Переработка отработанных масел

Среди современных способов очистки и регенерации преобладают физические методы – отстой, центрифугировании, фильтрация, вакуумная сушка. Возможно применение и более сложных физико-химических методов (в случае сильного загрязнения или глубокого старения масел).

Анализ состояния регенерации ОМ в России и других странах СНГ свидетельствует о преобладании в основном устаревших процессов и несовершенной технологии. Получаемые при этом масла. Как правило, имеют низкое качество. С другой стороны, за последние разработаны весьма эффективные стационарные и передвижные установки, применение которых основано преимущественно на физических методах очистки.

Наиболее эффективное оборудование для физических методов очистки и регенерации производят концерн Alfa – Laval (Швеция), имеющий представительства в 126 странах мира, западногерманские фирмы Westfalia и Montanus.

Считается, что при годовом объеме потребления предприятием 10 т масел капитальные вложения на очистку и регенерацию на месте потребления полностью себя окупают. Это относится и к крупным системам смазки с объемом резервуара более 0,75 м3. Проведение очистки и регенерации, однако, не всегда возможно для мелких потребителей смазочных материалов. Для небольших стран наиболее выгодна централизованная регенерация.

Следует иметь в виду, что для отдельных типов смазочных материалов величины ресурсов сбора ОСМ сильно различаются. Так, для моторных масел они могут составлять 20–40%, а для трансформаторных – 80 – 90%.

В большинстве стран наиболее целесообразным признан сбор отработанных нефтяных масел раздельно по маркам, что обеспечивает более квалифицированную регенерацию и переработку с получением продуктов высокого качества и с меньшим количеством отходов. С другой стороны, согласно требованиям ЕС и законодательством многих европейских стран, отработанными маслами считают жидкие или полужидкие продукты, полностью или частично состоящие из нефтяных или синтетических масел, маслосодержащие остатки из резервуаров; эмульсии и смеси воды и масла с содержанием последнего не менее 4%, масла, пролитые (в результате переливов, аварий и т.п.) или с превышенным сроком хранения. Соблюдение понятий жидкий или полужидкий предполагает отсутствие сырой нефти, мазута и пластичных смазок. Понятия полностью и частично регламентируют содержания компонентов в смеси (нефтяных и синтетических) от 100% до менее 20 млн-1, теоретически – до 1 млн-1. Из синтетических масел в собираемых смесях допустимо присутствие только углеводородов (в основном это ПАО), простых и сложных эфиров, не осложняющих вторичную переработку. Несовместимые с нефтяными маслами ПАГ собирают отдельно.

Такой подход к решению проблемы предполагает использование гибких технологий, позволяющих перерабатывать подобные смеси.

Мировой сбор ОМ составляет около 15 млн. т/год (менее 50% производства свежих), при этом подавляющее количество (70–90%) используется в качестве топлива. До сих пор в большинстве стран отсутствует централизованный сбор и утилизация в государственных масштабах, поэтому статические данные весьма противоречивы.

В Европе перечисленные показатели значительно выше – сбор Ом около 57% (1,6 млн т/год), использование в качестве топлива – 60%.

Утилизацию ОМ в настоящее время осуществляют в основном по трем направлениям:

– вторичная переработка смесей с незначительными примесями синтетических масел и СОТС, с получением базовых компонентов;

– регенерация ОМ раздельно по маркам с получением продуктов соответствующего назначения. В этом случае обеспечивается удаление продуктов старения и загрязнений без разрушения и отделения присадок, недостающее количество которых вводят на заключительной стадии приготовления товарных масел;

– переработка смесей ОМ или очистка отдельных продуктов с целью получения котельного, печного топлива.

Вторичная переработка

В наибольших объемах осуществляется переработка смесей ОМ, собираемых централизованно на промышленных предприятиях. Основной трудностью здесь является организация сбора сырья, в связи с чем публикуемые статистические данные подчас весьма неполны и даже противоречивы. В мире общая доля базовых масел, получаемых вторичной переработкой, очевидно, не превышает 5% потребления свежих, причем ведущая роль здесь принадлежит западноевропейским странам. По оценкам специалистов, при общем потреблении нефтяных масел в Европейском союзе около 5,2 млн. т/год (1990–1995) безвозвратно расходуется или сгорает в процессе эксплуатации порядка 45%. Около 2,8 млн. т/год остается в качестве ОМ, из которых централизованно собирается лишь 50–57%. Таким образом, даже в Западной Европе около 1,2÷1,4 млн. т/год масел могут либо нелегально сжигаться, либо просто сливаться в окружающую среду.

Из 1,6 млн. т собираемых в Западной Европе отработанных масел более 50% используют в качестве топлива или «уничтожают», остальное количество поступает на вторичную переработку. Продукция последней оценивается примерно в 470 тыс. т, т.е. не более 7% общей потребности в маслах. Однако в свете европейских законодательств и при росте спроса на экологобезопасные смазочные материалы эта цифра должна значительно возрасти в ближайшем будущем.

Значительную часть отработанных масел составляют масла моторные, содержащие в основном парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, присадки, продукты старения и металлы. Среди последних важнейшее место занимает свинец, попадающий в масла в результате использования свинцовых антидетонаторов в топливе. Как следствие ограничения использования тетраалкилсвинца, содержание свинца в отработанных маслах снизилось с 1% в конце 70-х гг. до 0,1% к настоящему времени. Однако содержание свинца в отработанных маслах порядка 1000 млн-1 уже вызывает экологические проблемы.

Основная масса собираемых отработанных масел сжигается или сливается на грунт. Лишь небольшая часть подвергается переработке, в основном для возврата (рисайклинга) в производство свежих продуктов.

Среди разнообразных промышленных процессов вторичной переработки выделяют группы по основному способу очистки: сернокислотная, адсорбционная, гидроочистка, экстракционная, тонкопленочное испарение, ультрафильтрация. Отдельно следует рассматривать комбинированный процесс PROP с использованием химического способа деметаллизации ОМ.

На первом месте в мире по количеству установок и объему перерабатываемого сырья находятся процессы с применением серной кислоты. Если мировой объем вторичной переработки ОМ превышает 1,5 млн. т/год, то на сернокислотную очистку приходится 1,2 – 1,3 млн т/год. Существует большое разнообразие сернокислотных процессов, среди которых основными являются:

– кислотно-контактная очистка;

– кислотно-контактная очистка, совмещенная с атмосферно-вакуумной

перегонкой;

– процесс Французского института нефти (IFP);

– процесс фирм Matthys/Garap (Франция);

– процессы со стадией термической обработки сырья;

– процесс фирмы Meinken (Германия).

С ростом содержания присадок в маслах расход кислоты и сорбентов при кислотно-контактной очистке повышается. В результате возрастает количество трудноутилизируемых и экологически опасных отходов. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанного масла ПА и высокотоксичных соединений хлора. По данной схеме нельзя перерабатывать современные масла, совместимые с окружающей средой (растительные и синтетические), поскольку серная кислота разлагает их, увеличивая, в частности, выход кислого гудрона. В СНГ сернокислотную очистку в настоящее время практически не используют. В Германии на ряде НПЗ по усовершенствованной комбинированной схеме перерабатывают отработанные моторные, индустриальные, турбинные и трансформаторные масла. Схема предполагает использование стадий коагуляции, атмосферной перегонки, кислотной и адсорбционной очистки с последующей вакуумной перегонкой и контактной доочисткой высоковязкого компонента. По мнению специалистов, при проектировании новых подобных производств необходимо учитывать возрастающее загрязнение ОМ поверхностно-активными веществами при одновременном увеличении содержания воды, что вызывает дополнительные расходы энергии.

Французским институтом нефти (IFP) в 70-е гг. был разработан процесс вторичной переработки ОМ с использованием жидкого пропана, что позволило существенно снизить расход кислоты на последующей стадии. Выход конечных продуктов переработки превышал 80% мас.

Процесс французских фирм Matthys/Garap основан на комбинировании сернокислотной очистки с атмосферной и вакуумной перегонкой и предварительным центрифугированием сырья с целью снижения расхода кислоты. Кислотная очистка и последующее отделение кислого гудрона центрифугированием представляют собой единый непрерывный процесс. Расход кислоты не превышает 4,5 и 6,5%, соответственно для дистиллятных и остаточных масел.

Во многих странах применяют модифицированные варианты процесса кислотно-контактной очистки, включающие стадию термической обработки сырья, способствующую снижению расхода кислоты. Выход очищенного масла в этом случае составляет 66% мас.

Среди сернокислотных процессов с точки зрения экологии и экономики наиболее эффективен процесс фирмы Meinken (Германия), в котором предусматривается проведение термического крекинга сырья при температурах 320–430 °С, позволяющего на последующих стадиях очистки снизить в два раза расход серной кислоты – до 15–20% мас. и активированной глины – до 1–6% мас. по сравнению с технологией без предварительного крекинга.

Весьма перспективен Германский процесс ENTRA. Основа данной технологии – использование различия энергий связи в молекулах углеводородов, сложных эфиров и триглицеридов растительных масел, с одной стороны, и в молекулах примесей и экологоопасных соединений – с другой. Это позволяет разрушать последние при термокрекинге, не затрагивая первых (при условии точнейшей регулировки температуры – 300 ±0,1 °С и обеспечении минимального времени пребывания масла в зоне нагрева – несколько тысячных долей секунды). Присадки, продукты старения и токсичные компоненты разлагаются с образованием битуминозного материала; выход светло-желтого базового масла достигает при этом 85%. Такое масло нуждается лишь в небольшой доочистке с применением 1% серной кислоты 1% фуллеровой земли. Использование при крекинге натрия и природного сорбента дает дополнительные гарантии удаления экологоопасных продуктов.

На практике традиционный вариант кислотно-контактной переработки ОМ, несмотря на его известные недостатки, достаточно широко применяют во многих странах мира. Иногда он используется в комбинации с вакуумной перегонкой, с обработкой пропаном, фурфуролом и сорбентами. Процесс IFP практическое применение нашел лишь в Италии. Единственная установка процесса Matthys/Garap работает в Лилльбонне (Франция). Процессы с использованием термического крекинга распространены во многих странах (Великобритания, Франция, Испания, Норвегия, Австралия и др.). Доминирующее положение во вторичной переработки ОМ (включая также процессы без применения серной кислоты) занимает процесс Meinken. На его долю приходится около 60% всех проектируемых, строящихся и действующих установок.

Переработка в топливо

Одним из широко распространенных направлений использования отработанных нефтяных масел является вовлечение их в производство топлив. По своему объему такая переработка значительно превосходит вторичную с получением базовых масел обычным нефтяным топливам. Значения теплоты сгорания (низшей) ряда топлив, МДж/кг:

Мазуты флотские и топочные (РФ)………………40–42

Отработанное нефтяное масло (моторное)…….……..45

Отработанные синтетические масла на основе сложных эфиров (ФРГ)…….39

То же, на основе ПАГ………………………………23–26

Использование нефти в качестве сырья для производства не только топлив, но и других химических продуктов приобретает все большее значение, во-первых, вследствие сокращения сырьевых ресурсов и, во-вторых, в результате роста значения природного газа. Эта ситуация повышает интерес к утилизации отработанных нефтяных масел в качестве низкокачественного котельно-печного топлива. При сжигании отработанных масел или их смесей со свежими возникают, однако, проблемы охраны окружающей среды. Эти проблемы преодолимы, но стоимость их решения снижает значимость топлив из отработанных масел в сравнении со свежими продуктами. Сюда относятся специальные сооружения для хранения и смешения, топливные фильтры и модификация печей, отложения в топливной аппаратуре, снижающие эффективность сгорания и вызывающие необходимость частой очистки, рост выброса загрязнений в атмосферу, что может требовать специального контроля.

Значительное количество ОМ и других углеводородных отходов сжигают как низкокачественное топливо. Такой путь предусматривает или использование Ом как таковых, или их очистку с применением процессов отстаивания, фильтрации и центрифугирования.

Отгоняемые легкие топливные фракции, получаемые также и в процессах вторичной переработки, могут содержать примеси, экологически опасные и вызывающие коррозию оборудования. Поэтому в ряде случаев такие продукты предпочитают уничтожать, а не использовать в качестве технологического топлива.

Таким образом, можно заключить, что физические методы, используемые для предварительной очистки отработанных масел, непригодны для целей получения экологобезопасных топлив, особенно в отношении последующего выброса твердых частиц, галогенов и металлов типа свинца и меди (присутствие твердых частиц в маслах есть следствие износа смазываемого оборудования). Использование более эффективных методов для удаления этих потенциальных загрязнителей окружающей среды имеет следствием и более высокую стоимость подготовки масел, делая такие продукты неконкурентоспособными по сравнению со свежими. Однако проблемы утилизации отработанных масел должна решаться, и их использование в качестве источника энергии весьма привлекательно при соблюдении природоохранных законодательств. Необходимо только иметь в виду, что использование такого топлива для отапливания жилых помещений нежелательно; для промышленных целей (например, сжигания в цементных печах) возможно смешение с другими видами топлив.