В последние десятилетия проблема утилизации отработанных смазочных масел становится все более актуальной. Нефтяные масла находят широкое и разнообразное применение при эксплуатации современной техники. В процессе эксплуатации в смазочных маслах накапливаются продукты окисления, загрязнения и другие примеси, которые резко снижают качество масел. Загрязненные масла неспособны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть заменены свежими маслами. С каждым годом объемы потребления смазочных материалов увеличиваются и, как следствие, увеличиваются объемы отработанных масел.
В России за один год скапливается от полутора до двух миллионов тонн отработанных масел, и это представляет существенную экологическую опасность. Отработанные нефтепродукты токсичны, имеют невысокую степень биоразлагаемости (10–30 %) и являются опасными отходами, которые подлежат обязательному сбору и утилизации, а в отдельных случаях — уничтожению. Эти материалы составляют порядка 60 % от всего загрязнения нефтепродуктами, или 20 % от общего техногенного загрязнения. В РФ, в отличие от западных стран, от 25 до 75 % всех отработанных масел сбрасывается на почву, а затем и в водоемы. На регенерацию поступает всего 14–15 %, что составляет 3,3 % от общего объема потребления. Аналогичные цифры для Европейского союза составляют соответственно 20÷25 % и 25÷30 %.
В Германии собирается, очищается и повторно используется 55 % отработки. Это благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды и позволяет извлечь финансовую выгоду. Немецкое законодательство в области защиты экологии обязывает производителей масел, действующих на территории Германии, добавлять в продукцию не менее 10 % так называемого refining base oil — восстановленного масла.
В России проблема утилизации и вовлечения отработки законодательство не регулируется. При этом, на современном этапе развития российской промышленности вопрос вовлечения в производство вторичного сырья является важным и актуальным. Отработанное масло представляет собой сырье для получения ценных нефтепродуктов при надлежащей переработке.
Наиболее эффективным способом переработки отработанных масел является регенерация. Процесс регенерации отработанного масла включает удаление из него коллоидных веществ, битумных отложений, водного конденсата, механических частиц, осадка, газов, кислот, а также придание продукту первоначального цвета и запаха.
Методы восстановления отработанных масел можно разделить на три большие группы: физические, химические и физико-химические. Наиболее эффективна их комбинация.
К физическим методам относятся отстаивание, центрифугирование, фильтрация и перегонка.
Отстаивание — наиболее простой и дешевый способ отделить от отработки основную часть воды и примесей крупных твердых частиц путем естественного осаждения под действием гравитационных сил в отстойниках различной формы. В зависимости от степени загрязнения масла и времени, отведенного на очистку, отстаивание применяется как самостоятельный метод или предварительный, предшествующий фильтрации или центробежной очистке. Основными недостатками этого метода являются большая продолжительность процесса оседания частиц до полной очистки, удаление только наиболее крупных частиц размером 50–100 мкм.
Центробежная очистка, которая также позволяет удалить из масла воду и твердые частицы, выполняется в центрифугах периодического или непрерывного действия. Применение центрифуг обеспечивает очистку масел от механических примесей до 0,005 % по массе, что соответствует 13 классу чистоты по ГОСТ 17216–71, и обезвоживание до 0,6 % по массе.
Фильтрация — это процесс удаления частиц механических примесей и смолистых соединений путем пропускания масла через сетчатые или пористые перегородки фильтров. С помощью фильтрации из масла удаляются дисперсные частицы практически любых размеров. Самыми прогрессивными считаются ленточные, барабанные и дисковые вакуум-фильтры, работающие в непрерывном режиме. Фильтрующими элементами являются пористые материалы: текстиль, бумага, картон, композиционные материалы, керамика и др.
Перегонка позволяет отделить от масла легколетучие фракции (в частности, бензин, попадающий в смазочную систему). Наиболее эффективна вакуумная перегонка, с помощью которой в качестве дистиллята получают высококачественные базовые масла. Однако реализация этого метода требует специального оборудования и значительных затрат.
К основным физико-химическим методам очистки отработанных масел относят коагуляцию, экстракцию, адсорбцию.
Коагуляция — способ очистки отработки от загрязнений путем укрупнения частиц. Для этих целей применяют ПАВы, электролиты, высокомолекулярные соединения с гидрофильными свойствами. Процесс коагуляции зависит от количества вводимого коагулянта, продолжительности его контакта с маслом, температуры, эффективности перемешивания. Продолжительность коагуляции загрязнений в отработанном масле составляет, как правило, 20–30 мин., после чего проводится очистка масла от укрупнившихся загрязнений с помощью отстаивания, центробежной очистки или фильтрования.
Наиболее эффективным коагулянтом считается метасиликат натрия. В промышленности при очистке масел применяют 30-процентные водные растворы данного соединения. На результативность процесса влияют интенсивность и продолжительность перемешивания, температура масла и другие факторы.
Экстракция применяется для разделения отработанных масел на фракции с помощью селективных растворителей — веществ, которые способны избирательно влиять на отдельные компоненты смеси. Чаще всего используется пропан: углеводороды и масла растворяются, а смолы и асфальтены, находящиеся в масле в коллоидном состоянии, выпадают в осадок.
Адсорбция используется для окончательной очистки отработки. В процессе используется отбеливающая глина, силикагель, алюмосиликаты. Адсорбционная очистка может осуществляться контактным методом — в этом случае масло перемешивается с измельченным адсорбентом, перколяционным методом — очищаемое масло пропускается через адсорбент, или методом противотока — когда масло и адсорбент движутся навстречу друг другу.
Главным недостатком контактной очистки является необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду. При перколяционной очистке в качестве адсорбента чаще всего применяется силикагель, что снижает экономическую эффективность. Наиболее перспективным методом является адсорбционная очистка масла в движущемся слое поглотителя, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для замены, регенерации или отфильтрования адсорбента, но применение этого метода связано с использованием сложного оборудования, что препятствует его распространению. Для осуществления процесса необходимо специальное оборудование: периодические или непрерывные адсорберы.
Химические методы регенерации отработки основаны на взаимодействии веществ, загрязняющих отработанные масла, и вводимых в эти масла реагентов. В результате химических реакций образуются соединения, легко удаляемые из масла.
К химическим методам регенерации масла относятся очистка с помощью кислот или щелочей, осушка, гидрогенизация и окисление кислородом. Наиболее часто используются сернокислотная очистка, гидроочистка, а также различные процессы с применением натрия и его соединений.
Осушка производится с помощью негашеной извести и других водопоглощающих веществ, а гидрогенизация — путем обработки масла водородом на поверхности катализатора. В результате гидрогенизации непредельные углеводороды превращаются в предельные, что способствует выведению из отработки примесей и повышению стабильности масла при эксплуатации.
Термический метод регенерации заключается в перегревании отработанного смазочного масла для удаления летучих примесей, а также для разрушения устойчивых загрязняющих веществ. Этот метод особенно эффективен для масел с высоким содержанием вязкостных примесей, однако включает риски, связанные с проявлением токсичных газов и воздействием высокой температуры.
В методах биологической регенерации для разложения вредных компонентов в отработке используют микроорганизмы. Этот метод является экологически безопасным и позволяет эффективно утилизировать масла, но требует долговременных инвестиций в исследования и разработку, так как технологии все еще находятся на стадии изучения.
Для регенерации отработанных масел применяются разнообразные аппараты и установки, действие которых основано, как правило, на использовании сочетания методов (физических, физико- химических и химических), что дает возможность регенерировать отработанные масла разных марок и с различной степенью снижения показателей качества.
Следует отметить, что при регенерации масел можно получить продукт, по качеству идентичный свежевыработанному. Выход масла в зависимости от качества сырья составляет 80–90 %. При использовании современных технологий базовые масла можно регенерировать еще по крайней мере два раза.
Регенерация отработанных смазочных масел — важный процесс, способствующий устойчивому развитию экономики и охраны окружающей среды. Для повышения эффективности и доступности регенерации следует продолжать исследования. Внедрение технологии регенерации отработанных смазочных масел может значительно улучшить экологическую ситуацию и способствовать устойчивому развитию, что является необходимым шагом в условиях современных вызовов.
Литература:
- Евдокимов А. Ю., Фукс И. Г. Утилизация отработанных смазочных материалов: технологии и проблемы // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2004 г., № 2.
- Шашкин П. И., Брай И. В. Регенерация отработанных нефтяных масел. М., Химия, 1970 г.
- Коваленко В. П., Турчанин В. Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнений. М., Недра, 1990 г.
- Рылякин Е. Г., Волошин А. И. Очистка и восстановление отработанных масел. М., Молодой ученый, 2015 г., № 1.
