Ресурсосберегающая технология при технической эксплуатации строительной техники

ВЕСТНИК 2/2012.

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ. МЕХАНИЗМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

УДК 69

C.B. Федосов, В.А. Масленников, Ю.П. Осадчий, A.B. Маркелов

ФГБОУВПО «ИГАСУ»

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Рассмотрено исследование процесса восстановления отработанных моторных масел, применяемых в строительной технике.

Ключевые слова: регенерация, отработанные моторные масла, микрофильтрация, полимерные и керамические мембраны.

В настоящее время строительное производство немыслимо без применения специальной техники, в качестве силового агрегата которой используется двигатель внутреннего сгорания. Нормальная работа двигателя возможна при условии качественной смазки трущихся узлов и деталей, поэтому моторные масла необходимо через определенный период эксплуатации заменять на свежие. На строительных площадках России используется несколько сотен тысяч единиц такой техники, и вследствие чего тема повторного использования отработанного моторного масла достаточно актуальна.

При работе в двигателях внутреннего сгорания моторные масла соприкасаются с металлами, подвергаются действию температуры, давления, проникающего в картер воздуха, минеральных примесей и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, разжижение горючим и обводнение [1].

В результате в маслах накапливаются асфальто-смолистые соединения, коллоидальные кокс и сажа, различные соли, кислоты, а также металлическая пыль и вода. Весь этот сложный процесс изменения физико-химических свойств масла называется старением [2].

На сегодняшний день традиционно для выделения низкомолекулярных целевых компонентов (до 1000...12000 г/моль) из отработанных масел применяются химические (сернокислотная и щелочная промывки) и физико-химические (коагуляция, адсорбция и селективное растворение содержащихся в масле загрязнений) способы, а также их совместные комбинации [3].

Все эти способы достаточно эффективны (выход готового продукта 80.90 %), но имеют ряд недостатков, связанных с высокими энергозатратами, утилизацией экологически опасных побочных продуктов, проблемами с организацией сбора и транспортировки отработанных масел к месту переработки. Для рентабельности указанных циклов переработки мощность предприятий должна быть на уровне 100.300 тыс. т отработанного масла в год.

Активно развивающимся альтернативным решением данной задачи является создание небольших регенерирующих комплексов, установленных в местах образования отработанного масла, принцип действия которых основан на применении баромем-бранных процессов разделения жидкостей [4—6]. Такие процессы не требуют боль-

104

© Федосов С.В., Масленников В.А., Осадчий Ю.П., Маркелов А.В., 2012

Технология строительных процессов. Механизмы и оборудование

ших затрат энергии, так как разделение отработанного масла и примесей может проводиться в диапазоне температур 20...40 °Си малоотходны.

Мембраны для фильтрования неводных сред должны обладать химической и механической стабильностью в среде органических растворителей и демонстрировать при этом высокую производительность (проницаемость) и селективность (разделительные характеристики). Для этих целей на сегодняшний день в России промышленностью выпускаются мембраны следующих типов [4]:

полимерные микрофильтрационные мембраны на основе фторопласта типа МФФК и МФФК-Г в виде листов и полых труб производства «Владипор» (г. Владимир);

керамические микрофильтрационные мембраны в виде полых труб производства ООО НПО «Керамикфильтр» (г. Москва).

Табл. 1. Характеристика исследуемых мембран и их свойства

Свойства

Тип мембраны Средний диаметр пор, мкм Допустимый диапазон, РН Производительность по дистиллированной воде при р = 0,05 МПа, м3/(м2-ч) Термическая устойчивость не более, °С Предельное рабочее давление, МПа

Полимерная типа МФФК-Г 0,15 1.13 1,1 80 0,3.0,5

Полимерная типа МФФК 0,05 1.13 0,1 по этанолу 80.100 0,3.0,5

Керамические мембраны однока-нальные 0,05 0.13 1,0 500 1

Экспериментальная часть данной работы проводилась с целью: исследования возможности очистки отработанных моторных масел (ОММ) от продуктов старения;

изучения влияния давления на удельную производительность и селективность тонкопористых мембран, характеристики которых приведены в табл. 1.

При исследовании процесса регенерации использовалось отработанное моторное минеральное масло марки М10Г2, основные характеристики которого приведены в табл. 2.

Перед исследованием разделения отработанного моторного масла от продуктов окисления производилась очистка отработанного масла от крупных взвешенных частиц (продукты износа металлических поверхностей и пыли) и воды с помощью центрифуги.

Табл. 2. Характеристики моторного масла М10Г2

Наименование показателей Свежее масло Отработанное масло

Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с (Ст) 10,81 18,44

Кислотное число, мг/г 0,25 3,72

Содержание механических примесей, % 0,015 2,99

Щелочное число, мг/г 6,47 1,48

Зольность, % 1,39 1,34

Моющие свойства ПЗВ, баллы 0,5 5,0

Коррозийность, г/м2 12,0 52,0

Цвет нефтепродуктов темных, ед. ЦНТ 3-4 более 8,0

2/2012

Далее процесс фильтрования проводился на проточной лабораторной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной фильтрационной установки: 1 — резервуар с отработанным моторным маслом; 2 — насос; 3 — трехходовой кран; 4, 9 — манометры; 5 — мембранные элементы; 6 — мерная колба с очищенным маслом; 7 — запорная арматура; 8 — кран для залива отработанного масла

В ходе выполнения эксперимента получены данные по влиянию давления на удельную производительность 2 в м3/(м2-ч) и селективность ф мембран по асфальто-смолистым соединениям (рис. 2). При расчете последней в отработанных моторных маслах измеряли их оптическую плотность и концентрацию на фотоколориметре КФК-2 в области спектра 490.590 нм.

Рис. 2. Влияние давления на удельную производительность 2 и селективность ф мембран по асфаль-тово-смолистым соединениям

Как видно из рис. 2, с повышением давления значения удельной производительности повышаются, а селективность у предложенных мембран (см. табл. 1) с близкими по размерам порами отличаются. Лучший показатель имеет полимерная мембрана типа МФФК-Г на основе сополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена, армированная нетканым полипропиленом, худший — керамическая. Это можно объяснить неодинаковой степенью пористости и поверхностными взаимодействиями в системе мембрана — раствор, которую можно оценить по степени полярности объектов разделения и степени олеофильности и олеофобности мембран [4].

Керамическая мембрана как наиболее олеофобная должна обладать лучшей селективностью по асфальто-смолистым соединениям. Данная теоретическая предпосылка не подтвердилась в результате проведенного эксперимента (см. рис. 2).

Причину резкого падения селективности у керамической мембраны можно объяснить влиянием адсорбционных взаимодействий. В данном случае как на поверхности мембраны, так и в ее объеме адсорбируются асфальто-смолистые соединения, забивая поверхность и матрицу мембраны, очистить которые наиболее эффективно можно

106

ISSN 1997-0935. Уе5Шк MGSU. 2012. № 2

Технология строительных процессов. Механизмы и оборудование

прокаливанием. Такие же явления наблюдаются и у других типов мембран, но полимерные мембраны возможно очистить (восстановить фильтрующую способность) с помощью промывки обратным током пермеата, т.е. с кратковременной остановкой цикла разделения.

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:

показана возможность процесса регенерации отработанных моторных масел с помощью мембран с размером пор от 0,15 до 0,05 мкм;

оптимальное давление, с которым нужно проводить фильтрование 0,3...0,5 МПа;

дальнейшее направление разработки целесообразно направить на исследование проблемы периодичности технического обслуживания мембран для восстановления их производительности и селективности в течение определенного срока службы [7].

В зависимости от типа мембран и степени очистки моторного масла в дальнейшем его можно использовать в следующих направлениях: повторное использование по прямому назначению, в качестве добавки к дизельному топливу [8] или отправлять его на крупные маслоперерабатывающие специализированные предприятия, предварительно улучшая физико-химические показатели с целью полного его восстановления [9].

Библиографический список

1. Итинская Н.И., Кузнецов H.A. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям. М. : Колос, 1982. 208 с.

2. Особенности глубокого окисления масел при эксплуатации техники / A.B. Иванов, A.A. Гуреев, H.H. Попова и др. // Химия и технология топлив и масел. 1990. № 10. С. 20—22.

3. Шашкин П.И., Брай И.В. Регенерация отработанных нефтяных масел. М. : Химия, 1970.

4. Гриценко В. О., Орлов Н.С. Применение микрофильтрации для регенерации отработанных моторных масел // Мембраны. 2002. № 16. С. 10—16.

5. Способ очистки масла / Козлов М.П., Дубяга В.П., Бон А.И. и др. Пат. 2255795РФ // опубл. 10.07.2005.

6. Лутфулина H.A., Лукашевич В.И., Лукашевич A.B. Способ регенерации отработанных масел и установка для его осуществления. Пат. 2034910 РФ// опубл. 10.05.95.

7. Peng H., Tremblay A. Y.J. Регенерация мембран при очистке нефтесодержащих сточных вод. Membr. Sci. 2008. № 1—2. С. 59—66.

8. Гаранин Э.М. Способ утилизации отработанного моторного масла и установка для его реализации. Пат. 2333933 РФ// опубл. 10.10.2006.

9. Станковски Л., Чередниченко P.O., Дорогочинская В.А. Классификация отработанных смазочных масел и показатели их качества // Химия и технология топлив и масел. 2010. № 1. С. 8—11.

Поступила в редакцию в январе 2012 г.

Об авторе: Федосов Сергей Викторович — доктор технических наук, профессор, академик РААСН, ректор Ивановский государственный архитектурно-строительный университет (ИГАСУ), Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, 328540, rektor@igasa.ru;

Масленников Валерий Александрович — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобилей и автомобильного хозяйства, Ивановский государственный архитектурно-строительный университет (ИГАСУ), Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, 325183;

Осадчий Юрий Павлович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автомобилей и автомобильного хозяйства, Ивановский государственный архитектурно-строительный университет (ИГАСУ), Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, 325183;

Маркелов Александр Владимирович — аспирант, старший преподаватель кафедры автомобилей и автомобильного хозяйства, Ивановский государственный архитектурно-строительный университет (ИГАСУ), ул. 8 Марта, д. 20, 89036325832, aleksandr203.37@mail.ru.

Для цитирования: Ресурсосберегающая технология при технической эксплуатации строительной техники / C.B. Федосов, В.А. Масленников, Ю.П. Осадчий, A.B. Маркелов // Вестник МГСУ. 2012. № 2. С. 104—108.

BECTMK 2/2o12_

S.V. Fedosov, V.A. Maslennikov, Ju.P. Osadchij, A.V. Markelov

RESOURCE-SAVING TECHNOLOGY OF CONSTRUCTION MACHINERY OPERATION

The paper presents the research of the process of recovery of used motor oil to be applicable for construction machinery. The solution to the problem in question consists in the development of compact oil recovery facilities to be installed in the areas where used oil is generated. Their concept of operation consists in the employment of baromembrane liquid separation principle. It is characterized by low power consumption, as the separation of used oil from admixtures may be performed within the temperature range of 20 to 40 °C. The following conclusions were made upon completion of the research project:

used motor oils may be applied for recovery purposes through the application of membranes, with dimensions of pores varying from 0.15 to 0.5 mcm;

the optimal filtering pressure is to vary between 0.3 and 0.5 MPa;

any further research is to cover the problem of periodicity of maintenance of membranes aimed at the restoration of their performance and selectivity within a particular service period.

Depending on the type of membranes and the degree of used oil treatment, recovered oil may be applied for the initially designated purpose, as an additive injected into diesel fuel or delivered to major oil recovery facilities, although the latter purpose requires preliminary improvement of physical and chemical properties of used oil to assure its complete recovery.

Key words: recovery, used motor oils, microfiltration, polymeric and ceramic membranes.

References

1. Itinskaja N.I., Kuznecov N.A. Spravochnik po toplivu, maslam i tehnicheskim zhidkostjam [Reference Book: Fuels, Oils and Technical Fluids]. Moscow, Kolos, 1982, 208 p.

2. Ivanov A.V., Gureev A.A., Popova N.N. and others. Osobennosti glubokogo okislenija masel pri jekspluatacii tehniki [In-Depth Oxidation of Oil in the Course of Operation of Machinery]. Himija i tehnolo-gija topliv i masel, 1990, Issue # 10, pp. 20—22.

3. Shashkin P.I., Braj I.V. Regeneracija otrabotannyh neftjanyh masel [Recovery of Used Petroleum Oils]. Moscow, Himija, 1970.

4. Gricenko V.O., Orlov N.S. Primenenie mikrofil'tracii dlja regeneracii otrabotannyh motornyh masel [Application of Microfiltration for Regeneration of Used Motor Oils]. Membrany, 2002, Issue # 16, pp. 10—16.

5. Kozlov M.P., Dubjaga V.P., Bon A.I. and others. Sposob ochistki masla [Oil Purification Method]. Pat. 2255795RF, published on 10.07.2005.

6 Lutfulina N.A., Lukashevich V.I., Lukashevich A.V. Sposob regeneracii otrabotannyh masel i usta-novka dlja ego osuwestvlenija [Method of Regeneration of Used Oil and Respective Machines]. Pat. 2034910 RF, published on 10.05.95.

7. Peng H., Tremblay A. Y.J. Membrane Regeneration and Filtration in Treating Oily Wastewaters. Membr. Sci, 2008, 324, Issue # 1-2, pp. 59—66.

8. Garanin Je.M. Sposob utilizacii otrabotannogo motornogo masla i ustanovka dlja ego realizacii [Method of Regeneration of Used Oil and Respective Machines], pat. 2333933, published on 10.10.2006.

9. Stankovski L., Cherednichenko R.O., Dorogochinskaja V.A. Klassifikacija otrabotannyh sma-zochnyh masel i pokazateli ih kachestva [Classification of Used Lubricant Oils and Their Quality Indicators]. Himija i tehnologija topliv i masel, 2010, Issue # 1 pp. 8—11.

A b o u t t h e a u t h o r s: Fedosov Sergej Viktorovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Member of the Russian Academy of Architecture and Civil Engineering Sciences, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASA), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russia, rektor@igasa.ru, 8 (4932) 32-85-40;

Maslennikov Valerij Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Head of Department of Automobiles and Auto Infrastructure, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASA), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russia, 8 (4932) 32-51-83;

Osadchij Jurij Pavlovich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Department of Automobiles and Auto Infrastructure, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASA), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russia, 8 (4932) 32-51-83;

Markelov Aleksandr Vladimirovich — postgraduate student, Department of Automobiles and Auto Infrastructure, Ivanovo State University of Architecture and Civil Engineering (IGASA), 20 8ogo Marta St., Ivanovo, 153037, Russia, aleksandr203.37@mail.ru, 8 (903) 632-58-32.

F o r c i t a t i o n: Fedosov S.V., Maslennikov V.A., Osadchij Ju.P., Markelov A.V. Resursosberegaju-schaja tehnologija pri tehnicheskoj jekspluatacii stroitel'noj tehniki [Resource-Saving Technology of Construction Machinery Operation]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, Issue # 2, pp. 104—108.

108

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 2