Попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Сумський державний університет

Автореферат дисертації

Попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами

21.06.01 - екологічна безпека

Чайка Оксана Григорівна

Суми - 2012

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті „Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Мальований Мирослав Степанович Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра прикладної екології та збалансованого природокористування, завідувач кафедри

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Семчук Ярослав Михайлович Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, кафедра безпеки життєдіяльності, завідувач кафедри

- кандидат технічних наук, с.н.с., Вакал Сергій Васильович Сумський державний науково-дослідний інститут мінеральних добрив і пігментів, директор

АНОТАЦІЯ

Чайка О.Г. Попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами. - На правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Сумський державний університет Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, Суми, 2012.

Дисертаційна робота присвячена розробленню комплексної технології регенерації відпрацьованої моторної оливи з різними початковими показниками вологості, вмісту асфальтенів та механічних домішок для забезпечення екологічної безпеки від забруднених відпрацьованими моторними оливами природного навколишнього середовища. На основі даних моніторингу зроблений висновок про значний рівень забруднення навколишнього середовища відпрацьованими оливами та про високий рівень екологічної небезпеки, яка створюється внаслідок цього забруднення. Розроблено комплекс організаційних заходів щодо збору ВМО, який включає: створення норм збору ВМО; створення системи збору ВМО; створення дозвільної системи поводження з ВМО як з небезпечними відходами; створення системи економічного стимулювання діяльності в області збору ВМО; створення та функціонування системи штрафів за порушення норм поводження з ВМО як з небезпечними відходом. Встановлено, що ефективним методом відділення невеликих кількостей води та асфальтенів із відпрацьованих олив є їх адсорбційне очищення із використанням активованих бентонітів або бентонітів у нативній формі. Експериментальними дослідженнями встановлені оптимальні режимні параметри цього процесу. Для зневоднення сильно заводнених відпрацьованих олив запропоновано використовувати метод деемульгування, експериментами встановлено, що найефективнішим є застосування деемульгатора Sot, а у ролі розчинника - сольвенту нафтового. Встановлені оптимальні режимні параметри процесу деемульгування відпрацьованих олив. Тверді частинки із ВМО (механічних забруднень та відпрацьованого сорбенту) запропоновано відділяти центрифугуванням. На основі аналізу даних досліджень розроблена комплексна технологія регенерації відпрацьованих олив різного ступеня забруднення, яка успішно апробована в лабораторних умовах.

Ключові слова: екологічна безпека, відпрацьовані моторні оливи, адсорбція, бентоніти, деемульгатори.

АННОТАЦИЯ

Чайка О.Г. Предупреждение загрязнения окружающей среды отработанными моторными маслами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01. - экологическая безопасность. - Сумский государственный университет Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Сумы, 2012.

Диссертационная работа посвящена разработке комплексной технологии регенерации отработанного моторного масла с различными начальными показателями влажности, содержания асфальтенов и механических примесей (различное содержание этих загрязнителей связано с различными условиями эксплуатации, транспортирования и хранения отработанных моторных масел) для обеспечения экологической безопасности от загрязнения отработанными моторными маслами окружающей среды. Данными проведенного мониторинга установлено, что в Украине в 2012 году образуется 242 тис тонн отработанных моторных масел. На основании данных мониторинга сделан вывод о значительном уровне загрязнения окружающей среды отработанными маслами и о высоком уровне экологической опасности, которая образуется в результате этого загрязнения. Расчитаны финансовые показатели экологического вреда, который будет нанесен окружающей среде вследствии загрязнения грунтов только 10% от всех образующихся отработанных моторных масел. Загрязнения этими маслами 100 га земли нанесут окружающей среде вред, на возмещение которого необходимо 5,8 млн грн. Разработан комплекс организационных мероприятий для сбора отработанных моторных масел, который включает: создание норм сбора отработанного масла, создание системы разрешений обращения з отработанными маслами как с опасными отходами, создание системы экономического стимулирования государством деятельности в области збора отработанных масел, создание и функционирования системы штрафов за нарушение норм обращения с отработанными маслами как с опасным отходом. Установлено, что эффективным методом отделения небольших количеств воды и асфальтенов с отработанных моторных масел является их адсорбционная очистка с использованием активированных бентонитов или бентонитов в нативной форме. Экспериментальными исследованиями установлены оптимальные режимные параметры этого процесса (температура 50⁰С, время перемешивания среды - 200 секунд). Для обезвоживания сильно заводненных моторных масел предложено использовать метод деемульгирования. Экспериментами установлено, что наиболее эффективным является использование деемульгатора Sot, а в роли растворителя - сольвента нафтопродуктов. Установлены оптмальные режимные параметры процесса деемульгирования отработанных моторных масел, в которых находится значительное количество воды (температура 60⁰С, общая длительность обезвоживания - 6 часов). Твердые частицы из ВМО (механические загрязнения и отработанный сорбент) предложено отделять центрифугированием. Оптимальными режимными параметрами центрифугирования являются время центрифугирования 3 минуты, температура среды - 50⁰С. На основании анализа данных исследований разработана комплексная технология регенерации отработанных моторных масел различной степени загрязнения, которая успешно апробирована в лабораторных условиях. Предложенная блок схема включает стадии: коагуляции, адсорбционной очистки, отстаивания, центрифугирования, отгонки топлива. Использование блок-схемы дает возможность реализовать технологические схемы регенерации отработанных моторных масел с различным диапазоном содержания воды. Отработанные масла с содержанием воды, больше 15,6%, поступают на стадию обезвоживания, где процесс разделения водно-масляной смеси реализуется с применением деэмульгатора. Для процесса коагуляции в соответствии с данными исследований используют деемульгатор и растворитель (сольвент) - для уменьшения вязкости отработанных моторных масел. На завершальной стадии процесса регенерации используется отгонка топлива. Ректификационная колонна предусматривает отгонку топлива с регенерированного моторного масла, что разрешает получить его качество, соответствующее требованиям разработанных нами технических условий ТУ У 23.2-22340203-044:2011. Регенерированное масло согласно исследованных параметров может повторно использоваться в машинах и механизмах промышленного оборудования, как компонент базового масла для изготовления моторных и индустриальных масел. Данные исследований передано в ВАТ "ГОРХИМПРОМ" для использования при проектировании соответствующих технологий регенерации моторных масел, что подтверждается соответствующим актом от 18 июня 2011 года

Ключевые слова: экологическая безопасность, отработанные моторные масла, адсорбция, бентониты, деэмульгаторы.

ANNOTATION

Chayka O.G. Prevention of environmental pollution used engine oils - Manuscript.

Thesis for PhD degree by specialization 21.06.01-Ecological safety. - Sumy State University Ministry of Education and Science, Youth and Sport of Ukraine, Sumy, 2012.

The thesis is devoted to development of complex technology regeneration of waste motor oil with different initial parameters moisture content asphaltenes and impurities. Based on survey data, concluded that significant level of pollution of waste oils and a high level of environmental hazards created as a result of pollution. A series of administrative measures to collect the WMO, which includes a collection of standards WMO, a collection of WMO, a systems that allow the treatment of WMO as hazardous waste, the creation of economic incentives in the collection of the WMO, the creation and operation of penalties for violation of the treatment of WMO as hazardous waste. Determined that an effective method for small quantities of water department and asphaltenes of waste oils is their adsorption treatment using activated bentonites or bentonites in native form. Experimental studies established the optimal regime parameters of the process. For dehydration of severely hydrated waste oils offered to use the method deemulsification, it was determined that the most effective is the use deemulhatora Sot, and as a solvent - solvent oil. The optimum regime parameters of deemulsification waste oils. Solid particles of WMO (mechanical impurities and spent sorbent) proposed separate centrifugation. On the basis of these studies developed a comprehensive technology regeneration of waste oils of varying degrees of pollution, which has been successfully tested in laboratory conditions.

Key words: ecological safety, used oil, adsorption, bentonites, deemulsifiers.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми Проблема екологічної небезпеки застосування мастильних матеріалів невід'ємна від утилізації відпрацьованих олив, які на теперішній час спричиняють найбільший негативний вплив на всі об'єкти навколишнього середовища - атмосферу, ґрунти та воду.

Сьогодні Україна споживаючи більше 1 млн т/рік свіжих олив, а в умовах відсутності нормативу збору офіційно збирає близько 500 тис т/рік відпрацьованих нафтопродуктів, тобто має реальний сировинний ресурс приблизно рівний аналогічному ресурсу Німеччини 660 тис т/рік. Але, в Україні 90% обсягів цієї сировини скидається в навколишнє природне середовище або використовується некваліфіковано.

Відпрацьовані оливи відносяться до небезпечних джерел забруднення навколишнього середовища. За даними корпорації Exxon-Mobil, один літр відпрацьованої оливи може забруднити мільйон літрів питної води.

Постійне введення все більшої кількості поліфункціональних присадок з ціллю підвищення експлуатаційних характеристик та збільшення терміну роботи мастильних олив призводить до накопичення у відпрацьованих моторних оливах (ВМО) сполук, токсичних для навколишнього середовища. ВМО можуть вміщати в собі до 25% шкідливих речовин (механічних забруднень, присадок, важких металів, розчинників, кислот, пального, продуктів деструкції, конденсації, полімеризації та окиснення нафтенових та ароматичних сполук, що входять до складу базових олив), які негативно впливають на навколишнє середовище.

У ВМО ідентифіковано більше 140 видів канцерогенних поліциклічних вуглеводнів. Кількість цих сполук збільшується в міру збільшення терміну експлуатації олив. Так, для легкових карбюраторних автомобiлiв середнє збільшення кількості канцерогенних поліциклічних вуглеводнів з 4 - 7 кільцями складає 26,8 мг/кг на 1000 км пробігу. Через 10-15 тис км пробігу у відпрацьованій оливі міститься від 270 до 400 мг/кг канцерогенних поліциклічних вуглеводнів, які утворюються в результаті згоряння оливи та потрапляння їх в оливу з палива.

Серед різних напрямів використання відпрацьованих олив найбільш важливе місце займають методи регенерації. Сутність регенерації полягає в очищенні оливи від механічних домішок та води, відгонці паливних фракцій, а також видаленні органічних кислот, смол та інших продуктів окиснювання, доведення складу регенерованої оливи до необхідних норм. Із 100 тонн відпрацьованих олив можна отримати 60 - 80 тонн регенерованого продукту, тоді як із 100 тонн нафтової сировини - усього 10 тонн свіжих олив та мастил.

Відновлення властивостей відпрацьованих олив та повторне їх використання має важливе значення для народного господарства України: забезпечує реальну економію ресурсів країни та попереджає екологічну загрозу потрапляння ВМО в навколишнє середовище. Враховуючи актуальність проблеми доцільною є запровадження комплексу правових, організаційних та технологічних заходів для попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідницької роботи кафедри “Екологія та охорона навколишнього середовища” Національного університету «Львівська політехніка» з проблеми «Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології» згідно з науково-технічною програмою Міністерства освіти України № держреєстрації 0194 U 029586.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення комплексу правових, організаційних та технологічних заходів для попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі завдання:

- встановити ступінь забруднення відпрацьованих моторних олив визначивши головні забрудники та рівень їх концентрацій в оливах;

- запропонувати стратегію збору та утилізації відпрацьованих моторних олив;

- виконати порівняльний аналіз сучасних методів очищення відпрацьованих моторних олив;

- розробити екологічно-безпечну, ресурсозберігаючу комплексну технологію регенерації відпрацьованої оливи;

- встановити оптимальні умови проведення регенерації ВМО.

Об'єкт дослідження - забруднення відпрацьованими оливами навколишнього природного середовища.

Предмет дослідження - комплекс правових, організаційних та технологічних заходів з ціллю попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами.

Методи досліджень включають методи визначення фізичних характеристик ВМО згідно відповідних ДСТУ. Для визначення вмісту води у ВМО використовували метод Діна-Старка, для визначення вмісту смол та асфальтенів - фотоколориметричний спосіб, для визначення вмісту механічних домішок - ваговий метод, мінеральний склад сорбенту (бентоніту) визначався методом рентгено - фазового аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті досліджень шляхів вирішення проблеми - зменшення екологічного навантаження внаслідок розроблення та впровадження технології регенерації відпрацьованої моторної оливи, отримано та сформульовано такі результати:

1. Вперше визначено масштаби забруднення відпрацьованими моторними оливами навколишнього природного середовища України;

2. Вперше запропонована комплексна блок - схема регенерації відпрацьованої моторної оливи та досліджені її стадії;

3. Вперше встановлені оптимальні режимні параметри реалізації окремих стадій технології утилізації відпрацьованої моторної оливи;

4. Вперше встановлено оптимальна ступінь активації бентоніту для застосування його в процесах регенерації відпрацьованої моторної оливи.

Практичне значення одержаних результатів. Аналіз даних експериментальних та дослідно-промислових випробувань дозволив досягти таких практичних результатів:

- розроблено, захищено патентом України та апробовано в дослідно-промислових умовах спосіб регенерації відпрацьованої моторної оливи;

- розроблено установку, яку захищено патентом України, та запропоновано комплексну технологію регенерації відпрацьованої моторної оливи;

- розроблено та погоджено із споживачами ТУ У 23.2-22340203-044:2001 "Олива регенерована";

- дані теоретичних та експериментальних досліджень передано в ВАТ «ГІРХІМПРОМ» для впровадження промислової технології, що підтверджується відповідним актом від 18 червня 2011року.

Особистий внесок здобувача. Полягає у проведені експериментальних досліджень щодо вибору найефективніших методів зневоднення відпрацьованої моторної оливи, обґрунтуванні вибору очищення шляхом деемульгування та доочищення природним активованим сорбентом, в результаті чого запропоновано комплексну технологію для регенерації відпрацьованих моторних олив та встановлено оптимальні параметри кожної стадії процесу. Здобувач брав безпосередню участь в обробці отриманих результатів та їх аналізі, формуванні основних положень та висновків роботи. Здобувачем отримано два деклараційні патенти України на корисну модель „Спосіб регенерації відпрацьованих олив” та „Установка для регенерації відпрацьованої оливи”.

На основі аналізу даних досліджень розроблена комплексна технологія регенерації відпрацьованої оливи. Постановка завдання, обговорення результатів досліджень, їх інтерпретація, узагальнення та формулювання висновків проводились під керівництвом наукового керівника, д.т.н., професора Мальованого М.С.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися і були схвалені на конференціях:

1. ІІІ Міжнародна науково-практична конференція «Проблеми економії енергії» (Львів, 2001);

2. 8-а Міжнародна науково-технічна конференція «Розробка, виробництво та застосування мастильних матеріалів та присадок» (Бердянськ, 2003);

3. VІІІ-а Міжнародна науково-практична конференція «Проблеми управління якістю підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти України в Європейський простір та перспективні природоохоронні технології» (Львів, 2003);

4. ХІІ-тая международная научно-техническая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Бердянськ, 2004);

5. ІІІ-я науково-технічна конференція «Поступ в нафтопереробній й нафтохімічній промисловостях» (Львів, 2004);

6. ХІІІ-тая международная научно-техническая конференция «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Алушта, 2005);

7. Х-та наукова конференція «Львівські хімічні читання - 2005» (Львів, 2005);

8. 9-та науково-технічна конференція «Мастильні матеріали» (Бердянськ, 2006);

9. XV-ая международная научно-техническая конференция «Экологическая и техногенная безопасность. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов» (Бердянск, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 статей у фахових наукових виданнях, 1 стаття у інших наукових виданнях, 9 доповідей на міжнародних науково-технічних конференція та 2 патенти України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Матеріали дисертаційної роботи викладено на 184 стор. машинописного тексту, ілюстровано 37 рисунками, текст містить 12 таблиць, у бібліографії наведено 152 літературних джерел на 17 сторінках, 6 додатків на 26 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, визначено об'єкт та предмет досліджень, охарактеризовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, надано інформацію щодо апробації та впровадження результатів роботи.

У першому розділі проаналізовано законодавство України та інших країн з позиції регулювання збору та регенерації олив, проаналізовано практику такої діяльності, розглянуті види забруднень ВМО, існуючі перспективні технології їх регенерації та відомі процеси відділення основних забрудників.

З проведеного аналізу випливає, що в літературі відсутня інформація, яка б однозначно встановлювала технологію регенерації ВМО, забруднених в результаті експлуатації і в процесі збору та зберігання. Тому ці питання і становили завдання досліджень.

Другий розділ присвячено аналізу фізико-хімічних показників ВМО. Для визначення фізико-хімічних властивостей ВМО запропоновано використовувати відомі методики: густину ВМО визначали пікнометричним методом; вміст води у ВМО визначали методом Діна-Старка; вміст механічних домішок у ВМО визначали ваговим методом; вміст смол та асфальтенів у ВМО визначали фотоколориметричним методом (вважаючи що ця величина пропорційна оптичній густині проби ВМО, яка досліджувалась).

Аналіз цих показників (таблиця 1) дозволяє зробити висновок, що основними забруднювачами ВМО є механічні домішки, вода (розчинена у вигляді емульсії), смоли та асфальтени, підвищена зольність вказує, що у ВМО присутні продукти розкладу присадок.

Таблиця 1 - Порівняння показників досліджуваної ВМО з нормованими

№	Показники	Норма згідно ДСТУ	Значення ВМО
1	Умовна в'язкість при 20°С, с	вище 40	13
2	Густина при 20°С, кг/м3, не більше	905	925
3	Кінематична в'язкість при 50°С, мм2/с (сСт)	вище 35	22
4	Зольність		0,29
5	Масова частка механічних домішок, %, не більше	1	2,7
6	Масова частка води, %,	2	15,6
7	Колір на колориметрі ЦНТ,одиниці ЦНТ, не більше		6,0

Перевищення нормованих показників у досліджуваній ВМО вказує на недотримання умов транспортування, збору та зберігання оливи, а це призводить до ускладнення вибору методу регенерації.

Для очищення ВМО від цих забрудників запропоновано використовувати деемульгаційні та адсорбційні методи із використанням природних дисперсних сорбентів. Для обох цих груп методів розроблені методики досліджень.

В третьому розділі визначено масштаби забруднення відпрацьованими моторними оливами та проведено моніторинг забруднення в Україні ВМО. Проведено розрахунок шкоди від забруднення ВМО навколишнього середовища. Розроблений комплекс заходів щодо запровадження системи збору ВМО.

Найбільша частка у загальному споживанні мастильних олив в Україні припадає на моторні (74,1%) та індустріальні (21,4%) оливи. Джерелом утворення великих об'ємів відпрацьованих мастильних матеріалів є моторні оливи для бензинових та дизельних двигунів

Враховуючи те, що автотранспортний парк є одним з головних постачальників ВМО в Україні, проводився аналіз структури автотранспортного парку України (рисунок 1).

Згідно статистики, на Україні середня річна норма утворення ВМО складає 0,02 т/автомобіль. Отже, перемноживши загальну кількість автомобілів на норму утворювання ВМО на один автомобіль в рік ми отримаємо масштаби утворення ВМО в рік в Україні. Відповідно в 2012р., потенційна кількість ВМО склала 242 000 т/рік. Аналогічні розрахунки проведені для інших років (рисунок 2).

Рисунок 1 - Тенденція росту автотранс-портного парку за період 2005-2012

Рисунок 2 - Динаміка зміни кількості утворюваних ВМО на Україні за 2005 - 2012 роки

Проведено розрахунок шкоди від забруднення ВМО навколишнього середовища. Встановлено, що навіть незначна кількість (10%) ВМО від загальної кількості ВМО, що утворюються у всій Україні, яка потрапляє в навколишнє середовище, а саме в ґрунти, несе значну шкоду не лише матеріальну, але і шкоду від забруднення навколишнього середовища, а наслідки усунення шкоди становлять 5 886 000 грн. Отримана розрахунковим шляхом сума враховує відшкодування лише на ліквідацію аварії та не враховує затрат на відновлення та рекультивацію землі.

Для забезпечення функціонування дієвої системи охорони навколишнього природного середовища від ВМО необхідне вирішення таких завдань:

1. Створити діючу систему збору та класифікації ВМО.

2. Розробити комплексну технологію очищення ВМО, яка б враховувала широкі коливання в концентраціях забрудників

3. Створити ряд установок, які б забезпечували необхідний об'єм перероблення зібраних ВМО.

Для створення ефективної системи збору ВМО в Україні необхідно реалізувати ряд заходів:

1. Законодавчо затвердити норми збору ВМО та реальний первинний облік їх обласними управліннями охорони навколишнього природного середовища.

2. Створити дозвільну систему поводження з ВМО як з небезпечним відходом.

3. Створити систему економічного стимулювання діяльності в області збору ВМО.

4. Створити систему штрафів за порушення норм поводження з ВМО як з небезпечним відходом.

Четвертий розділ присвячений дослідженню процесів зневоднення ВМО із застосуванням деемульгаторів та адсорбційного очищення. В цьому розділі приведені отримані із використанням експериментальних даних апроксимаційні залежності для таких процесів:

а) залежність вмісту води в ВМО від кількості використаного розчинника- поліноміальна регресійна модель третього ступеня;

б) залежність вмісту води у ВМО від кількості використаного деемульгатора - поліноміальна регресійна модель третього ступеня;

в) залежність вмісту води у ВМО від температури - лінійна регресійна модель;

г) залежність вмісту води у ВМО від кількості використаного адсорбенту активованого бентоніту - лінійна регресійна модель;

д) залежність вмісту механічних домішок від вмісту води у ВМО - лінійна регресійна модель.

Для руйнування досліджуваної емульсії ВМО були проведені зрівняльні випробування різних процесів: промивання через фільтр; промивання в шарі води; промивання в шарі розчину деемульгатора; промивання в шарі розчину деемульгатора та флокулянта; промивання в шарі розчину соляної кислоти та флокулянта. Дослідженнями встановлено, що найкраще руйнування емульсії ВМО проходить за умови промивання її в шарі розчину деемульгатора. Тому наступним етапом досліджень стало встановлення типу деемульгатора, який дозволяє досягнути оптимальних умов розділення емульсії ВМО та типу розчинника (сольвенту), в якому найбільш раціонально розчиняти деемульгатор, вводячи його в склад ВМО. Дані досліджень приведені в таблиці 2.

забруднення відпрацьована моторна олива

Таблиця 2 - Залишковий вміст води в емульсії після обробки деемульгаторами

Тривалість відстоювання	ПМ	OWT	Sot
	500 г/т	1000 г/т	500 г/т	1000 г/т	500 г/т	1000 г/т	2000 г/т
1доба	15,6	15,6	14,33	14,30	14,00	14,00	12,8
2доби	15,6	15,6	14,33	14,30	14,00	10,30	5,8
3 доби	15,6	15,6	14,33	14,20	14,00	10,00	3

Як свідчать дані досліджень, найефективнішим виявився деемульгатор Sot (хоча і незначно), тому подальші дослідження впливу тривалості відстоювання на ефективність деемульгування було вирішено проводити саме з цим деемульгатором.

Досліджувались три типи розчинників - прямогонний бензин, толуол (ароматичний вуглеводень, який розчиняє смоли та асфальтени, тим самим зменшує міцність адсорбційних шарів емульсії ВМО) та сольвент нафтовий ГОСТ 10214-78, який є очищеною сумішшю ароматичних вуглеводнів бензольного ряду (до складу сольвенту входить до 70 - 80% ксилолів та етилбензол). Результати досліджень приведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - Залишковий вміст води в емульсії після обробки деемульгатором Sot і розчинником

Тривалість відстоювання	10% розчинника від маси ВМО
	1000 г/т Sot	3000 г/т Sot
Прямогонний бензин
24 години	11,8	2,13
Толуол
24 години	2,27	0,8
Сольвент
24 години	2,29	0,82

Як видно із таблиці 3, більш ефективними розчинниками є толуол та сольвент, але враховуючи те, що толуол є токсичною речовиною та відноситься до ІV класу небезпечності, для подальших досліджень ми використовували сольвент, який є доступним реагентом і може використовуватись у випадку промислової реалізації процесу.

Проводили також дослідження, ціллю яких було встановити оптимальну витрату розчинника, що вноситься у ВМО. Як видно із результатів досліджень, представлених на рис.3., вплив розчинника є суттєвий, оскільки вже за умов витрати його 1% від маси ВМО вдається досягти позитивного результату. За умови збільшення витрати в інтервалі з 3% до 6% від маси ВМО, процес зневоднення стабілізується, тому оптимальною витратою толуолу є 3% від маси ВМО.

Рисунок 3 - Залежність залишкового вмісту води в ВМО від дозування розчинника сольвенту

Подальшими дослідженнями встановлювались оптимальні параметри зневоднення. Було встановлено, що найефективніше зневоднення проходить за умови витрати деемульгатора 0,6 мл з добавкою 3 мл толуолу на 100 г відпрацьованої оливи. За такого співвідношення реагентів вдалось досягли вологовмісту у ВМО 0,8% (початковий вміст води в оливі складав 15,6%). Спроба подальшого зменшення вмісту води у ВМО шляхом введення додаткової кількості деемульгатора та розчинника не покращила результатів.

Вплив температури на процес зневоднення досліджувався за встановлених раніше оптимальних умов реалізації процесу зневоднення: дозування деемульгатора Sot в кількості 0,6 % від маси ВМО, сольвенту - 3% від маси ВМО. Дослідженнями встановлено, що в інтервалі температури від 30?С до 60?С процес зневоднення проходить повільно. Це пов'язано з цим, що в цих межах в'язкість ВМО зменшується поступово, а досягаючи температури 60?С, що достатньо для досягнення ефективної швидкості осідання частинок, процес зневоднення проходить за встановленими нами раніше оптимальними параметрами. У цьому випадку досягається кінцевий вміст води в ВМО 0,8%. Подальше збільшення температури потребує додаткових енергозатрат і разом з тим не приводить до помітного покращання ефективності процесу. Експериментами встановлено, що необхідний час відстоювання ВМО в термостатованому стані для найбільш повного деемульгування води і розділення фаз складає 6 годин. Дані подані у таблиці 4.

Таблиця 4 - Оптимальні умови зневоднення ВМО за допомогою демульгаторів

Загальний час процесу зневоднення ВМО	Кількість деемульгатору Sot, % від маси ВМО	Кількість розчинника - сольвенту, % від маси ВМО	Температура, 0С
6 годин	0,6	3	60

Згідно проведених нами досліджень було доведено ефективність деемульгатора Sot, який дозволяє досягьт зменшення вмісту води у ВМО до 0,8%. Доочищення ВМО ми проводили адсорбційним методом з використанням природних сорбентів.

Проводились дослідження впливу термічної активації на адсорбційну ємність бентоніту відносно забрудників ВМО. Проведений нами диференціально-термічний аналіз показав, що в процесі нагрівання бентоніти поступово втрачають гігроскопічну вологу, а потім - адсорбційно зв'язану вологу. Оптимальна температура складає 220 - 250⁰С. За умови подальшого нагрівання до температури 500⁰С і вище бентоніти втрачають гідроксильні групи міжшарової води і змінюють свою кристалічну структуру, втрачаючи здатність до набрякання або можливість втримувати в міжпакетному просторі молекули речовини більшого діаметру (можливо із більшою полярністю ніж молекули води). А це призводить до зміни форми та поверхні частинок, що погіршує адсорбційні властивості бентоніту. Проведені нами дослідження, дані яких відображені на рис.4, підтверджують, що термічну активацію з температурою вище 250⁰С проводити недоцільно, оскільки у цьому випадку за умови значно більших енергетичних затрат не досягається збільшення адсорбційної ємності.

Проводились, також, дослідження, ціллю яких було встановлення оптимального ступеня розкладу бентоніту, який дозволяв би досягти максимального ступеня регенерації ВМО. Як критерій оптимізації використовувались кінцевий вологовміст у ВМО та залишковий вміст асфальтенів у регенерованій ВМО (визначався за оптичною густиною ВМО). Дослідження полягали у встановленні адсорбційної ємності бентоніту щодо води та залишкової оптичної густини із різним ступенем розкладу для ідентичних умов реалізації процесу (вміст бентоніту 10г/100г оливи, перемішування в апараті з мішалкою, температура - 40^оС).

Дослідженнями показано рис.5, що оптимальна ступінь активації, за якої досягається максимальна адсорбційна ємність відносно води та асфальтенів, складає 41%. Подальше збільшення ступеню розкладу бентоніту недоцільне, оскільки в цьому випадку ефективність бентоніту для регенерації ВМО не збільшується, а витрати енергії та реагентів на активацію зростають.

Нами досліджувалась можливість застосування для регенерації ВМО як природних неактивованих, так і активованих бентонітів. Оскільки, як показано на рис.5., оптимальним ступенем кислотної активації бентоніту Ільницького родовища є ступінь розкладу 41%, то саме такий бентоніт і застосовувався для досліджень.

Дослідження адсорбційного очищення реальних ВМО з вологовмістом 15,6% проводились для проби, наданої ТзОВ Науково-виробнича фірма «Реагент». Досліди проводилися у стаціонарному режимі за умов постійної температури t=18⁰С. До проби ВМО вагою 0,2 кг почергово добавляли натуральний бентоніт (а для другої серії досліджень - активований бентоніт) в різній кількості (0,15, 0,2, 0,4, 0,6 кг). Суміш механічно перемішували протягом 30 хвилин. Після відстоювання з верхнього шару відбирали проби для проведення аналізу на процентний вміст вологи у ВМО. Дані експериментів у вигляді залежності кінцевого вологовмісту ВМО від кількості наважок бентоніту представлено на рис.6. Рис.6 свідчить, що більш ефективно використовувати для очищення активований бентоніт.

Рисунок 6 - Залежність кінцевого процентного вологовмісту ВМО (В, %) від кількості добавленого бентоніту (М, кг)

Проводились дослідження, ціллю яких було встановлення ефективності очищення ВМО від смол та асфальтенів (рис.7). Як і в попередньому випадку, ефективне очищення забезпечує використання активованого бентоніту.

Рисунок 7 - Дослідження кінетики очищення ВМО від смол та асфальтенів шляхом адсорбції їх на активованому бентоніті

Дані досліджень впливу температури на ефективність адсорбції асфальтенів із ВМО бентонітами (рис.8) показали, що в інтервалі температур 20 - 50⁰С температура у деякій мірі впливає на адсорбційну ємність бентоніту відносно асфальтенів. На нашу думку це може бути пов'язано із зміною структури бентоніту у випадку підвищення температури в середовищі оливи. Але в подальшому із збільшенням температури зростання адсорбційної ємності бентоніту не проходить. Тому як оптимальна температура реалізації процесу очищення нами запропонована температура 50⁰С.



Рисунок 8 - Залежність оптичної густини очищених олив від температури реалізації процесу

Дослідження залежності ступеня очищення ВМО від асфальтенів, результати яких представлені на рис. 9, свідчать про те, що для оптимальних умов регенерації очищення ВМО від води та асфальтенів відбувається за час перемішування 200 с. Саме цей час перемішування і був вибраний нами як для реалізації процесу в промислових умовах.

Рисунок 9 - Залежність оптичної густини очищених олив від часу перемішування

Процес відділення механічних частинок від ВМО досліджувався в лабораторній центрифузі за умови швидкості центрифуги 1200 об/хв. та змінної температури середовища ВМО, яка підлягала центрифугуванню. Після певного періоду із капсул відбиралась проба ВМО, яка аналізувалась на вміст механічних домішок. Дані експериментів приведені на рисунку 10.

Рисунок 10 - Залежність ефективності очищення ВМО від механічних домішок методом центрифугування від температури

Як видно із експериментальних даних, оптимальною температурою середовища під час центрифугування є 50⁰С. Такі температурні умови дозволять зменшили вміст механічних домішок з 2,7% до 0,009% за 180 с центрифугування. Збільшення температури не дозволяє суттєво покращити якісні характеристики отриманого продукту, а тому є економічно недоцільним. За меншої температури неможливо досягти необхідних якісних показників. Тому для процесу регенерації температуру середовища ВМО, яке підлягає центрифугуванню з ціллю очищення від механічних домішок прийнято 50⁰С.

У п'ятому розділі приведено розроблену нами комплексну блок-схему регенерації ВМО та встановлено оптимальні умови реалізації кожної із стадій процесу. Проведена апробація комплексної технології регенерації ВМО в лабораторних умовах.

Запропонована нами блок-схема включає стадії:

а) коагуляцію;

б) адсорбційне очищення;

в) відстоювання;

г) центрифугування;

д) відгін палива.

Використовуючи запропоновану нами блок - схему, можна реалізувати технологічні схеми регенерації для ВМО з різним діапазоном вмісту води. ВМО з вмістом води - 15,6%, подається на стадію попереднього зневоднення, де процес розділення водно-мастильної суміші реалізується за допомогою деемульгатора. Для процесу коагуляції згідно проведених експериментів, використовуємо найефективніший згідно даних досліджень деемульгатор Sot, розчинник (сольвент нафтовий) використовується для зменшення в'язкості ВМО.

Перша стадія очищення включає: коагуляцію, центрифугування та відстоювання. В кінцевому результаті отримаємо очищену ВМО з вмістом води 0,8%. Друга стадія регенерації включає адсорбційне очищення, де одночасно відбувається доочищення ВМО від води до 0,1%, а також механічних домішок, смол та асфальтенів.

Стадія адсорбційного очищення є обов'язковою для регенерації всіх видів ВМО. Використання адсорбційного очищення пропонується для збільшення виходу високоякісної оливи, а з точки зору екології - чистоти процесу.

Для ВМО з вмістом води менше 0,8%, регенерація починається з другої стадії, яка включає адсорбційне очищення, де проходить видалення води та очищення від асфальтенів та смол, механічних домішок. Процес центрифугування ВМО включає очищення як від механічних домішок, які в них потрапили в процесі експлуатації, так і від адсорбенту, який на цей час ще знаходиться в ВМО. Виводиться також залишкова кількість води, яка адсорбована як на бентоніті, так і на механічних домішках.

Після центрифугування відділений від ВМО відпрацьований сорбент відправляється на утилізацію.

На завершальній стадії процесу регенерації використовуємо відгін паливних фракцій. Ректифікаційна колона передбачає відгін палива з регенерованої моторної оливи, із відігнаного палива одержуємо бензинову фракцію, яка википає в границі 50 - 215^оС та дизельну фракцію, яка википає за температури 180 - 350^оС. Це дозволяє отримати якісну регенеровану оливу, яка відповідає вимогам розроблених нами технічних умов ТУ У 23.2-22340203-044:2011 (таблиця 5.).

Таблиця 5 - Параметри регенерованої оливи

№ п/п	Назва	Показники
1	Густина при 20оС, кг/м3, не більше	900
2	В'язкість кінематична при 40оС, мм2/с В'язкість кінематична при 100оС, мм2/с	36,06 5,6
3	Температура спалаху визначена у відкритому тиглі, оС, не нижче	180
4	Колір на колориметрі ЦНТ,одиниці ЦНТ, не більше	3
5	Масова частка води, %, не більше	0,1
6	Індекс в'язкості	90
7	Кислотне число, мг КОН на 1 г, не більше	0,05
8	Зольність, % мас	0,05
9	Оптична густина	0,24
10	Масова частка механічних домішок, %, не більше	0,009

Регенерована олива згідно досліджених параметрів може повторно використовуватися в машинах і механізмах промислового обладнання, як компонент базової оливи для виготовлення моторних та індустріальних олив.

Дані теоретичних та експериментальних досліджень передано в ВАТ «ГІРХІМПРОМ» для впровадження промислової технології, що підтверджується відповідним актом від 18 червня 2011 року.

ВИСНОВКИ

1. В результаті проведених дисертаційних досліджень розроблений комплекс правових, організаційних та технологічних заходів для попередження забруднення навколишнього природного середовища відпрацьованими моторними оливами.

2. На основі проведеного моніторингу ВМО встановлено, що в Україні в 2012 році утвориться 242 тис тонн відпрацьованих моторних олив. Досліджено міру небезпеки ВМО для навколишнього природного середовища.

3. Розрахована шкода, яка завдається довкіллю за умов потрапляння в ґрунти 10% від всіх ВМО, які щорічно утворюються на Україні. Забрудненням цими ВМО 100 га землі, навколишньому середовищу наноситься шкода, на відшкодування якої потрібно 5,8 млн грн.

4. Розроблено комплекс організаційних заходів щодо збору ВМО, який включає:

- створення норм збору ВМО;

- створення системи збору ВМО;

- створення дозвільної системи поводження з ВМО як з небезпечними відходами;

- створення системи економічного стимулювання діяльності в області збору ВМО;

- створення та функціонування системи штрафів за порушення норм поводження з ВМО як з небезпечними відходом.

5. На основі узагальнення експериментальних даних отримані апроксимаційні залежності для встановлення оптимальних параметрів реалізації процесів регенерації ВМО.

6. Встановлено, що ефективним методом виділення невеликих кількостей води та асфальтенів із ВМО є їх адсорбційне очищення із використанням активованих бентонітів, або бентонітів у нативній формі. Оптимальними режимними параметрами процесу є: температура 50^оС, час перемішування середовища - 200 секунд.

7. Шляхом порівняльних досліджень ефективності різних технологій зневоднення сильно заводнених ВМО визначено, що найефективнішим для попереднього зневоднення ВМО є застосування деемульгатора Sot, а у ролі розчинника - сольвенту нафтового. Оптимальні режимні параметри процесу: температура 60^оС, загальна тривалість зневоднення - 6 годин.

8. Запропоновано відділення твердих частинок із ВМО (механічних забруднень та відпрацьованого сорбенту) проводити із використанням центрифугування. Оптимальними режимними параметрами є: час центрифугування - 3 хвилини, температура середовища - 50^оС.

9. Розроблено комплексну технологію регенерації ВМО, яка включає стадії зневоднення, адсорбційного очищення, центрифугування та відгонки палива і дозволяє регенерувати ВМО із різним початковим вмістом води.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кислотне активування бентонітів / М.С. Мальований, М.І. Санніков, І.М. Петрушка, О.Г. Чайка // Наук. вісник Укр. держ. лісотехн. ун-ту. - 2001. - №11.2. - C. 124-126. (особистий внесок - проведено дослідження кислотного активування бентонітів).

2. Регенерація відпрацьованих олив за допомогою природних дисперсних сорбентів / О.Г. Чайка, М.С. Мальований, І.М. Петрушка, З.С. Одноріг // Вісник «Хімія, технологія речовин та їх застосування». - 2003. - № 448. - С. 246-248. (особистий внесок - проведено дослідження щодо регенерації відпрацьованих олив методом адсорбції).

3. Комплексна регенерація відпрацьованої оливи деемульгаторами та природними сорбентами / О.Г. Чайка, М.С. Мальований, Я.М. Захарко, Н.Ю. Хомко // Вісник «Хімія, технологія речовин та їх застосування». - 2005. - № 529. - C. 196-198. (особистий внесок - запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

4. Чайка О.Г. Очищення відпрацьованої оливи від смол та асфальтенів за допомогою природного дисперсного сорбенту-бентоніту / О.Г. Чайка, Я.М. Захарко, Н.Ю. Хомко // Вісник «Хімія,технологія речовин та їх застосування». - 2005. - № 529. - С. 194-196. (особистий внесок - проведено експериментальні дослідження очищення відпрацьованих моторних олив від смол та асфальтенів активованим бентонітом).

5. Регенерація відпрацьованих олив. Екологічні та технологічні аспекти / О.Г. Чайка, М.С. Мальований, Є.М. Семенишин [та інші] // Хімічна промисловість України. - 2006. - № 5 (76). - С. 40. (особистий внесок - запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

6. Комплексна ресурсозберігаюча технологія регенерації відпрацьованих олив / М.С. Мальований, Є.М. Семенишин, О.Г. Чайка [та інші] // Экотехнологии и ресурсосбережение. -- 2007. -- № 1. -- С. 38-42. (особистий внесок - запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

7. Чайка О.Г. Порівняльний аналіз методів очищення відпрацьованих олив на Україні та за її межами / О.Г. Чайка, Ю.А. Чайка // Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. - 2009. - № 644. - С. 224-228. (особистий внесок - проведено порівняльний аналіз методів очищення відпрацьованих моторних олив на Україні та закордоном).

8. Чайка О.Г. Моніторинг утворення відпрацьованих олив в Україні/ О.Г. Чайка, О.З. Ковальчук, Ю.А. Чайка // Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. - 2009. - № 644. - С. 221-224. (особистий внесок - проведено моніторинг утворення відпрацьованих моторних олив на території України).

9. Запобігання забруднення довкілля відпрацьованими моторними оливами - завдання, яке потребує комплексного вирішення / М.С. Мальований, О.Г. Чайка, М.І. Канда, І.М. Ільків // Науково-популярний екологічний журнал «Екологічний вісник» - 2009. - № 5 (57). - С. 26-28. (особистий внесок - запропонована блок -схема регенерації відпрацьованої моторної оливи).

10. Чайка О.Г. Розроблення комплексу заходів щодо впровадження системи збирання відпрацьованих олив / О.Г. Чайка, Н.Ю. Хомко, І.М. Ільків, Ю.О. Малик // Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. - 2010. - № 667. - С. 320-322. (особистий внесок - запропоновано заходи для покращення нормативно-законодавчої бази щодо збору відпрацьованих моторних олив).

11. Адсорбційні технології забезпечення техногенної безпеки шляхом використання природних дисперсних сорбентів: ІІІ -тя Міжнародна науково-практична конференція [“Проблеми економії енергії”], (Львів, 10-14 жовтня 2001 р.) / М.С. Мальований, М,І, Санніков, З.С. Одноріг,І.М. Петрушка, О.Г. Чайка. - Х., 2001. - С. 246-247. (особистий внесок - проведено дослідження адсорбційної здатності природних сорбентів щодо відпрацьованих олив).

12. Застосування природних сорбентів для регенерації відпрацьованих олив: VІІІ Міжнародна науково-практична конференція [«Проблеми управління якістю підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти України в Європейський простір та перспективні природоохоронні технології»], (Львів, 15-17 жовтня 2003 р.) / О.Г. Чайка, І.М. Петрушка, В.Я. Максимик - К., 2003. - С. 64. (особистий внесок - проведено дослідження застосування природних сорбентів для регенерації відпрацьованих олив).

13. Колотицький Л.А. Переробка відпрацьованих олив / О.Г. Чайка, П.І. Топільницький, В.Я. Максимик // Lubricating materials and additives: 8-th international scientificand technical conference reports, 8-12 september 2003: theses. - К.:, 2003. - P. 180-182. (особистий внесок - проведено дослідження вибору найефективнішого методу регенерації відпрацьованих моторних олив).

14. Проблема утилізації відпрацьованих олив: ІІІ-тя науково-технічна конференція [«Поступ в нафтопереробній й нафтохімічній промисловостях»], (Львів, 14-16 вересня 2004 р.) / О.Г. Чайка, М.С. Мальований, З.С. Одноріг. - К., 2004. - С. 195-196. (особистий внесок - встановлено екологічну небезпеку забруднення відпрацьованими оливами довкілля та шляхи її вирішення).

15. Проблема регенерації відпрацьованих олив: ХІІ-тая международная научно-технической конференции [“Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”], (Бердянськ, 7-11 июня 2004 г.) / М.С. Мальований, О.Г. Чайка, І.М. Петрушка. - Х., 2004. - С. 694-696. (особистий внесок - проведено переваги методу регенерації відпрацьованих олив з іншими методами).

16. Проблема утилізації відпрацьованих олив: ХІІІ-тая международная научно-технической конференции [“Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”], (Алушта, 13-17 июня 2005г.) / М.С. Мальований, О.Г. Чайка, І.М. Петрушка, Р. Петрус. - Х., 2005. - С. 694. (особистий внесок - проведено переваги методу регенерації відпрацьованих олив з іншими методами).

17. Шкідливий вплив відпрацьованих олив на екологічну ситуацію: збірник наукових праць Х-ої наукової конференції «Львівські хімічні читання - 2005», 25-27 травня 2005 р. / О.Г. Чайка, О.З. Ковальчук, Н.Ю. Хомко- Львів, 2005. - Д11. (особистий внесок - проведено дослідження негативний вплив на довкілля відпрацьованими моторними оливами).

18. Комплексна регенерація відпрацьованих олив: 9-та науково-технічна конференція [«Мастильні матеріали»], (Бердянськ, 4-8 вересня 2006) / М.С. Мальований, О.Г. Чайка, П.М. Топільницький, В. Максимик - Х., 2006. - С. 273. (особистий внесок - запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

19. Комплексна деемульгаторно-адсорбційна технологія регенерування відпрацьованих олив: сборник научных трудов XV международной научно-технической конференции [“Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”], (Бердянськ, 11-15 июня 2007г.) / М.С. Мальований, О.Г. Чайка. - Х., 2007. - С. 206-211. (особистий внесок - запропонована комплексна технологія регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

20. Пат. 17474. Україна. МПК(2006) С10М 175/00. Спосіб регенерації відпрацьованих олив / Чайка О.Г., Мальований М.С., Юрим М.Ф., Ковальчук О.З., Петрушка І.М.; замовник і патентокористувач Національний університет «Львівська політехніка». - № u 2006 04583; заявл. 25.04.06; опубл. 15.09.06, Бюл. № 9. (особистий внесок - запропонована спосіб регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

21. Пат. 17431. Україна. МПК (2006) С10М 175/00. Установка для регенерації відпрацьованої оливи / Чайка О.Г., Мальований М.С., Юрим М.Ф., Ковальчук О.З., Петрушка І.М.; замовник і патентокористувач Національний університет «Львівська політехніка». - № u 2006 04582; заявл. 17.04.06; опубл. 15.09.06, Бюл. № 9. (особистий внесок - запропонована установка регенерації відпрацьованої моторної оливи методом деемульгування та доочищення активованим сорбентом - бентонітом).

Размещено на Allbest.ru

...