廢FCC 催化劑對再生基礎油吸附性能的研究

趙 飛，程 鍇，夏明桂

（武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430200）

隨著環保意識的增強，如何合理利用傳統的危廢物受到研究者的廣泛關注。潤滑油是一類重要且應用廣泛的石油產品。由于高溫氧化、硝化作用以及添加劑的分解等原因[1,2]，潤滑油長期使用以后會劣化成為廢潤滑油。廢潤滑油含有大量有害物質，是一類難處理的危險廢物。作為潤滑油的重要組成部分，基礎油的性質直接影響了潤滑油的性質。潤滑油基礎油作為一種含復雜烴類的混合物，以五元雜環和六元雜環為主的堿性氮化合物對基礎油的氧化安定性影響很大。這些堿性氮化合物，會加快再生基礎油的氧化，且堿性氮含量越高，基礎油的氧化安定性越弱，因此在再生工藝中要盡可能降低堿性氮含量。廢催化裂化（FCC）催化劑作為另一類危廢物對環境的危害也很大。每年因處理廢催化劑就要消耗數百萬元[3,4]，造成了巨大的經濟損失和能源消耗。因此，如果能合理利用以上兩種廢物，不僅能夠減少經濟損失，還能顯著提高環境效益，在資源循環利用方面具有廣闊的前景。

基于以上背景，本文提出將分子篩結構的廢FCC 催化劑作為吸附劑，吸附再生基礎油中的堿性氮，來提高油的氧化安定性。并探討廢FCC 催化劑目數，反應溫度對原料油中堿性氮含量的影響，找出最佳的工藝條件。

1 不同目數的廢FCC 催化劑對吸附性能的影響

以廢催化裂化催化劑作為吸附劑，吸附再生基礎油。在吸附反應溫度為100℃, 劑油比10%，攪拌轉速200 r/min，攪拌時間30 min 條件下，研究廢FCC 催化劑形態大小對吸附性能的影響，其中對廢催化劑進行研磨，和過200 目、400 目標準篩的處理。

取適量廢催化裂化催化劑，用碾磨機對其進行碾磨，再將碾磨后的廢催化劑過200 目標準試驗篩和400目標準試驗篩，過篩后的樣品裝袋備用。

分別取10 g 未碾磨的原樣，碾磨后的200 目和400 目的廢催化劑4 份，與100 g 的再生基礎油混合，此時劑油比為10%。將樣品放入三頸燒瓶中，再放入電熱套中固定，加熱至100℃，同時用電動攪拌器對樣品進行攪拌，轉速200 r/min，攪拌30 min。

將攪拌好的油品靜置自然冷卻后，倒入離心瓶，使其在離心機中離心5 分鐘。小心取出離心后油品的上層清油，在60℃的干燥機中，進行恒溫過濾。將最終過濾后得到的油品分別使用色號測定儀和滴定的方法，測量再生基礎油的色度和堿性氮含量，共操作四次。

從表1 看出，廢催化劑顆粒大小不同，對再生基礎油吸附效果也不同。根據數據，可以作出圖1 為不同目數廢FCC 催化劑對色號和堿性氮含量的影響。隨著廢催化劑的形態越來越小，再生基礎油的色號越低，堿性氮含量越低，在400 目時，廢催化劑吸附效果達到最佳，色號為6 號，脫氮率為91.70%。以上現象說明，廢催化劑經過碾磨，顆粒直徑變小，比表面積和孔道增加，與再生基礎油吸附反應的接觸面積增大，活性位點增多，更有利于吸附反應的進行。在一定范圍內，廢催化劑顆粒大小與吸附性能呈負相關，所以適當提高廢催化劑的目數，有利于提高其吸附性能。

表1 不同前處理方式廢催化劑下再生基礎油的色號和堿性氮含量

圖1 不同目數廢FCC 催化劑對色號(a)和堿性氮含量(b)的影響

2 吸附反應溫度對吸附性能的影響

以廢催化裂化催化劑作為吸附劑，吸附再生基礎油。使用研磨后的廢催化劑，在吸附反應溫度為100 ℃,劑油比10%，攪拌轉速200 r/min，攪拌時間30 min 的條件下，研究吸附反應溫度對吸附性能的影響，吸附反應溫度分50℃、100℃、150℃、200℃。

稱取10 g 碾磨后的廢催化劑，與100 g 再生基礎油混合，此時劑油比為10%，共稱取4 份。將樣品放入三頸燒瓶中，再放入電熱套中固定，做50℃、100℃、150℃、200℃四次不同溫度梯度下的實驗。用電動攪拌器對樣品進行攪拌，轉速200 r/min，攪拌30 min。讓攪拌好的油品靜置自然冷卻后，倒入離心瓶，使其在離心機中離心5 分鐘。小心取出離心后油品的上層清油，在60℃的干燥機中，進行恒溫過濾。將最終過濾后得到的油品分別使用色號測定儀和滴定的方法，測量再生基礎油的色度和堿性氮含量，共操作4次。

測得廢催化劑在不同吸附反應溫度下，再生基礎油的色號和堿性氮含量數據如表2 所示：

表2 不同吸附反應溫度下再生基礎油的色號和堿性氮含量

從表2 看出，吸附反應溫度不同，廢催化劑對再生基礎油的吸附效果也不同。圖2 為不同吸附溫度對色號和堿性氮含量的影響。根據溫度梯度實驗的進行，我們可以得到，隨著吸附反應溫度梯度增長，一定范圍內，再生基礎油的色號越佳，堿性氮含量越低，在150℃時達到最高，此時再生基礎油色號為7，堿性氮含量降為0.62 ppm。以上現象說明，溫度過多或者過低都不利于廢催化劑脫氮脫色。如果吸附反應溫度過高，堿性氮化物與吸附劑之間的范德華力會斷裂，導致生成的絡合物發生分解；如果吸附反應溫度過低，再生基礎油的黏度較高，阻礙了吸附劑與再生基礎油中的堿性氮化物和有色雜質充分接觸，不利于吸附反應進行。因此，在150℃時，廢催化劑的活性最高，吸附的油品雜質最多。

圖2 不同吸附溫度對色號(a)和堿性氮(b)的影響

3 結論

本文主要考察了不同目數廢FCC 催化劑和吸附溫度對再生基礎油吸附的影響。廢FCC 催化劑目數為400 目，吸附反應溫度為150℃時，廢催化劑吸附再生基礎油脫氮效果最好，色度也最佳。該方法實現將“雙廢”變廢為寶，不僅可以降低生產成本，提高經濟效應，還能減少對環境的污染；同時也給危廢的合理循環利用提出了新的思路。