СВОЙСТВ МАСЕЛ

Масла в процессе их эксплуатации при контакте с воздухом, водой или водяным паром подвергаются окис­лению, термическому разложению, загрязнению продуктами износа оборудования, обводнению. При этом физико-химические свойства масел изменяются: увеличиваются кислотность, вязкость, снижается температура вспышки вследствие появления в масле низкокипящих фракций, ухудшаются другие характеристики качества масел.

Продукты окисления масла - высокомолекулярные и низкомо­лекулярные кислоты - вызывают коррозию металлов. Образую­щиеся при этом соли - мыла - ускоряют старение масла, катали­зируют процессы окислительной полимеризации. В результате про­исходит выпадение большого количества шлама, затрудняющего те­плоотвод и приводящего к перегреву масла. Возникшие в процессе старения поверхностно-активные вещества ухудшают деэмульсирующую способность масла, что затрудняет отделение воды и уси­ливает коррозию масляной системы. В связи с этим удаление меха­нических примесей, воды и продуктов старения облегчает условия работы масла, увеличивает срок его службы и повышает надежность энергетического оборудования. Масло, утратившее в ходе работы необходимые качественные показатели, называется отработанным. Дальнейшее использование такого масла нарушает нормальную ра­боту механизмов и аппаратов.

Применяемые методы очистки масел, находящихся в эксплуата­ции (поточная очистка), и методы регенерации отработанных масел разделяются в зависимости от процессов, на которых они основаны, на физические, физико-химические и химические. Физические мето­ды предназначены для очистки масел лишь от механических приме­сей и воды, тогда как физико-химические и химические методы по­зволяют достаточно полно восстановить все свойства масел и сде­лать их пригодными для дальнейшей эксплуатации.

К физическим методам относятся такие, которые не затрагивают химическую структуру молекул масла. Основными из этих методов являются фильтрация, центрифугирование (сепарация), дегазация, промывка и осушка. Эти методы позволяют очистить масло лишь от воды, шламов и нерастворимых в масле механических примесей.

К физико-химическим и химическим относятся методы, при кото­рых затрагивается в той или иной степени химический состав масла. Наиболее распространенным из методов этой группы является очистка масел адсорбентами, основанная на процессе поглощения твер­дым зернистым материалом - адсорбентом - содержащихся в мас­ле нафтеновых кислот, смол, непредельных углеводородов и других примесей. Процесс поглощения растворенных в масле продуктов старения может быть разделен на два этапа: диффузию их к поверх­ности адсорбента и собственно сорбцию, т.е. закрепление адсорби­руемых молекул на поверхности адсорбента. При этом способными к сорбции являются молекулы, обладающие дипольным моментом. Дипольный момент для большинства углеводородов равен нулю. Однако он появляется при введении в молекулу углеводорода по­лярных звеньев, таких как кислород и радикалы типа RSH, SSR.

На поверхности адсорбента, покрытого масляным слоем, всегда имеется электрическое поле, образованное зарядами молекул адсор­бента и масла. Диффундируя к поверхности, полярные молекулы продуктов старения, например кислот, оксикислот, смол, вытесняют неполярные углеводородные молекулы и тем активнее, чем выше полярность продуктов старения.

Максимальное количество вещества, поглощаемого единицей массы адсорбента при данной температуре и концентрации, обычно уменьшается с ростом температуры и увеличивается в известных пределах с повышением концентрации адсорбируемого вещества. Сорбционная способность адсорбента определяется скоростью диф­фузии частиц растворенного вещества в поры адсорбента. При ад­сорбционной очистке масел диффузия интенсифицируется с повы­шением температуры до определенных пределов; диффузия зависит также от вязкости масел, природы адсорбируемого вещества и диа­метра пор адсорбента. При повышении температуры на поверхности сорбента происходят процессы полимеризации и конденсации не­стойких компонентов масла, что увеличивает эффективность сорб­ции. В то же время понижение температуры сильно затягивает уста­новление адсорбционного равновесия из-за торможения диффузии растворенных веществ к поверхности сорбента вследствие увеличе­ния вязкости масла.

Применяемые для очистки и восстановления масел сорбенты подразделяются на природные и искусственные. К природным сор­бентам относятся бокситы, некоторые разновидности глин, диатоми­ты, трепела и опоки, к искусственным - силикагель, алюмогель и цеолиты.

Природные сорбенты. Бокситы - алюминиевые руды, основу которых составляют гидратированные глиноземы: моногидрат оксида алю­миния Аl₂О₃ · Н₂О, тригидрат оксида алюминия Аl₂О₃ · 3Н₂О. В зависи­мости от минералогического состава бокситы бывают красные, серые, зеленые и белые. Белые бокситы (с содержанием Fе₂О₃ ≤ 1 %) включают до 70 % глинозема. Бокситы перед использованием подвергают термической активации - нагреву выше 100 ⁰С, что увеличивает их сорбционную емкость по отношению к кислым про­дуктам старения масел.

Глины являются горными породами в основном осадочного про­исхождения, сложного и непостоянного состава, с общей формулой Аl₂О₃ · nSiО₂ · mН₂О. Молекулярное соотношение Аl₂О₃ и SiО₂ у них колеблется в пределах 1/2-1/4. В природном виде глины явля­ются полиминеральными системами, состоящими из нескольких глинистых минералов и посторонних включений. Свойства глин ме­няются в зависимости от количественного соотношения входящих в них минералов и других включений.

Диатомиты - кремнеземная горная порода, состоящая из остат­ков панцирей диатомовых водорослей. Содержание SiО₂ колеблется от 70 до 95 %.

Трепела - породы, в которых сохранившиеся панцири диатомита встречаются в небольшом количестве. Содержание SiО₂ - от 75 до 86 %.

Опоки - плотные трепела, в которых кремнезем находится в гид­ратированном состоянии. Содержание диоксида кремния от 76 до 88%.

Максимальная адсорбционная способность природных адсорбен­тов достигается только при частичном удалении из них воды; пол­ное обезвоживание ведет к значительному уменьшению адсорбцион­ной способности. При этом для каждого природного сорбента опти­мальную влажность устанавливают опытным путем.

Природные сорбенты принято называть по наименованию мест­ности или района, где расположено месторождение, например Зми­евская опока, Зикеевская опока.

Сорбенты выпускают либо в тонкоизмельченном виде для контактного метода восстановления масел, либо в форме гранул 3-7 мм для перколяционного метода. Поглотительная спо­собность природных сорбентов повышается при их химической ак­тивации.

Активация сорбентов заключается в обработке газообразным ам­миаком в течение 10-15 мин, 20 %-ной серной кислотой в количе­стве до 100 % массы сухого сорбента или щелочными реагентами. В результате обработки кислотой радиус пор сорбента увеличивается вследствие удаления из них солей и кремниевая кислота частично преобразуется из кристаллической модификации в коллоидную.

Искусственные сорбенты. Силикагель - высушенный гель кремниевой кислоты, находившейся в коллоидной модификации. Получают его при взаимодействии растворов силиката натрия (рас­творимого стекла) и серной кислоты с последующей сушкой в виде кусочков или частиц неправильной или сферической формы, имею­щих пористую структуру с различным радиусом пор (0,1-1 нм). В зависимости от размера пор и формы зерен различают силикагель мелкопористый, крупнопористый, мелкий, кусковой и гранулиро­ванный. В гранулированный мелкопористый силикагель в качестве уплотняющей добавки против растрескивания вводят от 4 до 10 % оксида алюминия.

Выпускается ряд марок силикагеля, обозначения которых зависят от его состояния, например марка КСМ - крупный силикагель мелкопористый; АСМ - активированный силикагель мелкопорис­тый и др.

Оксид алюминия (алюмогель) выпускают следующих видов: оксид алюминия активный; оксид алюминия «Носитель»; оксид алюминия из отходов глиноземного производства - активный глинозем.

Активный оксид алюминия получают переосаждением техниче­ского оксида алюминия (Аl₂О₃) или карбонизацией алюминатных растворов глиноземного производства с последующей промывкой, формовкой и термической обработкой. В зависимости от метода по­лучения. Удельная поверхность пор активного оксида алюминия колеблется от 80 до 370 м²/г, радиус пор - от 2,5 до 5,5 нм.

Оксид алюминия «Носитель» получают прессованием техниче­ского Аl₂О₃ с последующим его прокаливанием.

Активный глинозем представляет собой оксид алюминия, полу­чаемый из отходов глиноземного производства, подвергнутых тер­мической активации. Выпускается в виде зерен размером от 2 до 7 мм, имеет насыпную массу не более 1 кг/дм³ .

Алюмосиликагель - глиноземно-кремнеземный гель, образую­щийся при взаимодействии растворов алюминиевой соли, жидкого стекла и серной кислоты.

Цеолиты представляют собой тонкопористые алюмосиликаты с кристаллической структурой, строго однородной пористостью и раз­мерами пор, соизмеримыми с размерами молекул. Химический со­став цеолитов в общем виде может быть представлен формулой

R'RO · Аl₂О₃ · nSiО₂ · mН₂О

в которой R' - одновалентный катион (например, натрия, калия, лития); RO - двухвалентный катион (например, кальция, бария).

Пористость в цеолитах образуется в результате потери при прокали­вании кристаллогидратной влаги (цеолитовой воды), вследствие чего остается каркас с внутренними относительно большими шарооб­разными полостями, сообщающимися между собой узкими входны­ми каналами диаметром от 0,3 до 0,9 нм.

Вследствие такой структуры цеолиты способны адсорбировать строго определенные молекулы, поэтому их иногда называют «моле­кулярными ситами». Каналы и полости занимают почти 50 % всего объема кристаллов цеолитов, что обусловливает их большую адсорбционную емкость. Цеолиты как осушители значительно превос­ходят силикагель и активный оксид алюминия.

В энергетике цеолиты применяются для осушки масел. Использование их для регенерации масел неэффективно.

Выпускаются цеолиты типов NaA, NaX, СаА, СаХ. Первая часть обозначения цеолита (Na, Са) указывает преобладающий в цеолите металл, вторая (А, Х) - тип кристаллической решетки цеолита.

Цеолиты А и Х различаются структурой и размером каналов (окон), соединяющих большие полости. Размеры этих окон опреде­ляют молекулярно-ситовые свойства цеолитов, размеры полостей ­сорбционную емкость цеолитов. Получение цеолитов основано на осаждении щелочного алюмосиликатного комплекса, образующе­гося при смешении растворов силиката натрия и алюмосиликата на­трия, и последующей кристаллизации осажденного геля в строго оп­ределенных условиях.

Цеолиты бывают синтетическими и природными. Цеолит синте­тический шариковый типа NaA-2МШ с размерами пор 0,4 нм актив­но адсорбирует следы влаги и почти не поглощает масла, может по­глощать СО, СО₂, H₂S, СН₃ОН, NН₃, С₂Н₅ОН и другие вещества ор­ганического и неорганического происхождения, размеры молекул которых не превышают 0,4 нм.