環(huán)丁砜溶劑精制再生廢潤(rùn)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(xué) 化學(xué)與化工環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001)

隨著工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)潤(rùn)滑油的需求量日益增加，廢潤(rùn)滑油的總量也在增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010 年我國(guó)廢潤(rùn)滑油用量為484 萬(wàn)t/a［1］，預(yù)計(jì)到2020 年將達(dá)到600 ～800 萬(wàn)t/a［2］。廢潤(rùn)滑油并不是 廢油［3］，據(jù)廢潤(rùn)滑 油的分析研 究表明，廢潤(rùn)滑油中雜質(zhì)成分僅占1% ～2. 5%，其主體仍為基礎(chǔ)油［4］。對(duì)廢潤(rùn)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(rùn)滑油。隨著石油能源的逐漸枯竭，對(duì)廢潤(rùn)滑油資源的回收問(wèn)題不容忽視。

目前，國(guó)內(nèi)外有許多關(guān)于廢潤(rùn)滑油溶劑精制的工藝研究。國(guó)內(nèi)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(rèn)為NMP 精制效果好，但因NMP 價(jià)格等因素，目前還未得到推廣應(yīng)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(rùn)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(duì)工業(yè)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行溶劑精制，結(jié)果表明雙溶劑精制的效果優(yōu)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(rùn)滑油研究，可以得到收率較高質(zhì)量較好的再生潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。而國(guó)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(duì)比了酮與醇再生廢油的萃取效率及產(chǎn)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(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行萃取發(fā)現(xiàn)三氯一氟甲烷的萃取效果最好。

溶劑精制被認(rèn)為是一種環(huán)境友好、成本低、周期短、再生油質(zhì)量好的再生廢油技術(shù)及工藝。本實(shí)驗(yàn)以汽車(chē)廢潤(rùn)滑油為研究對(duì)象，選擇環(huán)丁砜為溶劑，進(jìn)行廢潤(rùn)滑油的精制研究，得到再生潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油餾分。開(kāi)展此項(xiàng)研究既是有益的嘗試與探索，也具有一定的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

環(huán)丁砜，分析純;廢潤(rùn)滑油由撫順某汽車(chē)修理廠(chǎng)提供，主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 廢潤(rùn)滑油性質(zhì)Table 1 Properties of waste lubricating oil

SYD-1884 石油產(chǎn)品密度試驗(yàn)器;SYD-265C 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定器;SYD-510F 多功能低溫實(shí)驗(yàn)器;SYD-3536 型全自動(dòng)克利夫蘭開(kāi)口閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)器;SYD-30011 型數(shù)控電爐法殘?zhí)繉?shí)驗(yàn)器;BF-06A 減壓餾程測(cè)定器;SYD-510F 色度測(cè)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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)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(guò)的廢潤(rùn)滑油進(jìn)行溶解精制。1.2.2 溶劑精制 將溶劑與廢潤(rùn)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(jìn)行減壓蒸餾，然后將精制油加入蒸餾釜中，在殘壓下進(jìn)行減壓蒸餾，控制一定的溫度，可將精制油中的環(huán)丁砜和潤(rùn)滑油餾分分別蒸出。得到再生的潤(rùn)滑油。

1.3 再生工藝條件確定

采用單因素實(shí)驗(yàn)方法分別考察了精制時(shí)間、精制溫度、劑油比對(duì)再生油收率的影響，確定最佳的精制時(shí)間、精制溫度、劑油比，為工業(yè)廢潤(rùn)滑油的再生工藝條件提供參考。

2 結(jié)果與討論

2.1 精制條件對(duì)再生油收率影響

2.1.1 精制溫度 以環(huán)丁砜為溶劑，在劑油比為1，精制時(shí)間為30 min 條件下，考察精制溫度對(duì)再生油收率的影響，結(jié)果見(jiàn)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(dāng)精制溫度較低時(shí)，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(shí)產(chǎn)率達(dá)到87%;當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，部分溶劑汽化蒸發(fā)，使非理想組分的油溶解減少，從而使收率增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著精制溫度的升高，再生油的顏色也會(huì)變淺，質(zhì)量變好，因此確定適宜的精制溫度為120 ℃。

圖1 精制溫度對(duì)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(jù)溶劑精制法生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以環(huán)丁砜為溶劑，其精制溫度初步選定為120 ℃，精制時(shí)間為30 min，考察劑油比對(duì)再生油收率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 劑油比對(duì)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(xiàn)出再生油收率逐漸減少的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)樵趧┯捅容^小時(shí)，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(dāng)劑油比達(dá)到1.4 以后，溶劑溶解非理想組分的油的能力已達(dá)到極限，再生油收率的減少趨于平緩。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，用量過(guò)多會(huì)影響后續(xù)回收溶劑過(guò)程，增加能耗和生產(chǎn)成本，因此確定劑油比1.4 較為合適。

2.1.3 精制時(shí)間 溶劑精制時(shí)間是指廢潤(rùn)滑油與環(huán)丁砜接觸的時(shí)間，是影響廢潤(rùn)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(shí)間對(duì)再生油收率的影響。

圖3 精制時(shí)間對(duì)再生油收率的影響Fig.3 Effect of refining time on regeneration oil yield

為使廢潤(rùn)滑油和環(huán)丁砜充分接觸，必須保證有足夠的時(shí)間混合和溶解。一般來(lái)說(shuō)，精制時(shí)間過(guò)短，環(huán)丁砜不能充分發(fā)揮萃取作用，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，環(huán)丁砜溶解雜質(zhì)已達(dá)到飽和，再生油的收率基本保持不變。由圖3 可知，當(dāng)精制時(shí)間達(dá)到30 min 后，再延長(zhǎng)精制時(shí)間，意義不大且會(huì)增加生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)周期。因此，確定的最佳精制時(shí)間為30 min。

2.2 再生油黏度指數(shù)方程的建立與分析

2.2.1 精制溫度與劑油比對(duì)再生油黏度指數(shù)的影響 粘度指數(shù)是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油的重要指標(biāo)之一，粘度指數(shù)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(gè)因素。表2 是在精制時(shí)間為30 min 條件下，精制溫度和劑油比對(duì)黏度指數(shù)的影響。

表2 精制溫度與劑油比對(duì)再生油黏度指數(shù)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(shù)方程的建立與分析 對(duì)不同的環(huán)丁砜精制溫度、劑油比對(duì)再生油黏度指數(shù)的影響，采用SPSS 軟件進(jìn)行線(xiàn)性回歸，可得出精制溫度、劑油比對(duì)再生油黏度指數(shù)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(shù)，X1為劑油比，X2為精制溫度。

回歸方程的方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，回歸系數(shù)見(jiàn)表4。

表3 列出了再生油黏度指數(shù)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(shù)回歸方程的顯著性值為0.015，＜0.05。因此，可認(rèn)定所建立的回歸方程有效。

表3 再生油黏度指數(shù)回歸方程方差分析結(jié)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(shù)回歸方程的回歸系數(shù)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(shù)回歸方程的影響因素X 的回歸系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)誤差以及對(duì)應(yīng)的顯著性檢驗(yàn)的t 值等，回歸方程中系數(shù)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(rèn)為影響因素X 對(duì)因變量Y 具有顯著影響。

2.3 廢潤(rùn)滑油再生油產(chǎn)品的性能指標(biāo)

采用環(huán)丁砜為萃取劑，對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)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(shí)間為30 min，對(duì)廢潤(rùn)滑進(jìn)行溶劑精制，獲得的再生油的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)列于表5。

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

3 結(jié)論

(1)采用環(huán)丁砜為萃取劑，對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)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(shí)間為30 min。經(jīng)環(huán)丁砜精制，在此工藝條件下測(cè)得再生油的收率達(dá)85.89%，經(jīng)處理的廢潤(rùn)滑油可以再生使用。

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

(3)減壓蒸餾后余下的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)餾分可以作瀝青原料，或作為催化裂化原料用于生產(chǎn)高粘度的潤(rùn)滑油。產(chǎn)生的廢溶劑經(jīng)過(guò)減壓蒸餾進(jìn)行回收，回收溶劑能達(dá)到新鮮試劑的使用標(biāo)準(zhǔn)，可以循環(huán)使用。

［1］ 劉建芳，趙源，顧卡麗，等.廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)與研究進(jìn)展［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，29(3):38-40.

［2］ 司妍杰.淺談廢潤(rùn)滑油再生［J］.潤(rùn)滑油，2002(3):63-64.

［3］ 張賢明，焦昭杰，賈玉梅，等.工業(yè)污染廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31(3):39-42.

［4］ 陸詩(shī)建，李清方，張建，等.潤(rùn)滑油概述及其廢液回收進(jìn)展［J］.化學(xué)工程與裝備，2009(5):132-136.

［5］ 莫婭南，郭大光，張延雪. 溶劑精制法回收廢潤(rùn)滑油［J］.石油與天然氣化工，2007，36(2):124-134.

［6］ 楊鑫，陳立功，朱立業(yè)，等.基于三碳醇溶劑精制再生廢潤(rùn)滑油［J］. 石油學(xué)報(bào):石油加工，2012，28(6):1031-1036.

［7］ 吳桐，郭大光，劉洋.溶劑法再生工業(yè)廢潤(rùn)滑油的工藝優(yōu)化［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(2):16-18.

［8］ 王麗芳，郭大光，任雅琳.溶劑輔助糠醛精制廢潤(rùn)滑油［J］.化工進(jìn)展，2011，30(2):402-406.

［9］ Jesusa Rincon，Pablo Canizares，Maria Teresa Garcia，et al. Waste oil recycling using mixtures of polar solvents［J］.Industrial ＆ Engineering Chemistry Research，2005，44(20):7854-7859.

［10］Rinconj，Canizaresp，Garciamt，et al. Regeneration of used lubricant oil by polar solvent extraction［J］. Industrial ＆Engineering Chemistry Research，2005，44(12):4373-4379.

［11］Kamala，Khanf. Effect of extraction and adsorption on rerefining of used lubricating oil［J］.Oil ＆ Gas Science and Technology，2009，64(2):191-197.

［12］Saeed M，Al-Zahrani，Meilana Harma Putra，et al.Used lubricating oil regeneration by various solvent extraction techniques［J］. Journal of Industrial and Engineering Chemistry，2013(19):536-539.