Анализ методов утилизации и регенерации отработанной смазочно-охлаждающей жидкости

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….с.3

1.Смазочно-охлаждающая жидкость: основные проблемы утилизации……………………………………………………………………….с.4

2. Организация сбора и  хранения отработанного масла  и маслосодержащих отходов……………………………………………………………………………с.5

3. Анализ методов утилизации  и регенерации отработанной смазочно-охлаждающей  жидкости…………..……………………………………………..с.7

3.1 Утилизация СОЖ………………………………………………...…………..с.8

3.2 Регенерация СОЖ…………………………………………………….……..с.10

3.3 Малогабаритные регенерационные  установки……………………………с.12

3.4 Регенерация на ходу………………………………………………………...с.13

3.5 Выращивание биомассы…………………………………………………….с.14

4. Разработка мероприятий  по снижению образования отработанной  смазочно-охлаждающей жидкости………………………………………………………..с.15

Заключение………………………………………………………………………с.17

Список использованной литературы…………………………………………..с.18

Введение

Необходимость и актуальность своевременной переработки и утилизации отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей связана с целью предотвращения попадания токсических веществ в окружающую среду, во избежание возможности вредного воздействия отходов производства и потребления на здоровье человека, сохранением окружающей природной среды Потенциал каждой экономически развитой страны определяется эффективностью промышленного производства и качеством выпускаемой продукции. Один из важных элементов производственного процесса, связанного с обработкой металлов, является СОЖ - водные эмульсии, растворы, суспензии, смеси. Множество предприятий машиностроения и металлургии, осуществляющих обработку металлов, ежемесячно потребляют миллионы тонн СОЖ. В процессе эксплуатации эти жидкости загрязняются техническими маслами, механическими примесями и другими отходами обработки, подвергаются биопоражению, теряют свой технологический потенциал.

Состояние машиностроительной промышленности России делает проблему рационального применения СОЖ всё более актуальной из-за ряда причин

• ухудшение экологической обстановки;
• истощение природных запасов нефтепродуктов, отсюда, увеличение их себестоимости;
• ужесточение требований к охране ОС;
• ужесточение требований экологической безопасности производств;
• увеличение затрат на СОЖ вследствие несовершенных технологий очистки.

Проблема утилизации отработанных масел и СОЖ на данное время стоит остро. Необходимо знать весь процесс от образования отработанной СОЖ на предприятии до момента их утилизации и переработки. Зная эту последовательность, можно будет проанализировать и выявить основные недостатки схемы, применяемой в данное время в России, и определить, что может быть усовершенствовано за счет опыта зарубежных стран.

1.Смазочно-охлаждающая  жидкость: основные проблемы утилизации

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) – сложные многокомпонентные системы, предназначенные в основном для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей, что способствует снижению износа инструментов и повышению точности обработанных деталей. В процессе обработки материалов СОЖ выполняют, кроме того, ряд других функций: вымывают абразивную пыль и стружку, защищают обработанные детали, инструмент и оборудование от коррозии, улучшают санитарно-гигиенические условия работы. Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости (антифризы) применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронной аппаратуры, промышленных теплообменников и других установок (в том числе систем отопления), работающих при температурах ниже 0°С.

В составе отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) могут входить механические загрязнения, такие как металлическая пыль, шлам после отслаивания, окалина и т.п. Также содержаться в СОЖ могут различные соли, смолистые вещества, масла, сажа, абразивные материалы, тяжелые металлы и ряд других механических и химических примесей.

По агрегатному состоянию делятся на твёрдые, полутвёрдые, полужидкие, жидкие, газообразные.

Для каждого вида механической обработки (например обточки, сверления, высверливания отверстий, фрезеровки, шлифовки, распиливания, строгания, нарезания резьбы) может подходить тот или иной вид смазочно-охлаждающей жидкости в зависимости от материала заготовки.

В ходе использования СОЖ теряет свои основные антикоррозионные, смазывающие, охлаждающие свойства. В результате предприятия вынуждены 1 – 2 раза в месяц направлять на разложения отработанные СОЖ, заменяя их свежеприготовленными. Объем использования СОЖ на среднем машиностроительном заводе достигает нескольких тысяч тонн ежегодно. Срок службы СОЖ составляет 30-45 дней и он на 10% состоят из высококачественных масел, ПАВов, противозадирных присадок, антикоррозионных добавок и других компонентов, из-за этого возникает проблема обезвреживания и утилизации отработанных СОЖ с выделением и вторичным использованием масел и водной фазы.

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды - почвы, водных источников и грунтовых вод. Огромный экологический ущерб наносит слив отработанных масел в почву и водоёмы, который по данным зарубежных исследователей, превышает по объему аварийные сбросы и потери нефти при ее добыче, транспортировании и переработке. В связи с этим большое значение имеет полное или частичное восстановление качества отработанных масел (регенерация) с целью их повторного использования по прямому назначению или для иных целей.

Однако существует организационная проблема, и заключается она в налаживании правильной системы сбора ОНП. Существующая практика показывает, что в настоящих условиях трудно рассчитывать на селективный и технологически своевременный сбор ОНП, а, следовательно, на высокое качество получаемого исходного сырья. Как правило, это будет смесь отработанных масел и других нефтепродуктов, растворителей, промывочных жидкостей и прочих примесей. При этом необходимо учитывать что, с одной стороны, цена такого сырья будет достаточно высокой за счет значительных затрат на организацию их сбора, а с другой, выделение из подобного сырья ценных базовых компонентов для производства товарных масел требует применения сложных, многостадийных и дорогостоящих технологий. В то же время, продукт, полученный в результате переработки, должен быть высоколиквидным на рынке, в том числе зарубежном. Количество же отходов этого процесса должно быть минимальным и легко утилизируемым.

Все вышеописанное создает практически безальтернативную основу для применения низкоэнергоемких установок термического крекинга с получением печного топлива для малогабаритных тепловых и силовых агрегатов, широко применяемых на Западе.

2. Организация сбора и хранения отработанного масла и маслосодержащих отходов

Первичный сбор маслосодержащих отходов должен осуществляться раздельно от других отходов в специально предназначенные металлические ёмкости. Ёмкости для сбора и временного хранения ветоши промасленной, опилок промасленных, а так же отработанных промасленных фильтров, могут находиться как в производственной зоне, так и за её пределами. Ёмкости обязательно должны иметь маркировку и крышку. Запрещается ставить емкости хранения маслосодержащих отходов вблизи нагретых поверхностей и мест возможного возгорания.

Не допускается хранение маслосодержащих отходов в открытых контейнерах, под открытым небом и под прямыми лучами солнца; совместное хранение с ТБО.

Сбор и хранение отработанных масел (отработанных нефтепродуктов) осуществляется в соответствии с Приказом Минтопэнерго РФ от 25 сентября 1998 г. №311.

Обычные методы очистки не всегда возможны для различных типов СОЖ, применяемых например в металлообработке. В утилизируемых СОЖ на водной основе ПДК загрязнений определяется местными природоохранными нормативами и актами.

Безводные СОЖ храниться могут, в течение нескольких лет, тогда как срок хранения некоторых концентратов для СОЖ на водной основе составляет максимум от 6 месяцев до 1 года. Температура для хранения концентратов СОЖ должна быть в пределах от -5 до +40°С. Если же температура окружающей среды опускается до отрицательной, то перед использованием концентратов СОЖ их необходимо перемешать.

Емкости для хранения концентратов СОЖ предпочтительнее содержать в помещении. При хранении бочек с СОЖ на открытых площадках их нужно располагать горизонтально, чтобы избежать попадания влаги при малом дыхании. Емкости (бочки) для хранения концентратов СОЖ должны быть чистыми, герметичными и использоваться только для конкретного определенного типа СОЖ. Нельзя использовать оцинкованные бочки, так как это может вызвать образование цинковых мыл, отрицательно влияющих на качество СОЖ. Бочки и емкости для хранения концентратов должны постоянно проверяться на предмет наличия загрязнений и в случае необходимости подвергаться очистке. При хранении концентратов СОЖ в резервуарах рекомендуется производить ежегодный бактериологический анализ и при необходимости использовать соответствующие антибактериологические добавки.

Сбор отработанных масел должен осуществляться раздельно от других отходов в специально предназначенные герметически закрываемые емкости. Емкости для сбора и временного хранения отработанных масел могут находиться как в производственной зоне, так и вне ее. В случае если емкости устанавливаются на прилегающей территории, площадка для первичного накопления отработанных масел должна иметь твердое покрытие и навес, исключающий попадание воды и посторонних предметов.

Емкости с отработанными маслами должны быть оборудованы металлическими поддонами. Полы в помещениях и под навесами должны быть покрыты влагонепроницаемыми и маслонепроницаемыми материалами. Помещение для хранения отработанных масел должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. Площадки и навесы, где хранятся емкости с отработанными маслами, должны быть ограждены. При хранении емкостей с отработанными маслами необходимо следить за их герметичностью, не допускать случаев загрязнения отработанными маслами компонентов окружающей среды. Ликвидация возможных разливов отработанного масла осуществляется с помощью песка.

При обнаружении разлива отработанного масла необходимо:

• прекратить доступ людей к месту разлива;
• место разлива масла обильно засыпать песком;
• собрать песок (с помощью лопаты) в предназначенную для этого герметичную емкость (для дальнейшего обезвреживания данный песок передается в специализированные организации, специализирующиеся на обезвреживании замазученных грунтов);
• в случае разлива в помещении тщательно вымыть загрязненный участок мыльной водой;
• проветрить помещение.

3. Анализ методов  утилизации и регенерации отработанной смазочно-охлаждающей жидкости

Утилизация отработанных СОЖ производится согласно местным природоохранным нормам. Каждое предприятие заинтересовано в снижении расходов на утилизацию отработанных СОЖ. Правильный выбор и использование СОЖ позволяют уменьшить объем жидкостей, не снижая качества работы, что, естественно, понижает расходы на их утилизацию.

При выборе метода утилизации необходимо учитывать объемы утилизируемых СОЖ, возможность очистки фильтров от осадка, капиталовложения, стоимость операций и найма персонала. В случае если на металлообрабатывающем предприятии образуется небольшой объем отработанных СОЖ (не более 3 м3/неделю), собственные очистные сооружения для переработки СОЖ нецелесообразны и дешевле заключить договор с компанией по переработке. Наиболее приемлемым методом для утилизации синтетических СОЖ является термический метод. Однако он требует больших капиталовложений. Хорошей альтернативой ему является мембранная очистка, позволяющая получать качественную воду намного дешевле. Разрушение эмульсий электролитами отличается минимальными капиталовложениями, но вместе с тем требует высоких трат на обслуживание и персонал. Кроме того, возникающие проблемы с утилизацией ограничивают применение этих методов. Одним из способов решения проблемы является применение электрофлотации и термокислотного разрушения эмульсий. Сочетание испарения и ультрафильтрации является высокоэффективным методом, который успешно применяется на некоторых европейских заводах.

 В металлообрабатывающей промышленности ежедневно образуется большое количество сточных вод, состоящих из различных эмульсий, а также моющих растворов. Эти стоки содержат опасные вещества, что не позволяет напрямую сбрасывать их в городскую канализацию или водоёмы.

Направляя водную составляющую отработанной СОЖ на биоочистное сооружение, необходимо знать, какие загрязнения будут распадаться на активном иле, а какие останутся на полях в виде неизменного осадка и их количества. Кроме того, важно учитывать возможность наличия в СОЖ добавок, токсичных для окружающей среды очистных сооружений. Методы очистки сточных вод разделяются на механические, физико-химические, химические, биологические и термические.

Попадание в СОЖ масел, смазок и специальных жидкостей из гидравлических систем, станков и станов, повышение содержания солей жесткости в водной фазе (выпаривание воды из эмульсии и внесение солей жесткости при добавлении воды), микробиологическое поражение (загнивание) - всё это приводит к разрушению СОЖ, и возникает необходимость в её замене и последующей утилизации.

Существует множество технических решений для достижения качества воды, соответствующего ПДК, уменьшения количества осадка или для обеспечения замкнутой системы водопользования.

3.1 Утилизация  СОЖ

Жидкофазное окисление. Используется для обезвреживания жидких отходов, в том числе СОЖ. Его суть заключается в окислении кислородом органических и элементоорганических примесей при температуре 150-350 градусов при давлении 2-28 МПа.

Гетерогенный катализ. Существует три его разновидности: термокаталитическое окисление, термокаталитическое восстановление, профазное каталитическое окисление.

Пиролиз промышленных отходов. Окислительный пиролиз - это процесс термического разложения промышленных отработанных СОЖ при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания вязких и пастообразных отходов, шламов с большим содержанием смолы, влажных осадков, загрязненных мазутом маслами и другими соединениями.

Огневая переработка. Этот метод переработки токсичных отходов классифицируется в зависимости от способов обезвреживания.

а) сжигание отходов способных гореть;

б) огневой окислительный метод негорючих отходов;

в) огневой восстановительный метод используется для уничтожения отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования.

г) огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве или восстановления отработанных реагентов или материалов.

Плазменный метод. Это одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов с применением низкотемпературной плазмы.

Реагентный метод разложения отработанных эмульсий - наиболее часто используемый метод с предварительной очисткой от механических примесей является. Его основным достоинством является простота реализации технологического процесса, доступное оборудование и материалы.

Технологические системы утилизации СОЖ с применением реагентов-коагулянтов, флокулянтов, минеральных кислот и щелочей - действуют на ряде крупных предприятий.

Сорбционный метод разрушения эмульсий - использует гидрофобизированные порошки (ГФП) на основе природных сорбентов (диатомита, опоки). Установлена возможность и эффективность их применения, как для разрушения отработанной эмульсии, так и для очистки водной и масляной фаз.

Термический крекинг

В процессе термического крекинга и дистилляции отработанные гидравлические жидкости, моторные и смазочные масла преобразуются в полноценное топливо, подобное дизельному, которое может использоваться для отопления зданий и сооружений. Технология характеризуется высокой эффективностью выхода целевого продукта, который достигает 75-85% от количества перерабатываемого сырья, а также небольшим количеством отходов (кокс и вода). В качестве сырья используются только отработанные масла, и имеется возможность изменения характеристик конечного продукта в зависимости от целей его применения

Отработанное масло собирается в приемной емкости отделения приема и усреднения отработанного масла, где оно перемешивается и нагревается. Усредненное и подогретое масло подается в выпарной аппарат отделения обезвоживания, в котором при температуре 110ºС и вакууме происходит отделение масла от воды и легкокипящих углеводородов (в основном, фракций бензина). Пары воды и бензина после конденсации разделяются в отделении очистки водного дистиллята. Бензин и вода после дополнительной доочистки реализуются как товарные продукты. Обезвоженное масло с содержанием воды не более 1% подается в отделение термического крекинга. В котле крекинга при температуре 380-420ºС без доступа воздуха происходит деструкция молекул высококипящих углеводородов с образованием более легких углеводородов, входящих в состав печного топлива и бензина, и их испарение. Одновременно с этим процессом из котла непрерывно удаляются неразложившиеся высококипящие углеводороды, образующие битумную фракцию в количестве 8-12% от массы перерабатываемых масел.

Пары углеводородов и газы крекинга, проходя через установленный на котле дефлегматор, охлаждаются до температуры 270ºС и поступают в конденсатор. Здесь происходит конденсация и разделение продуктов крекинга на фракции бензина и печного топлива. Несконденсированные пары углеводородов и газы крекинга подаются на высокотемпературное сжигание. Бензин после отделения от него воды в сепараторе реализуется как товарный продукт. Печное топливо откачивается в отделение стабилизации, где в стабилизаторе в присутствии небольшого количества стабилизирующего вещества отстаивается в течение некоторого времени. Последующая очистка печного топлива от шлама осуществляется в высокоскоростной центрифуге и на адсорбционном фильтре. Очищенное печное топливо является основным товарным продуктом такого производства. Единственным отходом технологического процесса является небольшое (около 0,5%) количество кокса, который периодически удаляется из котла крекинга. При коксовании происходит связывание содержащихся в ММО вредных веществ в нетоксичную форму, пригодную для захоронения.

К преимуществам такой технологии относятся: простота технологического процесса и его аппаратурного оформления; возможность переработки широкого спектра отработанных масел с предъявлением ограниченных требований к их качеству; малоотходность и экологическая безопасность производства; получение с высоким выходом основного товарного продукта - печного топлива; ограниченная площадь размещения производства и его полная автоматизация; сравнительно небольшой объем капиталовложений.

3.2 Регенерация СОЖ

Однако продукты физико-химических превращений масла и примеси, попадающие извне, составляют незначительную часть в общем объеме отработанных технических масел и при помощи определенных методов могут быть удалены. Обычно современные технологические процессы восстановления качества отработанных нефтяных масел с целью их последующего использования по прямому назначению являются многоступенчатыми.

В настоящее время для регенерации отработанных масел используют физические, физико-химические и химические методы.

По числу установок и объему перерабатываемого сырья на первом месте в мире находятся процессы с применением серной кислоты. В результате сернокислотной очистки образуется большое количество кислого гудрона – трудно утилизируемого и экологически опасного отхода. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанных масел полициклических ароматических углеводородов и высокотоксичных соединений хлора. Нельзя также регенерировать серной кислотой современные масла, совместимые с окружающей средой (растительные и синтетические сложные эфиры), поскольку серная кислота разлагает их, что, в частности, увеличивает выход кислого гудрона. В нашей стране сернокислотную очистку сейчас практически не применяют.

Второе место по объему промышленного применения занимают процессы с использованием в качестве основной стадии сорбционной очистки (контактным или перколяционным способом). Наиболее широко такую технологию применяют на небольших предприятиях в США. В качестве сорбентов широко используют активированные глины. Масла, полученные данным методом, как правило, смешивают со свежими порциями и вводят небольшое число присадок.

Недостатки данного процесса заключаются в отсутствии контроля вязкости и фракционного состава получаемого продукта, а также в значительных потерях масла с сорбентом. Возникают трудности и с утилизацией большого количества отработанного сорбента, представляющего опасность для окружающей среды. Синтетические же сорбенты, обладающие высокой термической стабильностью, дающей возможность их регенерации, достаточно дороги.

Сорбционную очистку заменяют гидрогенизационными процессами. Однако и в этом случае сорбенты необходимы для защиты катализаторов гидроочистки от преждевременной дезактивации металлами и смолистыми соединениями. Гидрогенизационные процессы все шире применяются при вторичной переработке отработанных масел. Это связано как с широкими возможностями получения высококачественных масел и увеличения их выхода, так и с большей экологической чистотой этого процесса по сравнению с сернокислотной и адсорбционной очисткой.

Недостатки процесса гидроочистки – потребность в больших количествах водорода, а порог экономически целесообразной производительности (по зарубежным данным) составляет 30-50 тыс. т/год. Установка с использованием гидроочистки масел, как правило, размещается непосредственно на соответствующем нефтеперерабатывающем заводе, имеющем излишек водорода и возможность его рециркуляции.

Для очистки отработанных масел от полициклических соединений (смолы), высокотоксичных соединений хлора, присадок и продуктов окисления применяются процессы с использованием металлического натрия. При этом образуются полимеры и соли натрия с высокими температурами кипения, что позволяет отогнать масло. Выход очищенного масла превышает 80 %. Процесс не требует давления и катализаторов, не связан с выделением хлор- и сероводородов. Несколько таких установок работают во Франции и Германии.

3.3 Малогабаритные регенерационные установки

Исследования показали, что наиболее эффективным средством восстановление качества отработанных масел являются малогабаритные регенерационные установки. Применение таких установок позволяет производить регенерацию отработанных масел в местах их потребления и, таким образом, исключается транспортировка отработанных масел на пункты переработки, что связано со значительными потерями масла и загрязнением окружающей среды. Кроме того, при этом обеспечивается сбор и переработка масел по сортам и маркам, что является непременным условием получения качественных продуктов после регенерации.

Главной трудностью при создании малогабаритных регенерационных установок являются выбор достаточно эффективного, экологически безопасного и экономически оправданного способа регенерации отработанных масел, а также его аппаратурного оформления.

Указанные установки должны отвечает следующим требованиям:

• иметь ограниченные габаритные размеры и массу, для облегчения транспортирования к местам потребления масел;
• обладать универсальностью, т.е. способностью регенерировать отработанные масла различных сортов и марок без существенных изменений технологического регламента;
• не иметь в конструкции сложных узлов и агрегатов, требующих высокой профессиональной подготовки обслуживающего персонала и значительных трудозатрат при техническом обслуживании и ремонте;
• не использовать при осуществлении технологических операций вредных, токсичных и ядовитых веществ, а также не допускать их образование в результате проведения этих операций.

В существующих регенерационных установках на начальных этапах восстановления качества отработанных масел применяются физические процессы, позволяющие удалить из масла твердые загрязнения, воду и легкокипящие фракции, затем используются физико-химические методы (главным образом коагуляция и адсорбция), а при необходимости используются химические методы регенерации, которые чаще применяются в заводских условиях.

Такая многоступенчатость приводит к усложнению технологии регенерации, требует применения крупногабаритного и металлоемкого оборудования, а также использования разнообразных расходных материалов. Поэтому при создании регенерационной установки для использования на транспорте, в сельском хозяйстве, в строительстве и т.п. основной задачей является сокращение количества технологических операций, что позволит упростить конструкцию установки, уменьшить ее габаритные размеры и массу, облегчить работу обслуживающего персонала.

3.4 Регенерация на ходу

Особый интерес представляет способ регенерации моторного масла непосредственно в процессе его эксплуатации. Одной из форм этого способа является ввод трибохимического восстановителя (ТХВ), состоящего из щелочных реагентов и кристаллического йода, в смазочную систему двигателя внутреннего сгорания. Основной идеей использования трибохимических восстановителей в системах смазки механизмов является достижение эффекта «безызносности» трущихся поверхностей деталей при одновременном восстановлении и стабилизации физико-химических свойств смазочных масел путём создания саморегулирующейся и самовосстанавливающейся системы (например, двигатель и циркулирующее в нём масло).

Первым действием, не имеющим специфического характера, будет являться нейтрализация щелочным реагентом карбоновых кислот с образованием натриевых солей органических кислот, которые являются моюще-диспергирующими и антидепрессорными присадками.

Вторым, специфическим действием данной композиции на моторное масло является прерывание йодом цепочки образования кислот, причем йод в результате химических реакций возвращается в кристаллическую форму, выступая, таким образом, как ингибитор полимеризации и окисления моторного масла.

Циркулирующее масло, взаимодействуя с элементами трибохимического восстановителя, восстанавливает и стабилизирует свои физико-химические свойства и одновременно становится носителем модификаторов трения, которые обеспечивают образование противоизносных, противокоррозионных, и антифрикционных покрытий различного состава на поверхностях пар трения и внутренних поверхностях деталей механизмов.