潤(rùn)滑油再生工藝研究進(jìn)展

馬章杰，郭大光，孫甜穎，馮 全，孫敬軍，劉 學(xué)

（1. 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001； 2. 河北樂(lè)凱化工工程設(shè)計(jì)有限公司， 河北 保定 071000）

潤(rùn)滑油主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備和交通工具，以減少其部件之間的摩擦，它能減少噪音并且起到冷卻的作用。潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油可由礦物油，動(dòng)植物油，合成油制得，加入提高其性能的添加劑，既是現(xiàn)在使用的潤(rùn)滑油，在長(zhǎng)期的傳動(dòng)和潤(rùn)滑過(guò)程中，潤(rùn)滑油老化、惡化，混入了金屬粉末、碎屑、水、輕質(zhì)油等雜質(zhì)[1,2]，被氧化生成瀝青質(zhì)，有機(jī)酸鹽類，油泥等污染物，嚴(yán)重影響其使用性能，造成機(jī)械堵塞并影響機(jī)械運(yùn)行和生產(chǎn)效率。被更換下來(lái)的油就是我們常說(shuō)的“廢油”[3]，這些廢油如果被直接傾倒或燃燒，不但造成資源浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境[4,5]。

隨著工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)成為一個(gè)能源消耗大國(guó)，對(duì)潤(rùn)滑油的需求不斷提高，成為了僅次于美國(guó)的第二大潤(rùn)滑油消費(fèi)國(guó)。近幾年我國(guó)潤(rùn)滑油消費(fèi)量達(dá)到每年850×104t，占世界消耗總量的16%左右。由于廢潤(rùn)滑油中的主要成份仍是其基礎(chǔ)油，而且每生產(chǎn)1L潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油需要67 L原油，而同樣生產(chǎn)1L潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油只需廢油1.6 L，所以對(duì)潤(rùn)滑油的回收和利用，不僅能夠解決原油緊缺的問(wèn)題，節(jié)約資源，還可以防止環(huán)境污染，有很深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)中鋼碳素化學(xué)公司的一項(xiàng)調(diào)查顯示，大部分國(guó)內(nèi)的廢油再生并作為二次油和燃料油使用，并且小部分廢油未經(jīng)處理且可能造成環(huán)境污染。如表1所示。

表1 廢潤(rùn)滑油的去向及其危害Table 1 List of destinations and hazards of domestic waste oil

1 廢油中的污染物及其危害

潤(rùn)滑油主要來(lái)源于原油的精煉，為了增強(qiáng)其性能加入添加劑，在使用過(guò)程中由于高溫、金屬碎屑和水等原因，使其發(fā)生氧化、聚合、酸化反應(yīng)，其生成的多環(huán)芳烴，致癌，易燃，有毒，并且有腐蝕性。廢油中的氯對(duì)人身體也有害，也增加了廢油精制過(guò)程的難度。并且有研究[6]表明：礦物潤(rùn)滑油不但影響植物的正常生長(zhǎng)，毒害水生動(dòng)植物，而且對(duì)地下水的污染長(zhǎng)達(dá)100年之久。

2 廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)的討論

目前廢潤(rùn)滑油再生的工藝技術(shù)有很多，但是殊途同歸的它們的操作重點(diǎn)為以下四點(diǎn)。

2.1 脫水脫燃料油

由于潤(rùn)滑油在不同的環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用，所以帶來(lái)不同的雜質(zhì)，其中的燃料油主要是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)泄露的汽、柴油和潤(rùn)滑油使用過(guò)程中惡化生成的石腦油，這些輕質(zhì)油降低潤(rùn)滑油的黏度。根據(jù)它們的沸點(diǎn)、在潤(rùn)滑油中的比重、其溶解性的不同，用不同的工藝手段從廢油中分離出來(lái)。

2.2 脫瀝青質(zhì)

潤(rùn)滑油在不同狀況下長(zhǎng)期作用，也由于被氧化生成了瀝青質(zhì)，根據(jù)其不同的沸點(diǎn)、溶劑中的溶解度，用物理方法除去；也可利用化學(xué)方法向潤(rùn)滑油里面加入和瀝青質(zhì)反應(yīng)生成不溶物的試劑。早期的脫瀝青方法是硫酸法和溶劑萃取法，現(xiàn)在膜分離和熱熱脫瀝青的方法正被廣泛采用。

2.3 蒸餾

蒸餾是根據(jù)潤(rùn)滑油當(dāng)中不同組分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離，由于潤(rùn)滑油中含有水和金屬等雜質(zhì)，使油品易被氧化，所以常常在預(yù)處理后用減壓蒸餾分餾不同組分，以得潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

2.4 最后精制

在前面處理方法之后，像氧，氮，硫，氯等雜質(zhì)仍未處理完全，白土吸附和加氫工藝常常作為最后精制的手段。

目前采用的技術(shù)當(dāng)中，其主要的區(qū)別是脫瀝青和最后處理。早期的再生工藝包括，酸－白土工藝，蒸餾工藝，和溶劑脫瀝青工藝，產(chǎn)生酸渣[7]并造成二次污染，之后的工藝技術(shù)主要致力于減少二次污染，現(xiàn)在最新的薄膜蒸發(fā)技術(shù)（TFE）對(duì)廢油有三種不同的處理方法：TFE+白土處理，TFE+溶劑精制，TFE+催化加氫。

3 國(guó)內(nèi)外較典型的廢油處理技術(shù)

在我國(guó)，對(duì)污染和變質(zhì)程度不同的廢潤(rùn)滑油采用不同的再生工藝處理，過(guò)去，我國(guó)將廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)分為兩類，即：簡(jiǎn)易再生和再生兩種。簡(jiǎn)易再生工藝是通過(guò)離心分離，閃蒸，吸附等手段對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行簡(jiǎn)單凈化；再生工藝主要由減壓蒸餾，酸堿精制和白土吸附等工藝組成。

目前，國(guó)際上將廢潤(rùn)滑油的再生技術(shù)分為以下三種[8]：。

第一類，再凈化工藝是指相對(duì)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)用自然或恒溫沉降－過(guò)濾，絮凝－離心分離等處理方法，除去廢油中的水分和分散在潤(rùn)滑油中的機(jī)械雜質(zhì)。

第二類，再精制工藝是指在上述步驟的基礎(chǔ)上采用化學(xué)精制或吸附法除去廢油中的氧化物。如脫水－硫酸－白土工藝，堿性鹽－水－白土工藝等。

第三類，再煉制是指在工藝處理過(guò)程中包含蒸餾技術(shù)的工藝，如蒸餾－硫酸精制－白土精制，TFE+白土處理等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外通用的廢油再生技術(shù)如圖1所示[9]。

圖1 當(dāng)前通用的廢油再生技術(shù)Fig.1 The current general waste lubricating oil regeneration process

不同的廢潤(rùn)滑油處理工藝對(duì)環(huán)境的影響如表 2所示[10]。

表2 不同廢油再生工藝對(duì)環(huán)境影響Table 2 Effect of different waste oil reclaiming processes on the environment

3.1 國(guó)內(nèi)廢油再生工藝

由于硫酸－白土法精制廢潤(rùn)滑油，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生SO2,酸水，酸渣，廢白土污染環(huán)境，我國(guó)環(huán)保總局已經(jīng)頒布法令明令禁止，所以大多數(shù)廠家采用改進(jìn)的硫酸－白土精制法，其中比較成熟的工藝有：蒸餾－酸洗－白土精制，沉降－萃取－蒸餾－白土精制，沉降－蒸餾－酸洗－鈣土精制，沉降－絮凝－白土精制，蒸餾－糠醛精制－白土精制，白土高溫接觸無(wú)酸再生工藝等[11,12]。

以上工藝技術(shù)工藝流程都比較簡(jiǎn)單對(duì)設(shè)備要求低，無(wú)論是用到的硫酸，白土還是糠醛都是易得的原料，成本低廉，但是帶來(lái)的問(wèn)題有：酸渣，酸水，廢白土難處理，污染環(huán)境；糠醛用量大，熱穩(wěn)定性差；操作過(guò)程中對(duì)人的身體有害；所得的油品質(zhì)量差等。我國(guó)廢油再生行業(yè)亟待發(fā)展一種污染小，再生油品質(zhì)量好，不損害操作人員身體健康的新廢油再生工藝。

3.2 國(guó)外發(fā)展的工藝技術(shù)

目前，國(guó)外發(fā)展較為典型成熟的廢潤(rùn)滑油再生工藝[13-15]有：德國(guó)Meinken公司開(kāi)發(fā)的Meinken工藝對(duì)傳統(tǒng)的硫酸－白土工藝進(jìn)行改進(jìn)，自行研制了強(qiáng)力攪拌混合器，大大降低了硫酸添加量，再生油可達(dá)到基礎(chǔ)油的標(biāo)準(zhǔn)，但是硫酸使用程中的產(chǎn)物腐蝕設(shè)備且仍造成環(huán)境污染，所以該工藝正在被淘汰。工藝流程如圖2所示。

BERC工藝是由美國(guó)能源部能源中心開(kāi)發(fā)的一種無(wú)酸工藝，采用正丁醇︰異丙醇︰早乙酮＝2︰1︰1的混合溶劑，對(duì)廢潤(rùn)滑油以體積比3︰1進(jìn)行萃取，分離后蒸餾脫劑對(duì)處理完的廢油再進(jìn)行白土或加氫處理。

IFP工藝由法國(guó)石油研究院開(kāi)發(fā)，亦是改進(jìn)的硫酸－白土工藝，其特點(diǎn)為在硫酸精制和白土精制之前先經(jīng)進(jìn)丙烷抽提，除去部分雜質(zhì)，從而達(dá)到減少硫酸和白土用量的目的。使硫酸的用量從原來(lái)的8%～10%降到3%～5%,白土用量從原來(lái)的5%～8%下降到3%～4%。該工藝的流程圖3所示。

Snamprogeti工藝是意大利公司對(duì)IFP工藝的優(yōu)化，去掉了硫酸－白土的步驟，讓廢潤(rùn)滑油先經(jīng)過(guò)常壓蒸餾除去水分和輕質(zhì)油，再經(jīng)丙烷抽提和減壓蒸餾以得潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。不僅有利于節(jié)約資源，又避免了環(huán)境污染，但是設(shè)備復(fù)雜，流程長(zhǎng)，投資大。

Kleen工藝采用先進(jìn)的加氫技術(shù)，對(duì)廢潤(rùn)滑油先進(jìn)行常壓閃蒸脫水和燃料油，之后在減壓汽提塔、薄膜蒸發(fā)器、Ni/Mo催化劑固定床反應(yīng)器上進(jìn)行處理。該技術(shù)處理效果好，所得油品質(zhì)量高，但是工藝流程復(fù)雜，對(duì)操作和設(shè)備要求相當(dāng)苛刻。工藝流程如圖4所示。

KTI工藝由國(guó)際動(dòng)力技術(shù)公司與海灣科技公司共同研制，主要應(yīng)用加氫技術(shù)處理廢潤(rùn)滑油，并為之取得專利。再生油的質(zhì)量好，回收率亦可達(dá)80%～85%，但是加氫工藝，設(shè)備要求高、操作復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。工藝流程如圖5所示。

圖2 Meinken工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of Meinken

圖3 IFP工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram of IFP

圖4 Kleen工藝流程圖Fig.4 Process flow diagram of Kleen

圖5 KTI工藝流程圖Fig.5 Process flow diagram of KTI

3.3 再生廢潤(rùn)滑油的新工藝

隨著科技的發(fā)展和環(huán)保的迫切要求，新的廢油再生工藝如雨后春筍層出不窮，例如：超細(xì)過(guò)濾、分子蒸餾、助溶劑法、亞臨界CO2萃取法、溶劑精制萃取等[16－20]。各種廢油再加工技術(shù)工藝比較如表3所示。

表3 各種廢油再生技術(shù)的工藝特點(diǎn)比較Table 3 The process features of all kinds of waste lubricating oil regeneration technologies

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，國(guó)外的潤(rùn)滑油再生工藝向著環(huán)保、無(wú)污染的方向發(fā)展，加氫精制工藝成為了主流方向，但是對(duì)工藝技術(shù)和操作過(guò)程要求苛刻。我國(guó)的潤(rùn)滑油再生工藝相對(duì)國(guó)外要落后，傳統(tǒng)的硫酸精制工藝仍占有主導(dǎo)地位，一方面是只注重經(jīng)濟(jì)效益，忽視了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，一方面工藝技術(shù)相對(duì)落后。所以根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，找到一種經(jīng)濟(jì)、污染小的廢油再生工藝是我們的迫切需要。

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