Влияние технологических параметров на концентрацию серы в масле

УДК 621.315.01:620.19

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ СЕРЫ В МАСЛЕ

А.В. КОВАЛЬ, Р.Р. ВИЛДАНОВ, О.В. ГРИГОРЬЕВА, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет

Изучено влияние технологических параметров на процесс адсорбционного извлечения сернистых соединений из трансформаторного масла с последующей оптимизацией технологической схемы очистки и стабилизации масла.

В технике производства трансформаторных масел, с целью улучшения их эксплуатационных свойств, широко используется адсорбционная очистка, технологическое оформление которой предельно простое [1-3].

Для очистки трансформаторных масел применяют в качестве адсорбента оксид алюминия, соответствующий ГОСТ 8136-76.

Целью настоящей работы явилось исследование влияния количества оксида алюминия и температуры на степень очистки трансформаторного масла от сернистых соединений.

Очистку и стабилизацию трансформаторного масла селективной очистки осуществляли в адсорбционной колонке диаметром 30 мм и высотой 1,2 м. Адсорбционную колонку заполняли оксидом алюминия марки А-1, предварительно просушенным при температуре 600°С в муфельной печи. Оксид алюминия уплотняли в колонке и для снятия теплоты адсорбции заливали

петролейным эфиром с Ткип = 40 - 60° С, а затем в колонку заливали

трансформаторное масло с содержанием общей серы 0,91 %.

При адсорбционной очистке происходит разделение масла на отдельные фракции [2, 3]. Технологическая схема фракционного разделения

трансформаторного масла приведена на рис. 1.

После отгонки петролейного эфира и спиртобензольной смеси парафинонафтеновые углеводороды, моно- и бициклические ароматические углеводороды объединяли и, таким образом, получали практически обессеренное трансформаторное масло.

Моноциклические, бициклические ароматические углеводороды и сернистые соединения последовательно вытесняли из адсорбента петролейным

эфиром с Т кип = 40 - 60° С и бензолом, взятыми в соотношениях масло:петролейный эфир 3:1. Оставшиеся на оксиде алюминия полициклические ароматические углеводороды, высококонденсированные сернистые соединения и смолы вымывали из адсорбента спирто-бензольной смесью, взятой в соотношении по объему 1:1. Соотношение масло:спирто-бензольная смесь составляло 3:1.

Используемые растворители при очистке и стабилизации трансформаторного масла на оксиде алюминия удаляли отгонкой до постоянной массы. После удаления растворителей для каждой фракции масла определяли массу и концентрацию общей серы.

© А.В. Коваль, Р.Р. Вильданов, О.В. Григорьева, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2004, № 11-12

Влияние продолжительности адсорбции на степень извлечения сернистых соединений при температуре 40 °С и соотношениях адсорбент:масло, равных 0,5:1; 1:1; 1,5:1,0 и 2:1 приведено на рис. 2.

Рис. 1. Технологическая схема адсорбционной очистки трансформаторного масла на оксиде алюминия: 1 - петролейный эфир; 2 - спиртобензольная смесь

Продолжительность адсорбции, ч

Рис. 2. Зависимость адсорбции серы от продолжительности процесса и количества оксида алюминия: 1 - соотношение адсорбент:масло 2:1;

2 - соотношение адсорбент:масло 1,5:1,0; 3 - соотношение адсорбент:масло 1:1; 4 - соотношение адсорбент: масло 0,5:1

Из рис. 2 следует, что с увеличением продолжительности адсорбции и соотношения адсорбент:масло количество серы, адсорбируемой из масла, возрастает. Так, при соотношении адсорбент:масло 0,5:1 98,7 % серы из масла адсорбируется за 15 ч, при соотношении - 1:1 за 11 ч адсорбируется на оксиде алюминия 99,0% серы, при соотношении 1,5:1 - за 7,2 ч удаляется из масла 99,1 % серы, а при соотношении 2:1 выделяется адсорбентом 99,2 % серы за 3,1 ч.

Таким образом, с увеличением соотношения оксид алюминия:масло и продолжительности процесса количество адсорбируемой из масла серы возрастает.

Следующая серия опытов была поставлена с целью исследования влияния температуры на процесс адсорбционной очистки трансформаторного масла от сернистых соединений. Температура в процессе эксперимента изменялась в широком интервале от 40 до 100 °С. Экспериментальные данные приведены на рис. 3. Соотношение адсорбент: масло составляло 1:2 и оставалось постоянным во всех опытах.

о Н------р-----1-----і------1-----1-----1-----1-----1

30 40 50 60 70 80 90 100 110

Температура, °С

Рис. 3. Влияние температуры на адсорбцию серы из трансформаторного масла

Из данных рис. 3 следует, что с повышением температуры от 40 до 67 °С происходит увеличение количества адсорбированной из масла серы от 26,3 до 99,2 %. Дальнейшее повышение температуры адсорбции до 75 °С приводит к небольшому снижению количества извлеченной из масла серы, а именно, на

0,2 %. Вместе с тем, повышение температуры адсорбции до 80, 90 и 100 °С способствует резкому снижению количества адсорбируемой из масла серы соответственно на 10,1; 12,7 и 26,4 %. Данный факт объясняется тем, что с повышением температуры происходит ускорение процесса десорбции.

Представляло интерес провести исследование процесса адсорбции сернистых соединений из трансформаторного масла методом планирования эксперимента [4, 5].

В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, описывающее зависимость адсорбции сернистых соединений из трансформаторного масла от технологических параметров процесса в абсолютных единицах:

y = 30,01 - 29,7 • 10-2 (t - 48)+ 9,87 • 10-2 (H - 50)- 4,99 • 10-3 (T - 48) +

+17,52 • 10-4 (H - 50)2 - 92,7 • 10-4 (T - 48)(H - 50) ,

где Т - температура, °С; Н - количество оксида алюминия в адсорбере, кг.

Уравнение справедливо при граничных условиях 40° С < Т < 70° С, 100 кг < Н < 200 кг .

Таким образом, варьируя технологическими параметрами, можно целенаправленно изменять процесс адсорбции, обеспечивая удаление из масла заданного количества сернистых соединений. Уравнение регрессии позволяет определить степень очистки трансформаторного масла от сернистых соединений без проведения сложного эксперимента в зависимости от технологических параметров процесса с выявлением оптимальной концентрации серы в масле, улучшающей его эксплуатационные свойства.

Выводы

1. Изучено влияние температуры, продолжительности процесса адсорбции и количества оксида алюминия на степень извлечения сернистых соединений из трансформаторного масла.

2. Показано, что, варьируя технологическими параметрами, можно целенаправленно изменять процесс адсорбции сернистых соединений из масла и обеспечить удаление из масла максимального количества серы.

3. С использованием метода планирования эксперимента проведена оптимизация технологической схемы адсорбционной очистки и стабилизации трансформаторного масла.

Summary

Influence of technological parameters on process adsorbtion extraction of sulphurous connections from transformer oil with the subsequent optimization of the technological scheme of clearing and stabilization of oil is investigated.

Литература

1. Сертионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. - М.: Высшая школа, 1969. - 286 с.

2. Камьянов В.Ф., Большаков Г.Ф. Структурно-групповой анализ компонентов нефти // Нефтехимия. - 1984 - Т. 24. - №4. - С.443-449.

3. Хабибуллина Л.Р., Коваль А.В., Тутубалина В.П. Влияние физико-химических свойств и структурно-группового состава масла на охлаждающую способность в трансформаторах / Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов под рук. академика РАН В.Е. Алемасова. - Казань: КГЭУ. -2002.- С. 26-27.

4. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статические методы планирования экстремальных экспериментов. - М.: Наука. 1965 - 212 с.

5. Kiefer I. Optimum experimental designs // I. Roy. Statist. Soc. - 1992. - V.21. - №2. -p. 272-304.

Поступила 06.05.2004