книги из ГПНТБ / Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов

Условные обозначения см. на рис. 47.

00

Рис. 49. Скорость отстаивания частиц загрязнений в топливе ДЛ при 20° С.

Условные обозначения см. на рис. 47.

в дизельном топливе отстаиваются в течение еще большего времени. Их концентрация в топливе уменьшается вдвое лишь через 20—

25суток..

Втабл. 85 приведены данные автора об эффективности отстаива­ ния в течение 2Ö ч топлив в подземных резервуарах. Топлива были слиты в резервуары из железнодорожных цистерн. Из таблицы видно, что через 20 ч количество загрязнений в средней пробе топлива уменьшается в 2,3—2,5 раза. Частицы крупнее 30—40 мкм оседают практически полностью. Частицы размером 15—20 мкм оседают на 40—45 %. Значительно медленнее оседают более мелкие частицы.

Осадок на дне резервуаров с течением времени укрупняется. Автор вел наблюдение за укрупнением осадка в резервуаре, в кото­ ром хранилось топливо ДС в течение 1962—1966 гг. Из приведенных в табл. 86 данных видно, что с течением времени относительное количество оседающих на дно резервуаров мелких частиц умень­ шается, а количество крупных — возрастает. Это прямо указывает на процессы коагуляции частиц осадка, протекающие на дне резервуаров при хранении нефтепродуктов.

Отстаивание загрязнений из смазочных масел и мазутов эффек­ тивно только при подогреве до 70—90° С, при котором вязкость масел значительно уменьшается. Повышение температуры выше 90° С не приводит к существенному увеличению скорости осаждения частиц. Это объясняется тем, что при температуре выше 90° С вяз­ кость масла изменяется незначительно. К тому же при нагреве

оптимальной температурой нагрева масла следует считать 70—90° С. Эффективность отстаивания масла при 80° С приведена в работе [55]. Как видно из табл. 87, полное осаждение крупных частиц механи­ ческих примесей наблюдается после 18 ч отстаивания.

Таблица 87

Оседание частиц механических примесей из масла при 80 9С

Время, необходимое для отстаивания, зависит от высоты налива нефтепродукта. С ее увеличением время, необходимое для отстаивания увеличивается. Однако из верхних слоев отстаивающегося нефте­ продукта с высоким уровнем налива можно отбирать чистый продукт с большей скоростью.

Отстаивание масел, особенно отработанных, не всегда эффективно. Иногда, даже при длительном отстаивании, значительное количество загрязнений остается во взвешенном состоянии. Это прежде всего

180

относится к маслам с диспергирующими присадками, которые пре­ пятствуют отстаиванию мелкодисперсных загрязнений.

Наиболее эффективно вода удаляется из топлив с помощью отстойников тарельчатого типа. С уменьшением вязкости топлив эффективность отстаивания воды из них повышается. Уменьшение производительности отстойника также способствует увеличению эффективности отстаивания (табл. 88). Из тяжелых вязких топлив с помощью тарельчатых отстойников эффективно удалять воду не удается.

Очень трудно удаляется мелкодиспергированная вода из топлив и мазутов. Удаление воды из мазутов, особенно транспортировав­ шихся водным транспортом, в процессе которого они дополнительно обводняются, представляет собой в настоящее время сложную техническую проблему. Из-за малого различия в плотностях воды и мазута и из-за его высокой вязкости вода отстаивается очень мед­ ленно и не полностью. В мазутах с плотностью больше 1000 кг/м3 вода может скапливаться в верхнем слое. Для увеличения эффективности отстоя мазут и смазочные масла нагревают в специальных отстойни­ ках с подогревателями.

Основные методы увеличения

скорости отстаивания

Основными методами, ускоряющими отстой загрязнений из нефтепродуктов, являются:

—создание оптимальной температуры отстоя и проведение его

визотермических условиях;

—применение коагулирующих присадок;

—применение конструктивных методов.

Применением конструктивных методов можно значительно уве­ личить скорость отстоя. Основные типы отстойников были рас­

смотрены выше.

Велико значение температуры, при которой происходит отстой. С повышением температуры скорость отстаивания возрастает. Однако

181

увеличивать температуру целесообразно лишь до тех пор, пока вязкость существенно уменьшается и при этом не выделяются пу­ зырьки газа и не вскипает растворенная в нефтепродукте вода. Подогрев, как уже отмечалось, обычно применяют для тяжелых нефтепродуктов. Однако температура существенно влияет и на ско­ рость отстоя топлив. Из рис. 50 видно, что повышение температуры

Рис. 50. Отстаивание загрязнений в топливе ДЗ при —30° С (1), —15° С (2), 0° С (3) и +27° С (4).

с —30 до +27° С увеличивает скорость отстоя почти вдвое. С умень­ шением размеров частиц влияние температуры на скорость отстоя проявляется сильнее. Очень мелкие частицы при низких температу­ рах в топливах с повысившейся вязкостью оседают очень медленно.

На скорость оседания частиц влияют не только температура, но и ее колебания, причем с уменьшением размеров частиц колебания температуры на скорости оседания сказываются больше. Известно, например, что в высокодисперсном золе золота колебания темпера­ туры 0,001° С полностью исключают • седиментацию. В практике,

182

конечно, мы принимаем во внимание частицы гораздо больших размеров, поэтому, и колебания температуры, влияющие на скорость оседания, должны быть более значительными.

Колебания температуры (табл. 89) сильнее всего влияют на ско­ рость оседания мелких частиц. На крупные частицы конвекционные потоки в жидкости, обусловленные колебаниями температуры, влияют незначительно. С понижением температуры скорость оседания частиц уменьшается весьма значительно. Понижение температуры на 10° С уменьшает количество оседающих частиц в среднем на 4% для частиц 50—70 мкм и на 8—10 % для частиц размером 20—30 мкм. Из приведенного материала следует практический вывод: отстойные резервуары (отстойники) должны находиться в изотермических усло­ виях, т. е. в условиях, при которых колебания температуры были бы минимальны. Лучше всего этим условиям отвечают подземные резервуары. Отстойные резервуары не должны подвергаться также тряске, вибрациям и другим механическим воздействиям, препят­ ствующим оседанию частиц.

Таблица 89

Влияние колебаний температуры на полноту осаждения естественных частиц загрязнений в топливе Т-5

tea

Эффективным средством повышения скорости оседания частиц и улучшения тем самым чистоты топлива является искусственное увеличение их размеров за счет коагуляции. В самом деле, если мы каким-либо образом заставим укрупниться мелкие неоседающие частицы в более крупные, быстро оседающие, то мы сможем эффек­ тивно улучшить чистоту топлива. Процессы коагуляции можно вы­ звать введением в суспензию эмульсии различных веществ — поверх­ ностно-активных (ПАВ), электролитов и неэлектролитов; механи­ ческим воздействием (вибрацией или перемешиванием); температу­ рным воздействием (охлаждением или нагреванием); пропусканием электрического тока и, наконец, воздействием лучистой энергии.*

Процессы медленной коагуляции наблюдаются при хранении нефтепродуктов: мелкие частицы коагулируют в более крупные, скапливающиеся на дне резервуаров в виде смолистого осадка. Однако скорость такой коагуляции низка. Процессы естественной коагуляции не могут быть использованы в практике, потому что одновременно с ними происходит образование мельчайших новых частиц загрязнений за счет окисления нефтепродуктов. Таким об­ разом, чистота топлив и масел с течением времени ухудшается. Существенное увеличение чистоты нефтепродуктов может быть достигнуто только при быстрой коагуляции мелких частиц и от­ делении скоагулировавшей фазы.

В условиях применения и хранения нефтепродуктов введение коагулирующих присадок может оказаться одним из самых эф­ фективных и приемлемых методов увеличения чистоты топлив путем ускорения отстоя. Следует отметить, что коагулирующая присадка должна отвечать определенным требованиям. Она должна быть лиофильной к гетерогенным загрязнениям и лиофобной к гомогенной среде нефтепродуктов. Коагулирующие присадки должны вводиться

втопливо в количествах не более 0,005% и сохранять эффективность

втечение всего срока хранения нефтепродукта.

Механизм действия коагулирующих присадок связан с их спо­ собностью адсорбироваться на разных поверхностях раздела. Тон­ чайшие адсорбционные слои присадки резко изменяют молеку­ лярную природу и свойства поверхностей. Очень малые добавки изменяют ход физико-химических процессов и условия молекуляр­ ного взаимодействия соприкасающихся фаз.

Для ускорения процессов коагуляции применяют следующие вещества:

1)неорганические электролиты — кальцинированную соду, тринатрийфосфат и др.;

2)органические электролиты — ионогенные ПАВ с активным органическим катионом или анионом;

3)неэлектролиты — неионогенные ПАВ;

* В последние годы для первичной очистки нефтей от солей, воды и ме­ ханических примесей широко применяют различные моющие вещества и препараты.

184

4) гидрофильные высокомолекулярные соединения и поверх­ ностно-активные коллоиды.

Механизм действия неорганических электролитов основан на изменении свойств двойного электрического слоя на поверхности частиц. ПАВ второго и третьего типов в основном понижают по­ верхностную энергию при адсорбции на границе раздела фаз.

Большое распространение в качестве коагулятора при регене­ рации моторных масел получили электролиты типа Na2C03, Na3P 0 4^ Na3Si03 и др. Наиболее эффективным коагулятором в отработанных маслах является 96—98%-ная серная кислота при расходе не бо­ лее 0,5%.

Неионогенные ПАВ представляют собой полярные асиммет­ ричные органические соединения, в состав которых, как правило входит несколько гетерофункциональных групп. К таким соедине­ ниям относятся, например, октадециламид оксимасляной кислоты H37C18NHO(CH2)4OH и сульфенамидные производные 2-бензотиазола, в частности 1Ч-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид

Эти соединения могут быть успешно применены в качестве коагу­ лирующих присадок в топливах. Общим в строении неионогенных ПАВ является присутствие гидрофобных и гидрофильных групп.

П. И. Шашкин и И. В. Брай [56] установили, что для коагуляции мелкодисперсных примесей в «нефильтрующихся» маслах более всего подходят ионогенные ПАВ, из которых в свою очередь наиболее эффективны для коагуляции анионогенные ПАВ, алкилсульфонаты

иалкиларилсульфонаты. Наиболее распространены из этой группы ПАВ сульфофенолы, например алкилбензолсульфонат (сульфофенол Б)

иалкилтолуолсульфонат (сульфонол Т). Выпускаются ПАВ трех марок (табл. 90). Испытаниями установлена возможность примене­ ния НП-5 в качестве эффективного коагулятора мелкодисперсных примесей в отработанных маслах. Процесс коагуляции завершается

при 75—80° С через 20—30 мин.

185