Дослідження забруднення моторних масел та способів його очищення

Дослідження забруднення моторних масел та способів його очищення

Сільськогосподарське виробництво - один з основних споживачів нафтопродуктів. Підприємства агропромислового комплексу Російської Федерації щорічно споживають близько 17 млн.т вироблюваного дизельного палива й близько 1,0 млн.т моторного масла. Середнє по величині господарство Північнокавказької зони витрачає за рік до 1200 т дизельного палива, 600 т бензину, 60 т шторних масел, з яких не менш 80% переходить у категорію відпрацьованих нафтопродуктів різних груп /I/.

У результаті інтенсивного зростання парку двигунів внутрішнього згоряння, а також підвищеної уваги до факторів економічного й екологічного характеру перед народним господарством усе гостріше стає завдання заощадження й раціонального використання паливно-енергетичних, сировинних і інших матеріальних ресурсів.

Відомо, що одним зі шляхів підвищення рівня забезпеченості с.-х. виробництва моторними маслами є їхнє повторне використання після відновлення деяких якісних показників, що погіршилися в результаті їхнього застосування при експлуатації автотракторної техніки /2/.

Повторне застосування масел дозволяє збільшити строк їхньої служби, скоротити безповоротні втрати й зменшити дефіцит поставок масла в господарства /3/. Однак темпи використання відновлених масел залишаються на низькому рівні. Так, у цілому по країні щорічний злив відпрацьованих масел склав 0,9 млн.т, а Регенерувалося всього лише 0,15 млн.т, що становить біля Щ від зібраного обсягу /4/.

У той же час установлено, що частково відновлені масла, тобто минуле тільки очищення від грубодисперсних механічних домішок, води й паливних фракцій, мають низьку стабільність і не можуть, без поліпшення їхньої якості, повною мірою, використатися у двигунах автотракторної техніки.

Для підвищення якості проміжного очищення масла й можливості його застосування по прямому призначенню необхідна розробка прогресивних технологій і технічних засобів, які дозволяли б довести очищені масла до рівня свіжих товарних масел в умовах с.-х. підприємств різних рівнів.

Здатність масла знижувати енерготехнічні витрати на тертя й зношування є найважливішою експлуатаційною властивістю.

Установлено, що високодисперсні продукти окислювання у відпрацьованому масло при певній концентрації знижують коефіцієнт тертя й зношування, при цьому забезпечують гарну стабільність технологічних властивостей у процесі зберігання й експлуатації.

Робоча гіпотеза досліджень полягала в тому, що передбачалася можливість удосконалювання технології очищення масла на основі мікрофільтрації через керамічні напівпроникні мембрани, яка б забезпечила одержання масел зі стабільними протизносними й антифрикційними властивостями шляхом збереження в них раціональної концентрації високодисперсних продуктів окислювання.

Ціль дослідження - удосконалювання технології мікрофільтрації очищених відпрацьованих масел в умовах агропромислового комплексу.

Стан питання й завдання дослідження

Коротке визначення основних уживаних термінів

Для логічно правильного сприйняття вивчення процесів відновлення технологічних властивостей відпрацьованих моторних масел, необхідно коротке визначення основних уживаних термінів.

Антифрикційна властивість масла - експлуатаційна властивість, що характеризує здатність масла знижувати тертя ковзання (ДЕРЖСТАНДАРТ 26098-84). Критерієм оцінки антифрикційних властивостей масла є коефіцієнт тертя при змащенні тертьової пари.

Базове масло - масло, до якого додається компенсація домішок з метою одержання готового продукту.

Мікрофільтрація - фільтрація розчинів через пористу перегородку з метою видалення мікродомішок розміром від 0,1 мкм і вище. Моторне масло - нафтове мастило для поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДЕРЖСТАНДАРТ 26098-84). Найважливішою вимогою до моторних масел є їхня здатність захищати деталі циліндропоршневой групи від стирання, задира, викрашування.

Відпрацьоване масло - технічне мастило, що проробило строк або втратив у процесі експлуатації якість, установлена в нормативно-технічній документації, і злите з робочої системи (ДЕРЖСТАНДАРТ 26098-84).

Очищення масел - технологічний процес видалення з масляних дистилятів і масел шкідливих домішок.

Протизносна властивість масла - експлуатаційна властивість, що характеризує здатність масла запобігати всі види зношування тертьових поверхонь (ДЕРЖСТАНДАРТ 26098-84). Критерієм оцінки протизносної властивості масла є величина зношування пари тертя при змазуванні.

Регенероване масло - технічне мастило, одержуване очищенням відпрацьованого масла фізичним, хімічним і фізико - хімічним методами, з експлуатаційними властивостями відновленими до вимог нормативно-технічної документації (ДЕРЖСТАНДАРТ 26098-84).

Температурна стійкість масла - властивість мастильного матеріалу забезпечувати при підвищенні температури низький і стабільний коефіцієнт тертя в умовах граничного змащення. Температурна стійкість масла оцінюється за значенням критичної температури, що визначається експериментально.

Граничне тертя - тертя двох твердих тіл при наявності на поверхнях тертя шаруючи рідини, що володіє властивостями, що відрізняються від властивостей в обсязі. Комплекс фізико - хімічних процесів, що відбуваються в топких поверхневих шарах зміненого матеріалу й поділяючому їхньому прошарку спричиняється явище граничного тертя.

Миючі властивості - властивості масел, зв'язані зі здатністю диспергувати, нейтралізувати й частково стабілізувати продукти окислювання й згоряння палива, утримуючи їх у зваженому стані.

Відомо, що забруднення мастил виникають як у результаті їхнього влучення ззовні, так і в результаті зміни вуглеводного состава масел. Ці процеси починаються вже при виробітку масла на нафтопереробних заводах і тривають на всіх стадіях його транспортування, зберігання й експлуатації. Їх можна класифікувати на два основних типи: виробничі й операційні (мал. 1)

Рис1. Загальна класифікація процесів забруднення мастил

Дослідження показують, що використовувані при експлуатації с. -г. техніки товарні дизельні масла можуть містити до 0,14% (по масі) забруднень, а автотракторні масла в тих же умовах - до 0,28% (по масі) /5/.

Результати мікроскопічного й спектрального аналізу забруднень, проведені на маслах ДС-11 і ДС-8 показують, що в маслі, що надходить для заправлення машин і механізмів, є багато часток забруднень розміром більше 50 мкм. У резервуарах нафтоскладів колгоспів і радгоспів число таких забруднень може перевищувати 1000 в 1 див3 (табл. 1.1), а значна частка в них з'єднань кремнію й алюмінію (табл. 2) указує на високу абразивність застосовуваних масел /6/.

Таблиця 1

Таблиця 2.

Характеристика зольної частини забруднень у моторних маслах

Поряд із твердими забрудненнями в моторних маслах перебуває вода, у присутності якої процес зміни властивостей масел протікає особливо інтенсивно /7/ і відіграє вирішальну роль у стабільності масла.

Так при наявності вологи концентрація домішок у маслі може знижуватися до 50-60% від первісної /8/. Механізм випадання домішок з масла в присутності води зводиться до того, що носії лужності - карбонати - є каталізатором даного процесу й зі збільшенням кристалів карбонати відповідного металу піддаються седиментації. Ці процеси викликають помутніння товарних масел і зниження їхньої стабільності.

При роботі масел у двигунах відбуваються безперервні їх кількісні і якісні зміни. Ці зміни - наслідок хімічних і фізичних процесів (старіння масла), а також його зовнішнього забруднення в процесі експлуатації.

Старіння масла у двигуні - це складний комплекс фізичних і хімічних процесів, різних факторів, тісно зв'язаних між собою. Основними з них є наступні. Окислювання масла, що відбуває під дією кисню повітря й високої температури. Продуктами окислювання й полімеризації вуглеводнів масла можуть бути рідкі, напіврідкі й тверді продукти, частина яких може бути розчинна в маслі, а інша частина буде поповнювати кількість нерозчинних домішок.

Забруднення масла нерозчинними домішками, які утворяться із твердих вуглеводних часток (сажі) через неповне згоряння палива, із твердих і рідких продуктів окислювання масла утворюються при взаємодії із домішками, із продуктів зношування й забруднень, що надходять із навколишньої серед (вода, пісок, пиль).

Забруднення через витрату домішок, які відбиваються на зниженні лужності масла в результаті нейтралізації кислих продуктів, а також у витраті домішки на диспергирование вуглеводніх часток.

Швидкість цих процесів залежить від концентрації реагуючих речовин і змінюється в процесі роботи двигуна.

Найбільш важливим процесом є зниження лужності в Результаті нейтралізації кислих з'єднань (продуктів згоряння сірчистого палива), що визначає інтенсивність зношування й кількість нагаровідкладення у двигуні.

Сутність процесу нейтралізації полягає в тому, що окисли сірки в присутності води дають сірчисту й сірчану кислоту, а також взаємодіють із вуглеводнями: масла й продуктами їхнього окислювання, утворюються сульфонові кислоти.

Зміст у маслі сполучний хімічної взаємодії (окислювання, нейтралізації до ін.) залежить від вихідної концентрації продуктів реакції, наявності інгібіторів або нейтралізуючих домішок, від температури й тиску.

У підсумку процесу старіння відбувається зміна состава масла, тому що знижується зміст домішки, підвищується концентрація нерозчинних і розчинних продуктів окислювання й домішок (мал. 3).

Зміни складу масла при роботі двигуна

Рис.3

Зміна складу масла приводить до зміни показників його якості. Показники, що характеризують негативні властивості (такі, як зміст нерозчинних домішок, кислотність), у міру старіння масла збільшуються.

Показники, характеризуйте позитивні властивості масла, такі як лужність, що миє потенціал і ін., у міру старіння знижуються.

Деякі показники, наприклад, термоокислена стабільність, у процесі старіння масла практично не змінюються або змінюються дуже мало /9/.

Описані зміни состава масла показують лише якісну сторону процесу забруднення масла. Однак варто мати на увазі, що сума всіх видів забруднення масла становить лише невелику частину, а інша частина (не менш 85%) вуглеводнів виявляється незмінної у своєму составі. Саме ця обставина дозволяє порушувати питання про можливості ефективного очищення відпрацьованого масла й подальшого його використання по прямому призначенню.

Утворення в маслі продуктів його старіння значно впливає на зношування тертьових поверхонь деталей двигуна.

Відомо, що мікрозношування зовні проявляється як стирання. Воно може бути викликано різними причинами. Наявність незначного стирання найчастіше не перешкоджає експлуатації деталей, а в початковий період експлуатації навіть необхідний для приробляння деталей.

Страницы: 1, 2