CC BY
33
УДК 621.892
© В.В. Тарасов, 2014
СЕМИЗВЕННАЯ СИСТЕМА СВЯЗЕЙ МОДУЛЯ М 7 8 ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ СУДОВЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ ЭКОЛОГИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ
Проведен анализ токсилогических свойств отработанных смазочных материалов (ОСМ) в процессе их утилизации. Рассмотрено состояние с регенерацией отработанных смазочных масел в Российской Федерации и за рубежом. Сделан вывод о необходимости возобновления регенерации отработанных смазочных материалов в том числе и в судовых условиях. Особенно остро стоит вопрос с утилизацией отработанных смазочных моторных масел с судов транспортного, пассажирского и рыбодобывающего флота, так как происходит чрезмерное загрязнение морей и океанов и внутренних водных бассейнов, а так же припортовых акваторий и наиболее заселенных территорий, прилегающих к крупным портам и транспортным узлам. Для решения вопросов по регенерации отработанных смазочных масел в судовых условиях, разработана модель семизвенной системы связей комплекса М7С для проведения исследований и выработки рекомендаций по оптимизации процесса регенерации и эффективного маслоис-пользования в судовых дизелях.
Ключевые слова: токсилогические свойства отработанных смазочных материалов, исследование вопросов связанных с загрязнением моря с судов, регенерация отработанных моторных масел (ОММ) в судовых условиях, регенерация ОММ в лабораторных условиях.
Переработка (регенерация) отработанных смазочных материалов (ОСМ) в промышленном масштабе в Российской Федерации прекратилась в 1992 г. Это объяснялось экономической целесообразностью. На экономику промышленной регенерации влияет выбор способа переработки ОСМ, качество исходного сырья, степень освоения и технико-экономические показатели процессов, размещение нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), требования к охране окружающей среды. Все эти факторы влияют на эксплуатационные затраты производства регенерированного смазочного масла (РСМ); возрастает доля затрат на электрическую и тепловую
энергию, катализаторы и реагенты; содержание и эксплуатацию оборудования; усложняются технологические схемы НПЗ; возрастают транспортные расходы. Вышеперечисленные факторы обуславливают увеличение энергетических, трудовых и материальных затрат. К тому же энергоёмкость производства в России на 30...40% выше, чем в Германии, Франции и Японии вместе взятых. Что касается объема производства смазочных материалов (СМ), то он в 1990 г. составлял 4,9 млн т и снизился к 1998 г. до 1,9 млн т (рис. 1). При этом 80 % потребности на 1998 г. в СМ удовлетворялось за счёт поставок зарубежной продукции. В 1998 г. безвозвратные потери при производстве СМ составляли 1,76%. Доля использования вторичных ресурсов в производстве СМ составляла не более 8,6 % на 1992 [12]. В частности, сбор отработанных смазочных масел (ОСМ) упал с 1,9 млн т в 1990 г. до 0,05 млн т в 1993 г. [12]. С 1994 г. по 1998 г. сбор ОСМ в промышленном масштабе не проводился. С 1998 г. появились официальные данные [13] об использовании ОСМ в качестве котельного топлива для получения тепловой энергии.
В последние годы в мире увеличился парк энергетических установок с использованием двигателей внутреннего сгорания для эксплуатации которых применяются не только традиционные сорта тяжелых топлив, но и алтернативные топлива: природный газ, биотоплива и другие. С применением таких топлив ужесточаются
Рис. 1. Баланс производства и потребления смазочных масел в России
требования к свойствам смазочных материалов, которые насыщаются различными присадками, что приводит к удорожанию производства СМ. При этом прогнозируемая потребность в СМ на 2001 г. составила 4,9 млн т, реально было произведено 2,2 млн т [11]. Разницу планировалось ликвидировать за счёт импорта СМ или за счёт экономии СМ на различных этапах его использования. Одним из значимых путей экономии СМ на этапе их эксплуатации является повторное использование после соответствующей переработки. Рациональное и экономное применение нефтепродуктов и обострившиеся проблемы охраны окружающей среды ставят задачи по вторичному использованию отработанных продуктов нефтяной промышленности. Необходимость регенерации и возвращения в оборот ОСМ весьма ярко иллюстрируют пример решения этой актуальной задачи.
Сбор и регенерацию ОСМ ведут практически во всех про-мышленно развитых странах и в большинстве развивающихся стран. Из 10—12 млн т СМ, ежегодно продаваемых в США, приблизительно половина теряется при эксплуатации. Однако, 40 % из них, а это около 5 млн т, собирается для последующей переработки. В странах ЕЭС ежегодно потребляется более 4,5 млн т СМ, из которых 50 % расходуется безвозвратно. Остаётся около 2,2 млн т ОСМ [16]. Таким образом, примерно половина от общего производства масел может быть возвращена на утилизацию. Но это теоретически возможная величина. Она зависит в первую очередь от возможностей организовать сбор ОСМ. В действительности процент сбора масел в различных странах Западной Европы различен. В среднем он составляет лишь половину теоретически возможного. Передовыми в этом отношении являются Нидерланды и Германия, в которых регенерация составляет соответственно 45 % и 30 % от потребления. В Германии в материальном выражении эта величина составляет 360 тыс.т в год. Во Франции ежегодно регенерируется 230 тыс. т ОСМ, или 25% от потребления, в Великобритании 18%, в Бельгии около 12% [17]. В России ежегодно образуется свыше 4 млн т отработанных смазочных материалов. Накопленные запасы ОСМ по данным Госкомэкологии [17] составляют свыше 400 млн т. В Санкт-Петербурге ежегодно образуется около 50 тыс. тонн отработки. Накопленные запасы ОСМ составляют около 1 млн т. Данные
различных источников о количестве сбора и накопленных запасов ОСМ довольно противоречивы, что объясняется трудностями учёта из-за отсутствия централизованного сбора в большинстве стран, тем более в России. Так, например, установлено, что общее количество нефтепродуктов, поступающее в Балтийское море, составляет от 21 до 66 тыс. тонн в год. Четырнадцать стран, полностью или частично располагающихся в пределах водосбора Балтики, являются потенциальными загрязнителями, из них Россия находится на первом месте по количеству и степени токсичности сбрасываемых отходов.
В большинстве развитых стран сбор и регенерация ОСМ являются обязательными или поощряемыми государством. Для этого правительствами стран разработаны различные экономические стимулы, делающие сбор и регенерацию ОСМ выгодными [13]. Государственные органы Российской Федерации (РФ) и стран Содружества независимых государств (СНГ) вопросами квалифицированной утилизации ОСМ перестали уделять внимание. Это привело к тому, что крупные потребители масел осуществляют утилизацию ОСМ, в лучшем случае, сжиганием. Мелкие потребители ограничиваются захоронением ОСМ на свалках, в канализации, или, в нарушение природоохранных норм, сливом их в укромных местах для организации мероприятий по утилизации ОСМ, поэтому в первую очередь необходимо создать экономические условия, активизирующие их переработку. Предприятия, занимающиеся вопросами утилизации, а тем более регенерации, должны иметь стимулы для своей деятельности, закрепленные законодательством как на федеральном уровне, так и на уровне региональных властей. На сегодняшний день данная проблема поднимается на федеральном уровне в Свердловской области, г. Москве, в Челябинской, в Брянской области и Приморском крае. Поскольку потребление СМ составляет всего около 1 % от общего потребления нефтепродуктов, на первый взгляд вопрос их переработки с точки зрения экологии и экономики не заслуживает столь большого внимания. Однако, именно экологические интересы при регенерации и переработке ОСМ преследуются в первую очередь. Это связано с тем, что значительная часть ОСМ попадает в окружающую среду. Экологами установлено [15], что ОСМ составляют не менее 50% от общих загрязнений
нефтепродуктами. Разработка и применение надлежащих методов утилизации и/или повторного использования ОСМ может оказать существенное влияние на снижение экологического давления на окружающую среду.
В бывшем СССР накоплен значительный опыт в вопросах разработки методов и средств регенерации, а также применения ОСМ для различных технологических нужд. В разное время проблемами регенерации ОСМ занимались такие учёные, как Чер-ножуков НИ., Шашкин П.И., Брай И.В., Нигородов ВВ., Ста-вицкий Н.М., Чуршуков Е.С., Карпекина Т.П., Турчанинов В. Е., Топилин Г.Е., Лышко Г.П., Итинская Н.И., Григорьев М.А., Ко-валенкоВ.П., Рыбаков К.В., Фукс И.Г., Евдокимов А.Ю., Гущин В.А., Бутов Н.П., Остриков В.В. и другие учёные. Научно-исследовательскими учреждениями страны (ГАНГ, ГОСНИТИ, ВИМ, АЧИМСХ, ВНИПТИМЭСХ, ВИИТиН, ВНИИ НП) были разработаны, созданы и использовались в некоторых производствах технические средства и технологии по переработке ОСМ.
Необходимость приоритетного снабжения предприятий морского и речного транспорта и рыбодобывающего комплекса топливом и смазочными материалами объясняется тем, что это уникальные потребители продуктов нефтехимии. А увеличение агрегатных мощностей двигателей на судах при одновременном повышении их рабочих температур, стремление к снижению расхода смазочных масел (СМ) и увеличение сроков его замены привели и к значительному росту жёсткости условий работы СМ. А если принять во внимание постоянное усложнение конструкции двигателей, трансмиссий, навесного оборудования технологических линий и насыщение их механизмами, работу при постоянной высокой влажности и периодически иногда низких или высоких температурах, сезонность и переменные нагрузки, то можно с уверенностью констатировать, что современные СМ должны удовлетворять самым жёстким требованиям, как со стороны производителей техники, так и со стороны эксплуатационников. Неотъемлемой частью эксплуатации современных машин и механизмов является рациональное использование нефтепродуктов, качество которых в значительной степени определяет надёжность работы техники, а также эксплуатационные расходы, трудоёмкость техобслуживания, долговечность её работы [1]. Отсутствие
системы утилизации (регенерации) ОСМ наносит наиболее ощутимый вред экологическим системам водных бассейнов.
Развитие хозяйственной деятельности человечества привело к загрязнению почвы, воды и атмосферы. Это выражается в резком ухудшении среды обитания всех живых организмов и, во многих случаях, необратимыми последствиями для них. По данным Госкомитета охраны окружающей среды размер допустимого воздействия человека на окружающую среду превышен в 8—10 раз [1]. На поддержание экологически необходимых и привычных условий жизни и работы человек тратит все больше энергии с все меньшим полезным эффектом по причине нарушения механизма саморегуляции природы, агрессивностью своего (антропогенного) воздействия. Таким образом, опасный круг для человека замкнулся дважды: первое по самоотравлению, второе по дефициту энергии с отравлением справиться. Таким образом требования экологии по иерархии возникших проблем приобретают приоритет среди прочих. Развитие техносферы связано с интенсификацией применения топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, получаемых из природного и синтетического сырья. Причем, если топлива загрязняют окружающую среду преимущественно в процессе экслуатации двигателей внутреннего сгорания, смазочные же материалы загрязняют экосистемы еще и при утилизации отработанных смазочных масел. ОСМ представляют собой сложные и многокомпонентные смеси, поэтому зная состав ОСМ, можно оценить степень их воздействия на биосферу и определить пути утилизации.
Экологически опасными компонентами как свежих товарных, так и отработанных смазочных материалов являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), изначально присутствующие в нефти, полигалогендифенилы, в основном полихлордифе-нилы (ПХД) антропогенного происхождения, серосодержащие и хлорсодержащие присадки, ряд биоцидов, органические соединения металлов (свинца, бария, сурьмы, цинка), нитриты [12]. Они распространяются в атмосфере, воде и почве, и участвуя в процессах обеспечения жизнедеятельности человека, появляются в продуктах питания. Кроме того, углеводороды нефтяных и синтетических масел, имея низкую степень биоразлагаемости (всего до 30%) и накапливаясь в окружающей среде, могут вызвать сдвиг экологического равновесия среды обитания, из-за мутации и усиленного размножения микроорганизмов, усваивающих нефтепродукты.
Атмосфера земли загрязняется в результате испарения и сжигания ОСМ. Токсичные компоненты (диоксид серы, органические соединения хлора и тяжелых металлов) с облаками разносятся по всей планете, что приводит к ее глобальному загрязнению. При сжигании синтетических продуктов загрязнение воздуха может быть существенно более опасным и менее предсказуемым. Сжигание ОСМ, содержащих ПХД, приводит к образованию более токсичных соединений — полихлордибензодиоксинов и полихлордибензофуранов [7, 15]. До 60 % которых попадает в биосферу путем сжигания. В США в 1989 г. диоксины и фураны обнаружены в воздухе, питьевой воде и придонных осадках [6]. Основными источниками токсикантов являются сжигаемые отходы производств и осадки сточных вод. Диоксины и фураны попадают в реки из атмосферы, которая загрязняется ими при сжигании топлив и ОСМ. В России подобные исследования не проводились.
Загрязнение биосферы ОСМ происходит путем просачивания в грунт и попадания в поверхностные и грунтовые воды при проливах и утечках [12]. При попадании отработанных масел в почву образуются так называемые масляные линзы. Характер распространения компонентов ОСМ из этих линз определяется структурой почвы и наличием грунтовых вод. В почву масла проникают под действием силы тяжести и поверхностно-активных явлений. В ней они частично подвергаются окислению и биоразложению под действием кислорода и микроорганизмов. Загрязнение почвы ОСМ зависит от характера надпочвенного слоя, гидрологических условий, а также от состава, плотности, вязкости, смачивающей способности ОСМ, от содержания и типа присадок в них. Скорость просачивания и бокового распространения нефтяных масел в почве составляет 10,2—10,5 мм/с [12]. На поверхности воды масла образуют разводы и пленки, которые эмульгируются, окисляются кислородом воздуха и частично биоразлагаются. При контакте с грунтовыми водами ряд компонентов масел растворяется и разносится с водой. Загрязнение грунтовой воды — один из основных источников загрязнения почвенных вод. Около 85 % общего объёма загрязнений приходится на «хронические» небольшие утечки и проливы, и лишь около 15% — на крупные катастрофы [6]. Известна возможность загрязнения приблизительно 7 миллионов литров воды всего 1 литром отработанного нефтяного масла. Образующаяся при этом экологическая система
состоит из трех компонентов: воды, масла и поверхностно-активных веществ. Последние либо присутствуют в масле, либо являются продуктами его фотоокисления. Попадая в окружающую среду, ароматические углеводороды (включая полициклические ПАУ) вредно влияют на жизнедеятельность водных растений, рыб и других биоресурсов. По сравнению с алифатическими углеводородами они лучше растворяются в воде и медленнее выводятся из накапливающих их организмов. Идентифицировано 38 соединений, ряд которых обладает канцерогенным и мутагенным воздействием. По содержанию ПАУ можно судить о масштабах загрязнения почвы продуктами техногенных процессов. В донных отложениях озер Великобритании присутствуют ароматические углеводороды антропогенного происхождения. Источниками загрязнения их нефтью и нефтепродуктами является речной и морской водный транспорт и неочищенные стоки наземных автодорожных и разных других предприятий [8].
Значительно распространены в биосфере хлорорганические соединения. Хлоропарафины обнаружены в почве, морях, донных осадках, тканях растений и животных [6]. В странах ЕЭС производство и применение ПХД запрещено с 1978-1979 г. Несмотря на это, ПХД распространяются в биосфере в глобальном масштабе, что объясняется их высокой стабильностью, малой биоразлагаемостью и нелегальным применением [15]. Ежегодно в Северные моря попадает около 7т ПХД и других углеводородов [6]. В Чехословакии ПХД обнаружены в детских песочницах; в Германии, Польше, США и ряде азиатских стран — в женском молоке [5]. Высокая концентрация ПХД отмечена в зонах, прилегающих к гаваням [2]. По прогнозам — к 2080 г. их концентрация в тихоокеанской воде возрастет до 0,5...0,7 мг/кг, а в теле морских животных до 0,5...0,8 мг/кг [2].
Для водной системы Балтийского бассейна приоритетными загрязняющими веществами являются: хлороформ, бензапирен, нефтепродукты, тяжёлые металлы [4]. В устье реки Нева обнаружены наиболее опасные соединения - полихлорированные бифинилы (ПХБ) (предельно допустимая концентрация (ПДК) которых составляет 1 мг/л). Однако в некоторых местах содержание ПХБ превосходит ПДК в десятки, а то и в сотни раз. По данным института Токсикологии Минздрава РФ содержание ПХБ в грудном молоке кормящих матерей составляет 21,5 мг/л. В странах Западной Европы
этот показатель доходит до 320 мг/л, США - до 111,3 мг/л, Канаде -до 28,4 мг/л. Таким образом, для всех стран основной проблемой, требующей незамедлительного решения, является снижение уровня техногенного загрязнения.
В последнее время в ОСМ, особенно в отработанных моторных маслах (ОММ), появляются новые специфические загрязнения, связанные с изменением состава топлива и смазочных материалов, жизнедеятельностью микроорганизмов и др. [15]. Применение в ДВС альтернативных топлив приводит к появлению в моторных маслах (ММ) новых видов загрязнений. ОММ из двигателей, работавших на смеси метанола с бензином, содержат 0,025. — .0,425% метанола. При работе двигателя на чистом метаноле его содержание в маслах менялось от 0,227 % до 7,7 %. Рост содержания метанола в масле зависит в основном от типа двигателя. Работа ДВС на газовом топливе (природный газ, газ химводоочистки, переработка бытового и промышленного мусора) вызывает попадание в ММ оксидов азота, способствующих образованию органических нитратов и продуктов окисления. Присутствие в газах сероводорода до 0.2 % и галоге-нуглеводородов до 0.09 % вызывает появление в ОММ синильных кислот. Попадание в подсолнечное масло дизельного топлива приводит к загущению последнего за счет авто-окисления и полимеризации ненасыщенных триглицеридов растительного масла [15]. К выходу механизмов из строя приводит загрязнение работающих масел продуктами жизнедеятельности бактерий, особенно в районах с тропическим климатом. Биоразложение электроизоляционных масел ускоряется в присутствии воды и бумажных или хлопчатобумажных изоляционных материалов. Специфические условия эксплуатации ряда смазочных материалов приводят к попаданию в них радиоактивных загрязнений. Экологические последствия применения альтернативных топлив и смазочных материалов вообще не исследовались. Перечисленные факторы при использовании альтернативных топлив и смазочных масел существенно влияют на последующее рациональное использование ОСМ и выбор процесса их переработки.
Токсичность ОСМ определяется разложением масел при эксплуатации. Токсичные загрязнения, такие как свинцовые антидетонаторы, продукты неполного сгорания топлива в ММ, металлические примеси (продукты износа), разложившиеся присадки, бак-
терии, грибки возникают при окислении и термическом разложении. Токсичность нефтяных масел повышается с ростом их молекулярной массы и кислотного числа, с увеличением в их составе доли аренов, смол, сернистых соединений. Соединения с разветвленной боковой цепью менее токсичны, чем углеводороды нормального строения. Циклические соединения обычно токсичнее, чем соединения с открытой цепью. Ненасыщенные соединения более токсичны, чем насыщенные. Опасность увеличивается с ростом растворимости масляных компонентов в жидкостях, что повышает возможность проникновения в организм [6]. Чрезвычайно опасными с точки зрения токсичности являются отработанные синтетические масла, особенно на основе полихлордифенилов. Например, сложные эфиры фосфорной кислоты обладают раздражающим и неврологическим действием. Отработанные масла в 15-30 раз токсичнее свежих масел. О токсичности некоторых масел было известно более 70 лет назад, однако только последние 15-20 лет этому вопросу уделяется пристальное внимание. Более 30 лет назад на это обстоятельство обращал внимание К.К.Папок [10]. Однако такие работы до сих пор ведутся в незначительном объеме [15]. Производство и применение масел на нефтяной и синтетической основе в ряде случаев приводит к возникновению ксенобиотиков — веществ полностью чуждых биосфере, зачастую обладающих высокой токсичностью, практически не участвующих в обменных процессах и, в следствии этого, накапливающихся в живых организмах. К ним в первую очередь относятся полихлордифенилы, полихлордибензодиок-сиды и полихлордибензофураны. Токсичность особенно характерна для масел с присадками, претерпевающих химические превращения в условиях эксплуатации. Нефтяные смазочные материалы являются также источником полициклических аренов и нитрозаминов, не ксенобиотиков, но также представляющих существенную опасность вследствие канцерогенности и негативного влияния на обменные процессы в живых организмах.
В плане экологических проблем за последние 4-5 лет усилилась канцерогенная активность некоторых работающих нефтяных масел по сравнению со свежими вследствие накопления биологически активных полициклических аренов (ПА), продуктов неполного сгорания топлива и термического разложения масла [15]. Потенциальными канцерогенами являются нитрозамины, возникновение ко-
торых происходит при каталитическом воздействии ряда микробов и посторонних загрязнений на присадки к маслам [3]. Десятикратное увеличение соединений ПА характерно для работающих дизельных масел. Стократное и более увеличение соединений ПА наблюдается в маслах бензиновых двигателей благодаря попаданию в них продуктов неполного сгорания бензина. Таким образом, канцеро-генность ОСМ связана с присутствием ПА, однако она не должна рассматриваться отдельно от других экологических свойств. В этой связи задача усложняется необходимостью исследования весьма малых количеств соединений очень сложной структуры.
Смазочные материалы, как товарные, так и отработанные, представляют существенную экологическую опасность, тем более в виде сложных многокомпонентных смесей образующихся при сборе масел в промышленных масштабах [15]. К тому же источниками устойчивого загрязнения почвы, водоемов и атмосферы являются не только сами отработанные смазочные материалы в том числе и ОСМ, а также и отходы от их переработки, которые чаще всего не утилизируются и представляют собой еще большую опасность, чем сами ОСМ и отработанные смазочные материалы. Лишь незначительная часть из попадающих в окружающую среду вышеперечисленных продуктов обезвреживается естественным путем; окислением, фотохимическими реакциями, биоразложением (составляет всего 10 — 30 %. Кроме того, при рассмотрении экологической опасности, связанной с ОСМ, следует учитывать производство и эксплуатацию, как смазочных материалов, так и присадок к ним, так как многие присадки обладают неблагоприятными свойствами (серо — и хлорсодержащие продукты, биоциды) [9].
ОСМ вызывают экологические и медицинские проблемы в плане личной гигиены при работе со свежими и отработанными смазочными маслами, где отсутствие средств защиты приводит к возникновению дерматитов, обезжириванию кожи, появлению трещин и, как следствие, занесению инфекции.
С точки зрения медицинской проблемы дерматологические и аллергические заболевания вызывают отработанные нефтяные масла в связи с усложнением их состава. Считается, что наибольшую опасность в ОСМ представляют галогенсодержащие соединения хлора (0,3...0,65 %), способные вызывать раковые заболевания, расстройство иммунной системы, бесплодие. Хлорорганические соеди-
нения в ОСМ создают опасность для грунтовых вод, проникают в жировые ткани, где отлагаются и накапливаются благодаря своей незначительной биоразлагаемости. В образцах свежих, отработанных и регенерированных моторных масел, в загрязненной маслами почве обнаружены продукты разложения хлорсодержащих присадок в количестве до 7 %, в том числе высокотоксичных полихлордибензоди-оксинов и полихлордибензофуранов.
Основным источником катастрофического загрязнения ОСМ являются полихлордифенилы (ПХД) и их производные. Использование ПХД в качестве основы придает синтетическим маслам хорошие диэлектрические свойства, высокую термическую стабильность, огнестойкость. Запрещены они были в связи с отрицательными экологическими свойствами: высокой токсичностью, плохой биоразла-гаемостью и возможностью накопления в организме. Однако ПХД в смесях ОСМ превышают 0,02%, что указывает на образование ПХД в самих СМ в процессе эксплуатации или переработки. При исследовании основных присадок (с содержанием хлора 0,002...35 %) отмечено высокое содержание хлора у противоизносных присадок в редукторных и трансмиссионных маслах. В присадки хлор попадает в процессе производства при использовании катализаторов или из смесей в сырье (0,1. — 1,0 %). Содержание хлора в свежих ММ составляет 0,092 %. Содержание общего хлора (до 0,64 %) в ОММ зависит от присутствия выносителей свинца в бензинах и от срока службы моторного масла. При термическом разложении и низкотемпературном сжигании ПХД образуют ещё более токсичные вещества: полихлордибензодиоксины, полихлордибензофураны и наиболее опасные 2,3,7,8 — тетра-хлордибензодиоксины. Присутствие диоксинов и фуранов в отработанных и регенерированных моторных маслах доказано рядом медицинских исследований. Исследование смесей ОСМ и полученных из них базовых масел вторичной переработки выявило содержание до 0,035% гекса-, гепта-, ок-таи- зомеров хлордибензодиоксинов и хлордибензофуранов. Не исключено, что хлорсодержащие соединения могут способствовать возникновению токсичных диоксинов и фуранов непосредственно в процессах вторичной переработки (например, при вакуумной перегонке ПХД концентрируются в низкокипящих фракциях) [7]. В той же степени опасны аналогичные соединения других галогенов, например, полибромдифенилов (бром используется как выноситель свинца в этилированных бензинах).
Результаты экологических и эпидемиологических исследований трудны для интерпретации по причине различий в методах оценки степени воздействия экологически опасных компонентов ОСМ на биосферу. Экологические последствия и степень риска для здоровья людей при существующем уровне загрязнения окончательно не выяснены [14]. Факт глобального экологического кризиса свидетельствует о качественно новом уровне противодействия биосферы человеку [4]. Это проявляется прежде всего в действии на организм человека наиболее опасных компонентов смазочных материалов — полихлордефинилов (ПХД). ПХД при неполном сгорании, в основном бензина, образуют еще более токсичные производные фуранов и диоксинов, разрушающих иммунную систему людей и животных, вызывающих рак и нарушающих нормальную репродуктивную их способность (рис. 2).
У свежих масел селективной очистки и отработанных дизельных масел отсутствуют признаки токсичности и канцерогенности, а вот у неочищенных масляных дистиллятов, дистиллятных экстрактов и ОММ из бензиновых двигателей канцерогенность и токсичность существенная, причем у ММ бензиновых двигателей канцеро-генность появляется после пробега свыше 5 тыс. км одновременно
Рис. 2. Экологические проблемы загрязнения окружающей среды отработанными маслами
с образованием и накоплением ПА. На накопление ПА влияет тип двигателя и срок службы ММ. Зарубежные специалисты считают необходимым пересмотр срока службы ММ и ограничение его оптимальной продолжительности с точки зрения экологии. Научно обоснованные критерии срабатываемости свойств масел, смазок и специальных жидкостей к настоящему времени не разработаны. Существующие показатели далеко не всегда учитывают реальную работоспособность смазочного материала. Поэтому в ряде случаев придерживаются норм, рекомендованных специалистами по конструированию машин и оборудования. Эти нормы не учитывают реальную работоспособность и фактическое состояние смазочного материала. К качеству получаемых из ОСМ продуктов предъявляются достаточно высокие требования, а это предполагает применение более эффективных и информативных методов анализа не только показателей качества, но и экологических показателей. При оценке экологической опасности необходим в первую очередь анализ новых специфических загрязнений в ОСМ, содержания в них ПА, органических соединений галогенов, и в первую очередь ПХД. Ранее при оценке канцерогенной активности ОСМ использовали животных. При высокой надёжности данный метод является весьма длительным (до 3 лет) и дорогостоящим (свыше 15 тыс. долларов за один образец нефтепродукта) [15]. В последнее время при оценке канцерогенной опасности путем определения содержания ПА в маслах используют жидкостную хроматографию [3].
Отработанные масла по своим действительным характеристикам гораздо более опасны для окружающей среды, чем это принято считать. К тому же на сегодняшний день количество экспериментальных исследований по оценке токсичности и канцерогентности ОСМ крайне мало, что не позволяет в полной мере определять уровень связанной с ними опасности, поэтому просто их захоронять или сжигать при утилизации становится невозможным. Они требуют специальной обработки на обезвреживание. Такая обработка хорошо встраивается в технологию регенерации, совмещая полезное с необходимым. Регенерация смазочных масел, выполненная с учётом экологических требований, становится по праву одним из лучших способов их утилизации. Обеспечивая прирост местных ресурсов производства масел, она предохраняет окружающую среду от загрязнения [2, 3, 6, 15]. Таким образом, проблему использования
смазочных материалов следует рассматривать не только как техническую и экономическую, но в значительной степени как экологическую, где одним из эффективнейших способов предотвращения загрязнений окружающей среды есть максимальное вовлечение ОСМ в переработку. Вместе с тем переработка отработанных масел во всем мире не превышает 5% от потребления.
Так как экологическая проблема утилизации ОСМ стоит остро, во многих развитых стран приняты меры по предотвращению загрязнений: организовывается квалифицированный сбор ОСМ, разрабатываются эффективные способы удаления из них экологически опасных соединений, осуществляется очистка почвы и вод. Достигнутые результаты локальны, поскольку предпринимаемые меры устраняют следствие, а не причину — источник загрязнения.
Из приведенного анализа следует, что ОСМ нельзя сжигать и сливать в землю; ОММ бензиновых двигателей более токсичны, чем дизельных; ОСМ на синтетической основе более токсичны, чем на минеральной; присадки в маслах (особенно хлорсодержа-щие в трансмиссионных и редукторных) усиливают токсичность ОСМ; попадание топлива в смазочные масла двигателей увеличивает токсичность ОММ; увеличение срока службы ММ усиливает канцерогенность ОММ; при промышленном сборе ОСМ многокомпанентные смеси более опасны, чем ОММ, в том числе вероятностью радиационного и биологического заражения; при вторичной переработке (глубокой вакуумной перегонке) образуются более токсичные компоненты, чем при регенерации; отходы вторичной переработки более опасны, чем ОСМ.
С экологической точки зрения вопросы дифференцированной регенерации ОСМ на речном и морском водном транспорте не изучались. Не рассматривались вопросы преимущества регенерации перед другими способами утилизации ОСМ.
В отношении квалифицированной утилизации (регенерации) ОСМ в судовых условиях возникает множество проблем, как организационно- технических, так и научно-теоретических для обеспечения решения вопросов по оптимальной регенерации ОСМ с учетом требований экологии. Поэтому, для исследования процесса регенерации ОСМ в судовых условиях предлагается использовать как основу модель пятизвенной системы связей комплекса ДЭТ-МО с доминирующим значением требований экологии на (рис. 3).
Рис. 3. Пятизвенная система связей комплекса ДЭТМО с учетом доминирования экологических требований и максимальной экономической эффективности СДВС
Исследование процессов очистки и регенерации моторных масел в дизелях предполагает, что функционирование системы смазки обеспечивает экономичную, ресурсосберегающую и экологически безопасную эксплуатацию судов морского транспортного и рыбодобывающего флотов. Эффективное маслоиспользо-вание - один из способов ослабить влияние ухудшения качества топлива на экономические и ресурсные показатели ДВС и приобретает огромное значение в качестве определяющего фактора эксплуатационных расходов. Как следует из материалов конгресса С1МАС, доля расходов на топливо и масло в общих затратах на эксплуатацию судов морского флота составляет 40-70 %, что
связано с постоянным ростом цен на ГСМ в мире. Вследствие этого значительно возросло внимание к изысканию возможностей использования остаточных топлив в судовых дизелях различной мощности и скорости вращения, продуктов глубокой переработки тяжелой нефти, поиску альтернативных топлив. Все это приводит к ужесточению условий работы смазочных масел (СМ) и сокращению сроков их использования из-за ускорения процессов старения смазочного масла и замены его по браковочным показателям. Поэтому улучшается отношение к вопросу регенерации отработанных смазочных материалов, как наиболее оптимального способа их утилизации, для повторного использования в судовых ДВС, после проведения соответствующих мероприятий по восстановлению эксплуатационных свойств отработанных смазочных масел (ОСМ). К тому же проведенные исследования углеводородного состава ОСМ, в сравнении со свежим маслом, показали, что в процессе эксплуатации в маслах не наблюдается химического изменения углеводородного состава масла. Следовательно, ОСМ можно восстанавливать для его дальнейшего использования по прямому назначению в СС. Возрастает роль химмотологии в повышении экономической и экологической эффективности функционирования системы ДЭТМО. В условиях перехода России к высокоэффективной экономике с учетом все более возрастающих требований экологии необходимо решать проблемы утилизации ОСМ на основе обобщения отечественного и мирового опыта. Пятизвенная система связей комплекса ДЭТМО с учетом доминирования экологических требований и максимальной экономической эффективности СДВС была принята автором за основу при создании семизвенной системы модели регенерации ОММ в судовых условиях М7С, (рис. 4).
В отношении квалифицированной утилизации (регенерации) ОСМ в судовых условиях возникает множество проблем, как организационно- технических, так и научно-теоретических для обеспечения решения вопросов по оптимальной регенерации ОСМ с учетом требований экологии. Поэтому, для исследования процесса регенерации ОСМ в судовых условиях предлагается использовать как основу модель семизвенной системы связей комплекса М7С с доминирующим значением требований экологии и ресурсосбережения горючесмазочных материалов (рис. 4).
Рис. 4. Модуль семизвенной системы связей комплекса М7С
Для этих целей в МГУ им. адм. Г.И. Невельского была разработана модель лабораторной установки для исследования процесса регенерации ОММ — удаления водо-топливных фракций (ВТФ) в вакуум-термической колбе при различных режимах работы распыливающей вакуум-форсунки, обеспечивающей различные параметры факела распыла ОММ, температуры ОММ, угла подачи факела на стенку колбы, уровня вакуума в колбе и так далее. Результаты проведенных опытов показали возможность получения образцов регенерированного масла с показателями, при которых регенерированное масло можно использовать в системах смазки судовых дизелей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Азаркин Н.Н. Отработанным нефтепродуктам — вторую жизнь// Механизация и электрификация сельского хозяйства - 1987. — № 12. - С.64.
2. Большая энциклопедия транспорта. Раздел экология. Том 1. - СПб.: 1998. — C.334-336.
3. Вронский В.А. Прикладная экология// Уч. Пособие. - Ростов н/Д.: Изд-во Феникс, 1996. - 512 с.
4. Данилов-Данильян В.И., Горшков В.Г., Арский Ю.М., и др. Окружающая среда между прошлым и будущим: мир и Россия. - М.: ВИНИТИ, 1994. - 133 с.
5. Дерягин Б.В. О природе маслянистости смазочных средств и методах ее количественной оценки // Трение и износ. Том 1 - М.: Издательство АН СССР, 1939.
6. Евдокимов А.Ю., Лашхи В.Л., Джамалов А А. Отработанные смазочные материалы и вопросы экологии // Химия и технология топлив и масел. -1992. — № 11 - С.26-30.
7. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Загородный Н.Г. Экологические аспекты использования отработанных смазочных материалов // Химия и технология топлив и масел. - 1990. — № 11. - С.3.
8. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., Промышленно-транспортная экология: Учебн. для Вузов // Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высшая школа. -2001. - 273 с.
9. Павлов А.Г., Резников В.Д. Новые требования к моторным маслам за рубежом. Химия и технология топлив и масел. - 1994. — № 7 - С.33-37.
10. Папок К.К., Барон И.Г. Ядовитость топлив, масел и технических жидкостей. — М.: Изд-во мин. Обороны СССР, 1960. - 79с.
11. Производство смазочных материалов в России: факт и прогноз // Мир нефтепродуктов. - 1999. — № 1 - С. 9 - 11.
12. Соболев БА. Производство смазочных масел предприятиями России // Мир нефтепродуктов. - 2000. — № 2 - С. 1-2.
13. Сурин С.А. Отработанные масла: вторая жизнь // Мир нефтепродуктов. - 2000. — № 2 - С.22-24.
14. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. - М.: Высшая школа. 1988. - С.272.
15. Фукс И.Г., Евдокимов А.Ю., Лашхи В.Л., Самойхмедов Ш.М. Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. -М.: Издательство <Нефть и газ>, 1993. - 352 с.
16. Шеннон И., Шей Р. Смазочные материалы: снижение вредного воздействия на окружающую среду // Мир нефтепродуктов. - 2000. — № 3. С.30-33.
17. Юзефович В.И. организация сбора отработанных масел // Мир нефтепродуктов. - 2001. — № 3. - С.28-30.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Тарасов В.В. — Дальневосточный федеральный университет.
UDC 621.892
SEMIZVENNYM NETWORKING MODULE M 7 S FOR THE REGENERATION OF MARINE LUBRICANTS WITH REGARD TO ENVIRONMENTAL STANDARDS AND RESOURCE ON MARITIME TRANSPORT
Tarasov V.V., Far Eastern Federal University.
The analysis of toxicological properties of the fulfilled lubricants in the course of their salvaging is carried out. The condition with regeneration of the fulfilled lubricant oils in the Russian Federation and abroad is considered. The conclusion is drawn on necessity of renewal of regeneration of the fulfilled lubricants including in ship conditions. Especially sharply there is a question with the regenerations of the fulfilled lubricant engine oils from sea transport ships, passenger and fishing fleet as there is an excessive pollution of the seas and oceans and internal water basin and as around ports areas and the most populated territories adjoining to large ports and transport junction. For the decision of questions on regeneration of the fulfilled lubricant oils in ship conditions, seven links systems of communications of complex M7C the model is developed for carrying out of researches and development of recommendations about optimization ofprocess of regeneration and effective oilusing process in ship diesel engine.
Key words: toxicological properties of the fulfilled lubricants, research of questions connected with pollution of the sea from seagoing ships, regeneration of the fulfilled engine oils in ship conditions, regeneration of the fulfilled engine oils in laboratory conditions.
REFERENCES
1. Azarkin N.N. Otrabotannym nefteproduktam — vtoruju zhizn' (Waste petroleum products - second life)// Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva, 1987. No 12. p. 64.
2. Bol'shaja jenciklopedija transporta. Razdel jekologija (Great encyclopedia of transport. Ecology section). Tom 1. SPb.: 1998. pp. 334-336.
3. Vronskij V.A. Prikladnaja jekologija (Applied ecology)// Uch. Posobie. Rostov n/D.: Izd-vo Feniks, 1996. 512 p.
4. Danilov-Danil'jan V.I., Gorshkov V.G., Arskij Ju.M., i dr. Okruzhajushhaja sreda mez-hdu proshlym i budushhim: mir i Rossija (Between past and future: the world and Russia). Moscow: VINITI, 1994. 133 p.
5. Derjagin B.V. O prirode masljanistosti smazochnyh sredstv i metodah ee kolichestven-noj ocenki (On the nature of the oiliness of lubricants and methods of quantitative evaluation) // Trenie i iznos. Tom 1. Moscow: Izdatel'stvo AN SSSR, 1939.
6. Evdokimov A.Ju., Lashhi V.L., Dzhamalov A.A. Otrabotannye smazochnye materialy i voprosy jekologii (Waste lubricants and environmental issues) // Himija i tehnologija topliv i masel. 1992. No 11, pp.26-30.
7. Evdokimov A.Ju., Fuks I.G., Zagorodnyj N.G. Jekologicheskie aspekty ispol'zovanija otrabotannyh smazochnyh materialov (Environmental aspects of the use of waste lubricants)// Himija i tehnologija topliv i masel. 1990. No 11. p.3.
8. Lukanin V.N., Trofimenko Ju.V. Promyshlenno-transportnaja jekologija (Industrial and transport environment): Uchebn. dlja Vuzov // Pod red. V.N. Lukanina. Moscow: Vysshaja shkola. 2001. 273 p.
9. Pavlov A.G., Reznikov V.D. Novye trebovanija k motornym maslam za rubezhom. Himija i tehnologija topliv i masel (New requirements for motor oils abroad). 1994. No 7. pp.3337.
10. Papok K.K., Baron I.G. Jadovitost' topliv, masel i tehnicheskih zhidkostej (Toxicity of fuels, oils and technical liquids). Moscow: Izd-vo min. Oborony SSSR, 1960. 79 p.
11. Proizvodstvo smazochnyh materialov v Rossii: fakt i prognoz (Production of lubricants in Russia: actual and forecast World oil) // Mir nefteproduktov. 1999. No 1, pp. 9-11.
12. Sobolev B.A. Proizvodstvo smazochnyh masel predprijatijami Rossii (Production of lubricating oils by enterprises in Russia) // Mir nefteproduktov. 2000. No 2, pp. 1-2.
13. Surin S.A. Otrabotannye masla: vtoraja zhizn' (Waste oil: second life) // Mir nefteproduktov. 2000. No 2. pp.22-24.
14. Stadnickij G.V., Rodionov A.I. Jekologija (Ecology). Moscow: Vysshaja shkola. 1988. pp.272.
15. Fuks I.G., Evdokimov A.Ju., Lashhi V.L., Samojhmedov Sh.M. Jekologicheskie prob-lemy racional'nogo ispol'zovanija smazochnyh materialov (Ecological problems of rational use of lubricants). Moscow: Izdatel'stvo «Neft' i gaz», 1993. 352 p.
16. Shennon I., Shej R. Smazochnye materialy: snizhenie vrednogo vozdejstvija na okruz-hajushhuju sredu (Lubricants: reducing the harmful effects on the environment) // Mir neftepro-duktov. 2000. No 3. pp.30-33.
17. Juzefovich V.I. Organizacija sbora otrabotannyh masel (Organization of the collection of waste oils) // Mir nefteproduktov. 2001. No 3. pp.28-30.
УДК 621.899 © В.В.Тарасов, 2014
РЕГЕНЕРАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ОПТИМАЛЬНЫЙ СПОСОБ ИХ ЭКОНОМИИ ЗА СЧЕТ ПОВТОРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТРАНСПОРТЕ
Рассмотрены пути экономии смазочных материалов на предприятиях морского транспорта, в судостроительной и судоремонтной промышленности за счет регенерации отработанных смазочных материалов (ОСМ), показаны пути их повторного применения.
Ключевые слова: топливные ресурсы, транспорт, промышленность.
Распространение интенсивных технологий в условиях энергетического кризиса предопределяет увеличение потребления энергии, что приводит к истощению природных топливных ресурсов. В этой связи в мировой практике усилились поиски новых конструкций, технологических решений, альтернативных видов топлив, смазоч-
