絡合脫氮提高廢潤滑油再生基礎油氧化安定性

曲瑞娜，夏明桂，何秋瑾，王彩鳳，周玉清

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絡合脫氮提高廢潤滑油再生基礎油氧化安定性

曲瑞娜1，夏明桂*1，何秋瑾1，王彩鳳2，周玉清1

（1武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430200；2湖北華邦化學有限公司，湖北 武漢 430073）

以氮甲基吡咯烷酮精制后的廢潤滑油再生基礎油為原料油，用自主研制的脫氮劑XW-1和吸附劑XW-2對原料油進行脫氮吸附。探討了反應溫度、反應時間、攪拌速度、脫氮劑的加入量對原料油中堿性氮含量影響；分析了堿性氮含量與氧化安定性的關系。結果表明：在反應溫度為70-110℃、反應時間為40min、攪拌速度為1000r/min的條件下，加入0.6%-1%的XW-1，堿性氮含量從19.19ug/g降低到0.231ug/g，脫氮率可達98.9%，氧化安定性從150min提高到211min。加入0.3%的XW-2補充精制，氧化安定性從211min提高到236min。

廢潤滑油再生基礎油；脫氮；吸附；堿性氮；氧化安定性

0 前言

潤滑油在機械、汽車行業中占有重要位置，全世界每年平均消耗潤滑油超過4000wt，我國作為世界第二大消費國，2017年我國潤滑油消耗量也高達1000wt左右，預計到2022年，中國潤滑油市場總需求將持續上升[1]。而在世界能源日益緊迫的二十一世紀，對于廢潤滑油的回收與再生成為迫切需要解決的問題。近年來，對于廢油處理方法出現了許多新型的再生工藝，可以精制得到高質量的再生基礎油，但是對設備要求苛刻、生產成本高等問題阻礙著新型工藝的發展應用[2]。本論文通過一種更加簡易，環保的方法對廢潤滑油再生基礎油進行脫氮吸附，可得到高質量的潤滑油基礎油，這對廢油再生行業的進一步發展有著重要的意義。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

高氯酸、冰乙酸、苯、甲苯、異丙醇、氫氧化鉀、氫氧化鋇、基準鄰苯二甲酸氫鉀均為分析純。

多功能電動攪拌器，鞏義予華儀器有限責任公司；ST2BCⅡ型真空干燥箱，武漢研潤科技發展有限公司；潤滑油氧化安定性測定儀（DFYF-117A SH/T 0193），大連儀器分析廠。

1.2 實驗原料與精制劑

實驗原料為以氮甲基吡咯烷酮溶劑精制后的廢潤滑油再生基礎油，安徽國孚潤滑油公司生產。

圖1 脫氮吸附工藝流程圖

精制劑：脫氮劑XW-1（實驗室自制）為具有酸性特征的物質，吸附劑XW-2（實驗室自制）是以活性白土和活性炭為原料制備的多孔物質。

1.3 實驗方法

在1000mL的三口燒瓶中稱取一定量的油樣，再加入一定比例的XW-1，在一定條件下反應后沉降，再取沉降后的脫氮油加入一定量的XW-2，并在一定條件下吸附后用濾紙過濾，過濾后得到的油則為脫氮吸附再生精制基礎油（見圖1）。

1.4 實驗分析方法

堿性氮含量的測定采用《GB/T 4945-2002石油產品和潤滑劑酸值和堿值測定法》標準；酸值的測定采用《GB/T 4945-2002石油產品和潤滑劑酸值和堿值測定法》標準；氧化安定性通過潤滑油氧化安定性測定儀（DFYF-117A SH/T 0193）（大連儀器分析廠），采用旋轉氧彈法《SH/T 0193-2008 潤滑油氧化安定性測試方法》標準進行測定。

2 結果與討論

脫氮劑是一種具有酸性特征的物質，可與廢潤滑油再生基礎油中的堿性氮化物中的氮原子上的一對孤對電子相結合，生成配位化合物即絡合物，通過沉降與油分離。吸附劑具有許多微小孔道和較大的比表面積，油中殘余的膠質、瀝青質、有機酸、氮化物等極性較強的分子與吸附劑表面上的原子相互吸引，雜質組分就被吸附劑吸附，通過過濾可將雜質從油中分離。

2.1 脫氮工藝中效果影響因素考察

以氮甲基吡咯烷酮溶劑精制后的廢潤滑油再生基礎油為原料，進行脫氮吸附。分別探討反應溫度、反應時間、攪拌速度、脫氮劑的加入量對原料油堿性氮含量影響，從而得到適宜的脫氮工藝條件。

2.1.1 脫氮劑的加入量對基礎油脫氮效果影響

在反應溫度為90℃、攪拌速度為1000r/min、反應時間為30min、沉降溫度100℃、沉降時間5h的條件下，將XW-1加入原料油中，考察脫氮劑的加入量對基礎油脫氮效果影響，結果如圖2所示。

圖2 脫氮劑的加入量對堿性氮含量的影響

圖3 反應溫度對堿性氮含量的影響

從圖2可以看出，當脫氮劑的質量分數從0增加到0.6%時，精制油堿性氮含量從19.19ug/g降低到1.673ug/g，脫氮率可達91.28%；當繼續加入脫氮劑質量分數為1%時，堿性氮含量從19.19ug/g降低到0.231ug/g，脫氮率可達98.9%，這表明隨著脫氮劑的增加，原料油中堿性氮含量逐漸減少，脫氮率逐漸增加，并達到了脫除堿性氮的目的。

2.1.2 反應溫度對基礎油脫氮效果影響

在XW-1加入質量分數為0.6%、攪拌速度為1000r/min、反應時間為30min、沉降溫度100℃、沉降時間5h的條件下，改變反應溫度。考察反應溫度對基礎油脫氮效果影響，結果如圖3所示。

從圖3可以看出，當反應溫度從30℃升高到70℃時，精制油中堿性氮含量從10.136ug/g降低到3.673ug/g，脫氮率從47.18%提高到80.86%。當反應溫度從70℃升高到110℃時，脫氮油中堿性氮含量從3.673ug/g降低到0.951ug/g，脫氮率從80.86%提高到95.04%。而當反應溫度從110℃升高到150℃時，脫氮油中堿性氮含量從0.951ug/g升高到3.581ug/g。這表明，反應溫度較低或較高都不利于脫氮。當反應溫度較低時，基礎油粘度較高，分子運動速度緩慢，不利于基礎油中堿性氮化物與脫氮劑的有效接觸，脫氮效果不理想；反應溫度過高時，堿性氮化物與脫氮劑之間形成的范德華力斷裂，生成的絡合物發生了部分分解。因此，合適的脫氮反應溫度在70℃-110℃比較適宜。

圖4 反應時間對堿性氮含量的影響

圖5 攪拌速度對堿性氮含量的影響

2.1.3 反應時間對基礎油脫氮效果影響

在XW-1加入質量分數為0.6%、反應溫度為100℃、攪拌速度為1000r/min、沉降溫度100℃，沉降時間5h的條件下，改變反應時間。考察反應時間對基礎油脫氮效果影響，結果如圖4所示。

從圖4可以看出，當反應時間從10min增加到40min時，精制油堿性氮含量從6.136ug/g降到1.512ug/g，脫氮率從68.02%提高92.12%，而反應時間從40min增加到60min時，堿性氮含量從1.512ug/g降到0.906ug/g，脫氮率從92.12%提高到95.28%，這表明是隨著反應時間的延長，脫氮率達到了一定程度后，再繼續提高反應時間，脫氮率提高效果有限。因此，在此實驗中選擇反應時間為40min最為適宜。

2.1.4 攪拌速度對基礎油脫氮效果影響

在XW-1加入質量分數為0.6%、反應溫度為100℃、反應時間為40min、沉降溫度100℃、沉降時間5h的條件下的條件下，改變不同攪拌速度，考察攪拌速度對基礎油脫氮效果的影響，結果如圖5所示。

從圖5可以看出，當攪拌速度從100r/min上升到1000r/min時，精制油堿性氮含量從8.136ug/g降到1.512ug/g，脫氮率從57.60%提高92.12%。當攪拌速率從1000r/min加快到1600r/min時，堿性氮含量從1.512ug/g降到0.863ug/g，脫氮率從92.12%降低到95.50%。這表明隨著攪拌速度的加快，原料油中的堿性氮化物與XW-1充分接觸，堿性氮被有效脫除。隨著攪拌速度繼續提高，脫氮效果無法繼續明顯提高。

2.2 堿性氮含量與氧化安定性的關系

研究表明，基礎油中堿性氮化物對基礎油氧化安定性影響顯著[3]。對不同工藝條件下所得到的脫氮油中堿性氮含量與氧化安定性進一步分析，結果如圖6所示。

從圖6可以看出，當堿性氮含量在0-10ug/g時，隨著堿性氮含量的降低，氧化安定性會隨著提高，當堿性氮含量在10-19.19ug/g時，氧化安定性基本保持不變，這表明當堿性氮含量降低到一定范圍時可逐步提高廢潤滑再生基礎油的氧化安定性，堿性氮含量是影響氧化安定性的主要因素。

2.3 吸附劑對脫氮基礎油補充精制

通過絡合脫氮法，有效脫除了原料油中的堿性氮，從而提高了原料油的氧化安定性。再向脫氮基礎油中XW-2，在一定條件下吸附，考察吸附劑的加入量對脫氮基礎油脫氮效果影響，結果如圖7所示。

如圖7所示，當吸附劑的質量分數從0增加到0.3%時，精制油堿性氮含量從0.912ug/g降低到0.531ug/g，脫氮率進一步提升，當繼續加入吸附劑0.9%時，堿性氮含量變化并不明顯，這表明加入過多的吸附劑對脫氮效果并沒有顯著的作用，同時還會吸附部分基礎油，降低收率，因此選擇加入0.3%的吸附較為適宜。

圖6 堿性氮含量與氧化安定性的關系

圖7 吸附劑的加入量對堿性氮含量的影響

同時，當加入質量分數為0.3%的XW-2時，精制油的氧化安定性為236min，這說明堿性氮含量對氧化安定性有顯著影響，但不是決定因素。

2.4 精制油的理化性能的分析

通過脫氮吸附工藝，對基礎油脫氮前后的理化性質進行全面分析，結果如表1所示：

表1 原料油與精制油的理化性質

通過絡合脫氮法脫除了基礎油中大部分對氧化安定性起負作用的堿性氮化物，使基礎油的氧化安定性得到了較大提高，從150min提高到了211min，再對脫氮基礎油補充精制，可進一步提高了脫氮油的氧化安定性，從211min提高到236min。而開口閃點，運動黏度等與原料油的理化性質差別不大。因此，脫氮吸附工藝在提高油品關鍵指標的同時并不影響其他質量指標，而且有些指標還有所改善。

3 結論

（1）研究表明，在反應溫度為70-110℃、反應時間為40min、攪拌速度為1000r/min的條件下，向原料油中加入0.6%-1%的XW-1，基礎油中堿性氮含量從19.19ug/g降低到0.231ug/g，脫氮率可達98.9%，氧化安定性從150min提高到211min。

（2）通過吸附劑對脫氮油進一步補充精制，可以將精制基礎油的氧化安定性從211min提高到236min，且廢潤滑油再生精制基礎油的其他理化指標基本保持不變，有些指標還有所改善。

[1] 施洪香．淺析我國潤滑油現狀與發展趨勢[J]．精細與化學專用品，2017，25(3)：1-9．

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[3] 張爽．淺談潤滑油氧化安定性的影響因素[J]．黑龍江科技信息，2013，(25)：19．

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[6] 馮全，馬章杰，趙慶祥．廢潤滑油再生工藝分類與研究進展[J]．化學工程師，2013，27(6)：54-56．

Research on Improving Oxidation Stability of Regenerated Base Oil from Waste Oil by Complex Denitrogenation

QU Rui-na1, XIA Ming-gui1, HE Qiu-jin1, WANG Cai-feng2, ZHOU Yu-qing1

(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430200, China; 2. Hubei Huabang Chemical Co.Ltd, Wuhan Hubei 430073, China)

The regeneration base oil of waste lubricating oil after the purification of N-methyl-2-pyrrolidone was used as raw material. The self-developed denitrifier XW-1 and adsorbent XW-2 was used as the main fine preparation for nitrogen removal and adsorption process of raw oil. The influences of reaction temperature, reaction time, stirring speed, addition amount of denitrification in the raw oil were discussed. The relationship between basic nitrogen content and oxidation stability was analyzed. Results show that the reaction temperature at 70-110℃, the reaction time for 40 min, the stirring speed of 1000r/min, adding XW-1 0.6-1%, the basic nitride of the regenerated base oil reduced from 19.1ug/g to 0.231ug/g, the nitrogen removal rate reached 98.9%. The oxidation stability improved from 150min to 211min. Adding 0.3% XW-2 to refine, which improved the oxidation stability from 211min to 236min.

regeneration base oil from waste lubricating oil; denitrification process; adsorption process; basic nitride; oxidation stability

夏明桂（1965-），男，教授，研究方向：再生資源循環利用.

武漢市第五批黃鶴英才計劃（2017181058）；武漢市洪山區科技局產學研平臺（20181210）；安徽國孚潤滑油工業有限公司（172062）

TE624

A

2095－414X(2019)02－0039－05