ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ
В практике регенерации трансформаторных масел наибольшее распространение получили различные комбинации кислотной, щелочной и адсорбционной очистки. Адсорбционные методы преобладают над остальными и получают все большее применение вследствие их универсальности, легкости осуществления и сравнительно высокого эффекта восстановления масел.
В настоящей главе описаны основные технологические методы регенерации трансформаторных масел, приведены принципиальные схемы процессов, а также„ рассмотрено качество регенерированных масел в зависимости от методов их восстановления и различных технологических факторов.
РЕГЕНЕРАЦИЯ КИСЛОТНО-КОНТАКТНЫМ МЕТОДОМ
Кислотно-контактный метод (метод «кислота — глина») получил относительно широкое применение для регенерации сильно окисленных отработанных трансформаторных масел. Очистка масел серной кислотой с целью их повторного применения заимствована из практики очистки масляных дистиллятов в нефтяной промышленности, где этот метод до сих пор еще довольно часто используется для получения товарных масел. Сернокислотную очистку можно рассматривать как физико-химический метод, так как серная кислота, помимо того что она вступает в химическое взаимодействие с некоторыми нежелательными веществами, является также хорошим растворителем многих соединений.
Серная кислота в первую очередь реагирует не с углеводородами, а с малостабильными продуктами старения. В отработанном трансформаторном масле наряду с асфальто-смолистыми веществами могут находиться карбоновые и оксикарбоновые кислоты, фенолы, мыла и другие продукты окисления масла, нейтральные или кислые. Все эти вещества более реакционноспособны, чем углеводороды. При очистке масел серной кислотой образуются две жидкие фазы: верхний и нижний слои. Верхний слой — кислое масло, состоящее из углеводородов, свободной серной кислоты и сульфосоединений. Нижний слой — кислый гудрон, состоящий из свободной серной кислоты, сульфосоединений и асфальто-смолистых веществ.
Серная кислота концентрацией 93—98% при обычной температуре химически почти не взаимодействует с нормальными парафиновыми и нафтеновыми углеводородами, по они частично растворяются в ней. Поэтому нормальные углеводороды почти всегда обнаруживаются в кислом гудроне. Углеводороды изостроения, содержащие третичный углеродный атом, легко сульфируются крепкой серной кислотой и образуют сульфокислоты и воду. Ароматические углеводороды при взаимодействии с избытком крепкой серной кислоты подвергаются сульфированию с образованием сульфокислот, а также растворяются в крепкой серной кислоте. С повышением концентрации серной кислоты растворимость ароматических углеводородов увеличивается. Нафтеновые и карбоновые кислоты довольно устойчивы против действия серной кислоты; они лишь частично растворяются в ней. Оксикислоты полимеризуются и в основном переходят в кислый гудрон.
Таким образом, при очистке отработанных масел серной кислотой из них удаляются ненасыщенные и асфальто-смолистые соединения, и другие вредные продукты старения. Основная же часть углеводородов масла остается почти без изменений.
Темиература обработки масел серной кислотой имеет первостепенное значение. Для каждой партии отработанного масла экспериментально должна быть подобрана оптимальная температура очистки. При температуре выше оптимальной увеличивается скорость реакций серной кислоты с углеводородами и смолами и повышается растворимость кислых и полимерных соединений кислого гудрона в масле. В результате резко ухудшается цвет очищенного масла и увеличивается выход кислого гудрона. При температуре ниже оптимальной повышается вязкость масла, затрудняются перемешивание и контактирование масла с кислотой и осаждение частиц кислого гудрона и удлиняется цикл очистки. При этом ухудшается качество масла и увеличивается расход отбеливающей глины (или щелочи) па нейтрализацию кислого масла. В промышленной практике сернокислотной очистки поддерживают возможно более низкую температуру, но достаточную для обеспечения необходимой вязкости масла. Отработанные трансформаторные масла обрабатывают серной кислотой при 20-25° С.
Концентрация серной кислоты также является одним из наиболее существенных факторов при очистке масла. Серная кислота концентрацией менее 85% непригодна для очистки масел. С повышением концентрации увеличивается образование сульфокислот и выход кислого гудрона. Практически при регенерации масел установлена концентрация 93—96%.
При оптимальных температурном режиме очистки и концентрации серной кислоты качество регенерированных масел зависит от удельного расхода кислоты. Расход кислоты определяется степенью старения масла. Чем большие изменения претерпело отработанное масло, тем больше серной кислоты необходимо затратить па его регенерацию. При недостаточном количестве кислоты масло будет недоочищено; в нем останутся нежелательные вещества. Но и избыток кислоты вреден — переочищенное масло имеет пониженную химическую стабильность, т. е. легко окисляется, быстрее стареет. Практически расход серной кислоты при регенерации масел с кислотным числом до 0,2 мг КОН/г составляет до 3%, а для масел с кислотным числом 0,6 мг КОН/г равен 6—7%. Удельный расход серной кислоты зависит также от продолжительности и интенсивности контактирования масла с серной кислотой. Увеличивая поверхность контакта, можно соответственно уменьшить продолжительность контактирования.
Технологический процесс регенерации отработанного трансформаторного масла по методу «кислота — глина» складывается из следующих операций: предварительное обезвоживание масла; обработка масла серной кислотой; отстой и удаление кислого гудрона; контактирование кислого масла с отбеливающей глиной.
Таблица 11. Качество масла, регенерированного серной кислотой и отбеливающей глиной (5%)
Таблица 12. Результаты регенерации трансформаторного масла серной кислотой и адсорбентом
(отбеливающей глиной)
Отработанное масло, предварительно отстоянное отводы и механических примесей, закачивают насосом в кислотную мешалку. Перемешивание отработанных масел с серной кислотой в мешалках осуществляется с помощью сжатого воздуха. При этом воздух не оказывает заметного окисляющего действия на углеводороды масла. В практике регенерации отработанных масел применяют также механические способы перемешивания масла с серной кислотой.
Серную кислоту подают в мешалку из дозатора, куда она поступает из монжуса. Продолжительность перемешивания масла с кислотой 30—35 мин. По окончании отстоя кислый гудрон спускают, а масло перекачивают в контактную мешалку, в которой первую порцию масла обрабатывают 6—8% отбеливающей глины (свежей), а последующие порции — глиной, оставшейся от предыдущего цикла очистки. Оптимальная температура контактирования кислого масла с отбеливающей глиной 50° С; при этой- температуре достигаются наилучшие результаты как по снижению кислотного числа, так и по цвету. После осаждения отбеливающей глины масло перекачивают через фильтрпресс и электроподогреватель во вторую контактную мешалку, где его дополнительно обрабатывают 4—6% свежей глины. В отфильтрованное масло вводят антиокислительную присадку ионол (0,2%). По такой схеме работает регенерационная станция Московской кабельной сети Мосэнерго. Расход кислоты составляет 2—5%, а отбеливающей глины 12%.
Недостатком метода «кислота — глина» является сложность процесса, необходимость применения отбеливающей глины для нейтрализации кислого масла, малая избирательность кислоты по отношению к продуктам окисления, а также значительные трудности, связанные с удалением кислого гудрона из системы и с установки. При регенерации серной кислотой трансформаторных масел, содержащих антиокислительные присадки (в частности, ионол), кислота разрушает присадки и в регенерированных маслах, как правило, они не сохраняются. Сернокислотный метод значительно сложнее адсорбционного и щелочного способов регенерации. В табл. 11 приведены результаты регенерации отработанного трансформаторного масла с кислотным числом до 0,2 мг КОН/г, а в табл. 12 — с кислотным числом 0,6 мг КОН/г; регенерацию вели по методу «кислота — глина».
