Восстановление отработанного масла
Ненужные проблемы или золотая жила?

Растет год от года добыча сырой нефти – главного сырья для производства моторных масел. Только флагман мировой нефтегазовой промышленности компания Exxon Mobil, владеющая 38 нефтеперерабатывающими заводами в 21 стране мира, ежесуточно перерабатывает 6,3 млн. баррелей сырой нефти.

Потребление моторных масел в мире составляет примерно 60 млн. т в условном топливе. И есть данные только о четвертой части этого количества, сообщающие, что после отработки ресурса масло использовано повторно либо переработано или сожжено.

По нашей стране статистика еще печальнее. За год на территории РФ собирается около 1,7 млн. т различных отработанных масел (ОМ). Переработке при этом подвергается до 0,25 млн. т, или 15%, что составляет 3,3% от общего объема потребления.

Для сравнения: в Германии, занимающей первое место в Европе по очистке ОМ, производится сбор и использование около 55% всего объема потребленных свежих масел. Немецкое законодательство в области защиты экологии обязывает производителей масла, чьи производства находятся на территории Германии, добавлять в производимые масла не менее 10% так называемого refining base oil – восстановленного масла. В некоторых европейских странах существует порядок, когда при сдаче отработанного масла сдающий получает свежее масло со скидкой.

О необходимости сбора и переработки ОМ свидетельствует тот факт, что из примерно 100 т нефти получают только 10 т моторного масла, а при переработке 100 т ОМ можно получить более 80 т уже готового к употреблению продукта.

Слили, заменили и что дальше?

В процессе эксплуатации моторных масел в них накапливаются продукты окисления. Это асфальтосмолистые соединения, нагар, лаковые отложения и др. Чтобы предотвратить выпадение осадка этих вредных соединений, в масло вносят моюще-диспергирующие присадки, которые удерживают продукты окисления в коллоидном (взвешенном) состоянии.

Значительное снижение эксплуатационных характеристик моторных масел наступает, когда присадки вырабатывают ресурс. В этот период продукты окисления начинают выпадать в осадок, тем самым вызывая усиленный износ двигателя. Такое состояние моторного масла свидетельствует о необходимости срочно его заменить.

Моторное ОМ относится к категории опасных отходов, является источником загрязнения окружающей среды. Его нельзя сливать в мусорные баки, канализацию или на землю. Из-за присущей вязкости такое масло прилипает ко всему, от песка до оперения птиц. Отработанные масла не растворимы, химически устойчивы и могут содержать токсические химические соединения и тяжелые металлы. В естественных условиях масло разлагается в течение длительного времени. Представьте, что всего 1 л моторного масла может превратить 1 000 000 л питьевой воды в техническую.

Для основного состава транспортных предприятий тема утилизации ОМ – одна из самых злободневных. Организация и содержание пунктов сбора ОМ, хранение, транспортировка, переработка – все это требует финансовых затрат. В реальности незначительную часть ОМ сжигают, а бо'льшую часть все-таки сливают либо на почву, либо в водоемы и канализацию.

А ведь бережно собранное ОМ, без внесения в него дополнительных загрязнений в виде почвенной и воздушной пыли, воды, топлива, моющих жидкостей и жидкостей не нефтяного происхождения, можно использовать после очистки и восстановления в среднефорсированных двигателях внутреннего сгорания при умеренных нагрузках, в гидравлических системах машин, в коробках передач и трансмиссиях тракторов и автомобилей при умеренных нагрузках, в ходовой части гусеничных тракторов, а также при консервации техники. Современные технологии позволяют получать такой объем смазочного масла из 1 л ОМ, для получения которого при прямом производстве тратится 42 л сырой нефти.

Процесс восстановления отработанного моторного масла в современном понимании включает удаление из него коллоидных веществ, кислот, битумных отложений, механических частиц и химического осадка, удаление газов, водного конденсата, придание восстановленному продукту цвета и запаха оригинала. Однако из существующих и реализованных в настоящее время промышленных процессов восстановления ОМ трудно выделить предпочтительные, все они не лишены как преимуществ, так и изъянов. В каждом конкретном случае при выборе предлагаемой технологии вторичной переработки ОМ необходимо исходить из анализа работы уже действующих прототипов и очень осторожно браться за внедрение новых предложений.

Как переработать?

В зависимости от примененного процесса регенерации получают две-три фракции базовых масел, из которых путем компаундирования и введения присадок получают товарные масла: регенерированные моторные можно использовать как трансмиссионные, гидравлические масла, СОЖ и пластичные смазки, а кроме того, их используют при производстве асфальта.

Обычно при восстановлении в первую очередь механическим путем удаляют свободную воду и твердые частицы. Затем идет теплофизическая фаза – выпаривание, вакуумная перегонка. За этой фазой происходит физико-химическая обработка. Дело в том, что при фильтрации ОМ наблюдается весьма незначительный эффект очистки за счет присутствия многофункциональных присадок, в составе которых есть моющий компонент. Окисные соединения, которые под действием присадок находятся в коллоидном мелкодисперсном состоянии, необходимо с помощью коагулянтов несколько увеличить в объеме, тогда масло становится фильтруемым. Исследования доказали, что оптимальное коагулирование осуществляется в случае применения моноэтаноламина.

На следующем этапе регенерируемое масло подвергают микрофильтрации, пропуская его через мембраны, различающиеся как производительностью, так и термической устойчивостью, поскольку традиционным способом увеличения удельной производительности мембран является снижение вязкости жидкости за счет повышения температуры. Наиболее распространенными являются полимерные мембраны типа МФФК. Они способны отфильтровать около 800 л/(м².ч) при диаметре пор 0,07 мкм. Металлокерамические мембраны типа «ТРУМЕМ» являются самыми производительными – при диаметре ячейки 0,07 мкм они пропускают 1000 л/(м².ч). Для самой тонкой очистки применяют мембраны керамические одноканальные со средним диаметром пор 0,03 мкм. Углеродные одноканальные мембраны осуществляют наиболее грубую очистку: у них диаметр пор 0,1 мкм, зато эти мембраны термически устойчивы до 300 °С.

Высшей целью регенерации является получение масел с характеристиками, превосходящими первоначальные свойства продукта, поступившего на восстановление. Это возможно, но для этого кроме вышеперечисленных этапов обработки ОМ требуется применять химические способы регенерации, связанные с использованием сложного оборудования и большими затратами. Реально же очищенные ОМ обладают достаточным запасом эксплуатационных свойств, обеспечивающих применение в менее нагруженных узлах и агрегатах машин.

Так что же конкретно?

Наука не стоит на месте. Разработана отечественная технология, получившая название «Мелиоформ», в основе которой процесс лиофобно-сорбиционной сепарации. Метод позволяет очищать и осветлять минеральные моторные масла без применения кислот и щелочей, полностью восстанавливая масляную основу при минимальных затратах.

Еще одна российская разработка – установка УОМ-100. С ее помощью восстанавливается кинематическая вязкость в очищенном масле до 9 мм²/с, а в поступившем ОМ этот показатель не ниже 8,5 мм²/с. Показатель свежего масла по ГОСТу равен 10 мм²/с при 100 °С. Содержание механических примесей после очистки составляет 0,01%, что уже соответствует ГОСТу. А такой важный показатель, как содержание нерастворимого осадка, равен после очистки 0,02% (содержание в ОМ – 0,7%). В результате процесса очистки полученное масло или смесь масел вполне можно использовать как гидравлическое масло, а моторные масла дизельных двигателей подходят для использования на долив в среднефорсированные двигатели. Установка комплектуется также экспресс-лабораторией, контролирующей кинематическую вязкость, загрязненность, диспергирующие-стабилизирующие свойства, содержание воды, плотность и щелочное число полученного продукта. Используя ее, можно проводить внедряемые повсеместно диагностические анализы моторных масел. При этом обслуживают установку всего два человека.

При небольших размерах – 1200х900х1000 мм очень эффективную установку УОМ-3М для очистки ОМ предлагают другие отечественные разработчики. УОМ-3М обеспечивает снижение механических примесей с 0,9% в загрязненном масле до 0,01% в очищенном. При этом в свежем масле по ГОСТу допускается 0,015% механических примесей. Производитель утверждает, что требуется только час для того, чтобы из 100 л загрязненного масла получить 95…98 л продукта. В очищенном масле загрязнений в десятки раз меньше, чем в масле, работающем без такой очистки при рядовой эксплуатации. Очистка освобождает масло от воды, осветляет.

Украинские разработчики предлагают современную серийно выпускаемую установку по регенерации любых типов минеральных масел, в том числе моторных. Причем в технологическом процессе не используются химические вещества, нет вредных отходов, подлежащих опять-таки утилизации. Производительность – от 100 до 250 л/ч по моторным маслам, размеры установки – 1900х1080х1750 мм. Затраты на регенерацию составляют 4 US $/т. Сорбента требуется около 4% от массы масла, а из тонны ОМ получают 950 кг прозрачного, чистого масла.

На пунктах техобслуживания автотракторной, дорожной и строительной техники успешно применяются стенды очистки жидкостей серии СОГ (913К1М, 913К1М, 913К1В3, 913КТ1В3). Принцип действия довольно прост – в роторе центрифуги-насоса со спиральной или тарельчатой вставкой осаждаются находящиеся в жидкости даже мельчайшие твердые и жидкие загрязнения, которые нерастворимы и обладают большей, чем очищаемая жидкость, плотностью. Установки компактные, их масса около 140 кг, но осуществляют очистку жидкостей от абразивных загрязнений до 5…10-го класса по ГОСТ 17216–2001 при исходной загрязненности 15…17-го класса. Содержание воды в масле на выходе не выше 0,05% при исходном содержании до 1%.

Глобально решает вопрос использования ОМ комплексная технология в рамках мини-завода по получению так называемого «биодизеля». Это и переработка ОМ, и в конечном итоге обеспечение предприятий агропромышленного комплекса качественным дизельным топливом из собственного сырья. С помощью разработанного нашими конструкторами и технологами оборудования растительные масла и органические жиры перерабатываются в биологическое дизельное топливо, а с помощью другого оборудования из ОМ получают дизтопливо низкого качества. Затем полученные продукты смешивают в пропорции соответственно 20% и 5% с 75% классического дизельного топлива. Такая технология, исходя из производительности мини-завода 2 тыс. куб.м/год, окупает вложения менее чем за год, параллельно решая проблемы 100%-ного использования отработанных материалов. Импортные заводы по производству биотоплива имеют, как правило, мощности 120…500 тыс. т в год, а средняя цена комплекса производительностью 200 тыс. т в год составляет около 25 млн. евро, тогда как наш мини-завод стоит не более $150 тыс. Разработчики утверждают: объем получаемого продукта за единицу времени, а это примерно 1 т/ч, значительно превосходит скорость, которую достигли производители биотоплива стран ЕС, технология которых основана на реакции взаимодействия исходных материалов – масло, щелочь, метанол при высокой температуре нагрева.

А что еще?

Помимо изложенного выше отработанные масла являются высококалорийным топливом, и это огромный теплоэнергетический ресурс. У ОМ калорийность выше, чем у угля и мазутных сортов топлива. Потенциал использования тепловой энергии ОМ сопоставим по величине со всеми потерями в тепловых сетях коммунальных систем теплоснабжения всей страны. Однако использовать потенциал полностью не удается. На заводах «отработку» обезличенно сливают в общую емкость, что недопустимо в условиях предприятий, эксплуатирующих автотехнику. Сбор ОМ из узлов и агрегатов машин должен производиться раздельно, по группам и маркам. В противном случае снижается эффективность горения. Еще хуже, если в такую масляную смесь попадет вода, отходы производства и даже взрывоопасные вещества.

Не выполняется контроль поступающего для централизованного отжига масла. Но самое плохое то, что ОМ сжигают, как правило, в физически и морально устаревших по техническим и экологическим показателям печах, не оборудованных спецавтоматикой горения. При сжигании ОМ используется подмешивание топливных отходов в состав мазута или дизтоплива, что приводит к нарушению норм предельно допустимой концентрации. Тепло сожженного масла не всегда используется рационально и уходит на сброс, что противоречит принципам энергосбережения.

Наиболее экономичным подходом, по всей видимости, является применение автономного оборудования отжига самим эксплуатирующим предприятием, рассчитывающим на собственный ресурс и свои потребности.