модификатора. Нижняя часть бака 2 соединена трубопроводом 31 со вторым насосом 32 и далее трубопроводом 33 с баком-отстойником 3.
В баке-отстойнике 3 помещен третий блок подогрева 34 и линия 35 слива осадка с краном 36, а также указатель уровня 37 и термометр 38. В нижней части бака-отстойника 3 над третьим блоком подогрева 34 выведен трубопровод 39, содержащий последовательно размещенные третий насос 40 и фильтр 41 тонкой очистки, связанный трубопроводом 42 с первой промежуточной емкостью 4. Промежуточная емкость 4 содержит также линию слива 43 с краном 44, указатель уровня 45 и термометр 46.
Нижний объем промежуточной емкости 4 соединен трубопроводом 47 с входом центробежного сепаратора 5, снабженного линией 48 для слива осадка. Выход сепаратора 5 соединен трубопроводом 49 с трехходовым краном 50, соединенным своими выходами по трубопроводу 51 с первой промежуточной емкостью 4 или по трубопроводу 52 со второй промежуточной емкостью 6. В нижней части второй промежуточной емкости 8 помещены линия слива 53 с краном 54 и линия 55 с размещенным в ней четвертым насосом 56 и трехходовым краном 57, выходы которого связаны соответственно трубопроводом 58 с емкостью для чистого масла 8 и трубопроводом 59 с блоком осветления 7. Вторая промежуточная емкость содержит также указатель уровня 60 и термометр 61.
Блок осветления 7 содержит соединенные параллельно насыпные порошковые фильтры 62, связанные через переключатели 63 с выходом линии 59 нагнетания четвертого насоса 56 или с линией 64 подачи сжатого воздуха. К общему сливному коллектору 65 блока осветления 7 подключен центробежный насос 66, и далее на трубопроводе 67 установлен фильтр 68 тонкой очистки перед сливом в емкость для чистого масла.
Емкость 8 для чистого масла содержит линию 69 слива масла с краном 70 и линию 71 отбора чистого масла с краном 72, а также указатель уровня 73 и термометр 74.
Установка для очистки отработанных промышленных масел работает следующим образом.
Предназначенное для очистки отработанное масло закачивается по линии 9 из внешней емкости в приемную емкость 1. При необходимости масло нагревается до 40-50 град.С первым блоком подогрева 19. После слива первичного отстоя через кран 12 масло перекачивается насосом 14 по трубопроводу 13 через фильтр грубой очистки 15, кран 16 и трубопровод 18 в бак-коагулятор 2. При сильном загрязнении подогретое масло может быть очищено в приемной емкости путем его пропуска через технологическое кольцо: насос 14 - трубопровод 13 - фильтр грубой очистки 15 - кран 16 - трубопровод 17 с возвратом потока в приемную емкость 1.
В баке-коагуляторе 2 масло разогревают до температуры 80-100 град.С с помощью второго блока подогрева 24 и перемешивают с модификатором - порошкообразным карбамидом, измельченным до размеров не более 150 мкм. Модификатор заправляется в бак-коагулятор через дозатор 30 в количестве, равном (1-1,5)% от общего количества масла в баке 2. После активного перемешивания разогретого 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, после чего явно выраженные воду и отстой сливают в сборник через кран 26. Отводу может быть подвергнуто до 60% отстоя. Часть осадка возвращается в бак-коагулятор 2. Оставшееся масло через трубопровод 31, насос 32 и трубопровод 33 перекачивают в бак-отстойник 3. В баке-коагуляторе 2 осуществляется нейтрализация органических кислот, омыление эфиров, осаждение и удаление солей. Отделение воды происходит в виде паров за счет нагрева масла и его перемешивания. В качестве модификатора может быть также использована смесь, содержащая (масс.%): этанол 35-45, воду 5-10 и эмульгатор для обезвоживания на основе блок-сополимера этилена или пропилена - до 100. Процесс укрупнения частиц загрязнений, находящихся в масле в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, на этом этапе зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры и эффективности перемешивания.
Нагретое до 60-80 град.С масло из отстойника 3 направляется в первую промежуточную емкость 4 через трубопровод 39, насос 40, фильтр грубой очистки 41 и трубопровод 42. Излишки отстоя сливают через кран 36. В качестве фильтра грубой очистки может быть использован фильтр-сепаратор СТ-500, удерживающий механические частицы от 40 мкм и более. Фильтр содержит четыре фильтрующе-водоотделительных блока с условием оперативной замены отработавших ресурс блоков новыми. Предельно допустимый перепад давления на блоке фильтров составляет 0,15 МПа при номинальной пропускной способности 500 л/мин.
После термохимической обработки масла, проведенной в баке-коагуляторе 2 с перекачкой масла в бак-отстойник 3 и далее в первую промежуточную емкость 4, производится отделение от масла свободной и связанной воды, биологических и механических загрязнений. Разделение производится в силовом поле центробежного сепаратора 5. Качество разделения определяется по критерию Фруда (Fr) - отношению ускорения центробежной силы и ускорения силы тяжести (фактор разделения). Например, для простого обезвоживания этот критерий выбирают в пределах 100-800. Для сильно загрязненных масел величина этого отношения может достигать 3500 и более. Диаметр и частота вращения барабана сепаратора выбираются исходя из этих значений по формуле:
2
Fr=nD/1800,
где D - диаметр барабана в метрах, n - частота вращения барабана, об/мин.
Показатели центробежной очистки, достигаемые при использовании в установке, например, сепаратора СЦ-1,5, составляют: массовая доля воды в очищенном продукте - не более 0,05%, содержание механических примесей в очищенном продукте - не более 0,06%. Таким образом, удаляются практически все загрязнения размером более 3-6 мкм. Производительность составляет 1,5 м куб. в час при частоте вращения барабана 6800 об/мин; диаметр барабана равен 355 мм. Критерий Фруда равен примерно 9900.
Цикл сепарирования может быть организован в режиме одноразовой фильтрации масла по контуру: первая промежуточная емкость 4 - трубопровод 47 - центробежный сепаратор 5 - трубопровод 49 - кран трехходовой 50 - трубопровод 52 - вторая промежуточная емкость 6. Если емкость 6 занята в технологическом процессе осветления масла, тогда осуществляется многократная фильтрация только в емкости 4, когда жидкость от крана 50 направляется по трубопроводу 51 обратно в первую приемную емкость 4.
Из второй промежуточной емкости 6 очищенное масло по трубопроводу 55 подается насосом 56 к трехходовому крану 57. Отсюда масло направляется или по трубопроводу 58 в емкость 8 для чистого масла, или по трубопроводу 59 в блок осветления 7. Насыпные фильтры 62 блока осветления, уже заполненные адсорбентом, заливаются предварительно маслом с помощью насоса 56. После этого в фильтры подается поочередно сжатый воздух по каналу 64 через один из переключателей 63. Воздух своим давлением вытесняет масло из подключенного фильтра в коллектор 65. В освободившийся фильтр вновь подается порция масла, и так в цикле поочередно заполняются и освобождаются насыпные фильтры 62. Осветленное масло собирается в коллектор 65 и по мере его заполнения перекачивается насосом 66 по трубопроводу 67 через фильтр тонкой очистки 68 в предварительно освобожденную емкость 8 для чистого масла. В качестве перекачивающего насоса 66 используется центробежный насос как агрегат, имеющий минимальное количество узлов трения и поэтому дающий минимальный выброс металлических частиц и других загрязнений.
Таким образом, в емкость 8 поступает продукт или после сепарации, или после осветления. Отбор чистого масла осуществляется от внешнего насоса по трубопроводу 71. Все операции перемещения и перекачки масла по рабочим бакам и промежуточным емкостям контролируются по соответствующим указателям уровня. Каждый из аппаратов снабжен термометром, указателем уровня и краном слива.
В насыпных фильтрах 62 активированный адсорбент используется для удаления цветовых составляющих, поверхностных загрязнителей, органических кислот, других полярных соединений и мельчайших частиц, таких как карбон, растворенных в отработанных промышленных маслах. В качестве насыпного слоя могут быть использованы гранулированные силикагель марки КСКГ или цеолит NaX марки А. Активированный адсорбент применяется также в порошкообразном виде с размером частиц 10-15 мкм. Площадь активной поверхности одного грамма такого порошка составляет при этом не менее 178 кв. метров. В насыпном фильтре происходит процесс, в котором одна субстанция - адсорбент притягивает и удерживает другие субстанции - загрязнения, т.е. происходит адсорбция полярных материалов, не позволяющая происходить их реверсии. Могут также использоваться порошкообразные фракции адсорбентов размером 0,1-2 мм. На выходе из блока осветления 7 пробивное напряжение трансформаторного масла повышается с 20 до 60 кВ.
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: для размера частиц 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 ими деталей машин и приборов.
2. После термохимической обработки в баке-коагуляторе, в силовом поле центробежного сепаратора при оптимальных значениях фактора разделения происходит отделение от масла свободной и связанной воды, биологических и механических загрязнений.
3. Помимо механических загрязнений одновременно удаляются 80-90% смол, асфальтенов, карбидов, карбонов с осветлением от 9 до 3 баллов в единицах ЦНТ. 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 градусов С; пробивное напряжение повышается с 20 до 60 кВ.
4. Активация адсорбента позволяет использовать блок осветления установки для удаления цветовых составляющих, поверхностных загрязнителей, органических полярных соединений и мельчайших частиц, таких как карбон, растворенных в отработанном масле.
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. С10М 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 №2155863, кл. С10М, 175/02, 1996 г. Способ регенерации отработанных минеральных масел и установка для его осуществления.
7. Патент РФ №2186095, кл. С10М 175/02, 2002 г. Способ регенерации отработанных промышленных масел и установка для его осуществления.
8. Патент РФ №2163253, кл. С10М 175/02, 2001 г. Способ очистки отработанного масла.