Исследование технологии применения диатомитовых фильтрующих материалов для промышленных нефтепродуктов

1. Ключевая роль диатомитовых фильтрующих материалов в фильтрации промышленных масел

Диатомитовые фильтрующие материалы, являясь высокоэффективным фильтрующим материалом, играют незаменимую роль в процессе очистки промышленных нефтепродуктов. Материал извлекается из природных ископаемых диатомовых водорослей путем дробления, фракционирования, прокаливания и других процессов и обладает уникальными физическими свойствами: пористостью до 80–93%, удельной поверхностью 15–40 м²/г, распределением размеров пор от 0,1 до 20 мкм. В области промышленных нефтепродуктов диатомитовые фильтрующие материалы в основном используются для депарафинизации, обесцвечивания и прецизионной фильтрации базовых масел, трансформаторных масел, гидравлических масел, белых масел и других продуктов.

По сравнению с традиционными фильтрующими материалами диатомитовые фильтрующие материалы обладают тремя существенными преимуществами: во-первых, высокой точностью фильтрации, позволяющей эффективно удалять твердые частицы размером более 0,5 мкм; Во-вторых, хорошая химическая стабильность, устойчивость к присадкам и кислотным веществам, содержащимся в нефтепродуктах; в-третьих, отличная термическая стабильность, позволяющая использовать фильтрующие материалы на основе диатомита в течение длительного времени при высоких температурах до 150 °C. Стандарт ASTM D4929 четко определяет технические характеристики фильтрующих материалов на основе диатомита для фильтрации смазочных масел, обеспечивая нормативную базу для промышленного применения. В реальных условиях производства фильтрующие материалы на основе диатомита обычно используют в сочетании с предварительной фильтрацией и основной фильтрацией для достижения эффективной очистки нефтепродуктов за счет механического улавливания, глубокой фильтрации и адсорбции.

2. Применение фильтрующих материалов на основе диатомита в производстве базовых масел для смазочных масел

В производстве базовых масел фильтрующие материалы на основе диатомита в основном используются в процессе фильтрации после депарафинизации растворителем и гидрирования. В процессе депарафинизации фильтрующие материалы на основе диатомита и кристаллизация воска образуют пористые фильтрационные осадки, что может значительно повысить эффективность фильтрации. Конкретные параметры процесса: толщина предварительного слоя 5–10 мм (дозировка диатомита 2–3 кг/м²), рабочая температура от -15 до -25 °C и перепад давления фильтрации 0,2–0,4 МПа. Данные показывают, что система депарафинизации с использованием фильтрующих добавок на основе диатомита может достигать скорости фильтрации 20–30 л/м²·мин, а содержание масла в парафиновом осадке поддерживается на уровне ниже 18%.

При фильтрации гидрогенизированного базового масла фильтрующие добавки на основе диатомита эффективно удаляют частицы катализатора и коллоиды. Исследования показали, что выбор фильтрующих добавок на основе диатомита с соответствующим распределением размеров частиц (крупный, средний и мелкий размер частиц, соотношение 3:5:2) позволяет снизить содержание механических примесей в отфильтрованном масле до уровня ниже 10 мг/кг, увеличивая при этом продолжительность цикла фильтрации на 30–40%. Особого внимания заслуживает тот факт, что специально обработанные диатомитовые фильтрующие материалы практически не адсорбируются на присадках в базовом масле, что обеспечивает стабильность эксплуатационных характеристик готового масла.

3. Инновационное применение диатомитовых фильтрующих материалов в специальных индустриальных маслах

В производстве трансформаторных масел диатомитовые фильтрующие материалы играют ключевую роль в очистке. Высокочистые диатомитовые фильтрующие материалы (содержание металлов <50 ppm) способны эффективно удалять из масла твердые частицы и полярные вещества, снижая коэффициент диэлектрических потерь (tanδ) на 30–40%. Практика крупного предприятия по производству трансформаторных масел показывает, что применение градиентной системы фильтрации на основе диатомита (грубая фильтрация → тонкая фильтрация → сверхтонкая фильтрация последовательно) с азотной защитой позволяет повысить пробивное напряжение трансформаторного масла до более чем 75 кВ, что соответствует требованиям стандарта МЭК 60296.

В процессе очистки белого масла скоординированное использование фильтрующих добавок на основе диатомита и активированной белой глины стало отраслевым стандартом. Фильтрующие добавки на основе диатомита выполняют две основные функции: одна — удаление частиц белой глины в качестве фильтрующего материала; другая — дальнейшее удаление следов примесей посредством поверхностной адсорбции. Оптимизированные параметры процесса показывают, что при содержании фильтрующей добавки на основе диатомита в количестве 30–50% от белой глины скорость фильтрации может достигать 15–25 л/м²·мин, а поглощение ультрафиолета (260 нм) готового масла может поддерживаться на уровне ниже 0,05.

4. Технические преимущества фильтрующих добавок на основе диатомита при регенерации отработанного масла

В области регенерации отработанного смазочного масла фильтрующие добавки на основе диатомита демонстрируют уникальные технические преимущества. Диатомитовые фильтрующие добавки эффективно удаляют такие примеси, как кислотный остаток и коллоиды, в процессе регенерации, что позволяет увеличить степень извлечения масла на 3–5 процентных пунктов. Экспериментальные данные показывают, что использование фильтрующих добавок на основе диатомита, прокаленных при высокой температуре (температура прокалки >900 °C), позволяет поддерживать стабильную эффективность фильтрации при рабочей температуре 120–150 °C, а цвет регенерированного масла может быть улучшен на 2–3 уровня.

Система фильтрующих добавок на основе диатомита для регенерации отработанного масла обычно использует пластинчатый и рамный фильтр-пресс, что позволяет контролировать содержание масла в фильтр-кеке ниже 25%. Экономический анализ показывает, что по сравнению с традиционными методами технология фильтрующих добавок на основе диатомита позволяет снизить затраты на регенерацию на 20–30%, одновременно уменьшая количество образующихся опасных отходов более чем на 30%. Некоторые современные регенерационные установки позволяют перерабатывать отработанный диатомит, и около 70% эффективности фильтрации может быть восстановлено посредством термической регенерации (600–800 °C).

5.Оптимизация процесса и стратегия устойчивого развития

Для повышения экономической эффективности использования диатомитовых фильтрующих добавок при промышленной фильтрации масел рекомендуются следующие стратегии оптимизации:

• Оптимизация предварительной фильтрации: применение технологии двухслойной предварительной фильтрации «крупно-тонко» с долей грубой и тонкой фильтрации (20–30 мкм) 60% и тонкой фильтрации (5–10 мкм) 40%, что позволяет повысить эффективность фильтрации на 20–30%;
  

• Динамическое управление добавлением: автоматическая регулировка скорости добавления диатомитового фильтрующего добавок в зависимости от сопротивления фильтрационного осадка (обычно 0,1–0,3% от массы масла) для поддержания оптимального перепада давления фильтрации (0,3–0,5 МПа);

• Управление температурой: большинство процессов промышленной фильтрации масел осуществляется при температуре 80–120 °C, при этом скорость фильтрации увеличивается на 15–20% при повышении температуры на каждые 10 °C;

• Выбор оборудования: для высоковязких нефтепродуктов используется пластинчатый фильтр-пресс, а для низковязких – пластинчатый.

С точки зрения контроля качества, фильтрующие материалы на основе диатомита для промышленных нефтепродуктов должны соответствовать следующим стандартам:

- Проницаемость: 0,5–10 Дарси (выбирается в зависимости от вязкости нефтепродуктов)

- Влажность: ≤0,5%

- Кислоторастворимые вещества: ≤3,0%

- Содержание тяжёлых металлов: в соответствии со стандартами API

6. Тенденции и перспективы развития технологий

Технология фильтрующих материалов на основе диатомита для промышленных нефтепродуктов развивается в трёх направлениях:

• Функциональная модификация: Разработка фильтрующих материалов на основе диатомита с селективной адсорбцией за счёт поверхностной обработки позволяет одновременно удалять из нефтепродуктов несколько примесей;

• Интеллектуальное применение: Использование датчиков и технологий анализа данных для оптимизации эффективности использования фильтрующих материалов на основе диатомита и реализации профилактического обслуживания;

• Экологичное производство: Разработка энергосберегающих производственных процессов и технологий утилизации отходов диатомита для снижения воздействия на окружающую среду.

Анализ рынка показывает, что в связи с постоянным повышением требований к качеству промышленных масел спрос на фильтрующие материалы на основе диатомита будет продолжать расти. Ожидается, что в ближайшие пять лет объём мирового рынка фильтрующих материалов на основе диатомита для промышленных нефтепродуктов будет расти в среднем на 3–4% в год, а технологические инновации будут способствовать разработке продукции, направленной на повышение производительности и улучшение защиты окружающей среды.