СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ МАСЛЯНЫХ ОСТАТКОВ Российский патент 2002 года по МПК C10M175/02 

Изобретение относится к технологии регенерации углеводородной основы использованных индустриальных масел методом адсорбционного рафинирования масляных остатков.

Индустриальные масла используют в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в обработке металлов. Металлообрабатывающие производства из-за отсутствия технологий очистки масляных остатков сжигают или сливают их в отвалы. Поэтому необходимость рафинирования использованных (отработанных) масел определяется большими потерями энергоемкого и дорогостоящего минерального углеводородного сырья и связанными с этим проблемами экологии окружающей среды.

Известные способы рафинирования остатков от использованных промышленных масел основаны на методах: экстракции (Патенты: 2094450, 2100425, 2153527 RU, С 10 G 17/06, С 10 М 175/02; Заявка 2743570 FR, С 10 М 175/02; Заявка 2735785 US, С 10 М 175/02; Заявка 19739659 Германии, С 10 М 175/00; Заявка 2334034 GB, С 10 М 175/00), адсорбции на силикагеле при 120-125 ^oС и перемешивании в течение 3-4 часов (Заявка 96101385 RU, С 10 М 175/02), на земле после гидрообработки сырья (Пат. 2099397 RU, С 10 М 175/00), на глине с одновременным электрогидроциклонированием (Пат. 2106398 RU, С 10 М 175/02), на глине совместно с катализатором дехлорирования хлоруглеводородов, содержащихся в масляных остатках (Заявка 2757873 US, С 10 М 175/00), аттапульгите/смектите, активизированном спиртами (C₁-С₆) и эфирами (С₂-С₆) до образования шламообразной массы (Пат. 5908500 US, С 09 С 1/02), на диатомите и каолине с песком (Заявка 1104697 JP, С 10 М 177/00; Пат. 2153526 RU, С 10 М 175/02) и на белой глине, обогащенной оксидами кремния, алюминия, железа и магния (Пат. 2058380 RU, С 10 М 175/02).

Известны также способы очистки использованных масел с применением бактерицидной обработки (Пат. 2105045 RU, С 10 М 175/04; Пат. 2100290 RU, С 02 F 3/00; Заявка 96119614/04 RU, С 10 М 175/04).

В отдельных случаях масляные остатки и фракции частично (неполно) рафинируют гидрообработкой при повышенных температуре и давлении в присутствии катализатора, содержащего оксиды никеля, молибдена, алюминия (Заявка 97113431 RU, С 10 G 67/04), воздействием электрических полей напряженностью 35-50 кВ/см при 50-75^oС (Пат. 2101335 RU, С 10 М 175/02), барбатированием сжатым воздухом, нагретым до 110-140^oС (Пат. 2075506 RU, С 10 М 175/04), седиментацией металлических частиц из нагретого масла до 110-130^oС (Пат. 96964 Финляндии, С 10 М 175/00).

Удаление из масел ароматических серу- и азотсодержащих соединений проводят на сульфидированном катализаторе, содержащем никель, кобальт, железо, вольфрам, молибден, хром и цинк (Пат. 5676822 US, С 10 G 45/46).

В способе очистки отработанного минерального масла (Пат. 2112018 RU, С 10 М 175/02) сырье обрабатывают нагреванием до 70-100^oС в присутствии 3-15 мас.% отхода биомассы производства антибиотиков.

С целью выделения и очистки масел из отработанных водомасляных эмульсий их предварительно обрабатывают деэмульгаторами и большим количеством воды (Заявка 2743570 FR, С 10 М 175/02, Пат. 5874008 US, В 01 D 17/04), легкими углеводородами (10-50 об.%) и водой (Пат. 5882506 US, С 10 G 33/04), солями аммония, жирными спиртами и аминами и центрифугируют (Заявки 4317046, 4317047 ФРГ, С 10 М 175/04), а также термическим разложением водомасляной эмульсии в специальном устройстве (Заявка 19736281 DE, В 01 D 17/035).

Одновременно с разработкой химических параметров (способов) создают и совершенствуют устройства (аппараты) для реализации способов регенерации использованных масел и СОЖ (Пат. 5676840 US, В 01 D 35/06; Пат. 2142980 RU, С 10 М 175/02; Пат. 2123512 RU и Югославии, С 10 G 25/00; Заявка 4405109 ФРГ, С 10 G 15/08; Заявка 9615380 Франции, С 10 М 175/00).

Основными элементами конструкции устройств (установок) для осуществления способов очистки масел являются: адсорберы, экстракторы, фильтры грубой очистки, дегазаторы, ультрафильтры, облучатели инфракрасным и ультрафиолетовым светом, магнитными и электрическими полями, дегидраторы, гидрогенизаторы.

Наиболее эффективные технологии рафинирования масел основаны на методах экстракции и адсорбции.

Однако эти методы имеют свои преимущества и свои недостатки. Поэтому один из них может или дополнять другой, или возмещать недостатки другого в технологии рафинирования масел. Так, например, жидкий экстрагент труднее диспергировать до пылевидных частиц в объеме использованного масла, чем тонкодисперсный твердый адсорбент. Экстракционная и адсорбционная технологии очистки масел различаются между собой и по продолжительности разделения фаз из-за разной стабильности эмульсии и суспензии.

По технической сущности к предлагаемому способу рафинирования масляных остатков наиболее близок способ с использованием адсорбента на основе белой палыгорскитовой глины (Пат. 2058380 RU, С 10 М 175/02). Обогащенную оксидами кремния и алюминия белую глину в количестве 2-6 мас.% суспендируют в отработанном масле при 80-90^oС в течение 2-х ч и фильтруют через фильтрпресс.

Недостатком глины в качестве адсорбента очистки масляных остатков является тот факт, что активность адсорбента зависит от содержания и соотношения оксидов металлов в глине. Например, темные (серые) глины проявляют очень низкую способность к очистке масел. Даже белая глина, обогащенная оксидами кремния и алюминия, очищает масло до степени 70-80% лишь при 80-90^oС в течение 2-х ч.

Задача изобретения - повышение активности и универсальности способа рафинирования масляных остатков без нагревания.

Технический результат достигается тем, что природные адсорбенты, глину или каменный уголь модифицируют орто-фосфорной или серной кислотами. Обработку глины и каменного угля ведут 20-100%-ной Н₃РO₄ или H₂SO₄ с последующим фильтрованием и сушкой. Размер частиц глины и каменного угля равен от 50 до 1000 мкм.

Рафинирование масляных остатков индустриальных масел типа И-12, И-20, И-30, И-40 проводят суспендированием от 0,7 до 5,5 мас.% адсорбента в масле при комнатной температуре в течение 30-60 мин и центрифугируют. Степень афинирования масла при этом составляет от 87 до 99%. Суспендирование адсорбента в масляных остатках обеспечивают или механическим перемешиванием фаз, или барбатированием сжатого воздуха в смеси масла с адсорбентом.

В изобретении использованы: глина Богашевского месторождения, каменный уголь Кузбасского месторождения. Степень рафинирования масел определена с помощью фотометра КФК-3.

Пример 1.

Каменный уголь с размером частиц 160-250 мкм в количестве 30 г смачивают 75%-ной Н₃РO₄, выдерживают 1,5-2 ч, отфильтровывают, сушат, получают 42,0 г адсорбента с содержанием 40 мас.% Н₃РO₄ КАФ-40. Адсорбент КАФ-40 в количестве 0,22 г (0,72 мас.%) суспендируют в 30,26 г масляных остатков в течение 20-30 мин и центрифугируют. Степень рафинирования масла составляет 87%.

Адсорбент КАФ-40 в количестве 0,6 г (1,5 мас.%) суспендируют в 39,4 г масляных остатков (МО) в течение 20-30 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 95,4%.

Адсорбент КАФ-40 в количестве 0,75 г (3 мас.%) суспендируют в 24,25 г МО в течение 20-30 мин, центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 96,5%.

Адсорбент КАФ-40 в количестве 1,62 г (5,12 мас.%) суспендируют в 30,02 г МО в течение 20-30 мин, центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 98,0%.

Пример 2.

Каменный уголь с размером частиц 160-250 мкм в количестве 25 г смачивают 90%-ной Н₃РO₄, выдерживают 2 ч, отфильтровывают, сушат, получают 36 г адсорбента с содержанием 44 мас.% Н₃РO₄ (КАФ-44).

Адсорбент КАФ-44 в количестве 1,7 г (5,0 мас.%) суспендируют в 31,7 г МО в течение 20-30 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 98,9%.

Адсорбент КАФ-44 в количестве 1,83 г (5,5 мас.%) суспендируют в 31,5 г МО в течение 20-30 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 99,2%.

Адсорбент КАФ-44 в количестве 2,0 г (6,0 мас.%) суспендируют в 31,3 г МО в течение 20-30 мин, центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 99,1%.

Пример 3.

Каменный уголь с размером частиц 160-250 мкм в количестве 15 г смачивают 20%-ной Н₃РO₄, выдерживают 3 ч, отфильтровывают, сушат, получают 18,78 г адсорбента с содержанием 25,2 мас.% Н₃РO₄ (КАФ-25,2). Адсорбент КАФ-25,2 в количестве 1,56 г (5,0 мас.%) суспендируют в 29,7 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования (осветления) масла составляет 93,1%.

Пример 4.

Каменный уголь с размером частиц 500-1000 мкм в количестве 10,5 г смачивают 100%-ной H₂SO₄, выдерживают 2,5 ч, отфильтровывают, сушат, получают 13,65 г адсорбента с содержанием 30 мас.% H₂SO₄ (КАС-30). Адсорбент КАС-30 в количестве 0,2 г (0,7 мас.%) суспендируют в 28,4 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования (осветления) масла составляет 94%.

Пример 5.

Глину с размером частиц 200-400 мкм в количестве 16,5 г смачивают 75%-ной Н₃РO₄, выдерживают 3 ч, отфильтровывают, сушат, получают 23,1 г адсорбента с содержанием 40 мас.% Н₃РO₄ (ГАФ-40). Адсорбент ГАФ-40 в количестве 0,48 г (1,45 мас.%) суспендируют в 32,85 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 89,4%.

Адсорбент ГАФ-40 в количестве 1,25 г (4,0 мас.%) суспендируют в 30 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 97,2%.

Адсорбент ГАФ-40 в количестве 1,52 г (5,0 мас.%) суспендируют в 28,8 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 98,1%.

Пример 6.

Серую глину Богашевского месторождения с размером частиц 200-250 мкм в количестве 1,6 г (5 маc.%) суспендируют в 29,6 г МО в течение 60 мин и центрифугируют. Степень рафинирования МО составляет 85%.

Как видно из примеров 1-5, модификация глины и каменного угля орто-фосфорной и серной кислотами повышает степень очистки масляных остатков на 8-13% и ускоряет процесс рафинирования в 2-4 раза без применения нагревания в сравнении с глиной, необработанной кислотами (пример 6), в одинаковых условиях рафинирования использованных масел.

Использование: в технологии регенерации использованных масляных остатков. Сущность изобретения: адсорбент суспендируют в масляных остатках с последующим фильтрованием. В качестве адсорбента используют глину или каменный уголь, модифицированные 20-100% ортофосфорной или серной кислотами. Очистку ведут при температуре окружающей среды в течение 30-60 мин. Технический результат - повышение степени очистки и ускорение процесса рафинирования без нагревания.

Способ рафинирования масляных остатков, включающий суспендирование адсорбента в масляных остатках с последующим фильтрованием, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют глину или каменный уголь, модифицированные 20-100% ортофосфорной или серной кислотами, процесс рафинирования ведут при температуре окружающей среды в течение 30-60 мин.