CC BY
258
УДК 621.889
АДСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ОТРАБОТАННОГО ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ МОНТМОРИЛЛОНИТСОДЕРЖАЩИХ СОРБЕНТОВ
Е.О. Коваль, М.С. Богомолов, Э.А. Майер, В.Г. Бондалетов*
Томскнефтехим, г. Томск *Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Исследованы возможности адсорбционной контактной очистки отработанных трансформаторных масел активированными монтмориллонитсодержащими сорбентами серии «Filtrol» корпорации BASF Catalysts LLC и сорбентом Зикеевского месторождения М-80. Использование сорбента марки F-160 серии «Filtrol» в процессе очистки отработанных масел позволяет добиться показателей качества регенерированного трансформаторного масла, допускающих его повторное использование в оборудовании с рабочим напряжением до 750 кВ.
Минеральные масла в процессе эксплуатации постепенно претерпевают глубокие изменения в результате накопления в них продуктов окисления и деструкции углеводородной основы, продуктов уплотнения смол, а также продуктов износа и коррозии конструкционных материалов и внешних загрязнений [1]. Очистка и регенерация масел являются наиболее перспективными направлениями вторичного использования ресурсов, решающими проблемы как экономического, так и экологического характера.
Для очистки отработанных масел используют те же способы, что и для очистки базовых масел - дистилляция, кислотно-щелочная очистка, очистка селективными растворителями, контактная (адсорбционная) очистка, гидроочистка. Обработка масел, содержащих растворенные продукты старения, адсорбентами, например, естественными или активированными отбеливающими глинами, является эффективным и простым в технологическом оформлении способом очистки масел [2, 3].
В качестве объектов исследования выбраны образцы отработанных минеральных трансформаторных масел, слабозагрязненного (МСО-1) и сильно-загрязненного (МСО-2), непригодных для дальнейшей эксплуатации по таким показателям качества, как кислотное число, цветность, тангенс угла диэлектрических потерь, напряжение пробоя.
На основании анализа литературных данных и доступности продуктов на отечественном рынке для исследования контактной очистки масел выбраны сорбенты отечественного и импортного производства (табл. 1).
Оптимальные технологические параметры адсорбционной очистки отработанных масел, рекомендуемые производителем сорбента, следующие: после удаления воды центрифугированием в масло вводят 0,5... 10 % адсорбента при температуре 80... 120 °С и перемешивают смесь в течение 30...60 мин. Адсорбент отделяют от масла фильтрованием. Для оценки эффективности сорбентов проводили контактную очистку проб отработанных масел при температуре 100...110 °С и времени контакта 60 мин. с использованием 5 % адсорбента (табл. 2).
Таблица 1. Характеристика исходных сорбентов
Наименование Марка Минеральный состав Производитель Насыпная плотность, кг/м3 Удельная поверхность, м2/г
Земля отбеливающая Зикеевского месторождения М-80 Опал-кристо-балит, монтмориллонит, незначительные примеси кварца и кли-ноптилита ЗАО «Сорбент» Россия Нет данных 80...200
Активированные адсорбенты серии ПКго! F-1 F-160 F-105SF F-24 Mb LVM Основной компонент -монтмориол-лонит Корпорация BASF Catalysts LLC 500...800 250...400
В качестве экспресс-методов испытаний для оценки качества вторичных рафинатов использовали значения кислотного числа, определяемого в соответствии с методикой [4], и коэффициента пропускания. Коэффициент пропускания измеряли с помощью фотоколориметра КФК-2 по отношению к дистиллированной воде в кюветах толщиной 10 мм при длине волны А=490 нм.
Из данных, приведенных в табл. 2, следует, что наиболее эффективным адсорбентом для очистки как сильно загрязненных (МСО-2), так и слабо загрязненных (МСО-1) масел, является Filtrol F-160.
Степень очистки рафината зависит от количества адсорбента, времени контакта сорбента с маслом и температуры проведения процесса. Влияние данных параметров на степень очистки отобранных образцов масел определяли с использованием сорбентов Filtrol F-160 и М-80. Последний представлял интерес из-за его низкой стоимости (5 р за 1 кг по сравнению с 23 р за 1 кг Filtrol F-160).
При выборе оптимального количества сорбента процесс очистки проводили при температуре 100...110 °С и времени контакта 60 мин. Значение кислотного числа рафината, удовлетворяющее требованиям нормативной документации [5], достигается при использовании 4 % адсорбента F-160 и 5 % адсорбента М-80 (рис. 1).
Таблица 2. Сравнение качества очистки масел различными сорбентами
Масло тран- Кол-во Кислотное Коэффи-
сформаторное селективной Марка сорбента сорбента, число, мг КОН на 1 г циент пропуска-
очистки мас. % масла ния, %
Свежее МСО - - 0,004/0,02* 85...90
Отработанное МСО-1 - - 0,018 31
Р-160 0,014 84
F-1 0,018 86
Регенериро- F-24 2,5 0,014 52
ванное МСО-1 F-105SF 0,012 71
МВ LVM 30/60 0,007 44
М-80 0,015 53
Отработанное МСО-2 - - 0,053 9
Р-160 5 0,016 66
10 0,006 87
5 0,021 63
10 0,017 79
F-24 5 0,034 21
Регенериро- 10 0,016 48
ванное МСО-2 F-105SF 5 0,023 48
10 0,015 73
МВ LVM 30/60 5 10 0,017 0,014 16 22
М-80 5 0,014 23
10 0,010 29
Для определения оптимальной температуры процесса провели ряд экспериментов при одном и том же массовом соотношении сорбент:масло. При проведении процесса адсорбции при температуре 110 °С достигнуто снижение значения кислотного числа до показателей, соответствующих свежим маслам за время контакта, равное 15...20 мин при использовании 10 % адсорбента F-160 (рис. 3). При снижении температуры до 90 или 20 °С аналогичные результаты достигаются при времени контакта 45 и 60 мин, соответственно.
Достигнуть величины коэффициента пропускания, соответствующего требованиям нормативных документов, удается только при температуре процесса свыше 90 °С. Проведение процесса адсорбции при 110 °С позволяет получить рафинат с коэффициентом пропускания, удовлетворяющим требованиям к свежему маслу, за время контакта 50...60 мин (рис. 4). При использовании сорбента М-80 в аналогичных условиях не удается получить рафинат с высоким коэффициентом пропускания.
Таблица 3. Электроизоляционные свойства рафинатов
* Максимальное значение по ГОСТ, ограничивающее дальнейшее использование данного продукта
Добиться значения коэффициента пропускания, соответствующего свежему маслу селективной очистки, удается при использовании не менее 10 % адсорбента F-160. Применение сорбента М-80 даже в количестве 25 % не позволяет достичь требуемого показателя для отработанного масла (рис. 2).
0.06
Наименование сорбента Кол-во сорбента, мас. % Напряжение пробоя при частоте 50 Гц, кВ Тангенс угла диэлектрических потерь при 90 оС, %
Р-160 5 70 0,5
Р-160 10 80 0,48
М-80 10 63 2,23
Электроизоляционные свойства трансформаторных масел определяются тангенсом угла диэлектрических потерь и напряжением пробоя. Сорб-ционная очистка масел значительно снижает содержание кислотных групп и, соответственно, повышает диэлектрическую прочность масла. Сорбционная очистка масла МСО-2 отбеливающей глиной М-80
К О
и
1ч
о
ч
о ^
и о Я н о ч
о
И
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0
2
4
6 8 10 12 14
Количество сорбента, % (масс.)
Рис. 1. Зависимость кислотного числа рафината от количества используемого адсорбента
100 -|
90
0х
ей Н
Ш «
о (S
я я
сЗ «
о ^
С О
а с н я
ш Я Я
я
m
О «
80
70
60 -
50
40
30
20 -
10
0
М-80
0
5
10 15
Количество сорбента, % (масс.)
Рис. 2. Зависимость коэффициента пропускания рафината от количества сорбента
0.060
а 0.050
ч
20
25
Я §
о ч о Я (Г ш о я н о ч о
я «
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
110°С
0
15
30
45 60 75
Время контакта, мин.
Рис. 3. Зависимость кислотного числа рафината от температуры и времени процесса
90
105
120
при 100...110 °С в течение 60 мин позволяет снизить тангенс угла диэлектрических потерь с 80,4 % для отработанного масла МСО-2 до 2,23 % для рафината (табл. 3). Filtrol F-160, примененный в аналогичных условиях в количестве 5 мас. %, снижает величину тангенса угла диэлектрических потерь до 0,5 %, что значительно ниже, чем это требует ГОСТ 10121-76 на свежее масло (1,7 %). Очистка масел сорбентами М-80 и Filtrol F-160 с последующим
кондиционированием позволяет достичь показателя напряжения пробоя до 80 кВ (табл. 3), что позволяет использовать данные масла в электрооборудовании с рабочим напряжением до 750 кВ [6].
Таким образом, наиболее эффективным для регенерации отработанных трансформаторных масел является сорбент F-160 корпорации BASF Catalysts LLC. Очистка сорбентом F-160 с последующим кондиционированием позволяет достичь величи-
100 п
0х
rf
Н «
о (S
я я
сз «
&
с о а с н я
ш Я Я
я
m
О «
90 -
80
70 -
60 -
50 -
40
30
20 -
10
0
0
110°С
15
30
90
45 60 75
Время контакта, мин.
Рис. 4. Зависимость коэффициента пропускания рафината от температуры и времени процесса
105
120
ны напряжения пробоя до 80 кВ и тангенса угла диэлектрических потерь 0,48 %, что позволяет использовать данное масло в электрооборудовании с рабочим напряжением до 750 кВ. Оптимальные технологические параметры контактной очистки определяются индивидуально в соответствии со степенью загрязнения отработанного масла. Использование отбеливающей глины Зикеевского месторождения М-80 не позволяет достичь показа-
телей качества масла, получаемых с применением сорбента F-160. Цвет остается более высоким, чем нормативный. Кроме того, для достижения сравнимых показателей качества масла, очищенного сорбентами F-160 и М-80 последнего требуется большее количество. Экономически целесообразным может быть использование М-80 для предварительной очистки трансформаторного масла с последующей доочисткой сорбентом F-160.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кламанн Д. Смазки и родственные продукты. Синтез. Свойства. Применение. Международные стандарты. Пер. с англ. / Под ред. Ю.С. Заславского. - М.: Химия, 1988. - 488 с.
2. Яковлева Н.П., Кириченко Г.Н., Лапинг Т.П., Швец О.А. Регенерация отработанного турбинного масла // Энергетик. -2003. - № 1. - С. 34-35.
3. Кипелов Б.Г., Мезенцев А.И. Очистка трансформаторного масла землями Зикеевского месторождения // Энергетик. -2003. - № 1. - С. 33-34.
4. ГОСТ 5985-79. Метод определения кислотности и кислотного числа.
5. ГОСТ 10121-76. Масло трансформаторное селективной очистки.
6. Анисимов И.Г., Бадышатова К.М., Бнатов С.А. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / Под ред. В.М. Школьникова. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.
Поступила 19.12.2006 г.
