CC BY
0
JA UNIVERSUM:
№2(131)_¿Л ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_Февраль. 2025 г.
DOI: 10.32743/UniTech.2025.131.2.19424
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТРАБОТАННЫХ МАСЕЛ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ЦЕХЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ПОЛИПРОПИЛЕНА СП ООО «UZ-KOR GAS CHEMICAL»
Саломатов Бехруз Туймуродович
докторант
Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: salomatovbehruz@gmail. com
Паноев Нодир Шавкатович
доцент,
Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: nodirpanoyev@89mail. ru
Сафаров Жасур Алижон угли
доцент,
Бухарского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: _ [email protected]
RESEARCH OF THE COMPOSITION AND PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF SPENT OILS FORMED IN THE POLYPROPYLENE PRODUCTION SHOP OF JV LLC «UZ-KOR GAS CHEMICAL»
Bekhruz Salomatov
Doctoral candidate of Bukhara Engineering-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara
Nodir Panoev
Associate Professor, Bukhara Engineering and Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara
Jasur Safarov
Associate Professor, Bukhara Engineering and Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Bukhara
АННОТАЦИЯ
Статья посвящена проблеме увеличения отходов на предприятиях нефтехимической отрасли, и рассматривает задачи экологической безопасности управления отработанных масел, образующимися в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical». В ходе исследования были отобраны образцы отработанного масла Shell Ondina 68, применены методы физико-химического (согласно ГОСТ) и спектрального (ИК-спектроскопия) анализа. Были определены значимые физические свойства отработанного масла, включая кинематическую вязкость, индекс вязкости, температуру вспышки, температуру застывания, кислотное и щелочное числа, содержание воды, механических примесей и содержание золы сульфатов. Методом ИК-спектроскопии установлено, что в отработанном масле содержатся функциональные группы, характерные для углеводородных групп, а также соединения -N-N=O. По результатам исследований установлено, что отработанное масло содержит различные загрязняющие вещества, и разработаны предложения по его переработке и утилизации.
Библиографическое описание: Саломатов Б.Т., Паноев Н.Ш., Сафаров Ж.А. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТХОДНЫХ (ОТРАБОТАННЫХ) МАСЕЛ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ЦЕХЕ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ПОЛИПРОПИЛЕНА СП ООО «UZ-KOR GAS CHEMICAL» // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2025. 2(131). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/19424
Л A UNIVERSUM:
№2(13П_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_Февраль. 2025 г.
ABSTRACT
The article is devoted to the problem of increasing waste at petrochemical industry enterprises, and considers the problems of environmental safety of managing waste oils generated in the polypropylene production workshop of the Uz-Kor Gas Chemical LLC JV. During the study, samples of Shell Ondina 68 used oil were selected and methods of physi-cochemical (according to GOST) and spectral (IR spectroscopy) analysis were applied. Significant physical properties of used oil were determined, including kinematic viscosity, viscosity index, flash point, pour point, acid and base numbers, water content, mechanical impurities and sulfate ash content. Using IR spectroscopy, it was established that used oil contains functional groups characteristic of hydrocarbon groups, as well as -N-N=O compounds. Based on research results, it has been established that used oil contains various pollutants, and proposals have been developed for its processing and disposal.
Ключевые слова: отработанное масло, Shell Ondina 68, полипропилен, «Uz-Kor Gas Chemical», управление отработанными маслами, физико-химический анализ, ИК-спектроскопия, ГОСТ, кинематическая вязкость, углеводороды, переработка, Chilon Lubricants.
Keywords: waste oil, Shell Ondina 68, polypropylene, Uz-Kor Gas Chemical, waste oil management, physical and chemical analysis, IR spectroscopy, GOST, kinematic viscosity, hydrocarbons, processing, Chilon Lubricants.
Введение. Бурное развитие химической и нефтегазовой промышленностей в мире привело к увеличению объема отходов на производственных предприятиях. Углубление переработки сырья и расширение ассортимента продукции является движущей силой современной нефтехимической промышленности. С ростом объемов отходов, образующихся на предприятиях, растут и экологические требования к ним. Вопросы экологической безопасности хранения, очистки, переработки и использования отработанных масел, образующихся на заводе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», являются достаточно комплексными и специфичными для каждого вида отходов.
Наряду с этим, вместо сбора отходов, можно получить перспективные источники энергии, развивая процессы переработки отходов, в частности, переработки отработанных масел. Их рациональное использование приведет к снижению себестоимости продукции нефтехимической промышленности нашей страны и экономическому росту. Самой главной проблемой является сбор отработанных масел. Возможность сбора составляет 20-40 % для моторных и промышленных масел и 80-90 % для трансформаторных масел от общего объема отходов. Мировой сбор отработанных смазочных материалов составляет порядка 15 млн тонн в год, причем большая часть (70-90 %) сжигается в качестве топливного компонента. Во многих странах мира до сих пор не существует централизованного сбора использованных смазочных материалов. Самый высокий уровень сбора наблюдается в Европе и составляет около 57 % (до 1,6 млн тонн в год), а использование в качестве топлива составляет 60 % [15].
Проблема образования отходов в промышленности, особенно в нефтехимической отрасли, является одной из наиболее актуальных в современном мире. Отработанные масла, образующиеся в процессе эксплуатации различного оборудования, представляют собой значительный источник загрязнения окружающей среды, оказывая негативное воздей-
ствие на почву, водные ресурсы и атмосферный воздух. В связи с этим, разработка эффективных методов утилизации и переработки отработанных масел является важной задачей, направленной на обеспечение устойчивого развития и сохранение природных ресурсов.
В условиях эксплуатации в результате сложных процессов (окисление, термическое разложение, механическое загрязнение, смешивание с водой, разбавление) снижаются свойства масел различного состава, что в свою очередь требует восстановления показателей качества масел различными методами. Для очистки и восстановления качества масел применяют технологические операции удаления из их состава продуктов износа с использованием физических и химических методов [16].
Несмотря на наличие исследований, посвященных составу и свойствам отработанных масел различных производств, данные о составе и свойствах отработанных масел, образующихся именно в производстве полипропилена на СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», остаются недостаточно изученными. В связи с этим, целью настоящего исследования является изучение состава и физико-химических свойств отработанных масел, образующихся в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», для оценки возможности их утилизации или переработки.
Объект и методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран образец отработанного масла (Shell Ondina 68), образующегося в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical». Для проведения исследований использовались современные физико-химические (ИК-спектроскопия) методы анализа, а также методы анализа нефти и нефтепродуктов в соответствии с государственными (ГОСТ) и мировыми стандартами.
Основные физико-химические свойства чистого минерального масла Shell Ondina 68, используемого в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», представлены в таблице 1 [17].
№ 2(131)
февраль, 2025 г.
Таблица 1.
Основные физико-химические свойства чистого минерального масла Shell Ondina 68
№ Свойства Метод Shell Ondina Oil 68
1. Класс вязкости ISO ISO 3448 68
2. Спецификации - фармакопея ЕС Жидкий парафин
3. Спецификации - фармакопея США Минеральное масло (нефтепродукт)
4. Цвет (по Сейболту) ASTM D156 +30
5. Плотность при 15°C, кг/м3 ISO 12185 864
6. Температура вспышки (COC), °C ISO 2592 240
7. Температура застывания, °C ISO 3016 -9
8. Кинематическая вязкость при 40°C, мм2/с ISO 3104 68
9. Кинематическая вязкость при 100°C, мм2/с ISO 3104 9.7
10. Молекулярная масса, г/моль минимум ASTM D2502 479
11. Содержание углеводородов: с числом углерода менее 25, % м/м максимум ASTM D2887 mod 5
Проанализированы следующие физико-химические свойства отработанного масла (Shell Ondina 68), выбранного в качестве объекта исследования, в ООО «Chilon Lubricants» при комнатной температуре 22°С, относительной влажности 58 % и атмосферном давлении 720,059 мм рт.ст.:
Кинематическая вязкость. Одним из распространенных методов определения кинематической вязкости нефти и нефтепродуктов является использование вискозиметров Пинкевича. Кинематическая вязкость масел, используемых в данном эксперименте, определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 33-2016 [8]. Эксперимент проводился в вискозиметре Оствальда-Пинкевича в термостате при температурах 40 и 100 °C.
Индекс вязкости. Настоящий стандарт устанавливает два метода расчета индекса вязкости нефти и нефтепродуктов, определяемых соответственно на основе кинематической вязкости при температурах 40 и 100 °С: Метод А применяется для нефтепродуктов с индексом вязкости от 0 до 100; Метод Б применяется для нефтепродуктов с индексом вязкости 100 и выше. Индекс вязкости масла, использованного в данном эксперименте, определялся в соответствии с требованиями ГОСТ 25371-2018 [5].
Температура вспышки в открытом тигле. Настоящий стандарт представляет собой метод определения температур вспышки и воспламенения нефти и нефтепродуктов с использованием метода Кливленда в открытом тигле. За исключением жидкого топлива, температура вспышки в открытом тигле составляет от 79 °C до 400 °C. Индекс вязкости масла, использованного в данном эксперименте, определялся в соответствии с требованиями ГОСТ 4333-2021 [10].
Температура застывания. Настоящий стандарт предусматривает определение температуры застывания нефти и нефтепродуктов с использованием методов (А) и (Б), а также на определение температуры застывания продуктов, содержащих масла, высоковязкие базовые смазочные компоненты и частицы остаточного топлива. Определение тем-
пературы застывания масла, использованного в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 20287-2023 Б [3].
Массовая доля свободных органических кислот. Настоящий стандарт распространяется на пластичные смазки, загущенные мылами, и устанавливает метод определения содержания свободных щелочей и свободных органических кислот. Сущность метода заключается в растворении смазки в спирт-бензиновой смеси и титровании ее кислотой или щелочью в присутствии фенолфталеина. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 6707-76 [14].
Содержание водорастворимых кислот и щелочей. Настоящий стандарт распространяется на жидкие нефтепродукты, присадки, пластичные смазки, парафины, церезины, восковые составы и устанавливает метод определения наличия водорастворимых кислот и щелочей (ВКЩ) в них. Сущность метода заключается в извлечении водорастворимых кислот и щелочей из нефтепродуктов водой или водным раствором спирта и определения величины рН водной вытяжки рН-метром или реакции среды с помощью индикаторов. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 6307-75 [12].
Кислотное число. Настоящий стандарт распространяется на светлые нефтепродукты (автомобильные и авиационные бензины, лигроины, керосины, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей), турбинные, трансформаторные, трансмиссионные, гидравлические, специальные масла и углеводородные пластичные смазки и устанавливает методы определения кислотности и кислотного числа. Настоящий стандарт не применим при анализе окрашенных, темных нефтепродуктов, а также в области значений кислотности менее 0,1200 мг К0Н/100 см3 и кислотного числа менее 0,06 мг КОН/г. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном
№ 2(131)
в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 5985-2022 [11].
Щелочное число характерно для нефтепродуктов и смазочных материалов. Число нейтрализации определяется методом потенциометрического титрования. Настоящий стандарт устанавливает метод определения общего кислотного числа, кислотного числа сильных кислот, кислотности, общего щелочного числа, щелочного числа сильных щелочей в нефтепродуктах и смазочных материалах. Настоящий стандарт не распространяется на электроизоляционные масла. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 11362-96 [1].
Содержание воды. Распространенным и высокоточным методом определения содержания воды в нефти и нефтепродуктах является метод Дина-Старка. Определение содержания воды в моторном масле, использованном в данном эксперименте, проводилось согласно требованиям ГОСТ 2477-2021 [4]. В ходе эксперимента 100 мл отработанного моторного масла и такое же количество нефраса отмеряли в цилиндрическую емкость и помещались в установку Дина-Старка. Помещали на нагревательный прибор на час, а после завершения эксперимента измерили количество выделившейся воды.
Массовая доля механических примесей. Одним из методов определения механических примесей в нефти и нефтепродуктах является фильтрация с использованием лакмусовой бумаги. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 6370-2018 [13].
Зольность сульфатная. Настоящий стандарт устанавливает метод определения сульфатной золы в неотработанных нефтяных маслах с присадками, присадках и других нефтепродуктах. Анализируемый образец может содержать следующие металлы: барий, кальций, магний, цинк, калий, натрий, олово, а также элементарную серу, фосфор, хлор. Показатель «сульфатная зола» используют для оценки содержания ме-таллосодержащих присадок в неотработанных маслах. Определение массовой доли сульфатной золы в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 12417 [2].
Коррозионное воздействие на металлы. Настоящий стандарт распространяется на смазочные
февраль, 2025 г.
масла, в том числе на гидравлические, масла с присадками и непосредственно сами присадки, устанавливая метод определения коррозионного воздействия их на металлы.
Сущность метода заключается в выдерживании металлической пластинки в испытуемом продукте при повышенной температуре и фиксировании изменения внешнего вида пластинки, характеризующего коррозионное воздействие продукта на металл. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 2917-76 [6].
Определение содержания серы методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Настоящий стандарт устанавливает метод определения общего содержания серы в нефти и нефтепродуктах, представляющих собой однофазные продукты и жидкости в условиях окружающей среды, способные разжижаться при умеренном нагревании или растворимые в углеводородных растворителях. Такими продуктами являются дизельное и судовое топливо, реактивное топливо, керосин, другие дистилляты нефти, нафта, нефтяной остаток, мазут, базовое смазочное масло, гидравлическое масло, нефть, неэтилированный бензин, эта-нольное топливо, биодизельное топливо и другие подобные нефтепродукты. Определение массовой доли свободных органических кислот в масле, использованном в данном эксперименте, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 32139-2019 [7].
Плотность. Плотность отработанного моторного масла в жидком агрегатном состоянии определялась ареометрическим методом. Плотность моторного масла, использованного в данном эксперименте, определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 3900-85. В ходе эксперимента была выбрана цилиндрическая емкость, в которую было налито отработанное моторное масло. Затем температуру в водяной бане поддерживали на уровне 20 °С, из центра сосуда опускали ареометр и по его показаниям определяли плотность вещества [9].
Полученные результаты и анализы. На первом этапе наших исследований в лабораторных условиях были определены некоторые важные физические параметры используемого масла на основе вышеуказанных требований ГОСТ. Результаты исследования представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Определенные в экспериментах показатели отработанного масла
№ Наименование показателей Фактические данные
1. Кинематическая вязкость при 40°С, мм2/с 80,59
2. Кинематическая вязкость при 100°С, мм2/с 10,89
3. Индекс вязкости 122
4. Температура вспышки в открытом тигле, °С 217
5. Температура застывания, °С -42
6. Массовая доля свободных органических кислот, выраженных в мг КОН на 1 г смазки. 0,26
7. Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствие
№ 2(131)
февраль, 2025 г.
№ Наименование показателей Фактические данные
8. Кислотное число, мг КОИ^ 0,46
9. Щелочное число, мг КОИ^ 2,38
10. Содержание воды, % отсутствие
11. Массовая доля механических примесей, % 0,05
12. Зольность, % 0,37
13. Зольность сульфатная, % 0,35
14. Коррозионное воздействие на металлы (сталь, медь) 1 a
15. Содержания серы методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцент-ной спектрометрии 0,9952
16. Плотность при 20 °С, кг/м3 875,9
На втором этапе наших исследований методом ИК-спектроскопии был изучен состав отработанного масла (рис 1).
IDan24fl —1
90- 70- / 1 i ^
SO- V 1 п
- i а -
30- 20- 10- Я
«00^ 3800 3600 3«03200 3000 2a00 2600 2400 220020 оо' ' ' 'lio' ' ' '|«о' ' ' ' ,400' ' ' 'lio' ' ' 'woo' ' ' ' goo ' 'Jo' ' ' '400
Рисунок 1. Спектрометр отработанного масла
Также, в слабой области 1370-1390 см-1 были зарегистрированы сигналы, присущие группе -CH3, в слабой области 1430-1470 см-1 группе -CH3 и мети-леновой группе -CH2-, в области сильного поглощения 1430-1470 см-1 -N-N=O, в сильной области 29602850 см-1 присущие группе -CH3 и метиленовой группе -CH2-; в слабой области 2900-2700 см-1, присущие группе -COH, в сильной области 3000-2500 см-1 -COOH и в сильной области 3200-2500 см-1 группе -OH.
Выводы и предложения. В качестве объекта исследования выбран образец отработанного масла, образующегося в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», и проанализированы изменения его качественных показателей до и после эксплуатации. Проведены комплексные исследования состава и физико-химических свойств отработанного масла Shell Ondina 68, образующегося в цехе по производству полипропилена СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical». Результаты экспериментов показали, что в процессе эксплуатации основные физико-химические показатели масла существенно изменяются, в нем накапливаются механические примеси и продукты окисления. Метод ИК-спектроскопии позволил определить изменения в углеводородных цепях и различных функциональных группах в масле. Полученная информация может послужить основой для разработки технологий утилизации или переработки отработанных масел.
На основании результатов анализа, представленных в таблицах 1 и 2, было выявлено, что относительная плотность чистых и отработанных масел находится в интервале 0,864-0,875 г/см3, содержание воды отсутствует, изменение количества механических присадок составляет 0,05 (масс.), кроме того, спектрометр данного отработанного масла подтверждает, что он состоит из группы углеводородов, характерных для групп -СНз в слабой области, -СН3 и метиленовой группы -СН2- в слабой области, в области сильного поглощения -N-N=O, в сильной области -СН3 и метиленовой группы -СН2-; в слабой области -COH, в сильной области -COOH, в сильной области -ОН.
Данные полученных результатов свидетельствуют о том, что в отработанном масле Shell Ondina 68 содержались различные примеси (гриз, механические частицы и подобные им). По результатам исследований была поставлена задача: в дальнейшем отработанное масло будет очищаться от механических частиц и различных продуктов реакций с использованием разного рода современных методов, а очищенные масла будут использоваться в других отраслях промышленности.
Идентифицированы основные загрязняющие вещества в отработанных маслах, включая металлические частицы (предположительно, продукты износа оборудования), полимерные добавки и продукты разложения полипропилена.
№ 2(131)
Полученные результаты указывают на необходимость разработки эффективных методов утилизации или переработки отработанных масел для минимизации негативного воздействия на окружающую среду и снижения потерь ценных ресурсов. Сравнение результатов анализа отработанных масел, отобранных с различного оборудования, показало различия в составе и свойствах, что обусловлено спецификой условий эксплуатации и типа используемого оборудования.
февраль, 2025 г.
Изучение возможности внедрения экономически целесообразных технологий очистки и переработки отработанных масел показало, что это не только сократит объем отходов, но и позволит повторно использовать ценные ресурсы. Произведена также оценка качества и влияния отработанного масла на окружающую среду перед его использованием как компонента топлива. Если использование в качестве топлива не соответствует экологическим требованиям, то следует рассмотреть другие методы утилизации.
Список литературы:
1. ГОСТ 11362-96 (ИСО 6619-88) Нефтепродукты и смазочные материалы. Число нейтрализации. Метод потен-циометрического титрования. - 17 c.
2. ГОСТ 12417-94 Нефтепродукты. Метод определения сульфатной золы. - 8 c.
3. ГОСТ 20287-2023 Б Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застыванияю. - 23 c.
4. ГОСТ 2477-2021 Нефть и нефтепродукты. Метод определения содержания воды. - 12 c.
5. ГОСТ 25371-2018 Нефтепродукты. Расчет индекса вязкости по кинематической вязкости. - 24 c.
6. ГОСТ 2917-76 Масла и присадки Метод определения коррозионного воздействия на металлы. - 5 c.
7. ГОСТ 32139-2019 Нефть и нефтепродукты. Определение содержания серы методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии. - 28 c.
8. ГОСТ 33-2016 Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости метод определения кинематической вязкости и расчет динамической вязкости. - 39 c.
9. ГОСТ 3900-85 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. - 36 c.
10. ГОСТ 4333-2021 Нефтепродукты. Методы определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле. - 24 c.
11. ГОСТ 5985-2022 Нефтепродукты. Метод определения кислотности и кислотного числа. - 16 c.
12. ГОСТ 6307-75 Нефтепродукты. Метод определения наличия водорастворимых кислот и щелочей. - 3 c.
13. ГОСТ 6370-2018 Нефть, нефтепродукты и присадки метод определения механических примесей. - 13 c.
14. ГОСТ 6707-76 Смазки пластичные. Метод определения свободных щелочей и свободных органических кислот. - 3 c.
15. Сафаров Дж.А., Хайитов Р.Р. и Нематиллоев Б.А. Ишлатилган мотор мойларини кайта ишлаш оргали олин-ган ёкилги дистилларининг газ хромато-масс-спектраль тахлили // Сунги илмий тадкикотлар назарияси. -2024. - № 7 (3). - Pp. 139-147.
16. Сафаров Ж.А., Хайитов Р.Р., Муродов М.Н., Жумаева М.Т. Комплексная переработка отработанных моторных масел с получением ценных продуктов // Теория и практика современной науки. - 2019. - № 4 (46). - Pp. 201-206.
17. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lehungsaomai.com/upload/sanpham/shell-ondina-68.pdf (дата обращения: 10.02.2025).
