автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование и регулирование состава и свойств нефтяных масел с помощью термодиффузии

На правах рукописи

РГб од

3 П г «г?

Ларин Алексей Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОДИФФУЗИИ

05.17.07 - "Химическая технология топлива"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Российском Государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина.

- кандидат технических наук, доцент Макаров А.Д.

- кандидат химических наук, с.н.с. Фалькович М.И.

- доктор технических наук, Евдокимов А.Ю.

- кандидат технических наук, Тыщенко В А.

ОАО «Рязанский НПЗ»

Защита состоится «/£ » 2000 г. в ¿6_ _ часов в ауд.^/ на

заседании специализированного совета Д.053.27.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Российском Государственном университете нефти и газа им. ИМ. Губкина (117917, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 65).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан «/А> ¡ХОд^А^ 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.х.н

Научный руководитель: Научный консультант:

Официальные компоненты:

Ведущая организация:

Актуальность. В условиях сокращения добычи нефти, вовлечения в переработку нефтей различного фракционного состава при одновременном расширении парка машин и механизмов остро стоит проблема экономного расходования топливно-энергетических ресурсов и, в частности, смазочных масел. Наряду с требованиями к их качеству особое внимание уделяется не только полноценному использованию имеющихся производственных мощностей, но и сырьевым источникам, к числу которых могут относиться и отработанные смазочные материалы (ОСМ).

Для выпуска конкурентоспособных базовых масел предприятиями отрасли отслеживается непостоянство состава нефтесмесей, поступающих на переработку, чтобы регулированием режимов технологических процессов добиваться высокого качества масел, обладающих в том числе и хорошей приемистостью к присадкам.

Оценивать возможности сырья переменного состава для отбора продуктов определенного состава и качества возможно с помощью жидкостной термодиффузии. Процесс термодиффузионного разделения позволяет получать высокоиндексные компоненты масел безреагентной технологией, которая может бьпъ осуществлена не только на нефтеперерабатывающих заводах, но и в местах сбора и потребления масел. В последнем случае в качестве сырья целесообразно использовать отработанные, наиболее многотоннажные моторные масла (ММО). После эффективной очистки они могли бы служить компонентами базовых масел, способствуя решению проблемы утилизации отработанных смазочных материалов, и обеспечения отраслей народного хозяйства высококачественными смазочными маслами. Исследованию этих вопросов посвящена настоящая работа.

Цель исследования. Научно-технически обосновать и разработать технологию очистки ММО с получением масел для их повторного использования, а также предложить метод прогнозирования возможности отбора продуктов заданного качества из сырья различного состава с помощью термодиффузии. Предложить малотоннажную безреагентную технологию получения базового ■ масла заданного уровня качества.

Задачи исследования: - исследовать разделительную способность термодиффузионных колонн с целью изучения и регулирования состава и свойств базовых масел, получаемых из первичного и вторичного (ММО) сырья;

- с помощью безотходного, безреагентного процесса тер.чодиффузионного разделения разработать и обосновать схему очястки ММО для получения базовых масел:

- изучить восприимчивость очищенных ММО к композиции присадок:

- прелл ожить схемы и экономически обосновать получение товарных моторных и индустриальных масел из сырья различного состава с использованием процесса термодиффузионного разделения.

Научная ноптна. Показала возможность прогнозирования состава и свойств базовых ыасел. полученных из сырья различного состава, в том числе и ММО. с применением метода термодиффузионного разделения. Выявлено, что с увеличением глубины очистил масла И-20А (отбор 80 %) происходит значительное снижение содержания парафино-нафтеновых углеводородов, в то время как суммарное количество парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических углеводородов остается прежним. Удаление полициклических нафтеноа-роматических углеводородов и смол снижает динамическую вязкость масла при -20 С. что позволяет улучшить показатели динамической вязкости и фильтруе-мости тозарных продуктов. Установлено, что изменение индекса вязкости и температуры застывания фракций масла И-40А в зависимости от их отбора по высоте термодиффузионной колонны описываются S-образной кривой, содержание серы в них изменяется линейно.

Показано, что при обшей высоте термодиффузионной колонны 4 метра возможно удалить сернистые соединения из масла И-40А не более, чем в 2 раза. При исследовании разделительной способности термодиффузионных колонн в отношении модельных смесей масел с присадками отмечено более полное извлечение присадок из масла, когда они находятся в виде композиции, нежели по отдельности. Установлено, что на разделительную способность термодиффузионных коюни з::а":ггсльпи влияет содержание в сырье продуктов глубокого окисления масел.

Практическая значимость. Рекомендован метод термодиффузии для прогнозирования отбора продуктов с заданными свойствами из сырья изменяющегося состава и получения масел улучшенного качества.

Показало, что с помощью процесса термодиффузионного разделения воз-tv. зу.ГгЮ получить из масла И-20А: •

• индустриальное масло класса ISO 32 группы качества HLP, значительно превышающее по вязкостно-температурным характеристикам и по показателю фильтруем ости масло *<Castrol»:

• моторное масло с улучшенными физико-химическими характеристиками класса SAE 5W-30 API SF/CC с экономией до 60 % синтетического компонента.

Предложена схема переработки ММО с использованием процесса термо-днффузионного разделения, позволяющая получать очищенные масла и применять их как компоненты базовых масел для производства товарных всесеюнных моторных масел класса SAE 15V/-40 API SF/CC. Приведено технико-экономическое обоснование получения товарных масел из ММО.

Публикации. По материалам работы опубликовано 5 статей и тезисов докладов в трудах научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пята глав, выводов и списка использованной литературы из 91 наименования. Работа изложена на 108 стр., содержит 41 таблицу, 19 рисунков.

Во гспелсшш анализируется современное состояние производства товарных и базовых масел из сырья различного состава, а также рассматриваются за-рианты интенсификации масляного производства в России для получения высококачественных смазочных материалов, к которым предъявляются все более жесткие требования производителей автотранспортной техники н различного промышленного оборудования.

Одним из перспективных путей удовлетворения требований к моторным маслам, и, прежде всего, к маслам высших групп качества, является использование базовой основы нормированного состава. Поэтому разработка путей улучшения качества товарных легированных продуктов, получаемых из сырья различного состава, является актуальной задачей.

В первой главе приводится обзор научно-технической литературы по вопросам регулирования качества базовых масел согласно представлениям о влиянии характера исходного сырья, состава и структуры содержащихся гете-роатомных соединений, подчеркивается важность соблюдения определенного соотношения между ними и углеводородами масла; рассмотрены материалы по совершенствованию технологии производства масел. Отмечается, что проблема ' оптимизации качества нефтяных масел слагается из рационального решения следующих задач: получения базового масла оптимального химического состава (технологические аспекты) и использования сбалансированного пакета присадок различного функционального действия; в ряде случаев для этого требуется и применение синтетического компонента.

Как правило, для производства базового масла в качестве сырья используют вакуумные дистилляты нефти. В связи с сокращением потенциала маеля-

пых компонентов в нефтяном сырье, определенный интерес представляет использование в качестве сырья и продуктов вторичного происхождения - таких как ММО. Рассматриваются различные процессы переработки и очистки ММО, анализируются их преимущества и недостатки. Общим недостатком этих процессов является необходимость использования реагентов и последующая сложность их утилизации. В то же время очистка ММО может позволить повысить ресурс высокоиндексных компонентов масел, поскольку парафино-нафтеновая их составляющая не претерпевает глубоких термохимических превращений при эксплуатации масла, а при эффективном выделении из ММО могла бы служить высокоиндексным компонентом в маслах соответствующего уровня вязкости. Одним из методов, позволяющим выделять высокоиндексное основание масел, является термодиффузия. В обзоре подробно освещается сущность и условия процесса термодиффузионного разделения высококипящих фракций нефти с получением высокоиндексных нефтяных масел.

Обобщение литературных данных позволило заключить, что химический и структурно-групповой состав базовой основы масел и ее приемистость к присадкам определяют основные свойства товарных продуктов, получаемых из первичпого и вторичного сырья; существующие технология производства товарных масел не до конца используют потенциал, заложенный в нефтяных фракциях. Резюмируется, что для получения базовой основы с оптимальными характеристиками, использование такого высокоселективного метода, как термодиффузия, может позволить оценить потенциал и возможность отбора высококачественных базовых масел из сырья различного состава, направленно получать масла с заданными свойствами при малотоннажном производстве, улучшать качество готовых продуктов, очищать ММО для их повторного квалифицированного использования.

Вторая гляия посвящена описанию объектов и методов исследования. Объектами исследования служили товарные базовые масла И-20А и И-40А (РНПЗ), масляный дистиллят 350-420 °С, отработанное масло централизованного сбора - ММО, также получаемые при их разделении продукты.

Для изучения возможной глубины удаления присадок из ММО с помощью термодиффузии и влияния при этом продуктов окисления использовали модельные смеси свежего и окисленного масла с отдельными присадками: ДФ-11 (1,2 % мае.), С-5А (2,0 % мае.), ВНИИ НП-714 (3,0 % мас.),КНД (3,0 % мае.), Вискокрил-100 (4,5 % мае.) и их композицией (таблица 1). Для получения то-варльгх ыасел в исследуемые базовые масла вводили пакеты присадок Hitec-9420 и Hii'.-c-521, загущмощую присадку Шелвис-260, синтетический компонент

Нкес-164 (на основе поли-а-олефинов), антипенную ПМС-200А (0.004 % мае. !, антиржавейную В-15/41 (0,02 % мае.), антиокнелнтелыгуго присадку Агндол-1 (0,6 % мае.).

Таблица !.

Физико-химические характеристики модельных смесей.

Показатели: И-40А 1И0А т присадка кочпо- 1 31ШИЯ прнсаде* :

В-100 КНД С-5А В-714 ДФ-11

Вязкость кинематическая.

мм"/сек:

• при 40 °С 63,2 85.0 65,9 66,7 66.8 62.6 90.8 ,

• при 100 "С 7.8 11.5 8.2 8.3 ?.з 7.-'

ИВ 86 119 90 92 94 86 ПО

Показатель преломления, п^"0 1,4932 1.4917 1,4966 1.4986 1.4998 | 1.4965 1.4997 •

Оптическая плотность (540 нм) 0,150 - - - - - -

Кислотное число, мг КОН'г 0.011 - - - - 1.3 -

Щелочное число, мг КОИ/г - 4,16 0.31 5.03 - 7.85

В работе использовался метод термодиффузионного разделения, осуществляемый на аппарате АТР-3 со ступенчато-противоточной схемой обвязки колонн (рис. 1). .

Целевой

продукт Охлаждающая вода

А

Сырье!

Отработанная вода

г-----

Балласт

парогенератор

Рис. 1. Схема аппарата АТР-3.

Разделение объектоп исследования на аппарате АТР-3 проводилось з статическом и динамическом (отборном) режиме при следующих условиях: величина рабочего зазора колонны 0,55 мм, общая высота колонн - 4 метра, температура горячей стенки 120 °С, холодной - 20 °С, время релаксации (досг.скения

7

равновесного состояния по верхам колонн 1-4 (рис. 1), определенное по изменению показателя преломления отбираемых продуктов, - 3 часа. Статический режим применялся при разделении модельных смесей и оценке принципиальной возможности очистки ММО методом термодиффузии. Динамический - для определения возможностей процесса при получении масел улучшенного качества и разработки его технологии. Оптимальные условия процесса разделения на установке АТР-3 в динамическом режиме, определенные с привлечением методов математического моделирования (метод дробной реплики и метод наименьших квадратов) составили: производительность установки 52 мл/час, скорость рециркуляции 36 мл/час.

Групповой химический состав масел оценивался методом жидкостной хроматографии на хроматографе ЖХ-1. Для полученных в динамическом режиме термоднффузнонного разделения базовых масел исследовалась агрегативная устойчивость с композицией присадок (КНД, В-714, С-5А, ДФ-11) методом обращенной газовой хроматографии (хроматограф JIXM-80, интервал температур 50-180 °С). Оценочной величиной служил обобщающий термодинамический критерий «к», характеризующий степень устойчивости коллоидной системы:

k = T*ASc/üGc,

где Т - температура опыта, К;

-Sc - энтропия сорбции,

•Gc - свободная энергия сорбции стандарта на исследуемой системе.

Чем меньше значение «к», тем менее устойчива коллоидная система. Отрицательное значение «к» указывает на ее разрушение.

Для исследования разделительной способности термодиффузионных колонн по мере усложнения состава исходных продуктов проводилось их окисление методом ВКО (высокотемпературного каталитического окисления ВНИИ НТТ). мсдгл1ф}Ю1айм условия раОсгты масел в самой теплонапряженной части двигателя - верхних поршневых кольцах (температура 240-260 °С). Показатели термохимического превращения масел определялись по степени прироста вязкости н оптической плотности окисленных образцов на длинах волн 490 и 670 нм (прибор ФЭК), что позволяло судить о степени дисперсности накапливающейся в процессе окисления дисперсной фазы.

Концентрация присадок в продуктах термодиффузионного разделения масел с присадками контролировалась с помощью ИК-спектрометрии (Specord 75ER) при пороге чувствительности метода 0.05 % мае.

Качества товарных продуктов анализировалось стандартными методами: е частности, динамическая вязкость при отрицательных температурах определя-

8

лась по методам CCS и mrv; для оценки филь груемостп индустриальных масел с присадками использовался метод Денисона, который предусматривал определение времени фильтрации масла через мембранный фильтр (1.2 um. White RAWP, 47 mm, Miliipore Corp.) при 25 °C без воды и с водой.

Третья глава''работы посвящена вопросам прогнозирования получения базовых масел заданного углеводородного состава с помощью термодиффузн-онного процесса.

Современные базовые масла, получаемые на нефтеперерабатывающих заводах бывшего СССР, часто по ряду свойств (вязкостно-температурные, фильт-руемость, динамическая вязкость при отрицательных температурах) существенно уступают импортным аналогам. Как показали наши исследования, улучшить эти свойства можно удалением из масел полициклических нафтеноароматиче-ских углеводородов и смол с помощью процесса термодиффузии, что видно из данных термодиффузнонного разделения масла И-20А с отбором от него целевых продуктов 80 и 95 % мае. (таблица 2), предпринятое для корректировки его качества.

Таблица 2.

Основные физико-химические характеристики базовых масел

Базовое масло И-20А ¡

Указатели: Исходное После термодцффузин,

отбор. % ма

S0 | 95

5язкость кинематическая, мм"/сек: i

При 40 °С - 28.5 20,1 Í 25.5 ;

При 100°С 5,0 4,2 ! 4,7 |

1В 95 по ! roí !

{инамическая вязкость при -20 °С, сП 1900 910 ¡ ¡ 1250

Снижение динамической вязкости, % 52 : 34

1лотностъ, кг/м3 869 855 j 362 i

[вет, балл 2,0 1,0 ¡ !,5 :

'емпература вспышки, С 202 204 ! 204 ;

емпература застывания. °С -15 -12 j -14

рупповой химический состав, % мае.

Парафино-нафтеновые 83.76 76,79 ; 33,33

Моноцикличсские ароматические 11,94 18,47 ' | 13.2 i

Бшшклические ароматические 3.09 3.S6 j 2.32

Полициклические ароматические 0,59 0.56 | 0.67 ;

Смолы 0,62 0,32 | 0,44 ¡

олициклических ароматических и смол, % 1,21 ! 0,83 i -1,11 j

ас.

Удаление из масла И-20А полициклических нафтеноароматических углеводородов и смол улучшает не только его индекс вязкости, но и показатель динамической вязкости при отрицательных температурах, значительно улучшая при этом свойства приготовленных на такой базе товарных легированных масел, в частности фильтруемость индустриального масла.

Плохая фильтруемость отечественных масел серии ИГП (таблица 3) делает невозможным их использование в гидравлических системах конвейеров и станколиний западного производства, поскольку работа линии отключается из-за преждевременной забивки фильтров.

Таблица 3.

Фильтруемость товарных масел

| Фильтруемость, Нормы фильт- Масло НЬР 32 с пакетом Нкее-521 ИГП-18

i сек. руемостп (Базовое масло И-20А)

' Без воды 133 77 137

I 2 % воды 209 152 238

Масло И-20А (РНПЗ) с пакетом присадок Нпес-521 и с отечественной композицией присадок (ИГП-18) имеют разную фильтруемость: первое полностью удовлетворяет установленным нормам фильтруемостп; второе - нет. Наши исследования показали, что возможно исправить показатель фильтруемостп масла с отечественной композицией присадок: если б качестве базы использовать доочищенное методом термодиффузии масло И-20А (рис. 2) с отбором ее в количестве 80 и 95 с/с мае. от товарного, то показатель фильтруемость улучшается (.таблица 4).

Таблица 4.

Фильтруемость масел типа 180-32, полученных на различных багепглх маслах с

различными присадками.

; Фильтруемость, 1 Нормы | ¡ фильт- | I i Масло <\Cíl5irob> Масло HLP 32 с пакетом Hites 521 i (отечественная композиция) I Базовое масло И-20Л !

сск. I руемистк i Исходное После термодиффузпи, ¡ Отбор, % мае. i

i i 80 95

: Без воды ! 133 ! 66 77(137) 56(81) 6S(106) ¡

; 2 5 с. воды i 20V 113 152 (238) 83 (121) 113(132)

Улучшение показателя фильтруемостн товарных легированных продуктов, как производной динамической вязкости, в первую очередь, достигается за счет изменения углеводородного состава базового масла ( таблица 3 ). По-видимому, такое перераспределение углеводородсз в составе масла объясняется наличием в нем болыйэго количества моноциклических ароматических углеводородов с длинными боковыми цепями, которые, по ерзвнешгю с парафивс-нафтеновыми углеводородами имеют более высокий индекс вязкости. Полученные с помощью процесса термодиффузии и легированные импортным пакете'.! присадок масла не только соответствуют, но и превосходят по показателю фильтруемостн высококачественные европейские масла «Castro!» (таблица 4). С отечественной композицией присадок они значительно превосходят по фильтруемостн товарное масло И] 11-18 Рязанского НПЗ, з котором используется базовое И-20А.

Исследования показали, что на масле с отбором 80 % мае. от И-20А молено получать не только высококачественные индустриальные масла, но и товарные моторные класса вязкости 5W-30 для их эксплуатации в широком интервале температур (таблица 5).

Таблица 5.

Основные физико-химические характеристики масел класса 5W-30

Показатели: 5W-30 SF/CC Требования (ТУ и ASTM) на масло 5W-30

на полу-•ченной базе (80% вых.) Товарное масло (п/с), рнпз

Вязкость кинематическая, ям2/с

• при 100 °С 11,74 11,8 11,7+12,5

Индекс вязкости 152 153 > 120

Щелочное число, мг КОН/г 4,63 4,72 >4.2

Температура застывания, °С -40 -40 <-40

Динамическая вязкость при -25 °С (CCS), мПа*с 3350 3400 < 3500

Динамическая вязкость при -30 °С (MRV), мПа*с 110000 13000 <30000

Товарное масло, приготовленное на таком базовом масле, по основным физико-химическим характеристикам не уступает товарному полусинтетичг-:кому моторному маслу Рязанского НПЗ, кроме завышенного показателя динл-шческой вязкости при -30 °С. Исправить последний михно добавлением до 10 'о синтетического компонента против 25 %, используемого прл получении мге-

11

ла 5\\'-30 на Рязанском НПЗ, т.е. экономия дорогого синтетического компонента составляет 60 %.

И-2 0 А

J_

Гермодиффузионное разделение

Балласт

Базовое масло

SO % выход 95 % выход

Пакет присадок Пакет присадок

Моторное масло 5W-30 API SF/'CC Индустриальное масло HLPISO-32

Рис. 2. Схема производства товарных масел с использованием И-20А.

Для получения вышеуказанных товарных масел базовое И-20А подвергается термодиффузионному разделению (рис. 2) на установке из 10 последовательно расположенных плоскостенных аппаратах, общей площадью разделения 650 м2. Температура холодной стенки аппарата создается оборотной водой; для нагрева горячей стенки могут применяться насыщенный водяной пар заводского происхождения, водяной пар отдельного парогенератора, отработанные выхлопные газы, вода геотермальных источников. Отобранный целевой продукт может быть использован как базовое масло (выход 80 % мае.) для производства товарных моторных масел класса вязкости SAE 5W-30 (таблица 5), при отборе этого продукта в количестве 95 % мае. - дтя производства индустриальных масел серии HLP ISO 32 (таблица 4). Балластный продукт процесса предлагается как компонент товарных индустриальных масел типа И-68СХ, И-Н-Е-68, И-Г-Д-6£(з) (таблица 6). Таким образом реализация безреагентного процесса термодиффузии для доведения качества масел типа И-20А до необходимого уровня местах массового потребления индустриальных масел не связана с необходимостью утилизации отходов.

На основании результатов проведенной работы на доочищенном базовом масле И-20А (выход 95 % мае.) рекомендуется производить индустриальное масло класса HLP ISO 32 с использованием пакета присадок Hitec-521 фирмы Ethii: на масле более глубокой очистки (выход 80 % мае.) рекомендуется производить моторное масло класса SAE 5W-30 API SF/CC с использованием пакета присадок Hitec-9420 фирмы Ethil согласно ТУ 38.301-41-171-98. Расчет основ-

12

ных технико-экономическнх- показателей товарных продуктов, полученных с использованием процесса термодиффузии при стоимости исходного сырья (И-20А) 2200 рублей за 1 тонну (себестоимость базового масла типа И-20 и Н-40 на апрель 2000 г. по данным РНПЗ), показал, что себестоимость полученных базовых масел (таблица 12) при выходе 80 и 95 % мае. составляет 2750 и 2360 рублей соответственно.

Таблица 6.

Физико-химические свойства балластного продукта

Показатели: Балластный продукт Товарные индустриальные масла

И-68СХ И-Н-Е-68 П-Г-Д-68 (з)

Плотность при 20 "С, кг/м\ не более 904 - 908 870-890

Вязкость кинематическая, мм'/сек

• При 40 Г'С 74.1 61,2-74.8 50-70 61,0-75,0

Кислотное число, мг КОН/г, не более 0,15 2,0 2,0 1.5

Температура вспышки, °С, не ниже 201 200 190 170

Температура застывания, °С. не выше -33 -27 -20 -30

Трибологические характеристики:

Индекс задира. Н 304

Нагрузка сваривания, Н 1500 1960

Критическая нагрузка, II 670 - 740

Итак, высокая селективность процесса термодиффузии относительно формы и структуры молекул соединений в слабоассоциироваиных системах, каковыми являются базовые масла, позволяет не только прогнозировать, но и получать масла улучшенного качества. Присутствие в маслах присадок, сольвати-рованных компонентами базового масла, и других поверхностно-активных веществ определенным образом может повлиять на разделительную способность термодиффузионных колонн и эффективность очистки отработанных мс.гел. Последнее предопределило необходимость исследования полноты удаления . присадок с помощью термодиффузии из свежего и окисленного масла, моделирующего его состав после отработки. Четвертая глапа работы рассматривает влияние присадок различного функционального действия (разной поверхностной активности) и содержащихся в масле И-40А продуктов окисления на разделительную способность термодиффузионных колонн. Этому предшествовало изучение распределения углеводородов базового масна И-40А по высоте термо-диффузнонной колонны в статическом режиме процесса (таблица 7).

Таблица 7.

Основные физико-химические показатели продуктов разделения базового

масла И-40А.

Показатели: База Отбор продукта, % мае.

Целевой продукт, 30 Верх К-2, 20 Верх К-3, 20 Балласт, 30

Вязкость кинематическая, мм'.сек:

- при 40 "С 63,2 29,8 40,8 43,3 120,3

- при 100 !С 7.8 5,7 6,6 6,9 10.9

ИВ 86 131 114 114 66

Показатель преломления, ]\Г" 1,4932 1,4791 1,4895 1,4886 1,5029

Температура вспышки, °С 230 - - - -

Температура застывания.''С -12 +3 -4 -6 -18

Плотность. р4~ 890 865 - - ' 912

Молекулярная масса. кг/кмоль 394 397 - 380

Содержание серы, мае. 0,64 0,38 0,46 0,55 0,83

Видно. что при разделении масла верхние его фракции обогащены пара-фино-нафтеновыми углеводородами, и характеризуются высоким индексом вязкости и повышенной температурой застывания. Полученный на основании данных таблицы 6 Б-образный характер кривых изменения индекса вязкости и температуры застывания (.рис. 3) продуктов по мере их отбора по высоте термодиффузионной колонны связан с увеличением концентрации в них парафиновых структур при одновременном снижении содержания нафтено-ароматических структур.

з

Фракции ТДР

*С с лерж гн н е серы во фракциях ТДР, % мас; ■Нзмеьсние индекса вязкости фракций ТДР -7 ем серат>ра застывания фракций ТДР, С

. 3. Шмгнение физико-химических характеристик продуктов разделения масла И-40А в зависимости от высоты колонны ТДР 14

4

Значения температуры застывания отобранных продуктов полностью коррелируется с их индексом вязкости. Меньшая селективность процесса термодиффузии проявляется в отношении сернистых соединений масла. Содержание серы, хотя и линейно изменяется от фракции к фракции, однако ее снижение не превышает 50 %. На этом основании можно полагать, что обессеривание масла в принятых нами условиях термодиффузионного процесса малоэффективно.

При тех же условиях исследовали эффективность термодиффузии в отношении масла И-40А с присадками, анализнруя отобранные продукты на остаточное содержание в них присадок. Контроль за полнотой удаления моюще-диспергирующих присадок (КНД, В-714, С-5А), кроме ИК-спектроскопии, осуществляли по щелочному числу; наличие многофункциональной присадки ДФ-11 контролировалось по кислотному числу; вязкостно-депрессорной присадки В-100 - по вязкости продуктов при 40 и 100 °С и по их индексу вязкости. Исследование методом ИК-спектроскопии показало, что количество присадок КНД, С-5А, В-714 в целевом продукте не превысило 0,05 %, т.е. происходит практически полное удаление поверхностно-активных моюше-диспергирующих присадок из базового масла (таблица 8). Содержание присадок в масле, определенное методом потенциометрического титрования, было более высоким, поскольку товарные формы присадок предстазляют собой смесь активного вещества с различными продуктами синтеза, а ИК-спектроскопия фиксирует лишь содержание активного вещества, и в большей степени, чем показатель щелочного числа говорит о удалении присадки.

Таблица 8.

Концентрации присадок в целевых продуктах, определенных различными способами.

1 Целевые продукты; ■ % мае. в целевом продукге, определенное:

; по методу потенц. ттро-вания ИК-спектроскопией (на активное в-во)

И-40Л -г КНД ; 0,13

И-40А - С-5А 0.29 < 1,05

И-40А-ДФ-П 0,30 0,28

И-40А-В-714 0.07 2 0.05

И-40А - Композиция 0,34 -

Как видно из таблицы 6, удаление присадки ДФ-11 из модельных смесей происходит менее глубоко, что, по-видимому, связано с кислым характером последней - как известно, удаление кислот с использованием термодиффузии не всегда проходит эффективно. Проведенные дополнительные исследования позволили сделать вывод, что более глубокое удаление присадки ДФ-11 из масла достигается при ее содержании в композиции присадок (0,21 % мае.), что, вероятно, связано с взаимным влиянием присадок в композиции.

Таким образом, удаление присадок из масла в статическом режиме проведения термодиффузионного процесса возможно. Они выступают в роли примесей и, концентрируясь в балластном продукте, не мешаюг разделению компонентов масла. Дальнейшее усложнение состава модельных смесей предусматривалось за счет содержания в них продуктов окисления на предмет накопления последних в отработанных моторных маслах. Результаты разделения окисленных масел с присадками иллюстрирует таблица 9.

Таблица 9.

Физико-химические характеристики окисленных масел и продуктов

их термодиффузионного разделения.

Показатели: Исходные После термодиффузионной очистки

И-40А И-40А + Композиция И-40А И-40А + Композиция

Вязкость кинематическая, мм'/с

• при 100°С 11,1 14,0 5,6 5,8

ИВ 90 101 * 131 135

Показатель преломления, а<20 СП X 1,4720 ¡,473и

Щелочное число, мг КОН/г - 3,45 - 0,21

Кислотное число, мг КОН/г 3,16 2,65 1,00 0,35

Снижеше кислотного числа, % - - 68,0 87,0

Данные таблицы показывают, что хотя у полученных целевых продуктов значительно увеличивается индекс ьязкости и снижается кислотное число, присадки и продукты окисления удаляются из них не полностью. Т.е. продукты окисления е легированных маслах усложняют процесс термоднффузионного разделения, снижают полноту удаления присадок, е следовательно и эффектив-

16

ность очистки масел после отработки. Это дает основание полагать, что при очистке ММО методом термодиффузии требуется предварительная подготовка очищаемого сырья для снижения в нем содержания продуктов окисления и не-сработавшихся присадок.

Пятая глава посвяшена исследованию различных вариантов очистки отработанных моторных масел, отличающиеся процессами предварительной подготовки исходного сырья для последующего проведения термодиффузионного разделения:

- вариант 1 предусматривал лишь удаление механических примесей и отгон легких фракций;

- вариант 2 предполагал «термический удар», удаление механических примесей и отгон легких фракций;

- вариант 3 включал удаление механических примесей, отгон легкой и тяжелой фракции.

При исследовании этих вариантов было установлено, что с увеличением глубины предварительной подготовки сырья требуется меньшая условная высота зоны разделения термодиффузионных колонн (рис. 4) при одновременном улучшении физико-химических показателей масла (таблица 8).

^ 3,0

А

I 2,0

5

г; С

1 1,0

0

1 0.0

\ 5 \ ■ VI X

1 у

V » \

^ 1 Чч !

■ II 1 ■ м

- - и-40а i

Рарнант очистки I | 111 Вариант очистки 2 | — Вариант очистки 3 !

0

8 16 24

Условная высота колонны, м

Рис. 4. Зависимость качества продукта от условной высоты колоТПш-ТДР.

Как иллюстрирует таблица 10, в составе целевого продукта, полученного по варианту очистки 1, содержатся продукты окисления и остаточное гсоличрс!-во моюще-диспергирующих присадок, в то время как продукты, полученные по вариантам 2 и 3 практически их не содержат.

Таблица 10.

Основные физико-химические характеристики масел.

Показатели: ММО Целевой продукт, вариант очистки

1 2 3

Вязкость кинематическая, мм2/с:

• при 40 °С 98,6 42,5 21,0 35,3

• при 100 °С 13,2 7,2 4,8 5,9

ИВ 123 126 154 110

Щелочное число, мг КОН/г 4,10 0,36 0,053 0,008

Кислотное число, мг КОН/г 2,95 0,41 0,035 0,02

Оптическая плотность, 540 им СО 00 0,256 0,185

Температура вспышки, °С 169 210 209 214

Температура застывания, °С -28 -16 -4 -12

Как уже отмечалось, при очистке сьфья различного состава с помощью термодиффузии, удаляются компоненты с низким индексом вязкости (полициклические и бициклические ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями), склонные к осадкообразованию асфальто-смолистые вещества и. другие соединения. Их удаление, с одной стороны, улучшает вязкостно-температурные характеристики базовых масел, а с другой, уменьшая сольвати-ругощую способность базового масла, снижает растворимость присадок, влияя на агрегатнвную устойчивость системы масло - композиция присадок. Поэтому при выборе окончательного варианта очистки ММО необходимо было изучить агрегативную устойчивость системы очищенное ММО (варианты очистки 2 и 3) - композиция присадок, оцениваемую по значению обобщающего критерия «к» (рис. 5). Наибольшую устойчивость (положительное значение обобщающего критерия) имеет система, в составе которой присутствует масло, очищенное по варианту 3: она по значению «к» близка к системе свежее масло - композиция присадок (интервал температур 70-120 °С).

1 ,5

200

Температура, С 20Л ~«0""База (вариант Л'у 3) ,""Д;'"База (вариант У? 2) !

Рис. 5. Зависимость к=Г(г) для различных базовых масел с композицией присадок

Это дало основание признать оптимальной схему очистки ММО с использованием процесса термодиффузии, приведенной на ряс. 6.

ММО

I

Удаление механических примесей (Центрифугирование)

Осздс':

Легкие фракции Вакуумная перегонка (фр. 330 - 485 °С)

(Тошоопленочное испарение)

-5- Остато2с

; ермодиффузисннсе разделение -3> Балласт

оазовое мг.сло

Р.чс. 6. Схема очистеи отработанных моторных масел (оптимальный верраат).

На полученном по этой схе\:е базовом мзсле в ссотг.етстгин с техкелот-ческнм регламентом Рязанского НПЗ (ТУ 38.301.41-148-92) были пр.-?гетс:::::.чы 2 образца тозапного загущенного моторного масла класса SAB 15W«4ü с кп::г-том присадок Hitec-9420. Од-ш образец з качестве базы содержал только очищенное ММО; второй - смесь свежего И-20А (РНПЗ) и 20 Уо мае. очищетаого

19

ММО. Эталоном сравнения служило товарное моторное масло Рязанского НПЗ. О работоспособности масел судили по результатам их устойчивости к термо-окислигелькой деструкции (метод ВКО) (таблицу 11).

Таблица 11.

Показатели качества масел до и после их окисления по методу ВКО

Показатели: БАЕ 15\У-40 АР1 ЭР/СС

Очищенное очищенное ММО Товарное

ММО(ЮО%) (20 %)+И-20А (80 %) масло

Вязкость кинематическая, мм'/с

• при 40 'С' 94,1 91,1 90,6

. при 100аС 13,3 13,3 13.3

Индекс вязкости 141 145 147

Вязкость динамическая при -15 °С.

мПа'с 3350 3400 3400

Щелочное число, мг КОН/г 7,22 7.17 7,18

Массовая доля механических

примесей, % Отс. Отс. Отс.

Массосая доля воды, % Отс- Огс. Отс.

Температура вспышки, °С 218 218 215

Температура застывания, °С -35 -35 -34

Плотность при 20 °С, кг/м3 875 880 885

Термсокислительная деструкция (ВКО):

- Прирост вязкости при 40 °С, % -18.2 -21,7 -26,9.

- Оптическая плотность (Х$4о) 0,163 0,186 0,138

- Щелочное число, мг КОН/г 3,67 3,57 3,81

- Кислотное число, мг КОП/г 1,79 2,39 2,13

Как видно из таблицы 11, показатели качества свежих и окисленных масел примерно одинаковы, что дает основание рекомендовать опытные обпа-тм тегарныл масел для дальнейших квалификационных испытаний.

Выполненные исследования позволяют предложить модульные малоотходные безреагентные технологии для производства базовых масел с выходом 70 % мае. из ММО с утилизацией побочных продуктов (рис. 6). При этой технологии легкие фракции процесса вакуумной перегонки ММО предполагается использовать в качестве компонента топочного мазута, а ее остаток, балласт процесса термодиффузионного разделения, а также осадок центрифугирования - в биту мном пр. дзводстве.

Расчет себестоимости полученных базовых масел (стоимость ММО 600 руб/т) иллюстрирует табл. 12.

Таблица 12.

Основные технико-экономические показатели полученных проду ктов

Показатели: Индустриальные масла Моторные масла

ИГП-18 НЬР 150 32 «Castrol» 15W-40 15W-40 база 5W-30 5W-30 база

PHI13 (95 % вых.) РНПЗ ТДР (ММО) РНПЗ ТДР (И-20А)

Товарное Опытное товарное онышос товарное опытное

Объем производства целевого продукта, т/год 6650 6650 6650 26750 26750 6120 6120

Себестоимость 1 тонны продукции, руб. 2640 2800 - . 7386 7230 23083 8080

Затраты на производство, тыс. руб. - 1995 - - 3675 - 1680

Отпускная цена 1 тонны продукции 3330 5000 25000 11245 11245 35145 17500

Стоимость реализованной продукции, млн. руб. 22,1 33,2 - 300,8 300,8 215,1 107,1

Прибыль от реализации продукции, тыс. руб. 870 9075 - 9890 14050 7063 24420

Прирост прибыли, % - 943 - - 42 - 246

Рентабельность производства, % 5,0 48,7 - 5,0 7,3 5,0 49,4

Выводы:

1. С целью улучшения качества масел, получаемых из сырья различного состава, исследована статика и динамика процесса его термодиффузионного разделения на установке АТР-3 со ступенчато-противоточной схемой обвязки колонн. Показано, что в силу высокой селективности термодиффузии по конфигурации и мольному объему молекул возможно:

• аналитически оценить содержание высокоиндексных компонентов в депа-рафинированном дистилляте для их максимального отбора от потенциала при производстве масел;

• уменьшить содержание серы в индустриальном масле И-40А (РНПЗ) с 0,64 до 0,38 % мае; снизить динамическую вязкость при -20 °С и улучшить фильтруемость масла И-20А (РНПЗ) Для получения на его основе товарных масел: индустриального Н1.Р 1БО-32 и моторного 5\У-30;

• утилизировать ММО с применением очищенного продукта как компаунда (до 20 % мае.) к базовому маслу при производстве моторных масел класса БАЕ 15\У-40 АР1 БР/СС.

2. Выявлен й-образный характер кривой изменения индекса вязкости и температуры застывания компонентов масла и линейный характер изменения содержания серы в зависимости от их распределения по высоте термодиффузионной колонны.

3. Установлено, что при термодиффузионной доочистке масла И-20А с отбором от него 80 % целевого продукта вследствие уменьшения концентрации полициклических ароматических углеводородов и смол на 27 %, удается снизить низкотемпературную динамическую вязкость масла при -20 пС с 1900 до 910 сП, что позволяет увеличить с 68 до 81% его содержание в товарном моторном масле 5Ш-30, а с отбором 95 % от И-20А удается скорректировать до требуемого уровня показатель фильтруемости то пар кого индустриального масла типа Щ.Р 150-32. Получаемые остатки масла И-20А рекомендованы как компонент индустриального И-68СХ.

4. Впервые на модельных объектах исследована статика и динамика процесса термодиффузии для удаления присадок и их композиций из масел разной степени загрязненности в сравнении со свежим маслом. Показана возможность практически полного удаления из свежего масла введенных в него по

отдельности моюще-диспергирующих присадок КНД. С-5А, В-714, и только на 75 % многофункциональной присадки ДФ-11. Удхление последней из масла более полно происходит в присутствии моюще-диспергирующнх присадок. Наличие в масле продуктов окисления не обеспечивает полного удаления композиции присадок, предназначенной для моторных масел группы «Г».

5. Предложено применение процесса термодиффузии в технологии очистки ММО с предварительным удалением из пего остатка (>485 РС) и легких фракций, что позволяет снизить условную зону разделения в термодиффузионной колонне в 6 раз. При этом очищенное масло с выходом 70 % vac. может использоваться в качестве базы товарного индустриального масла общего назначения, а также компонента (до 20 %) при производстве моторных масел класса SAE 15W-40 API SF/CC, поскольку по данным экспресс-лабораторной оценки качества оно не уступает товарному маслу той же группы.

6. Расчет технико-экономических показателей производства масел, основанный на рекомендациях выполненной работы показал, что:

• применение термодиффузии для получения базовой основы масла класса вязкости 5W-30 позволит за счет уменьшения количества синтетического компонента (полн-ос-олефинов) снизить себестоимость товарного масла на 65%; .

• внедрение в производство масла HLP 1SO-32 даст предприятию дополнительную прибыль в размере 8205 тыс. рублей;

• использование в составе моторного масла класса SAE 15W-40 API SF/CC 20% очищенного базового масла обеспечит дополнительную прибыль заводу 4160 тыс. рублей.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. A.M. Ларин, А.Д. Макаров, МИ. Фалькович. «Применение термодиффузии для улучшения свойств базовых минеральных масел». Наука и технология углеводородов. - М., № 5, 2000 г. с. 46-47.

2. A.M. Ларин. А.Д. Макаров. «Исследование возможности очистки отработанных моторных масел методом термодиффузии». Тез. научно-технической конференция «Разра5о1ка, производство, применение горюче-смазочных материалов и технических средств нефтепродуктообеспечения». 20-23 октября 1998 г., Москва, с. 117-118.

3. A.M. Ларин, А.Д. Макаров, М.И. Фалькович, A.B. Захарян. «Влияние загущающей присадки на эффективность термодиффузионного разделения масел». Тез. конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефте-гаювого комплекса России», г. Москва. 1999 г, с. 56-57.

4. A.M. Ларин, А.Д. Макаров. «Термодиффузия как способ улучшения качества базовых масел». Тез. научно-технического семинара «Актуальные проблемы применения нефтепродуктов», г. Москва, 1999 г, с. 47.

5. A.M. Ларин, А.Д. Макаров, М.И. Фалькович. «Регулирование показателей качества с помощью термодиффузии». Тез. международной научно-технической конференции «Разработка, производство и применение смазочных материалов»« 4-8 сентября 2000 г., г. Бердянск, с. 123-124.

Введение.

ГЛАВА I (Обзор литературы)

1.1. Состояние производства товарных и базовых масел в Российской Федерации и за рубежом.

1.2. Требования к базовым и товарным маслам.

1.2.1. Требования к химическому составу базовых масел.

1.2.2. Методы разделения и исследования масляных фракций.

1.3. Пути улучшения эксплуатационных свойств смазочных масел.

1.3.1. Совершенствование технологии производства масел.

1.3.2. Присадки к маслам.

1.4. Изменение состава моторных масел в процессе работы.

1.5. Пути утилизации отработанных масел.

1.5.1. Очистка масел централизованного сбора.

1.5.2. Очистка масел индивидуального сбора.

1.6. Термодиффузия как метод разделения высококипящих фракций нефти.

1.6.1. Исследование состава фракций методом термодиффузии.

1.6.2. Получение высокоиндексных компонентов методом термодиффузии

1.6.3. Очистка масел с помощью термодиффузии.

ГЛАВА II

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы оценки качества масел.

2.3. Методы разделения масел.

ГЛАВА III

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИФФУЗИИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ БАЗОВЫХ МАСЕЛ.

3.1. Применение термодиффузии для прогнозирования свойств базовых масел.

3.2. Получение масел с заданными свойствами.

3.3. Улучшение свойств легированных индустриальных и моторных масел.69 3.3.1. Фильтруемость индустриальных масел и пути ее улучшения.

3.3.2. Улучшение низкотемпературных свойств моторных масел.

3.4. Применение термодиффузии для получения товарных моторных и индустриальных масел из базового масла И-20А.

ГЛАВА IV

ИЗУЧЕНИЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПРОЦЕССА

ТЕРМОДИФФУЗИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЛЕГИРОВАННЫМ МАСЛАМ.

4.1. Разделение модельных смесей в статическом режиме.

4.2. Разделение окисленных модельных смесей.

4.2.1. Статический режим процесса.

4.2.2. Динамический режим процесса.

ГЛАВА V

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИФФУЗИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ.

5.1. Исследование разделительной способности термодиффузионных колонн в отношении отработанных моторных масел с после их предварительной подготовки.

5.1.1. Очистка отработанных моторных масел методом термодиффузии с предварительным отгоном легких фракций.

5.1.2. Очистка отработанных моторных масел методом термодиффузии с предварительным отгоном легких фракций и использованием «термического удара».

5.1.3. Очистка ММО методом термодиффузии с предварительным использованием тонкопленочного испарения.

5.1.4. Определение условной высоты термодиффузионной колонны для получения продукта оптимального качества.

5.2. Исследование агрегативной устойчивости базовых масел с присадками

5.3. Прогнозирование работоспособности базовых масел с присадками.

5.4. Применение термодиффузии для получения моторных масел на базе очищенных ММО.

Выводы.

Снижение добычи нефти при расширении парка машин и механизмов требует экономного расходования топливно-энергетических ресурсов и, в частности, смазочных масел как их важной составляющей. На начало 90-х годов приходится период интенсивной работы национальных и международных организаций, специализирующихся в области создания, испытания, применения и контроля качества как базовых, так и товарных (в частности, моторных) масел. Этому способствует и принятая всеми странами мира маркировка товарных масел по классификации 8АЕ (Общество Инженеров-Автомобилистов), АР1 (Американский Нефтяной Институт), АСЕА (Комитет Европейских Производителей Автомобилей). Наряду с требованиями к качеству выпускаемых базовых и товарных масел особое внимание уделяется не только полноценному использованию имеющихся мощностей энерго- и трудоемкого их производства - одному из необходимых условий для повышения эффективности работы нефтеперерабатывающих предприятий, но и сырьевым источникам, которыми могут являться как нефтяные фракции, так и отработанные смазочные материалы, не требующие, в отличие от первых, наиболее дорогого процесса в схеме производства масел - депарафинизации.

Для выпуска конкурентоспособных базовых масел предприятиями отрасли отслеживается непостоянство состава нефтесмесей, поступающих на переработку, чтобы регулированием режимов технологических процессов добиваться качества масел, и его приемистости к присадкам, что наиболее актуально для современных моторных масел. Высокие требования к качеству моторных масел в первую очередь обуславливаются следующими факторами [ 1 ]:

• изменением конструкции поршневых двигателей с целью улучшения их топливной экономичности и экологичности, в особенности с совершенствованием процесса сгорания, применением турбонаддува при одновременном увеличении ресурса и снижения объема технологического обслуживания двигателей;

• использованием каталитических нейтрализаторов отработавших газов, обуславливающих ограничения на содержание активных элементов присадок (фосфор, галогены, металлы) в моторных маслах;

• изменением состава и свойств топлив в двигателях, вызванное экологическим законодательством ряда стран и регионов.

Таким образом, удовлетворение требований к товарным маслам некоторых классов стало возможно при использовании предварительно подготовленных базовых масел нефтяного и вторичного происхождения.

Эффективность регулирования эксплуатационных свойств товарных масел зависит не только от качества и технологии введения присадок в базовые масла, но и от химической природы и структуры содержащихся соединений в них. При изменяющемся составе перерабатываемого сырья и традиционных технологиях, получаемые масла не всегда стабильны по качеству. Поэтому разработка путей доведения качества масел до требуемого уровня с учетом максимально возможного их отбора от потенциала в первичном и вторичном сырье является необходимым условием для удовлетворения нужд промышленности и сельского хозяйства маслами повышенного спроса и качества.

Цель исследования. Научно-технически обосновать и разработать технологию очистки ММО с получением масел для их повторного использования, а также предложить метод прогнозирования возможности отбора продуктов заданного качества из сырья различного состава с помощью термодиффузии. Предложить малотоннажную безреагентную технологию получения базового масла заданного уровня качества. Задачи исследования:

- исследовать разделительную способность термодиффузионных колонн с целью изучения и регулирования состава и свойств базовых масел, получаемых из первичного и вторичного (ММО) сырья;

- с помощью безотходного, безреагентного процесса термодиффузионного разделения разработать и обосновать схему очистки ММО для получения базовых масел;

- изучить восприимчивость очищенных ММО к композиции присадок;

- предложить схемы и экономически обосновать получение товарных моторных и индустриальных масел из сырья различного состава с использованием процесса термодиффузионного разделения.

Научная новизна. Показана возможность прогнозирования состава и свойств базовых масел, полученных из сырья различного состава, в том числе и ММО, с применением метода термодиффузионного разделения. Выявлено, что с увеличением глубины очистки масла И-20А (отбор 80 %) происходит значительное снижение содержания парафино-нафтеновых углеводородов, в то время как суммарное количество парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических углеводородов остается прежним. Удаление полициклических нафте-ноароматических углеводородов и смол снижает динамическую вязкость масла при -20 °С, что позволяет улучшить показатели динамической вязкости и фильтруемости товарных продуктов. Установлено, что изменение индекса вязкости и температуры застывания фракций масла И-40А в зависимости от их отбора по высоте термодиффузионной колонны описываются Б-образной кривой, содержание серы в них изменяется линейно.

Показано, что при общей высоте термодиффузионной колонны 4 метра возможно удалить сернистые соединения из масла И-40А не более, чем в 2 раза. При исследовании разделительной способности термодиффузионных колонн в отношении модельных смесей масел с присадками отмечено более полное извлечение присадок из масла, когда они находятся в виде композиции, нежели по отдельности. Установлено, что на разделительную способность термодиффузионных колонн значительно влияет содержание в сырье продуктов глубокого окисления масел.

Практическая значимость. Рекомендован метод термодиффузии для прогнозирования отбора продуктов с заданными свойствами из сырья изменяющегося состава и получения масел улучшенного качества.

Показано, что с помощью процесса термодиффузионного разделения возможно получить из масла И-20А:

• индустриальное масло класса ISO 32 группы качества HLP, значительно превышающее по вязкостно-температурным характеристикам и по показателю фильтруемости масло «Castrol»;

• моторное масло с улучшенными физико-химическими характеристиками класса SAE 5W-30 API SF/CC без использования синтетического компонента.

Предложена схема переработки ММО с использованием процесса термодиффузионного разделения, позволяющая получать очищенные масла и применять их как компоненты базовых масел для производства товарных всесезонных моторных масел класса SAE 15W-40 API SF/CC. Приведено технико-экономическое обоснование получения товарных масел из ММО.

Выводы:

1. С целью улучшения качества масел, получаемых из сырья различного состава, исследована статика и динамика процесса его термодиффузионного разделения на установке АТР-3 со ступенчато-противоточной схемой обвязки колонн. Показано, что в силу высокой селективности термодиффузии по конфигурации и мольному объему молекул возможно:

• аналитически оценить содержание высокоиндексных компонентов в депа-рафинированном дистилляте для их максимального отбора от потенциала при производстве масел;

• уменьшить содержание серы в индустриальном масле И-40А (РНПЗ) с 0,64 до 0,38 % мае; снизить динамическую вязкость при -20 °С и улучшить фильтруемость масла И-20А (РНПЗ) для получения на его основе товарных масел: индустриального HLPISO-32 и моторного 5W-30;

• утилизировать ММО с применением очищенного продукта как компаунда (до 20 % мае.) к базовому маслу при производстве моторных масел класса SAE 15W-40 API SF/CG.

2. Выявлен S-образный характер кривой изменения индекса вязкости и температуры застывания компонентов масла и линейный характер изменения содержания серы в зависимости от их распределения по высоте термодиффузионной колонны.

3. Установлено, что при термодиффузионной доочистке масла И-20А с отбором от него 80 % целевого продукта вследствие уменьшения концентрации полициклических ароматических углеводородов и смол на 27 %, удается снизить низкотемпературную динамическую вязкость масла при -20 °С с 1900 до 910 eg, что позволяет увеличить с 68 до 81% его содержание в товарном моторном масле 5W-30, а с отбором 95 % от И-20А удается скорректировать до требуемого уровня показатель фильтруемости товарного индустриального масла типа HLP ISO-32. Получаемые остатки масла И-20А рекомендованы как компонент индустриального И-68СХ.

4. Впервые на модельных объектах исследована статика и динамика процесса термодиффузии для удаления присадок и их композиций из масел разной степени загрязненности в сравнении со свежим маслом. Показана возможность практически полного удаления из свежего масла введенных в него по отдельности моюще-диспергирующих присадок КНД, С-5А, В-714, и только на 75 % многофункциональной присадки ДФ-11. Удаление последней из масла более полно происходит в присутствии моюще-диспергирующих присадок. Наличие в масле продуктов окисления не обеспечивает полного удаления композиции присадок, предназначенной для моторных масел группы «Г».

5. Предложено применение процесса термодиффузии в технологии очистки ММО с предварительным удалением из него остатка (>485 °С) и легких фракций, что позволяет снизить условную зону разделения в термодиффузионной колонне в 6 раз. При этом очищенное масло с выходом 70 % мае. может использоваться в качестве базы товарного индустриального масла общего назначения, а также компонента (до 20 %) при производстве моторных масел класса SAE 15W-40 API SF/CC, поскольку по данным экспресс-лабораторной оценки качества оно не уступает товарному маслу той же группы.

6. Расчет технико-экономических показателей производства масел, основанный на рекомендациях выполненной работы показал, что:

• применение термодиффузии для получения базовой основы масла класса вязкости 5W-30 позволит за счет уменьшения количества синтетического компонента (поли-а-олефинов) снизить себестоимость товарного масла на 65%;

• внедрение в производство масла HLP ISO-32 даст предприятию дополни-тельйую прибыль в размере 8205 тыс. рублей;

• использование в составе моторного масла класса SAE 15W-40 API SF/CC 20% очищенного базового масла обеспечит дополнительную прибыль заводу 4160 тыс. рублей.

1. Шор Г.И. и др. - Факультатив «Производство и применение присадок к нефтепродуктам в новых условиях хозяйствования» - М., ГАНГ им. И.М. Губкина, 1996-43 с.

2. Бурлака В.Г., Рынок смазочных масел, Нефтепереработка и нефтехимия, М., 1998, №8.

3. В. Дорфман «Жигулевское меню» - «За рулем», № 11, 1998.v- с. 120.

4. Проблема совершенствования технологии производства и улучшения качества нефтяных масел. Сборник трудов. М.: Нефть и Газ, 1996. - 198 с.

5. Мекхаль Абдель Фаттах Нимер «Гирдооблагораживание сырья при производстве масел из нефтей Ближнего Востока»: Дис. канд. техн. наук: 05.17.07. -Защищена 25.04.89; Утв. М., 1989. - 170 с.

6. Черножуков Н.И.«Технология переработки нефти и газа» Ч. 3-я, М., Химия, 1978 г.-424 с.

7. Боренко JI.B., Сайдахмедов Ш.М., Фукс И.Г. «Оперативная оценка возможности применения моторных масел в высокотемпературных условиях эксплуатации» «ХТТМ» №1. 1996, 40 с.

8. Богомолов А.И., Гайле A.A., Громова В.В и др. «Химия нефти и газа», СПб: Химия, 1995.-448 с.

9. Казакова Л.П., Крейн С.Э. «Физико-химические основы производства нефтяных масел» М., Химия, 1978. 320 е., ил.

10. Трофимов В.А., Паниди И.С., Спиркин В.Г. «Термостабильные производные пропиленполиамидов как защитные присадки к маслам для систем перекачивания сероводородсодержащих газов» «ХТТМ» №1.1995, 48 с.

11. Фалькович М.И. «Исследование жидкофазной адсорбции цеолитом СаА нормальных парафинов высококипящих нефтяных фракций». Диссертация на соискание ученой степени к.х.н. М., 1969., МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, -146 с.

12. Усама Абу-Фахр «Рациональная переработка новой сирийской нефти с целью получения товарных нефтепродуктов с улучшенными экологическимисвойствами», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., РГУ Нефти и Газа, 1999 г.

13. Казакова Л.П. «Оптимальный химический состав базовых моторных масел». В сб. трудов «Проблема совершенствования технологии производства и улучшения качества нефтяных масел», М., Нефть и Газ, 1996. С. 35-48.

14. Агаев А.Н., Курило С.М., Садыхов К.И. и др. «Структура опытных образцов среднещелочных сульфонатных присадок» «ХТТМ» №3 1993 г. 40 с.

15. Голубева И.А., Толстых ЛИ. «Основы технологии нефтехимического синтеза и производство присадок». М., «Нефть и газ», 1995 г. 125 с.

16. Мовсун-Заде М.М., Новрузова H.A., Алиев Ш.Р. и др. «Производные гидро-ксиалкилтиофенолов и аминов как антикоррозионные присадки». «ХТТМ» № 5.1994 г.-48 с.

17. Шор Г.И. Механизм действия и экспресс-оценка качества масел с присадками. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1996 г. 106 с.

18. Жоров Ю.М., Виноградов В.М., Лабораторные работы по курсу применение ЭВМ в химической технологии. М., МИНГ, 1989.

19. Лашхи В.Л. и др. Работоспособность масел в технике. Тематический обзор. 1994, N6.

20. Боренко М.В. «Повышение работоспособности моторных масел для автотракторных дизелей». Кандидатская диссертация, М., ГАНГ им. И.М. Губкина, 1995 68 с.

21. Рязанов Л.С. и др. ХТТМ. 1985. -№ 11 - с. 29-30.

22. Григорьева М.А. и др. «Качество моторного масла и надежность двигателей». М.: Изд. стандартов. - 1981.-231 с.

23. Chia Soon Ku, Stephen M.H. Lubric. Eng. 1984. - v.40 -1 2 p. 75-83.

24. Улучшение качества нефтепродуктов и повышение эффективности их использования, п/р A.A. Гуреева, М., МИНХ и ГП, 1983.-163 с.

25. Крипе М.М. ХТТМ. 1977. - № 2 с. 45 - 48.

26. Резников В.Д. Двигателестроение. -1981. № 8 с. 56 - 59.

27. Евдокимов А.Ю., Экологические проблемы утилизации отработанных смазочных материалов. Докт. дисс., М., ГАНГ им. И.М. Губкина, 1997 321 с.

28. Коваленко В.П. Загрязнение и очистка нефтяных масел. М., Химия, 1978. -302 с.

29. Бухтер А.И. и др., Переработка отработанных минеральных масел. М.,

30. ЦНИИТЭнефтехим, 1975. 47 с.i

31. Амиров Я.С. и др., Сбор и использование отработанных продуктов за рубежом. М., ЦНИИТЭИМС, 1981. 28 с.

32. Бухтер А.И. и др., Нефтехим. симп., Киев, 15-20.10.90. Тез. докл., с. 259.

33. Stoica A. Rev. chim. 1992, v. 43, № 3-4, р. 109-112.

34. Чуршуков Е.С. и др., Современные способы и средства регенерации отработанных масел. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1987. 76 с.

35. Chem. and Eng. News. 1992, v. 70 N 7, р. 7

36. Chem. Marketing Repórter. 1992, v. 241, N 7, p. 9

37. Остриков В.В. «Очистка отработанных моторных масел с использованием разделяющего агента». Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1996 г.

38. Автомобильный транспорт и экология среды. Материалы технического совещания, М., ГАНГ им. И,М, Губкина, 1997 31 с.

39. Kalnes T.N., Youtsey K.J., James R.B. et al. Hazardous Waste and Hazardous Materials, 1989, v. 6, p. 51-66.

40. Шашкин П.И., Брай И.В. Регенерация отработанных нефтяных масел. М.; Химия, 1970. - 76 с.

41. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Использование отработанных смазочных материалов в капиталистических странах. М., ЦНИИТЭИМС, 1989 51 с.

42. Bolszakow G., Fuks I., Jewdokimow A. Et al. Ekologia plynow eksploatacyjnych / Pod red. A. Luksy. MCNEMT, Radom, 1991. 128 c.

43. Фукс И.Г. и др., Экологические проблемы рационального использования смазочных материалов. М., Нефть и газ, 1993. - 164 с.

44. Макаров А.Д., Фалькович М.И., Евдокимов А.Ю. и др. Получение маловязких индустриальных масел из отработанного сырья, ХТТМ, 1988, № 8, с. 1012.

45. Ch. Begeman, P. Kramer, Ind. Eng. Chem., 47, 202 208, 1955.

46. К. Van-Nes and H.A. Van Westen, «Состав масляных фракций нефти и их анализ», 162-7, 1951.

47. Н. Kramer, I. Broeder, I. Analit. Chem. A 2, 687-692, 1948.

48. H.G. Drickamer, E. Dougherty, J. Chem. Phys, 23,59,295,443, 1955.

49. Петров A.A. и др., Нефтехимия, № 2, с. 165, 1966.

50. Зимина К.И. и др., Нефтепереработка и нефтехимия, № 7, 1963.

51. Маркова JI.M., Макаров А.Д., Применение термодиффузии для разделения высококипящих фракций нефти. Сб. Труды МИНГ им. И.М. Губкина, вып. 172, 1983, с. 81-89.

52. Макаров А.Д., Термодиффузионное разделение высококипящих фракций нефти. Автореферат, М., 1993 27 с.

53. Присадки к маслам. П/ред. Крэйна С.Э. М., Химия, 1966 г. 400 с.

54. Каплан С.З., Радзвенчук И.Ф. Вязкостные присадки и загущенные масла. Л., Химия, 1982 г. 136 с.

55. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам. М., Химия, 1972 г. 360 с.

56. Тишков В.Н., Исагулянц В.И. и др., в сб. Присадки к маслам и топливам. М., Гостехиздат, 1961 г.

57. Заславский Ю.С., Заславский Р.Н. Механизм действия противоизносных присадок к маслам. М., Химия, 1978 г. 224 с.

58. Макаров А.Д., Гуреев A.A. и др., Оптимизация качества и совершенствование технологии производства товарных нефтепродуктов с целью расширенияих ресурсов. Научный отчет, М., МИНГ, 1987, 74 е., № гос. per. 01850079285/.

59. Макаров А.Д., Гуреев A.A. и др., Оптимизация качества и совершенствование технологии производства товарных нефтепродуктов с целью расширения их ресурсов. Научный отчет, М., МИНГ, 1988, 35 е., № гос. per. 01850079285/.

60. Евдокимов А.Ю. и др., Вслед за кислотными дождями масляные. Нефть России, № 11, 1997 г.

61. Шор Г.И., Трофимова Г.Л., Иванова О.В. «Экспресс-метод оценки термической стабильности присадок в маслах». ХТТМ, № 10, 1986 г., с. 35-37.62. A.c. № 1356731

62. Ван-Нес К., Ван-Вестен X., Состав масляных фракций нефти и их анализ, Издатинлит, 1954 г.

63. Исагулянц В.И., Егорова Г.М., Химия нефти. М., Химия, 1965 г.

64. Лашхи В.Л., Фукс И.Г., «Химия и технология топлив и масел», 1992, № 11, с. 43-46.

65. Ю.М. Жоров, В.М. Виноградов, Лабораторные работы по курсу применение ЭВМ в химической технологии. М., МИНГ, 1989.

66. Казакова Л.П. Твердые углеводороды нефти. М.: Химия, 1986. - 176 с.

67. Бадыштова K.M., Чесноков A.A., Иванкина Э.Б. Современные индустриальные масла для промышленного оборудования. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1974, 75 с.

68. Масла и жидкости для прмышленного оборудования. / Под ред. П.Н. Узункояна. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983, 152 с.

69. Улучшение качества индустриальных масел для примышленного оборудования. / Под ред. В.Л. Казанского. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979, 153 с.

70. Кореляков Л.В., Школьников В.Н. Современные высокоиндексные масла из нефтяного сырья. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1972, 80 с.

71. Мэнли Jl.В. Изменяющиеся требования к индустриальным маслам и смазкам. Обзорный доклад на VIII мировом нефтяном конгрессе.- М.: Внешторгиздат, 1971 ,20 с.

72. Батуева И.Ю. и др. Химия нефти. Л., Химия, 1984. - 360 с.

73. Сафиева Р.З. Основные положения и проблемы физико-химической технологии нефти. Наука и технология углеводородов. М., ГАНГ, № 1, 1998. с. 8086.

74. Фролова Т.С. Регулирование физико-химических свойств нефтяных дистиллятов введением добавок и лазерным излучением. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. М.: МИНГ им. И.М. Губкина, 1995.- 124 с.

75. И.С. Зеленецкая, С.П. Адаменко. Экспресс-метод определения примесей в работавших маслах по оптической плотности. ХТТМ, 1977, № 8, с. 58-60.

76. Н.И. Черножуков, С.Э. Крэйн. Окисляемость минеральных масел. М.: Гос-топтехнадзор, 1955. - 372 с.

77. В.Д. Резников, А.Г. Павлов. Новые требования к моторным маслам за рубежом. М.: ХТТМ, 1994, № 7-8, с. 33.

78. В.А. Золотов. Моторные и трансмиссионные масла. Состояние производства и применения. М.: ХТТМ, 1998, № 5, с. 18-20.

79. В.Д. Резников. Новое в зарубежных классификациях моторных масел. М.: ХТТМ, 1996, №6, с. 26-30.

80. Т.Н. Шабалина. Разработка технологии производства нефтяных маловязких масел с применением гидрокаталитических процессов. Дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: РГУ нефти и газа, 1999 г. -361с.

81. М.С. Гамылин. Гидравлические приводы систем управления. М.: Машиностроение, 1977. - 376 с.

82. Л. Беллани. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Издательство «Иностранная литература», 1963 г. 583 с.

83. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / И.Г. Анисимова, K.M. Бадыштова и др.; П/ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е перер. и доп. М.: Издательский центр «Техин-форм», 1999. - 596 с.

84. Л.В. Колядов и др., Финансовый менеджмент, учебное пособие. М., ГАНГ, 1997. -204 с.

85. Л.Г. Злотникова и др., Организация и планирование производства. Управление нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями. М., Химия, 1988.-320 с.

86. Л.Г. Злотникова и др., Организация, планирование и управление нефтеперерабатывающими (нефтехимическими) предприятиями. М., 1983.

87. А.Ю. Евдокимов, И.Г. Фукс, Т.Н. Шабалина, Л.Н. Багдасаров. «Смазочные материалы и проблемы экологии». М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000 г. - 424 с.

88. Biggin R., Chemonini A., Hem. Ind., 1996, v. 50, № 9, p. 349-351.

89. Ишмаков P.M., Гаднев 3.X., Хафизов A.P., Губайдуллин Н.М. Комбинированный способ очистки отработанных моторных масел. Деп. в ВИНИТИ 31.12.97, № 3842-В97.