廢機(jī)油絮凝預(yù)處理試驗(yàn)研究

劉明源，周 琳，王中華，錢 佳

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

前 言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油是汽車的“血液”，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中起到潤(rùn)滑、冷卻、密封、清潔、防銹等作用[1]，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)油的品質(zhì)要求較高，油中有1%的烴類變質(zhì)就不能繼續(xù)使用[2]，導(dǎo)致其更換量和需求量大。

更換下來(lái)的廢機(jī)油如果直接排入環(huán)境，不僅降解難度大、污染嚴(yán)重，同時(shí)也是對(duì)資源的一種極大的浪費(fèi)。廢機(jī)油中變質(zhì)的成分占比只有百分之幾[3]，剩余大量的石油烴均可回收利用。廢機(jī)油變質(zhì)的主要因素包括金屬碎屑、油泥等雜質(zhì)顆粒，燃燒產(chǎn)生或外界混入的水分，高溫條件下因熱分解和氧化而產(chǎn)生的積碳、膠質(zhì)和酸性物質(zhì)等[4]，從而導(dǎo)致機(jī)油的黏度、色度、酸值等指標(biāo)上升。目前，國(guó)內(nèi)外廢機(jī)油主要的再生途徑有硫酸-白土法、蒸餾-吸附法等傳統(tǒng)工藝，加氫精制、溶劑萃取精制、分子蒸餾、膜分離等新興技術(shù)[5]。傳統(tǒng)工藝雖然操作簡(jiǎn)單，但往往存在二次污染大、再生回收率低等缺點(diǎn)，已逐步被淘汰[6]。新興工藝回收率高、回收油品質(zhì)量好，但工藝技術(shù)和成本要求比較高，往往對(duì)進(jìn)入工藝的油品質(zhì)量要求高，需要將廢機(jī)油進(jìn)行一定的預(yù)處理，盡量減少雜質(zhì)的進(jìn)入。本工作以泰州某4S店回收的廢機(jī)油為原料，采用絮凝法對(duì)其進(jìn)行脫除雜質(zhì)顆粒的預(yù)處理，該法操作簡(jiǎn)單、二次污染小、成本低、除固體雜質(zhì)效果好[7]，本文考察了絮凝劑的種類及絮凝過(guò)程的主要影響因素，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，廢機(jī)油的品質(zhì)明顯上升。

1 試驗(yàn)方法

1.1 混凝劑的篩選

廢機(jī)油中的雜質(zhì)有呈溶解態(tài)的過(guò)氧化物、酸性物質(zhì)，還有呈膠體或懸浮狀態(tài)的瀝青質(zhì)、油泥膠質(zhì)、炭青質(zhì)、塵土和金屬屑等雜質(zhì)[8]。絮凝劑的加入可通過(guò)壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋等作用幫助顆粒凝聚，從而實(shí)現(xiàn)沉淀分離，分離效果主要取決于絮凝劑的選擇[9]。

本文嘗試使用聚合鋁鐵、聚合氯化鋁等無(wú)機(jī)絮凝劑、聚丙烯酰胺類有機(jī)高分子絮凝劑，發(fā)現(xiàn)這些絮凝劑與廢機(jī)油難以互溶，或絮體過(guò)輕在油中難以沉淀。筆者通過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脂肪族胺類對(duì)廢機(jī)油的絮凝效果較好，它們的氨基基團(tuán)可以和劣化油中的氧化基團(tuán)形成氫鍵[7]，并中和酸性基團(tuán)，同時(shí)，其交聯(lián)性能可吸附膠體微粒，使雜質(zhì)顆粒聚集沉降。在這些胺類物質(zhì)中，筆者篩選出絮凝效果最好的兩種絮凝劑，異佛爾酮二胺和N-（2-羥乙基）乙二胺，對(duì)它們的最優(yōu)工況條件進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在150mL油樣中先投加一定量異佛爾酮二胺，攪拌8min，再加入一定量N-（2-羥乙基）乙二胺，攪拌8min，并恒溫80℃沉降2h后測(cè)定其絮凝效果及絮凝劑投加量。

1.3 透光率測(cè)定

將廢機(jī)油用石油醚稀釋一定倍數(shù)，經(jīng)TU-18010-紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)檢測(cè)，測(cè)得其最大吸收波長(zhǎng)為475nm，透光率為1.68%。取100mL廢機(jī)油樣，加入一定量的絮凝劑，并置于一定溫度的恒溫水浴鍋中，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，恒溫80℃沉降2h，冷卻后取上清液用石油醚稀釋一定倍數(shù)[10～11]，過(guò)濾后以石油醚為參比測(cè)其在475nm處的透光率，以透光率的相對(duì)變化情況粗略反應(yīng)絮凝預(yù)處理效果。

2 異佛爾酮二胺、N-（2-羥乙基）乙二胺絮凝實(shí)驗(yàn)

2.1 絮凝單因素試驗(yàn)

絮凝劑用量對(duì)絮凝效果影響較大，添加量不足時(shí)雜質(zhì)顆粒不能充分聚集，而用量過(guò)多會(huì)出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象，降低絮凝效果，由圖1可見(jiàn)，異佛爾酮二胺最佳用量為 6mL（V/V為 10%），N-（2-羥乙基）乙二胺（V/V為20%）的最佳用量為10mL。

絮凝溫度低時(shí)，廢機(jī)油黏度過(guò)大，不利于絮凝劑與顆粒物接觸，絮凝效果不佳，溫度過(guò)高時(shí)，油樣發(fā)生氧化變黑，絮凝效果變差，由圖2可見(jiàn)，異佛爾酮二胺絮凝最佳溫度為75℃，N-（2-羥乙基）乙二胺為80℃。

攪拌時(shí)間過(guò)短，絮體不能充分形成，絮凝效果不佳，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，已形成的凝聚物被打碎，絮凝效果下降，由圖3可見(jiàn)，異佛爾酮二胺最佳攪拌時(shí)間為10min，N-（2-羥乙基）乙二胺為8min。

圖1 絮凝劑用量的影響Fig.1 The effect of flocculent dosage

圖2 絮凝溫度的影響Fig.2 The effect of flocculating temperature

圖3 攪拌時(shí)間的影響Fig.3 The effect of stirring time

2.2 絮凝正交因素實(shí)驗(yàn)

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可以分析出最優(yōu)的工況參數(shù)，同時(shí)可以分析出最重要的影響因素。本實(shí)驗(yàn)以異氟爾酮二胺為代表，選取三因素：即絮凝劑的用量、絮凝溫度、攪拌時(shí)間，并選取各單因素實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的最佳工況附近的四水平，沉降反應(yīng)條件固定。根據(jù)L16（43）安排試驗(yàn)，試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)以上極差分析可知，在絮凝試驗(yàn)中，各因素對(duì)透光率影響次序?yàn)椋盒跄齽┯昧?、絮凝溫度、攪拌時(shí)間，其中絮凝劑用量影響最大，后續(xù)絮凝實(shí)驗(yàn)將主要研究?jī)煞N絮凝劑投加量的影響。正交試驗(yàn)理論上得出的最優(yōu)工況條件為絮凝劑用量4mL，絮凝溫度70℃，攪拌時(shí)間8min。

表1 異佛爾酮二胺正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 1 The design and results of orthogonal experiment on isophorone diamine

3 異氟爾酮二胺及N-（2-羥乙基）乙二胺二次絮凝實(shí)驗(yàn)

3.1 異氟爾酮二胺用量對(duì)絮凝效果影響

在油樣中分別加入不同量的異氟爾酮二胺溶液，攪拌8min，再加入4mL的N-（2-羥乙基）乙二胺溶液，攪拌8min，并恒溫80℃沉降2h后測(cè)定其絮凝效果，由圖4可知，二次絮凝后效果明顯提升，考慮經(jīng)濟(jì)性等因素，異氟爾酮二胺用量為4mL時(shí)絮凝效果最佳。

3.2 N-（2-羥乙基）乙二胺用量對(duì)絮凝效果影響

在油樣中加入4mL的異氟爾酮二胺溶液，攪拌8min，再分別加入不同量的N-（2-羥乙基）乙二胺溶液，攪拌8min，并恒溫80℃沉降2h后測(cè)定其絮凝效果，由圖5可知，N-（2-羥乙基）乙二胺用量為5mL時(shí)絮凝效果最優(yōu)。

圖4 異氟爾酮二胺用量的影響Fig.4 The effect of IPDA dosage

圖5 N-（2-羥乙基）乙二胺用量的影響Fig.5 The effect of N-（2-hydroxyethyl） ethylenediamine dosage

4 二次絮凝處理效果

經(jīng)過(guò)本試驗(yàn)的二次絮凝處理后，廢機(jī)油的色度明顯改善，品質(zhì)也明顯提升，具體處理結(jié)果見(jiàn)表2。該工藝操作簡(jiǎn)單，處理成本較低，對(duì)于后續(xù)的再精制或再煉制工藝，均降低了處理難度。

表2 絮凝再凈化后油樣品質(zhì)對(duì)比Table 2 The quality comparison of re-purging oil sample by flocculation

5 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)表明，異佛爾酮二胺及N-（2-羥乙基）乙二胺二次絮凝預(yù)處理，比異佛爾酮二胺、N-（2-羥乙基）乙二胺單獨(dú)絮凝預(yù)處理效果更優(yōu)，絮凝劑用量更少，處理后廢機(jī)油的透光率均有顯著提升，其酸值、黏度、機(jī)械雜質(zhì)及色度也明顯下降，具體結(jié)果為：

（1）異佛爾酮二胺單獨(dú)使用最優(yōu)工況條件分別為用量6mL（V/V為10%的異佛爾酮二胺溶液），絮凝溫度75℃，攪拌時(shí)間10min；N-（2-羥乙基）乙二胺單獨(dú)使用最優(yōu)工況條件分別為用量10mL（V/V為20%的N-（2-羥乙基）乙二胺溶液），絮凝溫度80℃，攪拌時(shí)間8min。

（2）絮凝的各因素影響次序?yàn)椋盒跄齽┯昧?、絮凝溫度、攪拌時(shí)間。

（3）異氟爾酮二胺及N-（2-羥乙基）乙二胺二次絮凝時(shí)，異氟爾酮二胺用量為4mL，N-（2-羥乙基）乙二胺用量為5mL時(shí)絮凝效果最優(yōu)。