基于粉煤灰吸附的廢潤(rùn)滑油再生

歐陽(yáng)平,張賢明

(重慶工商大學(xué) 廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心,重慶 400067)

粉煤灰因其良好的吸附性能,目前廣泛應(yīng)用在廢水廢氣處理中[1-7]。但在廢潤(rùn)滑油再生中,粉煤灰吸附被認(rèn)為可降低廢油再生中的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本[8-9],但卻鮮有相關(guān)系統(tǒng)研究。吸附法是廢潤(rùn)滑油再生的重要方法[10-11],但目前有些吸附劑或成本較高、獲取程序繁瑣(如硅膠等),或使用后對(duì)環(huán)境的污染性大(如白土),限制了吸附法在廢油再生中的應(yīng)用[12-13]。因此,探索兼具有成本優(yōu)勢(shì)和高吸附性的吸附劑是廢油處理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

本文先用單因素實(shí)驗(yàn)探討粉煤灰吸附處理廢油,再用多因素正交實(shí)驗(yàn)得到相對(duì)優(yōu)化的工藝條件,并與活性白土相比較,為粉煤灰在廢油再生中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

粉煤灰,遵義電廠粉煤灰；廢油(酸值為2.892 mg KOH/g),重慶某工業(yè)濾油機(jī)廠；活性白土(CS-1060,200目),安徽蕪湖飛尚礦業(yè)；氫氧化鉀、乙醇、甲苯、石油醚(30～60 ℃)、異丙醇均為分析純；蒸餾水(即產(chǎn)即用)。

titrando905型電位滴定儀；YHG-400型恒溫干燥箱；JA3003型電子天平；JAC ultronosic 1505型超聲波振蕩儀；SHB-Ⅲ型多用真空泵；DF-101S型磁力攪拌器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)處理粉煤灰 遵義電廠粉煤灰,先過(guò)60目分樣篩,再蒸餾水清洗,接著80 ℃下干燥7 h,再分別過(guò)150,200目和350目篩,然后取200目篩為本實(shí)驗(yàn)用粉煤灰。

1.2.2 廢潤(rùn)滑油再生效果指標(biāo)的選取及測(cè)定 酸值除了能表示潤(rùn)滑油中酸性物質(zhì)的含有程度,還一定程度能夠間接的反映潤(rùn)滑油中其它雜質(zhì)的含量,而且相對(duì)于其它指標(biāo),其能更有代表性的衡量機(jī)械中潤(rùn)滑油的劣化程度,是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油性能的重要指標(biāo),單位mgKOH/g；且一般酸值越小,潤(rùn)滑油的劣化程度越小,酸值越大,潤(rùn)滑油的劣化程度越大。

酸值可依據(jù)《石油產(chǎn)品和潤(rùn)滑劑酸值測(cè)定法(電位滴定法》(GB/T 7304—2014)在全自動(dòng)電位滴定儀上進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 粉煤灰對(duì)廢潤(rùn)滑油的吸附處理 準(zhǔn)確稱取廢潤(rùn)滑油50.000 g,按要求加入不同投加量的實(shí)驗(yàn)用粉煤灰,在不同的吸附溫度、攪拌速率和時(shí)間下進(jìn)行吸附,且每次吸附后的油液靜置沉淀冷卻至室溫,加入適量石油醚(30～60 ℃)洗滌靜置再取油液上清液過(guò)濾,蒸除溶劑后按GB/T 7304—2014石油產(chǎn)品酸值測(cè)定法測(cè)定油液酸值。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰對(duì)廢潤(rùn)滑油的吸附

2.1.1 攪拌時(shí)間 攪拌時(shí)間短,會(huì)導(dǎo)致吸附反應(yīng)不充分,對(duì)油中的吸附質(zhì)吸附不完全,而達(dá)不到理想的吸附效果；攪拌時(shí)間長(zhǎng),不僅會(huì)導(dǎo)致解吸作用發(fā)生,使被吸附的吸附質(zhì)又重新溶于油液當(dāng)中,還會(huì)導(dǎo)致部分吸附劑粉煤灰碰撞碎裂,影響吸附劑的吸附效果。當(dāng)吸附溫度為100 ℃,攪拌速率為1 000 r/min,粉煤灰添加量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和不同攪拌時(shí)間的條件下,粉煤灰吸附對(duì)廢潤(rùn)滑油酸值的影響見圖1。

圖1 廢油酸值隨攪拌時(shí)間的變化Fig.1 Variations of the acid number of waste lubricating oil with agitation time

由圖1可知,在所考察攪拌時(shí)間下,經(jīng)粉煤灰吸附處理后廢潤(rùn)滑油的酸值明顯降低,當(dāng)攪拌時(shí)間<60 min 時(shí),廢潤(rùn)滑油在吸附后的酸值呈下降狀態(tài),這可能是因?yàn)殡S著攪拌時(shí)間的不斷增長(zhǎng),粉煤灰對(duì)油中吸附質(zhì)的吸附持續(xù)進(jìn)行,到達(dá)60 min左右時(shí),吸附達(dá)到了優(yōu)化值,即廢油的酸值達(dá)到相對(duì)最低值；而當(dāng)吸附時(shí)間>60 min時(shí),吸附后廢油的酸值呈上升狀態(tài),這可能是由于持續(xù)的攪拌使得攪拌子、油液與粉煤灰之間的摩擦生熱作用不斷增強(qiáng),促使油液進(jìn)一步劣化和吸附質(zhì)解吸作用的發(fā)生。

2.1.2 吸附溫度 吸附溫度過(guò)低會(huì)降低粉煤灰吸附反應(yīng)的速率,而吸附溫度過(guò)高則可能發(fā)生吸附質(zhì)的解吸作用和油液的進(jìn)一步氧化,因此,恰當(dāng)?shù)奈綔囟炔粌H是提高吸附反應(yīng)速率的重要影響因素,而且還是保證粉煤灰吸附效果的重要條件。當(dāng)攪拌時(shí)間為60 min,攪拌速率為1 000 r/min,粉煤灰添加量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和不同吸附溫度的條件下,粉煤灰吸附對(duì)廢潤(rùn)滑油酸值的影響見圖2。

圖2 廢油酸值隨吸附溫度的變化Fig.2 Variations of the acid number of waste lubricating oil with adsorption temperature

由圖2可知,在所考察吸附溫度下,廢潤(rùn)滑油的酸值經(jīng)粉煤灰處理后明顯下降,當(dāng)粉煤灰與油液的吸附處理溫度<90 ℃時(shí),隨著吸附溫度的升高,油液酸值呈下降趨勢(shì)；當(dāng)吸附處理溫度超過(guò)90 ℃時(shí),油液酸值則隨吸附溫度的繼續(xù)增加而呈上升趨勢(shì),這可能是由于當(dāng)吸附溫度超過(guò)90 ℃后,伴隨有吸附質(zhì)的解吸作用發(fā)生,而且溫度的繼續(xù)增加,油液會(huì)進(jìn)一步的氧化劣化致使酸值升高；當(dāng)吸附溫度90 ℃時(shí),廢油酸值相對(duì)較小,為最佳吸附溫度。

2.1.3 粉煤灰添加量 粉煤灰在廢潤(rùn)滑油再生中通過(guò)其較大的比表面積和較高的表面活性能達(dá)到對(duì)廢油中雜質(zhì)吸附沉淀精制的作用。當(dāng)攪拌時(shí)間為60 min,攪拌速率為1 000 r/min,吸附接觸溫度為90 ℃和不同粉煤灰添加量的條件下,粉煤灰吸附對(duì)廢潤(rùn)滑油酸值的影響見圖3。

由圖3可知,在所考察粉煤灰添加量下,吸附處理后廢潤(rùn)滑油的酸值下降明顯,當(dāng)粉煤灰添加量<10%時(shí),廢潤(rùn)滑油粉煤灰吸附后的酸值隨粉煤灰添加量的增加呈下降趨勢(shì)；當(dāng)粉煤灰添加量>10%時(shí),酸值則隨添加量的增加呈上升趨勢(shì),添加量為15%時(shí)的酸值幾乎與添加量5%時(shí)相當(dāng),而當(dāng)添加量>20%后,酸值的變化趨勢(shì)漸緩但仍然維持較高酸值,這可能是由于當(dāng)粉煤灰添加量>10%時(shí)繼續(xù)增加投加量,反而會(huì)使得吸附劑消耗過(guò)高、吸附效率下降并伴隨有吸附質(zhì)的解吸作用發(fā)生,以及二次污染、過(guò)濾困難等操作問(wèn)題,從而使得油液酸值增加。

圖3 廢油酸值隨添加量的變化Fig.3 Variations of the acid number of waste lubricating oil with dosage

2.1.4 攪拌速率 當(dāng)攪拌時(shí)間為60 min,接觸溫度為90 ℃,粉煤灰投加量為10%和不同攪拌速率條件下,粉煤灰吸附對(duì)廢潤(rùn)滑油酸值的影響見圖4。

圖4 廢油酸值隨攪拌速率的變化Fig.4 Variations of the acid number of waste lubricating oil with agitation rate

由圖4可知,在所考察攪拌速率下,粉煤灰吸附處理廢潤(rùn)滑油后的酸值明顯減小,當(dāng)攪拌速率<900 r/min時(shí),廢潤(rùn)滑油的酸值隨攪拌速率的增加而下降,當(dāng)攪拌速率>900 r/min時(shí),油液酸值雖略有上升但趨勢(shì)漸緩,而攪拌速率為900 r/min時(shí),酸值最小,為1.520 3 mg KOH/g,這可能是由于攪拌速率<900 r/min時(shí),粉煤灰吸附劑對(duì)廢油的處理未達(dá)到較優(yōu)吸附狀態(tài),而>900 r/min時(shí),過(guò)高的攪拌速率則會(huì)影響粉煤灰對(duì)廢油的吸附處理平衡,另外攪拌子與粉煤灰/廢油體系的過(guò)快速度攪拌會(huì)引入空氣造成接觸氧化,使得油液酸值升高,并會(huì)增加后續(xù)沉淀精制的操作時(shí)間。

2.1.5 粉煤灰吸附廢潤(rùn)滑油的多因素正交實(shí)驗(yàn) 在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以粉煤灰吸附處理廢潤(rùn)滑油的酸值為考察目標(biāo),選擇攪拌時(shí)間、吸附溫度、粉煤灰添加量和攪拌速率為影響因素,采用正交實(shí)驗(yàn)表L9(34)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)順序遵循隨機(jī)化原則,實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用直觀分析法進(jìn)行分析,多因素正交實(shí)驗(yàn)因素水平表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表1 因素水平Table 1 Factors and levels

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results

由表2可知,廢油吸附再生處理的優(yōu)化工藝條件是A2B2C3D1,即攪拌時(shí)間60 min,吸附溫度 90 ℃,粉煤灰添加量12%和攪拌速率850 r/min。同時(shí)由表2的極差分析可知,攪拌時(shí)間、吸附溫度、粉煤灰添加量和攪拌速率4個(gè)因素中,對(duì)廢油酸值影響最大的是粉煤灰添加量和攪拌速率,接著是攪拌時(shí)間,最后是吸附溫度。因此,在實(shí)際的吸附操作過(guò)程中,須選擇相對(duì)優(yōu)化的攪拌速率和粉煤灰添加量來(lái)提高廢潤(rùn)滑油的吸附處理效果,而適當(dāng)降低攪拌時(shí)間和吸附溫度來(lái)減少?gòu)U油吸附處理過(guò)程中油液接觸氧化引起的廢油進(jìn)一步劣化。

2.2 粉煤灰與活性白土吸附廢潤(rùn)滑油的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將活性白土按照2.1.5節(jié)得出的工藝條件吸附再生處理廢油,并從酸值、40 ℃運(yùn)動(dòng)粘度、機(jī)械雜質(zhì)和水含量等指標(biāo)與粉煤灰進(jìn)行了比較,結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰與活性白土吸附廢潤(rùn)滑油實(shí)驗(yàn)對(duì)比Table 3 Adsorption comparison of waste lubricating oil by flyash and activated clay

由表3可知,廢潤(rùn)滑油經(jīng)粉煤灰與活性白土各自吸附后,測(cè)得各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)都有明顯下降,粉煤灰吸附處理效率與活性白土相近。但活性白土是一種成本較高的商品化固體吸附劑,相較于活性白土,粉煤灰屬電廠固體廢棄物,成本優(yōu)勢(shì)明顯,而且原狀粉煤灰經(jīng)微波、超聲波、酸堿等改性處理后可進(jìn)一步提高吸附效果。

3 結(jié)論

以廢潤(rùn)滑油酸值為考察指標(biāo),單因素和多因素正交實(shí)驗(yàn)探討粉煤灰對(duì)廢潤(rùn)滑油吸附再生的相對(duì)優(yōu)化工藝條件為：攪拌時(shí)間60 min,吸附溫度90 ℃,粉煤灰添加量12%和攪拌速率850 r/min。且在該工藝條件下,粉煤灰再生處理廢油的效率與活性白土相近,但煤灰成本價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。因此,基于粉煤灰吸附的廢潤(rùn)滑油再生有著廣闊的應(yīng)用前景。