一种风电齿轮油中金属杂质元素的脱除方法与流程

1.本发明属于风电齿轮油净化处理技术领域，具体涉及一种风电齿轮油中金属杂质元素的脱除方法。


背景技术：

2.风力发电机长时间运行过程中，变速箱齿轮不可避免会产生磨损，磨损主要由滑行齿面间的材料移动造成。随着风机运行时间的增加，油品的润滑性能随之下降，当齿轮油的油膜厚度所能承受的压力小于齿轮的咬合压力时，齿轮间金属部件会直接接触，产生微小的金属磨粒，同时会破坏齿轮的稳定结构；此外，在风机长期运行中，齿轮油中也会混入各种机械杂质颗粒。齿轮摩擦产生的微小金属磨粒和机械杂质颗粒会大大降低齿轮油的承载能力，同时也作为磨料，加速了齿轮的磨损，如果磨损一直持续下去，会影响金属部件的结构强度，甚至发生卡齿、断齿故障，严重影响风电机组的安全平稳运行。
3.风力发电设备主齿轮箱的材质主要成分为铁、铜元素，因此铁元素和铜元素的含量是判断齿轮箱内部磨损情况的典型代表元素。变速箱齿轮油中的微小金属颗粒如铁颗粒等带磁性的金属杂质可以通过磁性过滤器去除，但是磁性过滤器对非磁性金属颗粒没有脱除效果，如三氧化二铁、氧化亚铁等。此外，由于风力发电机多安装在环境条件苛刻的地区，齿轮箱的工作环境温度变化大、沿海湿度大，加上较大的扭力负荷及负荷的不稳定性导致齿轮油容易劣化变质，生成氧化物、醛、酸、羟基酸等老化产物。各类老化产物在油微水存在以及齿面磨损时的高温环境下容易与金属杂质生成稳定的化合物存在于油中，这类化合物随着时间的延长会逐渐交联生成油泥，致使齿轮油的润滑、导热性能严重下降，导致齿轮油颜色加深，影响油品使用寿命。
4.近年来，我国大力发展新能源，其中风力发电占比很高，因此风力发电齿轮油的保有量也相当巨大。随着风机运行时间的增加，我国废旧齿轮油的保有量也迅速增加。废油的回收和再生是有效节约资源的措施之一，同时也是防止环境污染的有效途径，但风电齿轮油中以结合态存在的金属杂质元素无法用物理机械方法将其过滤，更无法用磁性过滤器吸附，这给废旧齿轮油的回收利用带来了巨大困难，因此亟需新方法对废旧齿轮油的金属杂质元素加以脱除。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种风电齿轮油中金属杂质元素的脱除方法。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种风力发电机齿轮油金属杂质元素脱除方法，将金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂混合，得到混合溶剂，将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，在60℃
‑
100℃反应30分钟
‑
120分钟，得到疏油性产物，将疏油性产物通过的硅胶颗粒进行助沉，过滤。
8.本发明进一步的改进在于：金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
9.本发明进一步的改进在于：金属杂质脱除剂的用量为废旧齿轮油质量的0.1％
‑
4％。
10.本发明进一步的改进在于：醇水助溶剂为碳原子数为2
‑
5的醇与水的混合物，其中，醇的体积浓度为5％
‑
100％。
11.本发明进一步的改进在于：醇水助溶剂的用量为金属杂质脱除剂质量的3
‑
5倍。
12.本发明进一步的改进在于：脱除反应促进剂为庚酸。
13.本发明进一步的改进在于：脱除反应促进剂的用量为废旧齿轮油质量的0.05％
‑
2％。
14.本发明进一步的改进在于：硅胶颗粒的用量为废旧齿轮油质量的1％
‑
10％，硅胶颗粒的直径大小为50
‑
100μm。
15.本发明进一步的改进在于：助沉的时间为2
‑
5小时。
16.本发明进一步的改进在于：过滤采用孔径大小为5um
‑
25um的耐压滤布进行。
17.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
18.本发明突破了机械过滤、磁性过滤等物理方法无法有效脱除风电齿轮油中结合态金属杂质元素这一难点，通过金属杂质脱除剂对金属离子具有极强的螯合能力，实现对风力发电机齿轮油金属杂质元素的脱除。本发明中所使用的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂用量少，成本低，同时便于运输和存储；本发明的脱除方法简单可靠，易于操作，能够高效脱除风电齿轮油中铁元素和铜元素等金属杂质元素，并对油品的其他指标没有影响，可有效提高风力发电机组运行的安全性和稳定性。
19.进一步的，首次将金属螯合剂—乙二胺四乙酸二钠应用到齿轮油处理领域。乙二胺四乙酸二钠具有六个配位原子，对金属离子具有极强的螯合能力，在醇水助溶剂和庚酸的协同作用下能够生成疏油性反应产物，能够有效脱除油中的铁、铜等金属杂质元素。
20.进一步的，本发明中选用的硅胶助沉剂具有孔隙率高、比表面积大、吸附能力强等优点，可加速金属脱除反应所生成的疏油性螯合物的沉降，有力提高脱除效率。
具体实施方式
21.下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
22.本发明所述的一种风电齿轮油中金属杂质元素的脱除方法，包括以下步骤：
23.将待处理的废旧齿轮油进行称重，随后将已称重的废旧齿轮油放置于所需反应温度的恒温环境中。称取所需的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌至少30分钟直至混合均匀。将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，保持恒温状态并充分搅拌，使脱除反应能够彻底进行。用一定量的硅胶颗粒进行助沉，之后用耐压滤布对其进行过滤，以使金属杂质元素彻底与油液分离。
24.金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
25.金属杂质脱除剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的0.1％
‑
4％。
26.脱除反应促进剂为庚酸。
27.脱除反应促进剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的0.05％
‑
2％。
28.醇水助溶剂为碳原子数为2
‑
5的醇与水的混合物，其中醇的体积百分浓度为5％
‑
100％vol。
29.醇水助溶剂的添加量为金属杂质脱除剂添加量的3
‑
5倍。
30.脱除反应过程所需的环境温度为60℃
‑
100℃，反应时间为30分钟
‑
120分钟。
31.反应产物的助沉剂为硅胶颗粒，其用量为废旧齿轮油油液质量的1％
‑
10％，其颗粒的直径大小为50
‑
100μm，助沉时间为2
‑
5小时。
32.耐压滤布的孔径大小为5um
‑
25um。
33.实施例1
34.对风力发电机齿轮润滑油进行处理，风力发电机齿轮润滑油中的铁元素含量为205mg/kg，铜元素含量为20mg/kg。
35.具体的操作工艺流程为：
36.称取5kg待处理的废旧齿轮油，随后将其放置于80℃的恒温环境中。称取废旧齿轮油质量1％的乙二胺四乙酸二钠、废旧齿轮油质量5％的体积浓度50％vol乙醇和废旧齿轮油质量1％的庚酸，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌40分钟使其混合均匀，得到混合溶剂。将混合溶剂加入到温度为80℃的废旧齿轮油中，保持恒温状态并搅拌60分钟。用废旧齿轮油质量5％、孔径为75um的硅胶颗粒对反应后的油液进行助沉，助沉时间为2小时，并用孔径为10um的耐压滤布对油液进行过滤，使金属杂质元素与齿轮油彻底分离。
37.本实施例最终的处理效果为：铁元素降至39mg/kg，铜元素降至7mg/kg。
38.实施例2
39.对风力发电机齿轮润滑油进行处理，风力发电机齿轮润滑油中的铁元素含量为951mg/kg，铜元素含量为48mg/kg。
40.具体的操作工艺流程为：
41.称取5kg待处理的废旧齿轮油，随后将其放置于100℃的恒温环境中。称取废旧齿轮油质量3％的乙二胺四乙酸二钠、废旧齿轮油质量10％的体积浓度30％vol乙醇和废旧齿轮油质量2％的庚酸，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌60分钟使其混合均匀，得到混合溶剂。将混合溶剂加入到温度为100℃的废旧齿轮油中，保持恒温状态并搅拌100分钟。用废旧齿轮油质量7％、孔径为75um的硅胶颗粒对反应后的油液进行助沉，助沉时间为5小时，并用孔径为5um的耐压滤布对油液进行过滤，使金属杂质元素与齿轮油彻底分离。
42.本实施例最终的处理效果为：铁元素降至145mg/kg，铜元素降至20mg/kg。
43.实施例3
44.将待处理的废旧齿轮油进行称重，随后将已称重的废旧齿轮油放置于所需反应温度的恒温环境中。称取所需的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌至少30分钟直至混合均匀。将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，保持恒温状态并充分搅拌，使脱除反应能够彻底进行。用一定量的硅胶颗粒进行助沉，之后用耐压滤布对其进行过滤，以使金属杂质元素彻底与油液分离。
45.金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
46.金属杂质脱除剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的0.1％。
47.脱除反应促进剂为庚酸。
48.脱除反应促进剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的0.05％。
49.醇水助溶剂为碳原子数为2的醇类与水的混合物，其中醇的体积百分浓度为100％
vol。
50.醇水助溶剂的添加量为金属杂质脱除剂添加量的3倍。
51.脱除反应过程所需的环境温度为70℃，反应时间为50分钟。
52.反应产物的助沉剂为硅胶颗粒，其用量为废旧齿轮油油液质量的5％，其颗粒的直径大小为50μm，助沉时间为2小时。
53.耐压滤布的孔径大小为5um。
54.实施例4
55.将待处理的废旧齿轮油进行称重，随后将已称重的废旧齿轮油放置于所需反应温度的恒温环境中。称取所需的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌至少30分钟直至混合均匀。将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，保持恒温状态并充分搅拌，使脱除反应能够彻底进行。用一定量的硅胶颗粒进行助沉，之后用耐压滤布对其进行过滤，以使金属杂质元素彻底与油液分离。
56.金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
57.金属杂质脱除剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的2％。
58.脱除反应促进剂为庚酸。
59.脱除反应促进剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的1％。
60.醇水助溶剂为碳原子数为4的醇类与水的混合物，其中醇的体积百分浓度为25％vol。
61.醇水助溶剂的添加量为金属杂质脱除剂添加量的4倍。
62.脱除反应过程所需的环境温度为90℃，反应时间为100分钟。
63.反应产物的助沉剂为硅胶颗粒，其用量为废旧齿轮油油液质量的7％，其颗粒的直径大小为70μm，助沉时间为3小时。
64.耐压滤布的孔径大小为15um。
65.实施例5
66.将待处理的废旧齿轮油进行称重，随后将已称重的废旧齿轮油放置于所需反应温度的恒温环境中。称取所需的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌至少30分钟直至混合均匀。将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，保持恒温状态并充分搅拌，使脱除反应能够彻底进行。用一定量的硅胶颗粒进行助沉，之后用耐压滤布对其进行过滤，以使金属杂质元素彻底与油液分离。
67.金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
68.金属杂质脱除剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的4％。
69.脱除反应促进剂为庚酸。
70.脱除反应促进剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的2％。
71.醇水助溶剂为碳原子数为3的醇类与水的混合物，其中醇的体积百分浓度为50％vol。
72.醇水助溶剂的添加量为金属杂质脱除剂添加量的5倍。
73.脱除反应过程所需的环境温度为100℃，反应时间为30分钟。
74.反应产物的助沉剂为硅胶颗粒，其用量为废旧齿轮油油液质量的1％，其颗粒的直径大小为100μm，助沉时间为5小时。
75.耐压滤布的孔径大小为20um。
76.实施例6
77.将待处理的废旧齿轮油进行称重，随后将已称重的废旧齿轮油放置于所需反应温度的恒温环境中。称取所需的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂，在常温闭口条件下将三种添加剂混合并搅拌至少30分钟直至混合均匀。将混合溶剂加入到待处理的废旧齿轮油中，保持恒温状态并充分搅拌，使脱除反应能够彻底进行。用一定量的硅胶颗粒进行助沉，之后用耐压滤布对其进行过滤，以使金属杂质元素彻底与油液分离。
78.金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠。
79.金属杂质脱除剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的2％。
80.脱除反应促进剂为庚酸。
81.脱除反应促进剂的添加量为废旧齿轮油油液质量的2％。
82.醇水助溶剂为碳原子数为2的醇类与水的混合物，其中醇的体积百分浓度为5％vol。
83.醇水助溶剂的添加量为金属杂质脱除剂添加量的4倍。
84.脱除反应过程所需的环境温度为60℃，反应时间为120分钟。
85.反应产物的助沉剂为硅胶颗粒，其用量为废旧齿轮油油液质量的10％，其颗粒的直径大小为75μm，助沉时间为4小时。
86.耐压滤布的孔径大小为25um。
87.本发明要用于风力发电机齿轮润滑油中铁元素和铜元素等金属杂质元素的脱除；所述方法使用的金属杂质脱除剂为乙二胺四乙酸二钠、醇水助溶剂为醇类和水的混合物、脱除反应促进剂为庚酸；本发明中所使用的金属杂质脱除剂、醇水助溶剂和脱除反应促进剂用量少，成本低，同时便于运输和存储；本发明所述的脱除方法简单可靠，易于操作，能够高效脱除风电齿轮油中铁元素和铜元素等金属杂质元素，并对油品的其他指标没有影响，可有效提高风力发电机组运行的安全性和稳定性。