Регенерация отработанного трансформаторного масла вращающимся электромагнитным полем

Актуальность проблемы. Производство нефтяных масел увеличивается, что в свою очередь способствует росту количества отработанных масел. В развивающихся странах осуществляется сбор, очистка, регенерация и переработка отработанных масел, ресурсы которых оцениваются в 50 % потребления свежих продуктов, при этом отработанные масла составляют до 30 % всех нефтяных отходов. Величина ресурсов сбора отработанных масел сильно различаются так, для моторных масел они составляют 20 – 40 %, а для трансформаторных - 80 – 90 %.

Мировой объем производства смазочных материалов, в настоящее время, составляет:

· масла - около 38,5 млн.т/год;

· смазки - более 1,0 млн.т/год;

· смазочно-охлаждающие технологические средства - около 1,5 млн.т/год.

Мировой сбор отработанных масел составляет около 15 млн т/год, при этом 70 – 90 % используется в качестве топлива. До сих пор в большинстве стран отсутствуют централизованный сбор и утилизация в государственных масштабах.

Утилизацию отработанных масел в настоящее время осуществляют в основном по трем направлениям:

1. Вторичная переработка, с получением базовых компонентов;
2. Регенерация отработанных масел раздельно по маркам. В этом случае обеспечивается удаление продуктов старения и загрязнений без разрушения и отделения присадок;
3. Переработка смесей отработанных масел с целью получения котельного топлива.

Отработанные масла, являясь опасными отходами, подлежат обязательному сбору и утилизации, а в отдельных случаях - уничтожению. Однако в России до сих пор отсутствует законодательство по этому вопросу.

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.

В России и других странах СНГ в основном преобладают устаревшие процессы и несовершенные технологии регенерации отработанных масел.

Отработанные масла содержат вредные примеси – свинец, серу, хлор, хром, барий, кадмий, которые попадают в атмосферу при сжигании. По этому, прямое сжигание отработанных масел в неспециализированных печах без предварительной очистки приводит к выбросу в атмосферу стойких органических загрязнителей.

Отработанные масла потенциальны, опасны, и обладают следующими основными свойствами – токсичность, канцерогенность, испаряемость, биоразлагаемость и биоаккумуляция. Нелегально сброшенное отработанное масло, накапливаясь в почве водоемах, приводят к нарушению  воспроизводства птиц, рыб и млекопитающих, отработанные масла обладают выраженным вредным воздействием и на человека.

Отработанные масла вызывают иммуно - депрессию, болезни печени и почек, оказывают неблагоприятное воздействие на репродуктивные органы. Отработанные масла влияют на деятельность щитовидной железы плода, что ведет к расстройству нервной системы, нарушению роста, врожденными аномалиями и задержками развития мозга ребенка. На практике способы регенерации отработанных масел, которые доказывают, что их сбор и утилизация могут быть не только полезными с экологической точки зрения, но и являются рентабельной и наукоемкой областью деятельности. Стоимость восстановленных масел ниже на 40 – 70 % стоимости свежих, при практическом одинаковом их качестве.

В Европе нелегально сбрасывается 25 % всех отработанных масел, 75 % собирают, из них 25 % - регенерируются, 49 % используется в качестве топлива и 1 % уничтожается.

В странах – членах ЕЭС все больше отдается предпочтение регенерации отработанных масел как наиболее экологически безвредному способу их утилизации. Например, в таких странах, как Германия, Бельгия и Италия более 50 % отработанных масел от сбора поступает на установки регенерации с целью получения регенерированных базовых масел.

В Японии вторичной переработке подвергают лишь 2,9 % свежих масел, из них 42 % используют в качестве топлива. Сбор и хранение отработанных масел вызывают серьезные проблемы: так, 11.05.97 в подземном хранилище отработанных масел (Токио) произошел взрыв, возникший пожар был ликвидирован с большим трудом.

Наиболее перспективное направление регенерации отработанного масла является электромагнитным воздействием. По данным американского «Инженерно - технического общества технологии смазки», электростатический фильтр с пористыми керамическими матрицами очищает гидравлические жидкости, топливные жидкости, трансформаторные масла с эффективностью 90-99 %.

Существует множество способов очистки отработанных минеральных масел, однако предложенные методы на практике не находят реального применения. Во-первых, это связано с большими экономическими затратами, наличием отходов от процессов очистки, большого количества времени; во – вторых, исследователями не разработано убедительного теоретического объяснения природы старения и очистки масел. Использованные масла сжигают или сливают в отвалы. Поэтому изучение процесса старения и очистки минеральных масел является весьма актуальной задачей. Не менее важной задачей является поиск новых способов для решения экологических и ресурсосберегающих проблем.

Пути решения проблемы

Причина старения масла - появление свободных радикалов и взаимодействие масла с кислородом.

Свободные радикалы – это молекулы находящиеся в электронно-возбужденном состоянии.

В основе взглядов на механизм окисления углеводородных молекул лежат перекисная теория, освещающая химическую сторону процесса, и представления о свободно-радикальном цепном пути возникновения и разветвления этих реакций.

Как известно, полное удаление свободных радикалов и частиц загрязнения из масла способствует восстановлению свойств отработанного масла до базового уровня.

Методы удаления свободных радикалов и частиц загрязнения из масла разделяют на следующие группы: физические, физико-химические, химические и комбинированные.

Частиц загрязнения масла отличаются от углеводородов слабой компенсацией дипольных моментов межатомных связей, т.е. они являются полярными частицами (соединения -ОН, -СО, -СООН и др.).

Под действием внешнего поля полярные частицы могут формироваться в крупные ассоциации (кластеры).

Предлагается способ регенерации масла вращающимся потоком отрицательных ионов, который основан на явлении электрокоалесценции частиц.

Существующие наиболее близкие способы основаны на специальной ионизации молекул масла с последующей их сорбцией на частицы загрязнения, которые затем осаждаются. Но известно, что в трансформаторном масле всегда находится: растворенный воздух, пузырьки ионизируемого газа, молекулярная вода. Поэтому поток ионов можно получить не только  ионизацией углеводородных молекул, но концентрацией уже имеющихся ионов в воздухе и в трансформаторном масле. Таким образом, отпадает необходимость использовать мощный источник электроэнергии, что сказывается на себестоимости масла.

Вращающийся поток отрицательных ионов создается генератором мощностью от 1 до 100 мкВт. Обработка масла полем составляет от 1 до 5 мин в зависимости от степени окисления масла.

Созданный вращающийся поток отрицательных ионов, проникает в структуру масла, инициирует у заряженных частиц и свободный радикалов направленное движение, а так же поляризует полярные молекулы, вытягивает их на силовые линии, сообщая этим частицам центробежную силу.  В результате продукты старения  укрупняются при помощи процесса электрокоалесценции. Появляются частички размером более 200 мкм. Которые под действием гравитации осаждаются.

Таким образом, в процессе взаимодействия вращающегося потока отрицательных ионов с трансформаторным маслом, водой и продуктами старения осуществляется регенерация отработанного трансформаторного масла с последующим очищением его от воды и продуктов старения, подтвержденная экспериментальными результатами.

Преимуществами процесса регенерации масел во вращающемся потоке отрицательных ионов являются его непрерывность, отсутствие движущихся деталей, характерных для центробежных очистителей, постоянство пропускной способности и гидравлического сопротивления, отсутствие потерь масла, малое время регенерации при большом объеме масла, отсутствие керамических электродов которые необходимо периодически чистить или менять это характерно для электростатических фильтров, а так же использование маломощного генератора.

Существующие наиболее близкие способы.

Очистка масел в электрическом поле является одним из сравнительно новых способов и недостаточно широко применяется на практике.

Наибольшее распространение получили электростатические очистители с однородным и неоднородным электрическим полем.

Очистка масел в электростатическом поле основана на действии сил электрического притяжения. Частицы загрязнений при движении в масле вследствие электризации трением получают электрический заряд, попадая в электрическое поле, они притягиваются к электродам, концентрируются на них, укрупняются в результате агрегирования и могут быть удалены из масла.

Принцип работы очистителей с неоднородным электростатическим полем, основан на ионизации частиц загрязнений и их последующем осаждении на противоположно заряженном электроде. Вследствие неоднородности поля частицы движутся в сторону большей напряженности, т.е. к электродам, выполненным в виде игл, проводов. Движение незаряженных частиц, возникающей вследствие разной диэлектрической проницаемости масла и содержащихся в нем частиц и направления в сторону увеличения напряженности.

При приближении к электродам с максимальной напряженностью частицы сорбируют на своей поверхности ионы, образовавшиеся в результате ионизации масла, приобретают при этом заряд и движутся к электроду, имеющему заряд противоположного знака.