廢FCC 催化劑對(duì)再生基礎(chǔ)油吸附性能的研究

趙 飛，程 鍇，夏明桂

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430200）

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，如何合理利用傳統(tǒng)的危廢物受到研究者的廣泛關(guān)注。潤滑油是一類重要且應(yīng)用廣泛的石油產(chǎn)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(huì)劣化成為廢潤滑油。廢潤滑油含有大量有害物質(zhì)，是一類難處理的危險(xiǎn)廢物。作為潤滑油的重要組成部分，基礎(chǔ)油的性質(zhì)直接影響了潤滑油的性質(zhì)。潤滑油基礎(chǔ)油作為一種含復(fù)雜烴類的混合物，以五元雜環(huán)和六元雜環(huán)為主的堿性氮化合物對(duì)基礎(chǔ)油的氧化安定性影響很大。這些堿性氮化合物，會(huì)加快再生基礎(chǔ)油的氧化，且堿性氮含量越高，基礎(chǔ)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(duì)環(huán)境的危害也很大。每年因處理廢催化劑就要消耗數(shù)百萬元[3,4]，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)損失，還能顯著提高環(huán)境效益，在資源循環(huán)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(jié)構(gòu)的廢FCC 催化劑作為吸附劑，吸附再生基礎(chǔ)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(shù)，反應(yīng)溫度對(duì)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(shù)的廢FCC 催化劑對(duì)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(chǔ)油。在吸附反應(yīng)溫度為100℃, 劑油比10%，攪拌轉(zhuǎn)速200 r/min，攪拌時(shí)間30 min 條件下，研究廢FCC 催化劑形態(tài)大小對(duì)吸附性能的影響，其中對(duì)廢催化劑進(jìn)行研磨，和過200 目、400 目標(biāo)準(zhǔn)篩的處理。

取適量廢催化裂化催化劑，用碾磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行碾磨，再將碾磨后的廢催化劑過200 目標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩和400目標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(chǔ)油混合，此時(shí)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(shí)用電動(dòng)攪拌器對(duì)樣品進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)中，進(jìn)行恒溫過濾。將最終過濾后得到的油品分別使用色號(hào)測(cè)定儀和滴定的方法，測(cè)量再生基礎(chǔ)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(duì)再生基礎(chǔ)油吸附效果也不同。根據(jù)數(shù)據(jù)，可以作出圖1 為不同目數(shù)廢FCC 催化劑對(duì)色號(hào)和堿性氮含量的影響。隨著廢催化劑的形態(tài)越來越小，再生基礎(chǔ)油的色號(hào)越低，堿性氮含量越低，在400 目時(shí)，廢催化劑吸附效果達(dá)到最佳，色號(hào)為6 號(hào)，脫氮率為91.70%。以上現(xiàn)象說明，廢催化劑經(jīng)過碾磨，顆粒直徑變小，比表面積和孔道增加，與再生基礎(chǔ)油吸附反應(yīng)的接觸面積增大，活性位點(diǎn)增多，更有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。在一定范圍內(nèi)，廢催化劑顆粒大小與吸附性能呈負(fù)相關(guān)，所以適當(dāng)提高廢催化劑的目數(shù)，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(chǔ)油的色號(hào)和堿性氮含量

圖1 不同目數(shù)廢FCC 催化劑對(duì)色號(hào)(a)和堿性氮含量(b)的影響

2 吸附反應(yīng)溫度對(duì)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(chǔ)油。使用研磨后的廢催化劑，在吸附反應(yīng)溫度為100 ℃,劑油比10%，攪拌轉(zhuǎn)速200 r/min，攪拌時(shí)間30 min 的條件下，研究吸附反應(yīng)溫度對(duì)吸附性能的影響，吸附反應(yīng)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(chǔ)油混合，此時(shí)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(shí)驗(yàn)。用電動(dòng)攪拌器對(duì)樣品進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)中，進(jìn)行恒溫過濾。將最終過濾后得到的油品分別使用色號(hào)測(cè)定儀和滴定的方法，測(cè)量再生基礎(chǔ)油的色度和堿性氮含量，共操作4次。

測(cè)得廢催化劑在不同吸附反應(yīng)溫度下，再生基礎(chǔ)油的色號(hào)和堿性氮含量數(shù)據(jù)如表2 所示：

表2 不同吸附反應(yīng)溫度下再生基礎(chǔ)油的色號(hào)和堿性氮含量

從表2 看出，吸附反應(yīng)溫度不同，廢催化劑對(duì)再生基礎(chǔ)油的吸附效果也不同。圖2 為不同吸附溫度對(duì)色號(hào)和堿性氮含量的影響。根據(jù)溫度梯度實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，我們可以得到，隨著吸附反應(yīng)溫度梯度增長，一定范圍內(nèi)，再生基礎(chǔ)油的色號(hào)越佳，堿性氮含量越低，在150℃時(shí)達(dá)到最高，此時(shí)再生基礎(chǔ)油色號(hào)為7，堿性氮含量降為0.62 ppm。以上現(xiàn)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(yīng)溫度過高，堿性氮化物與吸附劑之間的范德華力會(huì)斷裂，導(dǎo)致生成的絡(luò)合物發(fā)生分解；如果吸附反應(yīng)溫度過低，再生基礎(chǔ)油的黏度較高，阻礙了吸附劑與再生基礎(chǔ)油中的堿性氮化物和有色雜質(zhì)充分接觸，不利于吸附反應(yīng)進(jìn)行。因此，在150℃時(shí)，廢催化劑的活性最高，吸附的油品雜質(zhì)最多。

圖2 不同吸附溫度對(duì)色號(hào)(a)和堿性氮(b)的影響

3 結(jié)論

本文主要考察了不同目數(shù)廢FCC 催化劑和吸附溫度對(duì)再生基礎(chǔ)油吸附的影響。廢FCC 催化劑目數(shù)為400 目，吸附反應(yīng)溫度為150℃時(shí)，廢催化劑吸附再生基礎(chǔ)油脫氮效果最好，色度也最佳。該方法實(shí)現(xiàn)將“雙廢”變廢為寶，不僅可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，還能減少對(duì)環(huán)境的污染；同時(shí)也給危廢的合理循環(huán)利用提出了新的思路。