Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННОГО МОТОРНОГО МАСЛА ОТ ВОДЫ И ТОПЛИВА

Изобретение относится к области очистки углеводородных масел, а именно к очистке отработанного моторного масла, и может "быть широко использовано в машиностроительной, автомобильной, химической, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, на железнодорожном транспорте и в агропромышленном комплексе, т.е. там, где используются смазочные масла.

Отработанные моторные масла по своим характеристикам представляют существенную экологическую опасность для окружающей среды: они токсичны, канцерогенны, радиоактивны. Просто захоронить их или сжечь при утилизации нельзя, т.к. токсичные соединения из отработанного масла накапливаются в земле, загрязняют воду и атмосферу (всего лишь 1 литр отработанного масла загрязняет около 7 млн. литров воды).

В то же время отработанные масла являются сырьем для производства вторичных продуктов, используемых в народном хозяйстве. В связи с этим регенерация отработанного масла, выполненная с учетом экологических требований и технических характеристик отработанного масла, по праву становится одним из лучших способов утилизации его.

Обеспечивая прирост местных ресурсов производства масла, она предохраняет окружающую среду от загрязнения, решая техническую, экологическую и экономическую проблемы.

Полная регенерация отработанного масла включает физические, химические и физико-химические методы очистки. Каждый из этих методов имеет целью удаление какого-либо вида загрязнения: механических примесей (пыль, песок, частицы металла), воды, легких и тяжелых углеводородных фракций, смольных асфальтообразных и коксообразных веществ, продуктов старения масла и сработавшейся массы присадок, добавляемых в используемое в технике масло.

В настоящей заявке предлагается техническое решение в качестве изобретения, касающееся очистки отработанного моторного масла от воды и топлива (легких нефтяных фракций), хотя до этого следует провести предварительную очистку от механических примесей путем водной промывки, отстаивания, фильтрации, механической и центробежной сепарации, обработки в электрическом или вибрационном полях.

Удаление воды и топлива из отработанного моторного масла осуществляется, в основном, путем выпаривания с последующей конденсацией паров воды и топлива. Успех очистки зависит от того, какая технология и реализующее ее оборудование задействовано в процессе очистки отработанного моторного масла. И, в первую очередь, в этом процессе должны быть определены оптимальные реальные параметры-температура и давление, соблюдению и поддержанию которых соответствует аппаратура установки для очистки отработанного моторного масла.

Для оценки патентной экспертизой преимуществ предлагаемого изобретения проанализируем известные из уровня техники решения для очистки отработанного моторного масла от воды и топлива.

Известна вакуумная установка РТМ-200, в которой для обезвоживания масла (см. Шашкин П.И., Брай И.В. Регенирация отработанных нефтяных масел. Издательство “Химия”, Москва, 1970 г., с. 166-170) использован отгонный куб в виде теплоизолированной горизонтальной цилиндрической емкости. В торцах емкости установлены распыливающие отработанное масло форсунки. В нижней части емкости расположен сборник для обезвоженного масла. Емкость связана с шестеренчатым насосом, холодильником и вакуум-насосом. В установке имеется электропечь для нагрева масла перед подачей на сушку в отгонный куб. Для проведения вакуумной сушки куб предварительно прогревают до температуры 70°С, а вакуум-насосом создают в отгонном кубе остаточное давление 160-110 мм рт.ст.

Под давлением 10 кг/см² масло, нагретое до 70°С, подают из электропечи шестеренчатым насосом в форсунки на распыление. При соударении частицы масла “дробятся до туманообразного состояния, что резко увеличивает поверхность испарения и улучшает условия удаления влаги”. Водяные пары из куба вакуум-насосом направляют в холодильник, расположенный над отгонным кубом, откуда конденсат воды стекает в сборник под конденсатором, а обезвоженное масло шестеренчатым насосом откачивается в маслосборник. Кроме того, в установке специально предусмотрена подача воздуха через маслосборник с помощью игольчатого клапана для повышения летучести испаряемой среды.

Анализ конструкции и работы установки показал, что данное техническое решение не может быть использовано для очистки отработанного моторного масла от воды и топлива из-за следующих недостатков:

1. Установка форсунок в торцевых стенках отгонного куба обусловливает весьма усиленное диспергирование отработанного масла - “до туманнообразного состояния”, что может привести к втягиванию вакуумным насосом мельчайших частиц масла в трубопровод, а далее и в конденсатор, в который должен поступать только пар из испарителя (отгонного куба). Таким образом, сконденсированная вода будет значительно загрязнена маслом, а потому потребуется дополнительная очистка.

2. Расположение конденсатора над испарителем да еще на расстоянии трубопровода может привести к преждевременной конденсации пара уже в трубопроводе и отеканию воды обратно в испаритель, что приводит к снижению степени очистки масла и к необходимости повторной его очистки.

3. Использование известной установки для очистки отработанного моторного масла неприемлемо из-за того, что в ее составе имеется электропечь для подогрева масла перед подачей в испаритель, и содержащееся в составе масла топливо может воспламениться и вызвать пожар на установке.

4. Подача воздуха игольчатым клапаном в отгонный куб (испаритель) с предварительным пропусканием через слой масла в сборнике без сомнения вызовет всплески масла, что увеличит вероятность дополнительного захвата паром частиц уже осушенного (обезвоженного) масла. Кроме того, введение дополнительного воздуха в испаритель внесет нежелательные изменения в режиме конденсации в условиях вакуума.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой установке является установка для очистки отработанного масла от легких фракций и воды, принятая в качестве прототипа (см. заявку РФ №93007035/04, кл.G 10031/06, 1993, публикация 1995 г.).

Установка (в заявке-система) содержит теплоизолированный испаритель (в прототипе - теплоизолированная емкость) с устройством подачи отработанного моторного масла (в прототипе - с форсункой), соединенный с источником химически неактивного газа, газораспределительную решетку в нижней ее части (емкости), холодильник- конденсатор, соединенный с теплоизолированной емкостью в верхней ее части, последовательно соединенные подогреватель, насос и перегреватель, а также последовательно соединенные с холодильником-конденсатором сепаратор с вакуумным насосом, причем подогреватель расположен на выходе теплоизолированной емкости в нижней ее части, а перегреватель расположен на выходе теплоизолированной емкости и взаимодействует с форсункой, расположенной на стенке внутри емкости.

При работе установки-прототипа проявляются многие из тех недостатков, которые присущи установке - аналогу, описанной ранее.

Соединение холодильника-конденсатора “с теплоизолированной емкостью (испарителем) в верхней ее части” обусловит в условиях вакуума:

- унос масла с паром, потери масла, необходимость повторной очистки для получения товарной вторичной продукции;

- преждевременную конденсацию пара в соединяющих испаритель с конденсатором конструкциях, а значит и отекание сконденсированной воды обратно в испаритель, т.е. в масло, что обусловит необходимость повторной очистки или более продолжительного испарения для получения товарного вторичного продукта;

- подача через газораспределительную решетку в нижней части испарителя химически неактивного газа или водяного пара нарушит режим как испарения, так и конденсации в условиях вакуума.

Указанных недостатков лишена заявляемая установка для очистки отработанного моторного масла от воды и топлива, при эксплуатации которой в производстве будет достигнут ожидаемый результат - высокая степень очистки отработанного моторного масла от воды и топлива при безопасном и экономичном проведении процесса.

Заявляемая установка, как и прототип, содержит теплоизолированный испаритель, с устройствами подачи отработанного моторного масла и патрубком выдачи обезвоженного масла, соединенный с испарителем конденсатор, с которым соединен вакуумный насос, подогреватель, последовательно соединенные перекачивающие насос и перегреватель, сообщенный с устройствами подачи отработанного моторного масла.

Установка отличается от прототипа тем, что она снабжена емкостью для исходного отработанного моторного масла, полость которой соединена с всасывающим патрубком перекачивающего шестеренчатого насоса и через обогреваемую барометрическую трубу - с патрубком выдачи обезвоженного моторного масла, при этом подогреватель выполнен в виде паровой рубашки емкости для исходного отработанного моторного масла, перегреватель - в виде трубчатого теплообменника, трубное пространство которого сообщено с нагнетательным патрубком шестеренчатого насоса, а межтрубное пространство - с источником греющего пара, испаритель выполнен в виде обогреваемого горизонтального цилиндра, в торцах которого установлены устройства подачи отработанного моторного масла в виде сопел с фильтрующими перегородками на входе, а в центральной части полости испарителя напротив сопел расположены отражатели струй масла, вогнутая поверхность которых обращена к соплам, при этом нижняя часть испарителя снабжена сборником обезвоженного моторного масла с патрубком выдачи его и размещенной между отражателями струй масла обогреваемой трубой, верхний конец которой оснащен ловушкой брызг масла, а нижний конец трубы соединен с корпусом конденсатора, охваченным охлаждающей рубашкой, в полости которого по всей высоте размещен охлаждающий змеевик с проходящей внутри него по оси конденсатора трубой для вывода из змеевика охлаждающей среды, патрубок отвода сконденсированной воды из конденсатора соединен с баком для сбора ее, сообщенным с вакуумным насосом, установка также снабжена дополнительными теплоизолированным обогреваемым испарителем, конденсатором, подогревателем, перегревателем, шестеренчатым и вакуумным насосами, обогреваемой барометрической трубой конструктивно идентичными основным испарителю, конденсатору, подогревателю, перегревателю, шестеренчатому насосу, вакуумному насосу, обогреваемой барометрической трубе, и емкостью для обезвоженного масла, содержащего топливо, сообщенной с емкостью исходного отработанного моторного масла трубопроводом, соединенным с нагнетательным патрубком основного шестеренчатого насоса, при этом дополнительный подогреватель выполнен в виде паровой рубашки емкости для обезвоженного масла, содержащего топливо, полость которой соединена с всасывающим патрубком дополнительного шестеренчатого насоса, трубное пространство дополнительного перегревателя сообщено с нагнетательным патрубком дополнительного шестеренчатого насоса и с соплами дополнительного испарителя, в котором сборник предназначен для очищенного моторного масла, дополнительная обогреваемая барометрическая труба связана с патрубком выдачи очищенного масла из сборника и с емкостью для обезвоженного масла, содержащего топливо, патрубок отвода сконденсированного топлива из дополнительного конденсатора соединен с баком для сбора топлива, сообщенным с дополнительным вакуумным насосом.

Заявляемая установка соответствует всем условиям патентоспособности.

Она является новой, т.к. проведенные авторами изобретения патентные исследования выявили наиболее близкие к заявляемому технические решения, описанные выше, совокупности существенных признаков которых не тождественны совокупности существенных признаков изобретения по настоящей заявке.

Предлагаемое для патентной экспертизы изобретение имеет изобретательский уровень, так как ни одно из выявленных известных решений, помимо описанных выше, относящихся к технике очистки отработанных масел, не содержит признаков заявленной установки.

Описанное изобретение промышленно применимо, так как оно может быть использовано в промышленности и сельском хозяйстве. Более того, в нем есть большая потребность.

Все признаки, входящие в совокупность существенных признаков, выполнимы и воспроизводимы, не противоречат друг другу и используются в полном объеме для достижения ожидаемого технического результата.

Доказательством тому служит приведенное ниже описание самой установки и ее работы.

На фиг.1 схематично представлена заявляемая установка для очистки отработанного моторного масла от воды и топлива, на фиг.2 - место А в увеличенном масштабе, на фиг.3 - место Б в увеличенном масштабе.

Установка содержит теплоизолированный испаритель 1, выполненный в виде обогреваемого горизонтального цилиндра, в торцах 2 которого установлены устройства в виде сопел 3 для подачи в испаритель 1 отработанного моторного масла.

На входе каждого из сопел 3 установлены фильтрующие перегородки 4, выполненные, например, в виде перфорированных дисков.

В центральной части испарителя 1 напротив сопел 3 расположены отражатели 5 струй масла, выходящих из сопел 3, и вогнутая поверхность отражателей 5 обращена к соплам 3. Нижняя часть испарителя 1 снабжена сборником 6 обезвоженного моторного масла с патрубком 7 выдачи его и размещенной между отражателями 5 обогреваемой трубой 8, верхний конец которой оснащен ловушкой 9 брызг масла.

С испарителем 1 соединен конденсатор 10. Его корпус 11 соединен с нижнем концом трубы 8, при этом в охлаждаемом снаружи рубашкой 12 корпусе 11 по всей высоте размещен охлаждающий змеевик 13 с проходящей внутри него трубой 14 для вывода охлаждающей среды из змеевика 13. Патрубок 15 отвода из конденсатора сконденсированной воды соединен с баком 16 сбора ее, сообщенным с вакуумный насосом 17.

Установка содержит подогреватель 18, последовательно соединенные перекачивающий шестеренчатый насос 19 и перегреватель 20, выполненный в виде трубчатого теплообменника, трубное пространство которого сообщено с нагнетательным патрубком шестеренчатого насоса 19 и с соплами 3, а межтрубное пространство - с источником греющего пара (на чертеже не показан).

Установка снабжена емкостью 21 для исходного отработанного моторного масла, полость которой сообщена с всасывающим патрубком шестеренчатого насоса 19 и через обогреваемую барометрическую трубу 22 - с патрубком 7 выдачи обезвоженного масла. Подогреватель 18 выполнен в виде паровой рубашки емкости 21.

Установка также снабжена дополнительными испарителем 23, конденсатором 24, подогревателем 25, перегревателем 26, шестеренчатым насосом 27, вакуумным насосом 28, обогреваемой барометрической трубой 29 конструктивно идентичными, соответственно, основным испарителю 1, конденсатору 10, подогревателю 18, шестеренчатому насосу 19, вакуумному насосу 17, обогреваемой барометрической трубе 22, и емкостью 30 для обезвоженного масла, содержащего топливо.

Емкость 30 сообщена с емкостью 21 трубопроводом 31, соединенным с нагнетательным патрубком основного шестеренчатого насоса 19.

Дополнительный подогреватель 25 выполнен в виде паровой рубашки емкости 30, полость соединена с всасывающим патрубком дополнительного шестеренчатого насоса 27.

Трубное пространство дополнительного перегревателя 26 сообщено с нагнетательным патрубком шестеренчатого насоса 27 и с соплами 32 испарителя 23, сборник 33 которого предназначен для очищенного моторного масла. Дополнительная барометрическая труба 29 связана с патрубком 34 отвода сконденсированного топлива из конденсатора 24, который соединен с баком 35 для сбора топлива, сообщенным с вакуумным насосом 28.

Между шестеренчатым насосом 19 и перегревателем 20 установлен вентиль 36 и такой же вентиль 37 установлен на трубопроводе 31.

Заявляемая установка для очистки отработанного моторного масла от воды и топлива работает следующим образом.

Предназначенное для очистки от воды и топлива отработанное моторное масло предварительно обрабатывают физическими и химическими методами (коагуляцией, отбеливанием глиной, центробежной сепарацией, фильтрацией, отстаиванием, реагентной обработкой) для удаления шламов и снижения кислотности, после чего масло заливают в емкость 21.

Подогретое до температуры 60-70°С с помощью паровой рубашки 18 находящееся в емкости 21 отработанное моторное масло перекачивают шестеренчатым насосом 19 в перегреватель 20, причем моторное масло поступает в трубки теплообменника 20, а в межтрубном пространстве циркулирует греющий пар. Из перегревателя 20 моторное масло выходит нагретым до 80-90°С, а затем его подают в сопла 3. Для того, чтобы в сопла 3 подавалось чистое, без примесей, масло, на входе в каждое сопло 3 масло процеживается через перфорированный диск 4. Разогнанное в соплах 3 масло вылетает из него в испаритель 1 с большой скоростью в виде струи, которая, попав на вогнутую поверхность отражателей 5, разбивается на мелкие частицы. Одновременно идет испарение воды, т.к. в испарителе создан режим низкотемпературной вакуумной сушки: давление 10-200 мм рт. ст. и температура не выше 90°С. Вакуумирование осуществляется вакуумным насосом 17. Диспергированные частицы масла, отражаясь отражателем 5, летят на стенки испарителя 1 и, стекая по стенкам горизонтального цилиндра 1 в виде тонкой пленки, попадают в сборник 6 обезвоженного масла (но с топливом). При движении масла по стенкам испарителя 1 дополнительно происходит испарение захваченных им частиц воды. Из сборника 6 обезвоженное моторное масло через патрубок 7 попадает в барометрическую трубу 22, а из нее - в емкость 21.

При необходимости описанный путь масла от исходного до обезвоженного может быть многократно повторен для достижения получения масла, содержащего менее 0,005% влаги - оптимальной степени очистки от воды.

Образовавшийся в испарителе 1 пар под действием движущей силы, возникающей в процессе низкотемпературной вакуумной сушки, направляется к обогреваемой трубе 8, верхний конец которой оснащен ловушкой 9 брызг масла, унесенного частицами воды и пара из зоны действия отражателей 5. Уловленные ловушкой 9 брызги масла перетекают в сборник 6.

Пар по обогреваемой трубе 9 естественным ходом опускается вниз, входит в корпус 11 конденсатора 10. Здесь происходит конденсация пара во всем объеме конденсатора 10 благодаря всеохватному интенсивному охлаждению пара охлаждаемыми корпусом 11, змеевиком 13 и трубой 14. Температура в конденсаторе 10-12°С. Сконденсированная вода из конденсатора 10 выводится через патрубок 15 в бак 16 сбора воды.

Так в целом происходит очистка отработанного моторного масла отводы.

Для очистки отработанного моторного масла от топлива в работу вступает вторая, дополнительная, технологическая линия.

Полученное обезвоженное моторное масло, содержащее топливо, с помощью шестеренчатого насоса 19 перекачивает моторное масло, содержащее топливо, из емкости 21 в емкость 30. Для этого вентиль 36 между шестеренчатым насосом 19 и перегревателем 20 закрывают, но открывают вентиль 37 на трубопроводе 31.

Масло транспортируют из емкости 21 в емкость 30.

Подогретое до температуры 90°С с помощью паровой рубашки 25, находящееся в емкости 30, обезвоженное моторное масло перекачивают шестеренчатым насосом 27 в перегреватель 26, причем обезвоженное моторное масло, содержащее топливо, поступает в трубки теплообменника 26, а в межтрубном пространстве циркулирует греющий пар. Из перегревателя 26 моторное масло выходит нагретым до 105-115°С, а затем его подают в сопла 32 испарителя 23. Для того, чтобы в сопла 32 испарителя 23 подавалось масло без механических примесей, на входе в каждое сопло 32 масло процеживается через перфорированный диск 38.

Разогнанное в соплах 32 масло, содержащее топливо, вылетает в испаритель 23 с большой скоростью в виде струи, которая, попав на вогнутую поверхность отражателей 39, разбивается на мелкие частицы. Одновременно идет испарение топлива, т.к.в испарителе 23 создан режим вакуумной сушки:давление 0,5-1,0 мм рт.ст. и температура не выше 115°С.

Вакуумирование осуществляется вакуумным насосом 28. Диспергированные частицы масла, отражаясь отражателем 39, летят на стенки испарителя 23, стекая по стенкам горизонтального цилиндра 23 в виде тонкой пленки, попадают в сборник 33 очищенного масла (без воды и топлива). При движении масла по стенкам испарителя 23 дополнительно происходит дополнительное испарение захваченных маслом частиц топлива. Из сборника 33 очищенное моторное масло через патрубок 34 попадает в барометрическую трубу 29, а из нее - в емкость 30.

При необходимости описанный путь масла от исходного масла (содержащего топлива) до очищенного (без топлива) может быть повторен, т.е. осуществится многократная циркуляция для достижения получения масла, содержащего не более 0,1% топлива - оптимального результата очистки масла от топлива.

Образовавшийся в испарителе 23 пар топлива под действием движущей силы, возникающей в процессе низкотемпературной вакуумной сушки, направляется в обогреваемую трубу 40, верхний конец которой оснащен ловушкой 41 брызг моторного масла, унесенного частицами топлива и с паром топлива из зоны действия отражателей 39. Уловленные ловушкой 41 брызги масла перетекают в сборник 33.

Пар по обогреваемой трубе 40 естественным ходом опускается вниз, входит в корпус 42 конденсатора 24. Здесь происходит конденсация пара топлива во всем объеме конденсатора 24 благодаря всеохватному интенсивному охлаждению пара топлива охлаждаемыми корпусом 42, змеевиком 43 и трубой 44. Температура в конденсаторе 10-12°С. Сконденсированное топливо из конденсатора 24 отводится через патрубок 45 в бак 35 сбора топлива.

Процесс очистки отработанного моторного масла от воды и топлива закончен. Получено очищенное масло, представляющее собой вторичный товарный продукт, получено пригодное к использованию топливо и экологически безопасная (“сливная”) вода.

Очищенное от воды и топлива моторное масло выводят из емкости 30 на следующий передел процесса регенерации масла, в емкость 21 заливают следующую порцию отработанного моторного масла, которое необходимо очистить от воды и топлива с помощью заявляемой установки.