環丁砜溶劑精制再生廢潤滑油的研究

吳亮，劉瑩，孫彥祥，楊藏軍，宋宇翔，陳文藝

(遼寧石油化工大學 化學與化工環境學部，遼寧 撫順 113001)

隨著工業的發展，我國對潤滑油的需求量日益增加，廢潤滑油的總量也在增加。據不完全統計，2010 年我國廢潤滑油用量為484 萬t/a［1］，預計到2020 年將達到600 ～800 萬t/a［2］。廢潤滑油并不是 廢油［3］，據廢潤滑 油的分析研 究表明，廢潤滑油中雜質成分僅占1% ～2. 5%，其主體仍為基礎油［4］。對廢潤滑油的處置方法有以下幾種:丟棄、道路油化、焚燒、脫重金屬后作為燃料、再生成為潤滑油。隨著石油能源的逐漸枯竭，對廢潤滑油資源的回收問題不容忽視。

目前，國內外有許多關于廢潤滑油溶劑精制的工藝研究。國內的莫婭南等［5］研究了乙醇、糠醛、N-甲基吡咯烷酮(NMP)再生廢油，認為NMP 精制效果好，但因NMP 價格等因素，目前還未得到推廣應用。楊鑫等［6］研究了用三碳醇極性溶劑為萃取劑、乙二胺為絮凝劑組合精制再生廢潤滑油研究。吳桐等［7］將異丙醇與糠醛配成雙溶劑，分別采用糠醛單溶劑及異丙醇與糠醛的雙溶劑對工業廢潤滑油進行溶劑精制，結果表明雙溶劑精制的效果優于糠醛單溶劑精制的效果。王麗芳等［8］以糠醛為主溶劑，正丁醇為輔助溶劑精制廢潤滑油研究，可以得到收率較高質量較好的再生潤滑油基礎油。而國外科研人員Jesusa 等［9-10］采用極性溶劑精制再生廢油;Kamal 等［11］對比了酮與醇再生廢油的萃取效率及產率。此外，Saeed 等［12］用三氯一氟甲烷、三氯三氟乙烷、丁酮、正丁醇、異丙醇等溶劑對廢潤滑油進行萃取發現三氯一氟甲烷的萃取效果最好。

溶劑精制被認為是一種環境友好、成本低、周期短、再生油質量好的再生廢油技術及工藝。本實驗以汽車廢潤滑油為研究對象，選擇環丁砜為溶劑，進行廢潤滑油的精制研究，得到再生潤滑油基礎油餾分。開展此項研究既是有益的嘗試與探索，也具有一定的意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

環丁砜，分析純;廢潤滑油由撫順某汽車修理廠提供，主要性質見表1。

表1 廢潤滑油性質Table 1 Properties of waste lubricating oil

SYD-1884 石油產品密度試驗器;SYD-265C 石油產品運動粘度測定器;SYD-510F 多功能低溫實驗器;SYD-3536 型全自動克利夫蘭開口閃點實驗器;SYD-30011 型數控電爐法殘炭實驗器;BF-06A 減壓餾程測定器;SYD-510F 色度測定儀;DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;KMD 型控溫電熱套。

1.2 實驗方法

1.2.1 預處理 先自然沉降48 h，沉降后，放出底部的沉淀物，再將處理過的廢潤滑油進行溶解精制。1.2.2 溶劑精制 將溶劑與廢潤滑油按一定的劑油比(體積比)混合，在一定的溫度下加熱攪拌至分層，然后將此混合液靜置分層。

1.2.3 減壓蒸餾 取上層的精制油進行減壓蒸餾，然后將精制油加入蒸餾釜中，在殘壓下進行減壓蒸餾，控制一定的溫度，可將精制油中的環丁砜和潤滑油餾分分別蒸出。得到再生的潤滑油。

1.3 再生工藝條件確定

采用單因素實驗方法分別考察了精制時間、精制溫度、劑油比對再生油收率的影響，確定最佳的精制時間、精制溫度、劑油比，為工業廢潤滑油的再生工藝條件提供參考。

2 結果與討論

2.1 精制條件對再生油收率影響

2.1.1 精制溫度 以環丁砜為溶劑，在劑油比為1，精制時間為30 min 條件下，考察精制溫度對再生油收率的影響，結果見圖1。

由圖1 可知，再生油的收率隨精制溫度的增加先降低后升高，當精制溫度較低時，廢油黏度比較大，增加了攪拌難度，廢油中的非理想組分與溶劑不能充分互溶，因而收率偏高;但隨著精制溫度的升高，非理想組分油在溶劑中的溶解度增加，收率減少，在120 ℃時產率達到87%;當溫度進一步升高時，部分溶劑汽化蒸發，使非理想組分的油溶解減少，從而使收率增加。根據實驗情況，在一定溫度范圍內，隨著精制溫度的升高，再生油的顏色也會變淺，質量變好，因此確定適宜的精制溫度為120 ℃。

圖1 精制溫度對再生油收率的影響Fig.1 Effects of refining temperature on regeneration oil yield

2.1.2 劑油比 根據溶劑精制法生產潤滑油基礎油的實驗結果，以環丁砜為溶劑，其精制溫度初步選定為120 ℃，精制時間為30 min，考察劑油比對再生油收率的影響，結果見圖2。

圖2 劑油比對再生油收率的影響Fig.2 Effects of solvent to oil on regeneration oil yield

由圖2 可知，隨著劑油比的增加，呈現出再生油收率逐漸減少的變化趨勢。這是因為在劑油比較小時，溶劑用量少，溶解廢油中的非理想組分油較少;而隨著劑油比的增加，溶劑溶解廢油中的非理想組分增多，收率隨之下降;當劑油比達到1.4 以后，溶劑溶解非理想組分的油的能力已達到極限，再生油收率的減少趨于平緩。根據實驗情況，用量過多會影響后續回收溶劑過程，增加能耗和生產成本，因此確定劑油比1.4 較為合適。

2.1.3 精制時間 溶劑精制時間是指廢潤滑油與環丁砜接觸的時間，是影響廢潤滑油再生主要因素之一。圖3 是在精制溫度120 ℃、劑油比為1.4，精制時間對再生油收率的影響。

圖3 精制時間對再生油收率的影響Fig.3 Effect of refining time on regeneration oil yield

為使廢潤滑油和環丁砜充分接觸，必須保證有足夠的時間混合和溶解。一般來說，精制時間過短，環丁砜不能充分發揮萃取作用，但時間過長，環丁砜溶解雜質已達到飽和，再生油的收率基本保持不變。由圖3 可知，當精制時間達到30 min 后，再延長精制時間，意義不大且會增加生產能耗和生產周期。因此，確定的最佳精制時間為30 min。

2.2 再生油黏度指數方程的建立與分析

2.2.1 精制溫度與劑油比對再生油黏度指數的影響 粘度指數是評價潤滑油的重要指標之一，粘度指數越大，再生油性能越好。而劑油比與精制溫度是影響溶劑精制效果的最重要的兩個因素。表2 是在精制時間為30 min 條件下，精制溫度和劑油比對黏度指數的影響。

表2 精制溫度與劑油比對再生油黏度指數的影響Table 2 Effect of temperature and solvent to oil on regeneration oil viscosity index

2.2.2 再生油黏度指數方程的建立與分析 對不同的環丁砜精制溫度、劑油比對再生油黏度指數的影響，采用SPSS 軟件進行線性回歸，可得出精制溫度、劑油比對再生油黏度指數的回歸方程如下:

Y=92.585 +9.187X1－0.090X2

式中，Y 為再生油的黏度指數，X1為劑油比，X2為精制溫度。

回歸方程的方差分析結果見表3，回歸系數見表4。

表3 列出了再生油黏度指數的回歸平方和、殘差、df、均方、F 值等，從中可看出再生油黏度指數回歸方程的顯著性值為0.015，＜0.05。因此，可認定所建立的回歸方程有效。

表3 再生油黏度指數回歸方程方差分析結果Table 3 Analysis of variance of the regression equation of the regeneration oil viscosity index

表4 再生油黏度指數回歸方程的回歸系數Table 4 Regression coefficient of regression equation of the regeneration oil viscosity index

由表4 可知，再生油黏度指數回歸方程的影響因素X 的回歸系數、標準誤差以及對應的顯著性檢驗的t 值等，回歸方程中系數B 的顯著性水平、劑油比B 的顯著性水平、精制溫度B 的顯著性水平分別為1.39E－11、0.034、0.044，均小于0.05，可以認為影響因素X 對因變量Y 具有顯著影響。

2.3 廢潤滑油再生油產品的性能指標

采用環丁砜為萃取劑，對廢潤滑油進行再生，在其最佳工藝條件為劑油比1.4、精制溫度120 ℃、精制時間為30 min，對廢潤滑進行溶劑精制，獲得的再生油的實測數據列于表5。

表5 廢潤滑油溶劑再生油的性能指標Table 5 Properties of recovered oil from waste lubricating oil treated by solvent

3 結論

(1)采用環丁砜為萃取劑，對廢潤滑油進行再生，其最佳工藝條件為劑油體積比1.4、精制溫度120 ℃、精制時間為30 min。經環丁砜精制，在此工藝條件下測得再生油的收率達85.89%，經處理的廢潤滑油可以再生使用。

(2)在精制時間為30 min 時，研究了精制溫度、劑油體積比對再生油黏度指數的影響，并采用SPSS軟件進行線性回歸，得出了再生油黏度指數與精制溫度、劑油比的回歸方程。通過計算回歸式的平方和、均方、F 值等，可得出再生油黏度指數回歸方程的顯著性值為0.015，＜0.05。因此，可認定所建立的回歸方程有效。

(3)減壓蒸餾后余下的膠質和瀝青質等重質餾分可以作瀝青原料，或作為催化裂化原料用于生產高粘度的潤滑油。產生的廢溶劑經過減壓蒸餾進行回收，回收溶劑能達到新鮮試劑的使用標準，可以循環使用。

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