Дипломная (вкр): Регенерация трансформаторных масел

Регенерация трансформаторных масел

Оглавление

Введение

. Аналитический обзор научной, научно-технической информации

.1 Общие сведения о составе трансформаторных масел

.2 Классификация трансформаторных масел

.2.1 Трансформаторные масла из малосернистых нефтей

.2.2 Трансформаторные масла из сернистых нефтей

.3 Основные показатели товарных, регенерированных и эксплуатационных трансформаторных масел

.4 Старение трансформаторных масел в процессе эксплуатации

. Способы регенерации трансформаторных масел

. Анализ патентной информации

. Анализ информации периодических изданий

Заключение

Список использованных источников

Введение

трансформаторный масло регенерация сернистый

Отработанное масло классифицируется как опасные отходы класса 2 или 3 (высокоопасные или умеренноопасные) и контролируются Базельской конвенцией о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением. Регенерация масел - экономически рентабельная отрасль народного хозяйства. При правильной организации процесса стоимость восстановленных масел на 40 - 70% ниже стоимости свежих масел при практически одинаковом их качестве. Отработанное масло несет в себе серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья людей. Оно опаснее, чем сырая нефть, поскольку в нем содержатся измененные в ходе эксплуатации добавки, полиолефины, смолы, асфальтены, карбены, механические примеси и другие загрязнители.

На сегодняшний день существует множество технологий регенерации отработанных трансформаторных масел основанные на: физических методах (отстаивание, фильтрация, центробежная очистка); физико-химических методах (коагуляция, адсорбционная очистка, ионообменная очистка, селективная очистка); химических методах (сернокислотная очистка, гидроочистка, процессы с применение натрия и его соединений); и комбинированных методах (отстой и фильтрация, отстой, обезвоживание и фильтрация и другие). Методы регенерации отработанных масел находятся в прямой зависимости от глубины изменения их свойств в результате старения. Регенерация трансформаторных масел осуществляется или непрерывной очисткой их во время работы в циркуляционных системах промышленного оборудования и двигателей при помощи фильтрующих устройств и центрифуг, или восстановлением отработанных масел, сливаемых из различных агрегатов и оборудования, на маслорегенерационных установках, как правило, в стационарных условиях (специальные маслорегенерационные станции, цехи, заводы).

Существующие технологии достаточно эффективные, но есть и недостатки: отстаивание - основным недостатком этого метода является большая продолжительность процесса оседания частиц до полной очистки, удаление только наиболее крупных частиц размером 50-100 мкм. Адсорбционная очистка - к недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду. При перколяционной очистке в качестве адсорбента чаще всего применяется силикагель, что делает этот метод дорогостоящим. Сернокислотная очистка - в результате сернокислотной очистки образуется большое количество кислого гудрона - трудно утилизируемого и экологически опасного отхода. Кроме того, сернокислотная очистка не обеспечивает удаление из отработанных масел полициклических аренов и высокотоксичных соединений хлора. Гидроочистка - недостатки процесса гидроочистки - потребность в больших количествах водорода, а порог экономически целесообразной производительности (по зарубежным данным) составляет 30-50 тыс. т/год.

Регенерация трансформаторных масел решает несколько вопросов:

-    экономия ресурсов;

-        уменьшение загрязнения окружающей среды;

         уменьшение платы за захоронение отходов;

Перспективным решением проблем является: выбор наиболее дешевой и эффективной технологии. Регенерация продлевает срок службы масла на неопределенный срок, что делает этот процесс наиболее предпочтительным с экологической и экономической точки зрения. Поскольку на регенерацию масла требуется на 70 % меньше энергии, чем на производство его из сырой нефти.

1. Аналитический обзор научной, научно-технической информации

.1 Общие сведения о составе трансформаторных масел

Трансформаторное масло, являющееся одновременно теплоотводящей средой и составной частью изоляционной конструкции трансформатора, изготавливается из нефти. Технология изготовления масел меняется применительно к качеству нефти, из которой изготовляется данное масло, так как нефти различных месторождений отличаются по химическому составу. Таким образом, масла различных имеют свои, отличные от масел других марок свойства[18].

Характеристика различных нефтей дана в таблице 1 [18].

Таблица 1 - Свойства нефтей различных месторождений

Содержание углерода в нефтях колеблется от 82% до 87%, водорода-от 11% до 14% , серы- от 0,1% до 5%. Азота и кислорода обычно не более десятых долей процента.

Трансформаторные масла состоят в основном из смеси парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Помимо углеводородов в маслах содержится незначительное количество соединений, в состав которых входят сера, кислород и азот.

Парафины- предельные углеводороды - отличаются большой стойкостью и малой химической активностью. Своё название парафины получили от латинского термина parum affinis- малодеятельный. Парафины с прямой цепью называются нормальными: Н С - (СН ) - СН ; парафины с разветвлённой цепью- изопарафинами:

СН₃ СН₃

 Н₃С-С-СН₂-С-(СН₂)_n- СН₃

 СН

 Н₃С СН₃

Парафины являются хорошими диэлектриками. Но если в нефтях содержится более 1,5% парафинов, то, чтобы получить трансформаторное масло с достаточно низкой температурой застывания, приходится путём депарафинизации удалять избыток парафина.

Основной составной частью трансформаторного масла являются нафтеновые углеводороды. Нафтены- насыщенные углеводороды, имеющие в своей молекуле одно или большее число колец. В зависимости от числа колец в молекуле различаются нафтены моноциклические, бициклические и т.д.

Например:

 СН₂

 Н₂С СН - (СН₂)_n-СН₃

 Н₂С ¾ СН₂

 СН₂ СН

Н₂С СН СН- (СН₂)_n- СН₃

Н₂С СН СН₂

 СН₂ СН₂

Масляные фракции некоторых нефтей содержат более 70% нафтеновых углеводородов. Масляные фракции нефтей, менее качественных в отношении производства масел, содержат обычно 30-40% нафтенов[18].

Нафтеновые углеводороды являются хорошими диэлектриками. Они легко вступают в реакцию с кислородом воздуха, особенно в присутствии металлов при нагревании и под действием электрического поля. Нафтены с большим числом углеродных атомов по своей химической устойчивости приближаются к парафиновым углеводородам.

Ароматические углеводороды обнаружены во всех нефтях. Количество их в масляных фракциях различно. Масляные фракции нефтей, богатых нафтеновыми углеводородами, содержат меньше ароматических углеводородов, чем масляные фракции, у которых мало нафтеновых углеводородов.

Ароматическим углеводородам в нефтях, как правило сопутствуют сернистые соединения. Кроме сернистых соединений ароматическим углеводородам обычно сопутствуют и смешанные нафтено-ароматические углеводороды.

В нефтях содержатся в основном следующие сернистые соединения:

Меркаптаны- общая формула R-SH, где R - радикал парафинового углеводорода, например СН -СН -SH - этилмеркаптан; сульфиды - соединения, образующиеся при замещении в молекуле меркаптана атома водорода сульфидной группы углеводородным радикалом, например СН₃-S-S-CH₃ - диметилсульфид.

Дисульфиды - общая формула R-S-SR, например СН₃-S-S-CH₃ -диметилдисульфид;

Тиофены - циклические соединения, содержащие в пятичленном цикле атом серы.

Содержание в маслах активной серы (сероводород, меркаптаны, кололоидная сера), способной вступать в реакцию с металлами, недопустимо. Небольшое количество сульфидов может служить естественным антиокислителем, но содержание сульфидов более 0,5 % (в пересчете на серу) увеличивает осадкообразование при старении масел.

Асфальтосмолистые вещества делятся на[18]:

1) нейтральные смолы, которые полностью растворяются в петролейном эфире и в нефтяных фракциях; нейтральные смолы имеют жидкую или полужидкую консистенцию, плотность их равна примерно 1;

2) асфальтены, которые представляют собой твёрдые, неплавящиеся хрупкие вещества; асфальтены нерастворимы в петролейном эфире, растворяются в бензоле, имеют плотность более 1;

3) карбены- вещества, по внешнему виду похожие на асфальтены, но нерастворимы в бензоле, растворяются в сероуглероде.

Из перечисленных веществ в свежем трансформаторном масле содержатся только нейтральные смолы в количестве, не превышающем 1%. Смолы имеют интенсивную тёмно-красную окраску и придают цвет трансформаторным маслам. Масла, лишённые смол, бесцветны. Во время работы в маслах образуются продукты окисления, близкие по составу к асфальтенам и карбенам.

Нейтральные смолы нестабильны: даже при комнатной температуре при доступе воздуха, особенно на свету, происходит окислительная полимеризация, в результате которой нейтральные смолы переходят в асфальтены. Предполагается, что смолы являются полициклическими соединениями, в состав которых входят нафтеновые и ароматические циклы, на которые и падает 40-50% углерода, входящего в состав смол. Сера, кислород и азот тоже входят в состав смол. Смолистые вещества в небольшой концентрации являются естественными антиокислителями. Несмотря на это, смолы в трансформаторных маслах являются нежелательным компонентом. Смолы являются полярными соединениями, которые, находясь в масле в виде коллоидных частиц, повышают тангенс угла диэлектрических потерь, т.е. снижают диэлектрические свойства трансформаторных масел.

Все отечественные трансформаторные масла, поступающие на энергопредприятия, содержат ингибитор окисления - антиокислительную присадку ионол[18,19].

1.2 Классификация трансформаторных масел

В качестве сырья для получения трансформаторных масел используют дистилляты, выкипающие при 280-420^оС, из различных нефтей. Сырьём для получения трансформаторных масел являются в основном дистилляты из следующих нефтей:

анастасиевских, не требующих обессеривания и депарафинизации;

смеси малосернистых бакинских, требующих депарафинизации;

-    смеси сернистых западно-сибирских, требующих обессеривания и депарафинизации.

1.2.1 Трансформаторные масла из малосернистых нефтей

Масла из малосернистых нефтей по способу очистки трансформаторного дистиллята подразделяются на следующие: кислотно-щелочной очистки, карбамидной депарафинизации, адсорбционной очистки[19].

а) Масла кислотно-щелочной очистки

Кислотно-щелочная очистка заключается в обработке трансформаторного дистиллята серной кислотой с последующей нейтрализацией щёлочью. Технология кислотно-щелочной очистки на различных заводах в основном одинакова, но может быть несколько изменена в зависимости от химического состава перерабатываемого сырья и требуемой глубины очистки.

Для очистки обычно применяют 92-96 %-ную серную кислоту. Подают кислоту в несколько приемов. Сначала вводят примерно 0,5 % кислоты для подсушки дистиллята. Эта предварительная операция имеет большое значение, так как от неё зависит эффективность последующей очистки.

Кислое масло затем обрабатывают раствором щелочи при повышенной температуре: начинают обработку при 65 ^оС, затем температуру повышают до 80-85 ^оС. Концентрация щелочи 2,5-2,8 %. После обработки щелочью, отстоя и спуска щелочных вод масло промывают несколько раз слабым раствором щёлочи, а затем водой. Промытое влажное масло подсушивают при температуре 75-85 ^оС, продувая через него воздух. Затем масло доочищают отбеливающей глиной при 90-95^оС. После отстоя от адсорбента масло фильтруют на рамочных фильтрпрессах.

Для улучшения качества трансформаторных масел была разработана технология очистки дистиллятов эмбенских нефтей газообразным серным ангидридом SO₃[19]. Дистиллят обрабатывают в сульфураторе воздушной смесью, содержащей 7-8 % - ный серный ангидрид, при температуре 70 - 80 ^оС. Кислое масло (после спуска из сульфуратора кислого гудрона) обрабатывают водой (5 %) для удаления сульфокислот, затем керосиновым контактом (5-10 %) и контактируют с 5-10 % отбеливающей глины. При очистке серным ангидридом отпадает необходимость применения щелочи и промывки масла водой. Испытания опытных образцов трансформаторных масел, показали, что масла, прошедшие глубокую очистку газообразным серным ангидридом, при добавлении антиокислительных присадок превосходят по качеству товарные трансформаторные масла. Товарные масла обычной очистки из эмбенских нефтей имеют кислую реакцию водной вытяжки через 10-73 ч, бакинское масло - через 250 ч, а масла, очищенные серным ангидридом и стабилизированные присадками, - через 550-750 ч, что обеспечивает работоспособность масла в обычных трансформаторах в течение 8-10 лет.

б) Масла карбамидной депарафинизации

Депарафинизация маслянных дистиллятов из малосернистых высокопарафинистых нефтей осуществляется при их взаимодействии с карбамидом. Этот процесс рекомендуется для очистки лёгких масел типа трансформаторных; при депарафинизации тяжёлых масел не получается должного эффекта в связи с наличием в них углеводородов разветвлённой структуры, не способных образовывать комплексы с карбамидом[19].

В процессе карбамидной депарафинизации образуется твердый комплекс, состоящий из молекул карбамида и высокозастывающих парафиновых углеводородов с неразветвлённой цепью или других органических соединений с достаточно длинной нормальной парафиновой цепью. Комплекс затем отфильтровывают от масла. Депарафинизация трансформаторного дистиллята карбамидом протекает весьма эффективно. Полученное масло имеет температуру застывания от минус 40 ^оС до минус 50 ^оС. Выход депарафинированного масла в зависимости от качества перерабатываемого сырья составляет 80-90 %. После карбамидной депарафинизации масло подвергают кислотно-щелочной очистке. Трансформаторное масло, депарафинированное карбамидом и прошедшее затем кислотно-щелочную очистку, характеризуется высокой антиокислительной стабильностью и хорошими диэлектрическими свойствами [19].

в) Масла адсорбционной очистки

Одним из самостоятельных методов очистки масел является непрерывная противоточная очистка адсорбентом, размельчённым до определённой величины. Сущность процесса очистки движущимся адсорбентом заключается в непрерывном контактировании восходящего потока очищаемого продукта со спускающимся слоем адсорбента. Очищаемый продукт для уменьшения вязкости разбавляют бензином. В качестве адсорбента могут применять силикагель, алюмосиликатный катализатор и отбеливающие глины в виде частиц размером 0,25-0,50 мм.

Процесс очистки масла движущимся адсорбентом экономически рентабелен, так как многократно проводится регенерация адсорбента и растворителя с последующим их использованием. Масло из малосернистых нефтей, полученное путем адсорбционной очистки, выпускается с добавкой 0,2% ионола [19].