СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННОЙ МАСЛЯНОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК C10M175/02 

Способ очистки СОЖ относится к очистке нефтяных масел марок И-5А (велосит), И-8А (вазелиновое), И-12А (ИС-12, веретенное 2), И-20А (ИС-20, веретенное 3), И-25А (ИС-25), И-30А (ИС-30, машинное Л), И-40А (ИС-45, машинное С), И-50А (ИС-50, машинное СУ), И-70А (ИС-65), И-100 (ИС-100) из пульпы отработанной СОЖ на операции резки технического камня (яшма, агат, халцедон, ситалл и т.п.), имеющего основой кремнезем.

Известен способ очистки отработанных масел [1] заключающийся в отстое и фильтрации, использовании центрифуги, адсорбции примесей, обработке реагентами, отгоне горючего, изменении давления. Разделение такой системы перечисленными методами оказалось неэффективным.

Наиболее близким техническим решением является способ регенерации синтетических масел [2]содержащих 2-меркантобензитиозол и 4-оксидифениламин, путем их обработки 10-20% -ным водным раствором гидроксида натрия в количестве 20-30% от массы масла при 45-55^оС с последующим выделением масляного слоя, его водной промывки, сушки и фильтрации. Таким способом масло очищают от золы, механических примесей и влаги.

Недостатками способа применительно к очистке СОЖ являются многооперационность, что приводит к длительности процесса очистки, большой расход реагентов, снижение степени извлечения СОЖ.

Целью изобретения является создание оптимальной технологии, способствующей наиболее быстрой и эффективной очистке СОЖ от примесей.

Техническим результатом, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, является возможность регенерации СОЖ с высокой степенью извлечения (90-95%) за счет подбора соответствующих реагентов, проведения технологических операций очистки масла, способствующих существенному сокращению длительности всего процесса, высокой его эффективности, экономичности, простоты.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем обработку водным раствором гидроксида натрия и нагрев с последующим выделением масляного слоя, используют 2-10%-ный водный раствор гидроксида натрия в количестве 3-17% от объема очищаемой пульпы, который вводят в пульпу при непрерывном перемешивании, с последующим нагревом до 45-65^оС и выдержке без перемешивания при этой температуре до разрушения коллоидной структуры геля, затем разделение фаз осуществляют по удельному весу без нагрева при периодическом медленном перемешивании нижней фазы кремневого остатка, непрерывно сливая отстоявшуюся СОЖ.

Иногда при обработке камней, содержащих, например, примеси железа, процесс разделения фаз замедляется из-за образования более мелких частиц дисперсной фазы. В этом случае для ускорения отстоя вместе с 2-10%-ным водным раствором гидроксида натрия добавляют вещества, способствующие ускоренному соосаждению кремневого остатка, например, порошок гидроксида алюминия из расчета не менее 5% от массы водного раствора щелочи.

Предлагаемым способом процесс регенерации масла осуществляется с наибольшей эффективностью: степень извлечения СОЖ возрастает, процесс ускоряется.

Пульпа отработанной СОЖ представляет собой гелеобразную структуру, в которой тонкоизмельченные частицы камня коллоидных размеров образуют сплошную пространственную сетку, заполненную СОЖ.

Примеси тяжелых металлов (железо, никель, хром и т.п.), диспергированные в силикатной породе в небольших количествах и создающие определенную окраску коллоидной системы обрабатываемого технического камня, а также карбид кремния, медь, олово и другие элементы, попадающие в пульпу на операции резания камня, в еще большей степени стабилизируют гель кремневой кислоты, связывая в прочный каркас полимерные цепи высокомолекулярного соединения на основе кремневой кислоты, полученные по реакциям полимеризации и поликонденсации в процессе резания камня.

За счет механического истирания камня происходит нагрев масла (температура повышается на 5-10^оС), что также способствует созданию гелеобразной структуры.

В этих условиях СОЖ попадает в ячейки сетчатой структуры геля, прочно удерживаясь в нем, в том числе и за счет образования прочных химических связей в виде кремнийорганических соединений. Известно, что тяжелые металлы, как например, никель, также образуют металлорганические соединения.

При разрушении сетчатой структуры геля щелочным раствором протекают сложные реакции, как например, гидролиза, окисления, восстановления и другие:
Fe³⁺+ 3H₂O=Fe(OH)₃+ 3H⁺ (1)
Ni²⁺+2H₂O=Ni(OH)₂+2H⁺ (2)
Cu²⁺+2H₂O=Cu(OH)₂+2H⁺ (3)
SiC+4Fe₂O₃+ 2NaOH+2O₂+11H₂O Na₂SiO₃+CO+ 8 Fe(OH)₃ (4)
SiC+2O₂+2NaOH Na₂SiO₃+CO+ H₂O (5)
3SiC + 4Na₂Cr₂O₇+ 6NaOH 3Na₂SiO₃+3CO+ 8 NaCrO₂+3H₂O (6)
и т.д.

Присутствие щелочи в количествах 2-10% водного раствора способствует разрушению сетчатой структуры геля по реакциям (1-6), здесь щелочь выступает в качестве электролита-коагулянта, разрушающего коллоидную структуру кремневой кислоты. Указанный оптимум определяет порог коагуляции геля и коагулирующую способность электролита.

Избыток щелочи больше 10% водного раствора вновь приводит к стабилизации коллоидной системы на основе кремневой кислоты за счет создания структур, например, типа:
MeMee- O e- и разделение фаз становится вновь затруднительным, кроме того, увеличивается расход реагента.

Количество щелочи меньше 2% водного раствора недостаточно для разрушения геля, при этом снижается степень извлечения СОЖ и увеличивается время отстоя.

Присутствие воды в количествах 3-17% от объема очищаемой пульпы разрушает коллоидную систему за счет реакции гидролиза (1-4), приводит за счет осмоса к более быстрому проникновению щелочного раствора в полимерные ячейки геля, что ускоряет процесс разделения гидрофильной фазы кремневого остатка и гидрофобной фазы СОЖ. Это количество воды тормозит протекание нежелательных полимеризационных процессов типа:
HO e- O- e- OH _→ HO e- O- e- OH+ H₂O
(7)
Избыток воды больше 17% от объема отработанной СОЖ затрудняет разрушение геля, т.к. замедляет развитие реакций (5-6), а при значительном избытке воды образуется третья промежуточная фаза в виде слабощелочного раствора, находящаяся между кремневым остатком и СОЖ, что затрудняет удаление образующихся по реакциям (4-6) газов, кроме того, увеличивается водопотребление.

Недостаток воды меньше 3% от объема отработанной СОЖ не дает полного разделения фаз и замедляет процесс отстоя.

Нагрев в пределах 45-65^оС ускоряет все процессы по очистке СОЖ, причем нагрев выше 65^оС приводит к термическому разложению очищенной СОЖ, а нагрев ниже 45^оС снижает скорость разделения фаз.

Перемешивание пульпы во время подъема температуры необходимо для быстрого и равномерного распределения реагента-водного раствора щелочи по всему объему пульпы.

Периодическое медленное перемешивание нижней фазы кремневого остатка необходимо для более быстрого удаления газов, образующихся по реакциям (4-6).

Непрерывный слив СОЖ также необходим для более быстрого удаления газов, скапливающихся на межфазной поверхности кремневый остаток СОЖ, т.к. облегчает прохождение газа через тонкий слой СОЖ.

Применение гидроксида алюминия в качестве соосадителя мелкодисперсной фазы обосновано тем, что гидроксид алюминия образует хлопьевидные объемные осадки, адсорбирующие примеси, образующие быстроосаждающуюся в масле алюмосиликатную гидрофильную фазу.

По имеющимся сведениям совокупность существенных признаков (последовательность выполнения действий и режимы), характеризующих сущность заявленного способа очистки СОЖ от примесей, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению заявителя и авторов сущность заявленного изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.к. из него не вытекает указанное влияние на полученный технический результат.

Предложенный способ позволил раскрыть механизм образования гелеобразной структуры пульпы отработанной СОЖ, сократить число технологических операций, снизить расход реагентов, повысить степень извлечения СОЖ, создать экономичный и экологически чистый способ за счет многократного использования СОЖ. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в химической и металлургической промышленности, что доказано в описании примеров конкретного выполнения способа с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

В качестве примера реализации предлагаемого способа очистки СОЖ взята пульпа отработанной СОЖ плотностью 1,058 г/см³, полученная при резке яшмы.

В качестве исходной чистой СОЖ использовалось веретенное масло марки И-20А.

В табл. 1 приведены основные технологические параметры проведенных испытаний по очистке СОЖ.

В опытах 1, 3-7 использовалась отработанная пульпа после резки яшмы серо-зеленого цвета. В опыте 2 использовалась отработанная пульпа, составленная из пульп после резки яшм серо-зеленого и красного цвета в объемном отношении 1:1. В этом опыте применен гидроксид алюминия в количестве 5% от массы щелочного раствора в качестве соосадителя мелкодисперсной фазы кремневого осадка. В опытах 1-2 использовались технологические параметры, соответствующие предлагаемому способу. В опыте 3 проведены испытания при повышенном содержании щелочи (15 мас.) по сравнению с предлагаемой технологией. В опыте 4 проведены испытания при низком содержании щелочи (1 мас.) по сравнению с предлагаемой технологией.

В опыте 5 проведены испытания при повышенном расходе щелочного раствора (20 об. от объема пульпы). В опыте 7 проведены испытания при комнатной температуре.

Наилучшие результаты получены в опытах 1 и 2.

П р и м е р 1 (табл. 1 и опыт 1). Для испытания взята пульпа отработанной СОЖ при резке яшмы серо-зеленого цвета. В пульпу отработанной СОЖ объемом 30 л при непрерывном перемешивании мешалкой (200 об/мин) ввели 4 л 5%-ного водного раствора гидроксида натрия. При непрерывном перемешивании осуществляли подъем температуры до 60^оС и выдерживали при этой температуре 30 мин без перемешивания, после чего нагрев прекращали и пульпу медленно охлаждали до комнатной температуры. При этом происходило разрушение коллоидной структуры геля с последующим разделением фаз по удельному весу: СОЖ образует верхнюю фазу, а примеси, попавшие в СОЖ при резании яшмы (SiO₂, H₂O, Sn, Cu, SiС и т.д.), нижнюю фазу.

Для ускорения разделения фаз верхнюю фазу отстоявшейся СОЖ сливали через каждые 3-5 мин, с той же целью осуществляли медленный поворот мешалки в нижней фазе отстоя.

Нижнюю фазу кремневого остатка после слива СОЖ удаляли механически, при этом тщательная очистка периодически действующего аппарата не требуется, т. к. оставшийся осадок является затравкой для следующего цикла разделения фаз.

В табл. 1 результаты испытаний даны для времени отстоя 5 ч. В данном опыте практически полное разделение осуществлялось за 24 ч, масса осадка 15,492 кг. Основные характеристики осадка даны в табл. 2 (п.1.).

Часть примесей (Fe, Ni и другие) присутствует в природной яшме в виде дисперсной фазы, создавая окраску, часть примесей (Cu, Sn, Zn, SiС и другие) попадают в пульпу при резании камня в результате истирания поверхностей деталей установки.

П р и м е р 2 (табл. 1, опыт 2). Для испытания взята пульпа отработанной СОЖ, составленная из пульп после резки яшм серо-зеленого и красного цветов в объемном отношении 1:1. Технологические параметры процесса аналогичны примеру 1 (табл. 1, опыт 1), но из-за образования более тонких взвесей кремневого остатка вместе с 5%-ным водным раствором гидроксида натрия вводили 100 г порошка гидроксида алюминия из расчета 5% от веса водного раствора щелочи. Практически полное разделение достигнуто за 24 часа, при этом вес осадка составил 15,583 кг. Основные характеристики полученного осадка представлены в табл. 2, п. 2.

Как видно из примеров 1 и 2 за 1 ч отстоя извлекается СОЖ в количестве не менее 2/3 от объема отработанной пульпы.

В табл. 3 даны основные технические характеристики исходной, чистой СОЖ марки И-20А (п. 1) и очищенной по предлагаемому способу СОЖ, полученной в примерах 1 и 2 (п.2). Из данных табл. 3 следует, что очищенная СОЖ по своим техническим характеристикам практически не отличается от исходной.

Осуществлено испытание очищенной СОЖ на операции резки технического камня. Каких-либо отклонений в технологическом процессе не обнаружено.

Осуществлена повторная очистка СОЖ с последующим использованием в технологическом процессе резки камня. Результаты аналогичны представленным в табл. 1-3.

На основании результатов испытаний можно сделать вывод о том, что предлагаемый способ очистки СОЖ по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами. Предлагаемый способ технологически прост и высокоэффективен, по сравнению с прототипом операции промывки, фильтрации и сушки не используются. Процесс разделения фаз протекает быстро, в пределах 1 ч отстоя извлекается СОЖ в количестве 2/3 от объема отработанной пульпы. Полное извлечение осуществляется за сутки. При этом извлекается 90-95% от массы исходной СОЖ.

Очищенная СОЖ практически не отличается по основным технологическим параметрам от впервые используемой.

Полученный после очистки СОЖ осадок, имеющий основой SiO₂, может найти практическое применение, например, в производстве стекла, клея и т.п. что позволяет осуществить замкнутый цикл безотходного производства. Предлагаемая технология экологически безвредна, а сам процесс очистки позволяет возвращать в производство экологически вредные вещества (СОЖ, кремневый остаток).

При возрастающих ценах на продукты переработки нефти многократное использование очищенной СОЖ значительно увеличивает экономическую эффективность предлагаемого способа очистки.

Сущность изобретения: в способе очистки отработанную масляную смазочно-охлаждающую жидкость обрабатывают 2 - 10 %-ным водным раствором гидроксида натрия в количестве 3 - 17% от объема жидкости при перемешивании и нагревании до температуры 45 - 65°С с последующей выдержкой нагретой смеси при температуре нагревания и дальнейшим отстоем смеси при охлаждении и разделением образующихся фаз. Обработку лучше вести водным раствором гидроксида натрия в смеси с порошком гидроксида алюминия, взятого в количестве не менее 5 % от массы водного раствора гидроксида натрия. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННОЙ МАСЛЯНОЙ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ путем ее обработки водным раствором гидроксида натрия при нагревании смеси и ее перемещивании с последующим отстоем нагретой смеси при охлаждении и разделением образующихся фаз, отличающийся тем, что обработку ведут 2 - 10%-ным водным раствором гидроксида натрия в количестве 3 17% от объема жидкости, нагревание осуществляют при 45 65^oС и нагретую смесь дополнительно выдерживают при температуре нагревания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку водным раствором гидроксида натрия ведут в смеси с порошком гидроксида алюминия, взятого в количестве не менее 5% от массы водного раствора гидроксида натрия.