CC BY
62
УДК 66.088+661.961.621+665.765
Г.Н. Разина*, О.О. Цеков, Н С. Ушин
Российский Химико-Технологический университет имени Д.И. Менделеева, кафедра химической технологии углеродных материалов и природных энергоносителей, Россия, г.Москва, Миусская пл. д. 9, 125047, *га2та00@шаП.га
ПЛАЗМОХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СВЕТЕ ПРАВИТЕЛЬСТВЕННОГО ПРОЕКТА ПОЛОЖЕНИЯ «О ПОРЯДКЕ ОРГАНИЗАЦИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО СБОРУ И ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, МАСЕЛ И ЖИДКОСТЕЙ»
В статье рассматривается проблема утилизации отработанных смазочных материалов в свете проекта положения правительства РФ «О порядке организации деятельности по сбору и переработки отработанных смазочных материалов, масел и жидкостей». Представлены результаты технико-экономического и экологического анализа плазмохимической конверсии отработанных смазочных материалов, а также анализ рынка свежих и отработанных смазочных материалов в России.
Ключевые слова: плазмохимия, отработанные смазочные материалы, конверсия, переработка отходов
Проблема оборота смазочных материалов, утративших свои эксплуатационные свойства, возникла одновременно с началом их производства, однако только на рубеже ХХ-ХХ1 века данная проблема встала особенно остро, в связи с высокими темпами механизации.
Так, в производстве нефтяных масел по итогам 2012 года в России лидируют моторные масла, их доля составляет 43,5% выпуска (без учета базовых масел), то есть 634 тыс. тонн в натуральном выражении. Почти столько же в 2012 году приходилось на выпуск индустриальных масел. Наименьший объем новой продукции составляют трансмиссионные масла.[2]
Наибольший объем производства моторных масел сконцентрирован в Приволжском Федеральном округе. Там сосредоточено почти 40% всего российского выпуска этого вида продукции. Доля Сибирского Федерального округа составляет 22%, а Центрального - 18% от общего объема выпуска моторных масел в России.[2]
Для сравнения: в Германии, занимающей первое место в Европе по очистке ОСМ, 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.[4]
Необходимость утилизации ОСМ в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, поскольку их захоронение и уничтожение (в основном - путем сжигания) порождают под час еще большие экологические проблемы, чем сами ОСМ, и при значительных затратах не позволяют повторно использовать ценное вторичное сырье, что невыгодно уже с экономической точки зрения.
Решение столь масштабной проблемы невозможно без участия государства, в первую очередь путем создания нормативной базы, регламентирующей и регулирующей оборот отработанных нефтепродуктов.
В настоящее время на стадии утверждения находится Правительственный проект «Положения о порядке организации деятельности по сбору и переработке отработанных смазочных материалов, масел и специальных жидкостей». Настоящее Положение подготовлено в соответствии с пунктом 3.8.4 технического регламента Таможенного союза «О требованиях к смазочным материалам, маслам и специальным жидкостям» которым
устанавливаются требования по сбору и утилизации отработанной продукции (смазочных материалов, масел, специальных жидкостей) на территории Российской Федерации. По данному Положению подготовлено Постановление за подписью Д. Медведева об утверждении и обеспечению его выполнения в вопросах мониторинга исполнения Положения о порядке организации деятельности по сбору и переработке отработанных смазочных материалов, масел и специальных жидкостей, анализ его практического применения и
подготовку предложений по его дальнейшему совершенствованию. Основной мерой, направленной на повышение объемов сбора и переработки ОСМ, которая предусматривается в данном Положении, является то, что производителей свежих товарных масел обязывают проводить сбор и утилизацию ОСМ в проценте от объема произведенных свежих масел и в зависимости от класса произведенных свежих масел.. Кроме того данное Положение устанавливает ряд запретов, связанных с обращением с ОСМ[3]:
- сброс (слив) в водоемы, на почву и в канализационные сети общего пользования;
- вывоз на полигоны для бытовых и промышленных отходов с последующим захоронением;
- смешение с нефтью (газовым конденсатом), бензином, керосином, топливом (дизельным, судовым, котельно-печным, мазутом) с целью получения топлива, предназначенного для энергетических установок, за исключением случаев, разрешенных компетентными органами Российской Федерации в области природопользования и охраны окружающей среды;
В мире существует значительное разнообразие методов регенерации отработанных смазочных материалов, однако на данный момент не найдено однозначного и экономически выгодного решения. Более того, многие предложенные выше традиционные методы регенерации и утилизации, сами являются источниками загрязнения и причинами технологических проблем, как например сернокислотная отчистка, при которой до 40% масел переходит в побочный продукт - кислый гудрон, который создаёт множество проблем при его переработке и утилизации. При утилизации смазочных материалов в печах отопительных систем в атмосферу попадает огромное количество вредных газообразных веществ -продуктов окисления углеводородов, а также продукты окисления присадок и добавок. Большой негативный эффект на окружающую среду котельных, работающих на мазуте, является общепризнанным. По мнению многих научных деятелей применение отработанного масла в качестве энергоносителя является аналогичным случаем и влечёт за собой сильный негативный эффект на окружающую среду. Применение плазмы для утилизации отработанных смазочных материалов отличается целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами. Поэтому привлечение плазменной техники для переработки любых
отходов (в том числе и ОСМ) привлекает внимание научных исследователей и ряда фирм различных стран. Однако, очевидным минусом данного воздействия на отходы является высокое энергопотребление на единицу сырья, которое неизбежно при генерации плазменной струи. Поэтому одной из наиболее важных задач является нахождение условий, обеспечивающих минимальные удельные затраты энергии на получение максимального выхода целевого продукта, т.е. минимизация энергозатрат. Решение данной задачи может быть достигнуто, как определением соответствующих режимных параметров плазмохимического процесса, так и способом организации технологической схемы в целом. Большинство работ по плазмохимической переработке отходов, как бытовых, так и техногенных, направлено на ликвидацию отходов, в лучшем случае, с использованием только тепловой составляющей отходящих потоков. В силу своего основного преимущества - чрезвычайно концентрированной удельной энергии - плазма лучше, чем любое другое воздействие, пригодна для обезвреживания, уничтожения и утилизации отходов. Плазмохимические процессы позволяют осуществлять полную переработку отходов любого происхождения (до 100%) с высокой степенью конверсии сырья в целевые продукты по безотходной или малоотходной технологии.[4,6]
Конкретная суть данной работы заключается в разработке принципиальной схеме
плазмохимической конверсии ОСМ в пароводяной плазме, обеспечивающей 100%-ю конверсию ОСМ в такие ценные целевые продукты, как синтез-газ, цветные и редкие металлы, также выработку электроэнергии, практически на половину покрывающую потребность в питании плазмотронов.
Обоснование достижимости решения поставленной задачи базируется на полученных расчетных результатах по плазмохимической пароводяной (ППХ) конверсии ОСМ. В рамках этой темы были решены следующие задачи:
• был выполнен термодинамический анализ 3-х видов равновесных систем элементного состава (усредненного) ОСМ и плазмообразующего газа (водяной пар, воздух, углекислый газ) в диапазоне температур от 1000 до 5000 К для 4-х вариантов, различающихся соотношением сырьё/плазмообразующий газ; результаты этого анализа позволили выявить наиболее целесообразные рабочие параметры и основные режимные показатели всех трех процессов;
• на основании этих результатов сделана ориентировочная оценка перспективности извлечения ценных цветных и редких металлов из шлаковых остатков паровой плазмохимической конверсии ОСМ при производительности по сырью, равной 90 000т в год;
• выполнена сравнительная условная экологическая оценка в стоимостном выражении нанесения ущерба окружающей среде исходных ОСМ, при их регенерации сернокислотным способом и при пароводяной плазмохимической конверсии; (сравнение условного ущерба от слива ОСМ в окружающую среду и плазмохимической конверсии дало стоимостную кратность, равную 76500, а соответствующее сравнение с сернокислотной регенерацией показало превышение условного ущерба от этого способа регенерации в 1700 раз);
• разработана принципиальная схема замкнутого цикла комплексной пароводяной плазмохимической конверсии ОСМ с расчетом основных узлов и режимных параметров всех материальных и тепловых потоков;
• в целом, выполнена в первом приближении экономическая оценка целесообразности паровой плазмохимической ОСМ предлагаемой схемы, согласно которой рентабельность производства составляет 76,5% при сроке окупаемости в 6 лет;
Полученные результаты позволили сделать обобщающий вывод о полной состоятельности идеи ППХ конверсии ОСМ как практически безостаточном комплексном способе их переработки, позволяющим одновременно получать синтез-газ в соотношении СО к Н2, пригодном для получения метанола, производить выработку
электроэнергии, на 40-46% покрывающую потребность в питании плазмотронов и концентрировать ценные цветные и редкие металлы в чистом виде с минимальным ущербом для окружающей среды.
На рисунке № 1 представлена принципиальная технологическая схема плазмохимической паровой конверсии ОСМ.
Поток сырья - отработанные автотранспортные жидкости - проходят предварительную фильтрацию, на фильтр-прессах от грубых механических примесей, которые затем также подаются в реактор через полый катод. Жидкое сырье нагреваясь в решефёрах до температуры 100-150°С паром
среднего давления, поступает в
плазмохимический агрегат. Плазмохимический агрегат включает в себя генератор плазменной струи, камеру смешения сырья и плазмы, и плазмохимический реактор. Сырьё подается в реактор через пневматические форсунки распыливающим агентом, которым может быть как продукты конверсии, так и СО2, рециркулирующие в реактор.
Продукты конверсии с давлением 0,1 МПа и температурой 900°С поступают в котел-утилизатор, в котором испаряют и перегревают пентан до давления 2,5 МПа. После котла-утилизатора продукты конверсии имеют температуру 100°С и поступают в экономайзер, далее продукты конверсии проходят газодувные машины, которые нагнетают их по газовому тракту, где происходит очистка от СО2, ШБ и подача синтез-газа на процесс Фишера-Тропша.
Часть газа после газодувных машин подается в котел для огневого перегрева пара, необходимого для работы плазмотрона и нагрева сырья.
Шлак, получаемый на выходе из реактора, вместе с фильтратом масла рециркулирует через полый катод в плазмохимический реактор. Такое попадание в зону высоких температур плазменной дуги обеспечивает
концентрирование ценных и редких металлов в чистом виде или в форме их оксидов.
Разработанная схема представляет собой комплексную переработку, внутри которой происходит максимальное использование вторичных сырьевых и энергетических потоков, что позволяет снизить энергетические и сырьевые затраты.
Таким образом, основные полученные результаты паровой плазмохимической (ППХ) конверсии ОСМ, рассмотренной с учетом экологического момента и осуществляемой комплексно по замкнутой схеме, позволяют делать обобщающий вывод о полной состоятельности идеи ППХ конверсии ОСМ как практически безостаточном комплексном способе их переработки, с одновременным получением синтез-газа.
В свете последних изменений законодательной базы в области сбора и утилизации ОСМ, метод ППХ конверсии ОСМ становится одним из наиболее привлекательных методов, с точки зрения соблюдения законодательных норм и правил, а также технических регламентов ТС.
На синтез Фишеро-Тропша
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема плазмохимической паровой конверсии ОСМ.
Разина Галина Николаевна к.т.н., в.н.с. кафедры химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов
Цеков Олег Олегович аспирант кафедры химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов
Ушин Николай Сергеевич аспирант кафедры основного органического и нефтехимического синтеза
Литература
1. Сурис А. Л. Плазмохимические процессы и аппараты. М.: Химия, 1989. - 304 с.
2. http://www.manbw.ru/ (дата обращения 01.04.2013 г.)
3. Проект положения правительства РФ «О порядке организации деятельности по сбору и переработки отработанных смазочных материалов, масел и специальных жидкостей»
4. Евдокимов, А.Ю. Смазочные материалы и проблемы экологии / А.Ю. Евдокимов, И.Г. Фукс, Т.Н. Шабалина, Л.Н. Багдасаров. - РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. - М.: ГУП Издательство "Нефть и газ", 2000. - 424 с.
5. Фукс, И.Г. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов / И.Г. Фукс, А.Ю. Евдокимов, В.Л. Лашхи. - М.: Нефть и газ, 1993. - 161 с.
6. Зачиняев Я.В., Титова Т.С., Иванюк С.В. Критерии оценки воздействия отработанных масел на окружающую природную среду. Обзор технологий регенерации отработанных масел. // Экономический и научно-технический интернет-журнал "Novainfo.ru" http://novainfo.ru/kriterii-ocenki-vozdeystviya-otrabotannyh-masel-na-okruzhayushchuyu-prirodnuyu-sredu-obzor-tehnologiy-regeneracii-otrabotannyh (дата обращения 19.05.2013)
Razina Galina Nikolaevna*, Tsekov Oleg Olegovich, Ushin Nikolai Sergeevich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
*e-mail: [email protected]
PLASMA-CHEMICAL PROCESSING OF USED LUBRICATING MATERIALS IN THE LIGHT OF THE GOVERNMENT'S DRAFT REGULATION "ON THE ORGANIZATION OF COLLECTION AND PROCESSING OF USED LUBRICANTS, OILS AND LIQUIDS"
Abstract
The article considers the problem of recycling used lubricating materials in the light of the draft regulation of the Russian government "On the organization of collection and processing of used lubricants, oils and liquids. Results of technical, economic and environmental analysis of plasma-chemical conversion of used lubricating materials, and also the analysis of the market of new and used lubricants in Russia.
Key words: plasma chemistry, used lubricants, used oils, conversion, processing of waste
