Утилизации отработанных горюче смазочных материалов в условиях крайнего Севера

 Утилизации отработанных  горюче  смазочных материалов   в   условиях крайнего Севера.

Введение

Основными источниками загрязнений  нефтью и нефтепродуктами являются добывающие предприятия, системы перекачки и транспортировки, нефтяные терминалы и нефтебазы, хранилища нефтепродуктов, железнодорожный транспорт, речные и морские нефтеналивные танкеры, автозаправочные комплексы и станции. Объемы отходов нефтепродуктов и нефтезагрязнений, скопившиеся на отдельных объектах, составляют десятки и сотни тысяч кубометров. Значительное число хранилищ нефтешламов и отходов, построенных с начала 50-х годов, превратились из средства предотвращения нефтезагрязнений в постоянно действующий источник таких загрязнений.

Предотвращение загрязнения природной  среды нефтью и продуктами ее переработки  – одна из сложных и многоплановых  проблем охраны природной среды. Ни один другой загрязнитель, как бы опасен он ни был, не может сравниться с нефтью по широте распространения, числу источников загрязнения, величине нагрузок на все компоненты природной среды.

В России до 77% всех отработанных масел нелегально сбрасывается на почву и в водоемы, 40-48% – собирается, но из всех собранных отработанных масел только 14-15% идет на регенерацию, а остальные 26-33% используются как топливо или сжигается. По данным ОАО "Всероссийского научно-исследовательского института по переработке нефти", по состоянию на конец 2003 года одним из основных поставщиков отработанных смазочных материалов в России является автотранспортный парк страны. В его структуре на долю легковых автомобилей приходится не менее 80% (21.6 млн. ед.) от общего количества автотранспортных средств (27 млн.ед.), на долю грузовых – около 13% (3.51 млн.ед.), на долю автобусов – около 2% (около 0.54 млн.ед.). В зависимости от марок автотранспортных средств применяются масла на минеральной или синтетической основе. Синтетические масла в основном используются в импортных машинах, процент которых незначителен, поэтому на качество отработанных смазочных масел они влияют мало. В настоящее время в России применяют синтетические масла на основе полиальфаолефинов, а также продуктов гидрокрекинга и гидроизомеризации. Биоматериалы и масла на основе эфиров для моторных масел в России не используются. Источником образования больших объемов отработанных масел являются моторные масла. На 01.01.2002 г. было выработано 1 млн.750 тыс. тонн моторных масел. Из них ежегодно может быть образовано потенциально минимальное количество – около 427 тыс. тонн отработанных масел. Наиболее крупные потребители моторных масел – Центральный и Приволжский Федеральные округа: в них, естественно, образуется большое количество отработанных масел. Из произведенных промышленностью исходных индустриальных, энергетических масел в количестве 1 млн. 170 тыс. тонн потенциально образуется минимальное количество отработанных масел – примерно 73 тыс. тонн ежегодно. Таким образом, образуется минимальное расчетное количество отработанных масел - 500 тыс. тонн ежегодно. По данным ЗАО "ПОМ-ТЭК", много лет занимающегося сбором отработанных масел и оценкой их качества, вязкость отработанных масел при 50 градусах Цельсия изменяется от 25 до 50 сСт, но в основном этот параметр находится на уровне 0.5% масс., пределы изменения коксуемости - 1.1-2.5% масс., что говорит о большой загрязненности масел. Содержание воды, как связанной, так и свободной, также значительно. Для снижения ущерба, наносимого окружающей среде таким количеством отработанных масел, необходима их утилизация. Однако в настоящее время в России установки или заводы по утилизации с соблюдением требований природоохранного законодательства практически отсутствуют.

вере.

Именно поэтому тема представленной курсовой работы является актуальной в наше время.

Целью курсовой работы является; изучение утилизации отработанных ГСМ в условиях крайнего Севера .

Для достижения поставленной цели потребуется решить ряд задач:

1. Рассмотреть способы и методы  утилизации ГСМ;

2. Рассмотреть характеристики и  особенности горюче смазочных  материалов, применяемых на крайнем Севере;

3. Изучить систему регулирования отходов ГСМ

4. Охарактеризовать методы утилизации  ГСМ

Объект исследования: горюче смазочные  материалы, методы их утилизации.

Предмет исследования: утилизация ГСМ  на крайнем Се

Глава I. Теоретические аспекты  проблемы утилизации отработанного  технического масла

1.1. Способы и методы утилизации тех масел

Отработанные нефтяные масла являются одним из существенных источников загрязнения окружающей среды. Их слив в почву и водоемы 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 с целью их повторного использования.

Технические масла применяют в  промышленности и быту для смазки механизмов и в качестве рабочих  жидкостей в различных гидросистемах, в электроэнергетике для изоляции и охлаждения электросилового оборудования. Обычно это нефтяные масла, содержащие противоокислительные, загущающие, антикоррозийные и др. присадки, улучшающие эксплуатационные свойства масел, а также растительные масла в качестве добавок.

В процессе эксплуатации масла соприкасаются  с металлами, подвергаются воздействию воздуха, температуры и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация, обугливание, разжижение горючим, обводнение и загрязнение посторонними веществами. Перечисленные факторы действуют в комплексе и взаимно усиливают друг друга, ухудшая качество масла в процессе его эксплуатации. Так, наличие воды способствует окислению масла, а также развитию в нем биозагрязнений, которые развиваются на границе масло - вода. Механические примеси, в состав которых в большинстве случаев наряду с сажей входят металлы в виде продуктов коррозии, являются катализаторами окисления масел, в процессе которого образуются кислоты и различные смолисто-асфальтеновые соединения.

Общее содержание образующихся нежелательных  примесей может составлять 5-30% в зависимости от срока и условий эксплуатации масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, не способны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть утилизированы и заменены свежими маслами. Для утилизации отработанных нефтепродуктов (ОНП) используют разные методы, рис. 1.[1]

Рисунок 1. Методы утилизации отработанных нефтепродуктов

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.

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]

Регенерация

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 и в общем виде включают этапы, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2. Стадии процесса регенерации отработанных технических масел

Отдельные этапы процесса регенерации  отработанных масел могут исключаться, совмещаться или выполняется в иной последовательности в зависимости от конкретных физико-химических свойств регенерируемого масла и особенностей технологических операций, выбранных для восстановления качества этого масла.

В настоящее время для регенерации  отработанных масел используют физические, физико-химические и химические методы. Основные из этих методов и применяемое при их реализации технологическое оборудование представлены в таблице 1.

Таблица 1. Методы и оборудование для  регенерации отработанных технических  масел.

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.

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.[7]

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.

В качестве щелочных реагентов могут  использоваться сплавы натрия и олова (Na+Sn) или смеси (NаОН + SnО₂) с введением в них различных по свойствам модификаторов трения и установкой дозатора йода. Лабораторные и моторные исследования по воздействию данной композиции на моторные масла показали возможность длительной стабилизации их физико-химических свойств на высоком уровне. При этом, наряду с традиционно измеряемыми показателями (например, вязкость и щелочное число) изучалось и содержание в масле различных продуктов окисления, непредельных соединений и хелатных соединений олова.

При введении в смазочную систему  ТХВ достигается определенная последовательность сопряженных химических реакций циклического характера. Устойчивое их протекание создает единый самоорганизующийся процесс метаболического типа, когда начальные и конечные продукты отдельных реакций постоянно участвуют в едином круговороте превращений. Необратимые потери, возникающие в этом механизме за счет частичного выгорания масла и образования пленок, восполняются дозированным вводом реагентов в реакторное пространство двигателя.

Уровень стабилизации физико-химических свойств моторного масла, таких  как щелочное число, вязкость, моюще-диспергирующие свойства, можно задавать и изменять, варьируя временем контакта масла с реагентами и температурой в месте контакта.

Трибохимические восстановители могут  быть разработаны и применены для систем смазки дизельных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, станков и других механизмов, имеющих циркуляционную систему смазки. Применение ТХВ позволяет использовать низкосортные масла и обеспечивать на некоторое время работу двигателя при недостаточном поступлении масла к узлам трения (масляное голодание). Также возможно совмещение ТХВ с регенерированными маслами и, учитывая уровень восстановления эксплуатационных свойств моторных масел, изучается возможность использования ТХВ в составе регенерационных установок для повышения щелочного числа и образования моюще-диспергирующих присадок.

Выращивание биомассы

Отработанные нефтепродукты (смазочно-охлаждающие  жидкости, машинные и моторные масла), не подлежащие регенерации и вторичному использованию, а также остаточные нефтепродукты (котельное топливо, смазочные мазуты, гудроны, вазелины) и другие нефтепродукты кубового остатка можно утилизировать с помощью биологических методов и таким образом получить серию ценных биопрепаратов и физиологически активных соединений. Технология основана на выращивании микробной биомассы на отходах нефтепродуктов, являющихся источниками органического углерода. Конечным продуктом биотрансформации является микробная масса, которая может быть использована для различных целей. Во-первых, нативную биомассу в виде суспензии, пасты или порошка применяют в качестве активных и эффективных биопрепаратов для очистки объектов окружающей среды от загрязнений нефтью и другими экотоксикантами. После инактивации микробная масса используется в качестве эффективного удобрения в парково-декоративном и цветоводческом хозяйстве, а также в качестве компонентов компостов, применяемых для повышения урожайности технических культур. Во-вторых, микробная масса является идеальным и дешевым вторичным химическим сырьем для получения серии ценных и дорогостоящих физиологически активных соединений (аминокислот, протеинов, ферментов, витаминов, липидов, лекарственных препаратов и т.д.). Такая технология может быть реализована на вновь создаваемых предприятиях, на простаивающих ныне заводах по производству кормовых добавок на основе парафинов или в виде маломодульных установок непосредственно в местах скопления нефтепродуктов.

Таким образом, существует множество подходов к решению проблемы утилизации отработанных технических масел. Кроме уменьшения количества вредных выбросов в окружающую среду, регенерация и повторное использование масел позволит извлечь дополнительную прибыль. При правильной организации процесса стоимость восстановленных масел будет на 40-70% ниже стоимости свежих масел при практически одинаковом их качестве. В индустриально развитых странах доля регенерированных масел от общего объема их производства составляет около 30%. К сожалению, в России в настоящее время отработанные масла практически не регенерируют.[9]

1.2. Характеристики и особенности  технических масел, применяемых  на производстве

Различают газообразные, жидкие, пластичные и твердые смазочные материалы. Каждый из них используется для определенных условий работы. Наибольшее применение в металлургической промышленности нашли жидкие и пластичные смазочные материалы. Несколько меньшее применение нашли твердые смазочные материалы. Газообразный смазочный материал (или попросту газ) используется в газостатических и газодинамических подшипниках, имеющих высокие частоты вращения.

Масла, получаемые путём переработки нефти  называются минеральными.

Наибольшее  применение в металлургической промышленности нашли следующие смазочные масла: индустриальные И-20А, И-ЗОА, И-40А, И-50А, цилиндровые 11, 24, 38 и 52, компрессорные К-19, КС-19, К-12, Кп-8, турбинные Тп-22, Тп-30, Т22 и Т₃₀. Иногда применяются индустриальные масла с присадками ИСПи-25, ИСПи-40, ИСПи-65 и ИСПи-110, авиационное масло МС-20 или МС-20С, моторные масла типа М-10В, трансмиссионное масло (нигрол) для промышленного оборудования (ТУ 38-101-529-75) и др.

Масло И-20А является дистиллятным, его получают из малосернистых нефтей с применением кислотно-щелочной очистки. Если же данное масло получают из сернистых нефтей, то его подвергают селективной очистке. Его заменителем является масло ИГП-18 (ТУ 38-101-413-73) или МГ-20 (ТУ 38-101-413-73). Аналогичным образом получают масла И-30А, И-40А и И-50А. Заменителем масла И-30А и И-40А является масло марки ИГП-30 (ТУ 38-101-413) или МГ-30 (ТУ 38-101-50-70). Заменителем масла И-50А является масло марки ИГП-40 (ТУ 38-101-413-73). Масла И-20А, И-30А, И-40А и И-50А вырабатываются по ГОСТ 20799-75.

Индустриальные  масла И-20А, И-30А, И-40А и И-50А  не содержат в своем составе присадок.

Индустриальные  масла серии ИГП (ТУ 38-101-413-78) содержат противоизносные, антикоррозионные и противопенные присадки. Масла изготовляют из сернистых нефтей. Они могут быть остаточными, дистиллятными или смесью остаточных с дистиллятными. Масла подвергают глубокой селективной очистке. Важными эксплуатационными свойствами масел серии ИГП являются вязкость, индекс вязкости, стабильность против окисления. Важнейшими физико-химическими свойствами индустриальных масел общего назначения (И20А, И-30А, И-40А и И-50А) являются вязкость, индекс вязкости, кислотное число, температура вспышки в открытом тигле, температура застывания, зольность, содержание серы, стабильность против окисления. Содержание в маслах воды, механических примесей и ВРКЩ (водорастворимых кислот и щелочей) не допускается.

Для смазывания зубчатых, червячных и винтовых передач  промышленного оборудования применяют также индустриальные масла с присадками ИСПи-25, ИСПи-40, ИСПи-65 и ИСПи-ПО (ТУ 38-101-293-72). Присадки, которые вводятся в масла, улучшают противоизносные, противозадирные, антиокислительные и антикоррозионные свойства масел. Эти масла представляют собой дистиллятное масло и смесь дистиллятного с остаточным из сернистых нефтей селективной очистки и отечественной антикоррозионной присадкой и импортной Англамол-81. Заменителем масла ИСПи-25 является масло ИГСП-18 (ТУ 38-101-238-74) или ИСПи-40. Заменителем масла ИСПи-40 служит масло марки ИРп-40 (ТУ 38-101-666-76). масла ИС-Пи-65 - масло марки ИРп-75 (ТУ 38-101-286-75), а масла ИСПи-110 --масло марки ИПп-150 (ТУ 38--451--75).