Способ переработки отработанных технических жидкостей и масел Российский патент 2023 года по МПК C10M175/02 C10G7/06 

Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности, в частности к технологии регенерации отработанных технических жидкостей и масел, например, таких как гликоли, моторные, турбинные и трансформаторные масла.

Основную часть жидких технологических отходов, образующихся на промышленных и транспортных предприятиях, составляют минеральные масла. Общая масса минеральных масел, поступающих в отходы в течение года во всем мире, оценивается в 15 млн. тонн. Образование отходов минеральных масел связано с тем, что в процессе работы машин и механизмов масло окисляется, загрязняется продуктами износа деталей, другими загрязнениями. Наиболее загрязненными оказываются масла, слитые из картеров двигателей внутреннего сгорания. Отработанные масла являются сырьем для производства вторичных материалов и должны собираться с целью регенерации. Однако в связи с тем, что затраты на регенерацию зачастую превышают стоимость свежеприготовленных масел, регенерированный продукт становится неконкурентоспособным. Выход из создавшегося положения состоит в разработке и реализации новых технологий и соответствующего оборудования, позволяющих значительно снижать энерго- и трудозатраты на регенерацию масел. Отработанные технические жидкости и масла могут содержать продукты термического разложения и окисления компонентов масел, продукты сгорания топлива, углеродсодержащие соединения, частицы сажи и коксовых отложений, продукты износа трущихся деталей, воду, растворенные газы и другие примеси. Это создает значительные технологические трудности при регенерации подобных жидкостей. Методы регенерации отработанных масел подразделяются на физические, физико-химические, химические и комбинированные. К физическим методам относятся отстаивание, центрифугирование, фильтрация, перегонка. Наиболее эффективен метод вакуумной перегонки. К физико-химическим относятся методы, основанные на использовании поверхностно-активных веществ и адсорбентов. Химические методы регенерации заключаются в очистке отработанных масел с помощью химических реагентов. Комбинированные методы регенерации заключаются в сочетании разных приемов очистки. В ряде случаев для регенерации отработанные масла смешиваются с сырой нефтью и полученную смесь перерабатывают по полной технологической схеме. Метод прост, но высокая зольность и содержащиеся в масле присадки отрицательно влияют на работу технологического оборудования. Поэтому его применение допустимо только в очень ограниченных количествах (не более 1% отработанных масел от сырой нефти). При массовой регенерации масел, когда смешиваются масла различных марок, необходимо полное удаление всех видов присадок, даже тех, которые не полностью исчерпали свой ресурс (https://ztbo.ru/o-tbo/lit/pererabotka-promishlennix-otxodov).

Известен способ переработки отработанных смазочных материалов, отличительной особенностью которого является то, что предварительно осуществляют обработку исходного сырья атмосферным воздухом с одновременным отгоном воды и легких углеводородных фракций при температуре 100-300°С и атмосферном давлении в течение 2-8 часов при объемной скорости подачи воздуха 0,4-0,8 ч^-1 с рециркуляцией 1,5-3 масс. % термоокисленного продукта в сырье (в подвергаемый переработке отработанный смазочный материал), а затем ведут экстракцию масляных фракций селективным низкомолекулярным растворителем - пропаном чистотой не менее 93 масс. % при температуре 90-95°С, давлении 65-75 кг/см² и массовом отношении растворителя и масла (4-5):1 соответственно (RU 2599782).

К недостаткам способа следует отнести низкую производительность, использование дорогостоящего расходного материала - растворителя при высоких энергозатратах.

Известен способ регенерации отработанного энергетического масла, включающий удаление механических примесей, подогрев, вакуумную сушку и дегазацию, адсорбционную обработку и последующий ввод базового пакета присадок, отличающийся тем, что перед адсорбционной обработкой вводят деактиватор металлов в виде антраниловой кислоты, а для адсорбционной обработки применяют гранулированный алюмосиликатный адсорбент (RU 2679901).

В данном способе также применяются дорогостоящие расходные материалы, причем остаточные вещества деактиватора металлов после адсорбции способны негативно влиять на свойства пакета присадок.

Известен способ регенерации использованных смазочных масел, который включает следующие последовательные этапы: подогрев регенерируемого смазочного масла до 60-80°С; механическую фильтрацию регенерируемого смазочного масла; адсорбционную очистку регенерируемого смазочного масла путем его взаимодействия с ионообменной смолой, содержащей гидроокись тетраалкиламмония, пришитую к сополимеру стирола и дивинила, с массовым содержанием влаги 25-50% с одновременным подогревом до 60-80°С; дегидратацию регенерируемого смазочного масла с одновременным подогревом до 60-80°С; последний этап, на котором проводят фильтрацию регенерируемого смазочного масла в центробежном фильтре (RU 2713904).

Данный способ не позволяет перерабатывать сложные смеси отработанных масел с широким фракционным составом, а также смеси масел и других технических жидкостей.

Известен способ переработки отработанного масла, который характеризуется тем, что очищенное от механических примесей отработанное масло нагревают до температуры 180-210°С, после чего из него испарением под атмосферным давлением отделяют воду и легкие углеводороды, обезвоженное и утяжеленное отработанное масло нагревают до температуры 340-360°С и подают в вакуумный испаритель для разделения под глубоким вакуумом на дистиллятную фракцию и вакуумный остаток, при этом вакуумный остаток выводят снизу вакуумного испарителя, охлаждают и используют в качестве твердого топлива, а парогазовые продукты подвергают конденсации с получением дистиллята в качестве судового малосернистого топлива (RU 2773466).

Данный способ не позволяет получать регенерированную базовую основу смазочных масел и других технических жидкостей для повторного использования. При этом при реализации такой технологии теряется значительное количество ценной легкой фракции углеводородов.

Известен способ регенерации отработанных масел (RU 2107716), который включает следующие стадии последовательных обработок: а) оценка концентраций жидкого топлива (мазута), алифатической (жирной) кислоты, хлора и удаление масел, содержащих слишком большое количество одного из этих компонентов; б) предварительный нагрев, при котором регенерируемые масла доводят до температуры 120-250°С; в) введение сильного основания в виде водного раствора, с концентрацией 1-3% чистого основания, в расчете на массу смазочного масла; г) дегидратация и экстракция легких углеводородов; д) экстракция и рекуперация газойля (отгонка легких фракций); е) извлечение примесей путем фракционной перегонки под вакуумом, обеспечивающей разделение на смазочные базовые масла, с одной стороны, и на остаток, в котором сконцентрированы все примеси, с другой стороны.

В различных предпочтительных вариантах реализации, изобретение имеет следующие признаки, взятые в совокупности согласно всем возможным комбинациям: перед предварительным нагревом отработанные масла гомогенизируют; во время стадии предварительного нагрева регенерируемые масла доводят до температуры в пределах 120-250°С; сильное основание применяют в виде водного раствора гидроксида натрия или гидроксида калия.

Стадия расширения (мгновенного испарения), реализуемая после введения сильного основания и до извлечения (экстракции) примесей, обеспечивает дегидратацию и экстракцию легких углеводородов из обрабатываемой смеси; вакуум-дистилляционная колонка действует совместно с испарителем для экстракции в основании колонны.

Однако способ не позволяет удалять связанную воду, утилизировать масла с высоким содержанием посторонних химических примесей, энергозатратен вследствие необходимости предварительного подогрева сырья и двухстадийной дистилляции, невозможность регенерации тяжелых фракций (мазута).

Известен способ очистки отработанного масла и промышленных эмульсий (US 20200230520), в котором система очистки может обрабатывать два процесса параллельно. Осуществляют процесс очистки отработанного масла и процесс очистки промышленной эмульсии, в котором отработанное масло и эмульсию подвергают центрифугированию для отделения воды. Также известен способ очистки загрязненного масла, при котором загрязненное масло и средство для разделения жидкости смешивают, а после этого смесь фильтруют (US 2022016554).

Известные способы не обеспечивают переработку сложных смесей технических жидкостей и масел, удаление связанной и растворенной воды, а также не обеспечивают получение качественной основы, пригодной для производства товарных технических жидкостей и масел.

Наиболее близким к предлагаемому является способ превращения отработанных технических жидкостей и масел в легкие и средние дистилляты, например, такие как дизельное топливо, причем способ включает стадии: подготовки сырья, кипячения для обезвоживания, нагревания в вакууме для получения паров углеводородов, контактирования паров углеводородов с катализатором, конденсацию полученного пара и сепарацию дистиллята на фракции (US 2022154085).

Данный способ также не обеспечивает переработку сложных смесей технических жидкостей и масел, удаление связанной и растворенной воды (в основном удаляется только эмульсионная вода), а также не обеспечивает получение качественной основы, пригодной для производства товарных технических жидкостей и масел. Кроме того, способ энергозатратен вследствие применения кипячения для удаления несвязанной воды и многократной дистилляции, а применение многочисленных теплообменников для компенсации потерь не спасают положение, поскольку увеличивают потери тепла в трубопроводах и включают сопутствующие энергозатраты на принудительную циркуляцию теплоносителя.

Задачей настоящего изобретения является создание технологии для регенерации сложных смесей технических жидкостей и масел с получением высококачественной основы для производства новых масел и других технических жидкостей при одновременном снижении энергозатрат.

Техническим результатом выступают повышение степени удаления связанной и растворенной воды, ускорение процесса регенерации и снижение энергозатрат.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ переработки отработанных технических жидкостей и масел включает подготовку сырья, вакуумную дистилляцию, разделение на фракции и сбор фракций целевого продукта, при этом вакуумную дистилляцию осуществляют постепенным нагреванием сырья при одновременном углублении вакуума пропорционально росту температуры нагрева сырья, а разделение на фракции осуществляют в процессе конденсации, при которой температуру конденсации поднимают пропорционально температуре нагревания сырья. Сырье нагревают не выше 360°С, а давление вакуума снижают не ниже 500 Па.

Способ основан на методе фракционной, или дифференциальной, вакуумной дистилляции. Вакуумная дистилляция - процесс дистилляции отработанных нефтепродуктов - при пониженном давлении с целью получения очищенных масляных компонентов, входящих в состав отработанных технологических жидкостей и нефтепродуктов, и остаток вакуумной дистилляции, который является сырьем для производства битума или использования как компонент остаточного котельного топлива.

Исходное сырье, как правило, имеет исходные показатели по содержанию механических примесей и воды: массовая доля механических примесей 0,7-2%; массовая доля воды 1-5%.

Способ реализуют следующим образом.

Исходное сырье смешивают с раствором щелочи или кислоты для доведения водородного показателя до нейтральных или близких к нему значений. После проведения процесса нормализации по водородному показателю сырье подвергают дистилляции при постепенном повышении температуры до 300-360°С и постепенном понижении давления, пропорциональном росту температуры до 500-2000 Па. Соединения, входящие в состав отработанных нефтепродуктов, начинают последовательно испаряться по мере повышения температуры и понижения давления. В результате вакуумной дистилляции отработанных нефтепродуктов получают компоненты разных фракций, например, гликоль, топливные фракции, легкий масляный компонент, базовый масляный компонент и тяжелый остаток. Поскольку вакуумная дистилляция имеет свои технологические ограничения, верхняя граница температуры испарения остатка зависит от исходного сырья. Для характеристики остатка в качестве основных параметров используют вязкость и плотность при заданных температурах. Дистилляцию разбивают на несколько этапов, границы которых устанавливают по температуре нагрева сырья, величине вакуума и температуре конденсации. Данные границы устанавливают в зависимости от исходного состава сырья и фракций конденсата, которые необходимо получить в процессе переработки сырья. В любом случае исходной температурой дистилляции является температура около 80°С при начальном уровне разрежения 2000 Па. До данного уровня значений температуры и давления выходят только пары эмульсионной и частично пары растворенной воды, а также пары легкокипящих примесей, например, хладагентов и растворителей, которые направляют для подогрева исходного сырья при его подготовке к дистилляции. После прекращения выхода паров воды и легких примесей, температуру сырья поднимают до 80°С - 220°С, а разрежение в зависимости от состава сырья и получаемых фракций в пределах диапазона 500-2000 Па. Из сырья выходят пары оставшейся растворенной воды. Пары легких фракций конденсируют при температуре несколько ниже 80°С, но при том же давлении, а пары воды и легких примесей удаляются вакуумными насосами, обеспечивающими заданное разрежение в процессе дистилляции. Конденсаты данных фракций отводят в отдельную емкость для последующей обработки или используют в качестве топлива для нагрева сырья. При дальнейшем повышении температуры дистилляции до 220-360°С и вакуума до предельных значений, из оставшегося сырья выходят пары базового масляного компонента и пары большей части связанной воды, которая в данных условиях температуры и вакуума переходит из связанного состояния в растворенное. Пары базового компонента конденсируют в условиях последних значений вакуума и температуре ниже 220°С. Пары воды и оставшихся легких компонентов удаляются системой вакуумирования. Жидкий базовый компонент отводят в отдельную емкость. Температура 360°С является конечной для дистилляции сырья при глубоком вакууме до 500 Па. Когда температура сырья достигнет 300-360°С прекращают нагрев, а степень разрежения оставляют на том же уровне. После прекращения подогрева сырья отгонка целевого продукта продолжается еще 1-3 часа. Затем давление начинают постепенно повышать до атмосферного за счет подачи инертного газа, после чего кубовый остаток перегружают в отдельную емкость.

Способ иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1

Смесь отработанных моторных (для авиационных поршневых, карбюраторных и дизельных двигателей), компрессорных, вакуумных и индустриальных масел, имеет исходные показатели: массовая доля механических примесей 0,7%; массовая доля воды 1%. Сырье смешивают с раствором щелочи для доведения водородного показателя до нейтральных или близких к нему значений и направляют на дистилляцию. Сначала сырье нагревают до температуры 80°С, а давление понижают до 2000 Па. При данных условиях выкипают эмульсионная вода, растворенные газы, летучие соединения и другие легкие примеси. После прекращения выхода паров воды и легких примесей, температуру сырья постепенно поднимают от 80°С до 220°С, а разрежение от 2000 до 800 Па. Из сырья выходят пары растворенной воды, гликоля, топливных фракций и легкого масляного компонента, которые конденсируют при температуре несколько ниже 80°С, но при том же давлении, а пары воды и легких примесей удаляются вакуумными насосами, обеспечивающими заданное разрежение в процессе дистилляции. Конденсаты данных фракций отводят в отдельную емкость для последующей обработки или используют в качестве топлива для нагрева сырья. При дальнейшем повышении температуры дистилляции от 220 до 360°С и вакуума от 800 до 500 Па, из оставшегося сырья выходят пары базового масляного компонента и пары большей части связанной воды, которая в данных условиях температуры и вакуума переходит из связанного состояния в растворенное. Пары базового компонента конденсируют в условиях последних значений вакуума и температуре ниже 220°С. Пары воды и оставшихся легких компонентов удаляются системой вакуумирования. Жидкий базовый компонент отводят в отдельную емкость. Температура 360°С является конечной для дистилляции сырья при глубоком вакууме до 500 Па. Когда температура сырья достигнет 360°С прекращают нагрев, а степень разрежения оставляют на том же уровне. После прекращения подогрева сырья отгонка целевого продукта продолжается еще 3 часа. Затем давление начинают постепенно повышать до атмосферного за счет подачи инертного газа, после чего кубовый остаток перегружают в отдельную емкость. В результате получают компоненты базового масла с остаточным содержанием механических примесей 0,000047 масс. % (определено по ГОСТ 26378.2-84 и содержанием воды 0,04 мг/кг (определено по ГОСТ 24614-81).

Пример 2

Исходное сырье, в качестве которого берут смесь, содержащую отработанные индустриальные масла и рабочие жидкости для гидросистем, газотурбинные, приборные, трансформаторные и турбинные масла, имеет показатели: массовая доля механических примесей 0,3%; массовая доля воды 1,2%. Регенерацию сырья осуществляют, как описано в примере 1. В результате получают базовую основу с остаточным содержанием механических примесей 0,000036 масс. % (определено по ГОСТ 26378.2-84 и содержанием воды 0,038 мг/кг (определено по ГОСТ 24614-81).

Пример 3

Исходное сырье, в качестве которого берут смеси отработанных нефтепродуктов, нефтяные промывочные жидкости, масла, применявшиеся при термической обработке металлов, цилиндровые, осевые, трансмиссионные масла, масла для прокатных станов, масла, извлекаемые из отработанных нефтяных эмульсий, смеси нефти и нефтепродуктов, собранные при зачистке средств хранения, транспортирования и извлекаемые из очистных сооружений и нефтесодержащих вод, имеет показатели: массовая доля механических примесей 1%; массовая доля воды 2%. Регенерацию сырья осуществляют как описано в примере 1. В результате получают базовую основу с остаточным содержанием механических примесей 0,00006 масс. % (определено по ГОСТ 26378.2-84 и содержанием воды 0,053 мг/кг (определено по ГОСТ 24614-81).

Указанные диапазоны нагрева сырья, глубины вакуума и температуры конденсации могут быть разбиты на более узкие или широкие в пределах не выше указанных крайних значений в зависимости от состава сырья и требований к получаемым фракциям.

Предлагаемая технология обеспечивает повышение качества регенерированных продуктов за счет полного удаления исходной свободной и растворенной воды при снижении содержания связанной воды, а также расширение технологических возможностей путем регулирования спектра получаемых фракций целевого продукта в широких пределах и повышения производительности за счет сочетания постепенного повышения температуры кипения, пропорционального углублению вакуума и повышению температуры конденсации целевых фракций, осуществляемых за один цикл. Повышение производительности, утилизация тепла и легких фракций обеспечивают также снижение энергозатрат.

Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности. Изобретение касается способа регенерации отработанных технических жидкостей и масел и включает последовательно выполняемые подготовку сырья, вакуумную дистилляцию, разделение на фракции и сбор фракций целевого продукта, при этом вакуумную дистилляцию осуществляют постепенным нагреванием сырья при одновременном углублении вакуума пропорционально росту температуры нагрева сырья, а разделение на фракции осуществляют в процессе конденсации, при которой температуру конденсации поднимают пропорционально температуре нагревания сырья. Технический результат - повышение степени удаления связанной и растворенной воды, ускорение процесса регенерации и снижение энергозатрат. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ переработки отработанных технических жидкостей и масел, включающий последовательно выполняемые подготовку сырья, вакуумную дистилляцию, разделение на фракции и сбор фракций целевого продукта, отличающийся тем, что вакуумную дистилляцию осуществляют постепенным нагреванием сырья при одновременном углублении вакуума пропорционально росту температуры нагрева сырья, а разделение на фракции осуществляют в процессе конденсации, при которой температуру конденсации поднимают пропорционально температуре нагревания сырья и величине вакуума.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сырье в процессе дистилляции нагревают не выше 360°С, а вакуум повышают не глубже 500 Па.