廢礦物油再生工程規(guī)劃與設(shè)計

陳金思，周基建，鄧文展，陳 勇

安徽華神工程技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230061

廢礦物油是因受污染、氧化、光和熱等外在因素作用導(dǎo)致改變了原有的理化性能，不能繼續(xù)使用的礦物油。廢礦物油或含礦物油廢物含有重金屬、苯系物、多環(huán)芳烴等，都具有毒性，部分廢礦物油還具有易燃性[1]。我國將廢礦物油列入《國家危險廢物名錄（2021年版）》，其廢物類別為HW08。廢礦物油再生工程與一般煉化項目相比，二者在規(guī)劃設(shè)計方面既有共性，又有各自特點。目前廢礦物油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對再生利用環(huán)節(jié)缺乏明確的技術(shù)規(guī)定，工程規(guī)劃與設(shè)計的難點較多。文章以處理規(guī)模為3萬～9萬t/a的廢礦物油綜合利用工廠的設(shè)計、驗收及運行管理為例，總結(jié)了廢礦物油再生工程規(guī)劃與設(shè)計要點，供行業(yè)相關(guān)人員參考。

1 廢礦物油再生技術(shù)及行業(yè)現(xiàn)狀

1.1 廢礦物油再生行業(yè)現(xiàn)狀

廢礦物油與含礦物油廢物源于石油開采、天然氣開采、精煉石油產(chǎn)品制造及非特定行業(yè)。根據(jù)廢礦物油來源，可將廢礦物油分為廢車用潤滑油、廢工業(yè)潤滑油及其他類型廢礦物油，廢車用潤滑油和廢工業(yè)潤滑油占比超過80%[2]。

通過對各省市危險經(jīng)營許可證頒布情況公示數(shù)據(jù)的分析可知，截至2019年6月，我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)行政主管部門共計發(fā)放危險廢物經(jīng)營許可證2630張，其中廢礦物油經(jīng)營許可證523張，核準(zhǔn)的總處理能力為1070萬t/a。年處置3萬t以上的企業(yè)有89家，1萬t以下的有300家，134家處于1萬～3萬t，企業(yè)平均處理能力為2萬t。根據(jù)《中國固體廢物處理行業(yè)分析報告》（E20研究院，2020版），2019年我國廢礦物油再生行業(yè)市場規(guī)模為439億元。

1.2 廢礦物油再生技術(shù)及應(yīng)用

潤滑油由基礎(chǔ)油（80%～90%）和添加劑（10%～20%）組成，礦物油質(zhì)變過程伴隨著復(fù)雜的化學(xué)、物理變化，變質(zhì)組分主要是極性化合物[3]。潤滑油在使用過程中，基礎(chǔ)油組分略有下降，廢礦物油中的過氧化物、膠質(zhì)瀝青質(zhì)、有機(jī)物、酸、水分、機(jī)械雜質(zhì)等含量明顯增加。盡管廢礦物油中基礎(chǔ)油比例有所降低，但大部分基礎(chǔ)油組分保留完好，如采用適當(dāng)?shù)姆椒▽U礦物油中污染物、雜質(zhì)等分離，廢礦物油中80%以上的基礎(chǔ)油可再利用[4]?；A(chǔ)油主要通過石油煉制獲得，每噸原油僅能煉制出300kg基礎(chǔ)油，與直餾基礎(chǔ)油相比，使用再生基礎(chǔ)油可減少CO2排放量40%[5]。因此，廢礦物油再生利用具有重要意義，我國已出臺了一系列政策、標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵開展廢礦物油綜合利用。

我國廢礦物油再生技術(shù)發(fā)展大致分為3個階段：

（1）起步階段（1997年以前），多采用再凈化方法。

（2）發(fā)展階段（1997—2016年），以《廢潤滑油回收與再生利用技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 17145—1997）實施為標(biāo)志，此階段多采用再凈化、再精制或者二者組合工藝技術(shù)。

（3）提標(biāo)階段（2016年至今），以《廢礦物油綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》（2016年1月1日實施）施行為標(biāo)志，再精制、再煉制被廣泛應(yīng)用，再凈化僅作為預(yù)處理措施。廢礦物油再生技術(shù)如表1所示。

表1 廢礦物油再生技術(shù)

2 規(guī)劃選址與總圖布置

2.1 規(guī)劃選址

廢礦物油再生利用工程規(guī)劃選址除了要符合項目所在地總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策及危險廢物污染防治規(guī)劃，還應(yīng)符合《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597—2001）及《廢礦物油綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》的規(guī)定，綜合考慮地質(zhì)條件、地下水位、風(fēng)向、防洪排澇、安全、環(huán)境目標(biāo)等要素，通過比選確定最佳選址方案。在沒有進(jìn)行環(huán)境影響評價之前，根據(jù)廢礦物油再生工程規(guī)模及污染物控制水平，可按如表2所示經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇環(huán)境防護(hù)距離。廢礦物油再生工廠用地邊界與地表水體距離應(yīng)大于150m，場地位于大氣環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的常年最大風(fēng)頻的下風(fēng)向，場地防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期）為50年。

表2 廢礦物油再生工廠環(huán)境防護(hù)距離

2.2 總圖布置

廢礦物油再生工廠的總圖布置應(yīng)符合《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》（2018年版）（GB 50160—2008）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）（GB 50016—2014）、《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》（GB 50187—2012）及《化工企業(yè)總圖運輸設(shè)計規(guī)范》（GB 50489—2009）的規(guī)定。工藝裝置火災(zāi)類別是總圖布置的重要依據(jù)，在缺乏設(shè)計基礎(chǔ)資料的情況下，可按照如下方法判別：

（1）廢礦物油為丙B類液體，但其操作溫度（330～385℃）超過其閃點（210～250℃），應(yīng)視為乙B類液體，因此廢礦物油再生工藝裝置火災(zāi)類別通常為乙類。

（2）含礦物油的廢物通常為固態(tài)或半固態(tài)，一般采用熱解方法回收礦物油，熱解溫度為200～550℃，熱解產(chǎn)物為礦物油、不凝氣及殘渣，不凝氣主要由C1～C4烴類組成，該組分含量達(dá)到90%，其中甲烷含量高達(dá)42.13%，不凝氣屬于甲B可燃?xì)怏w，熱解裝置火災(zāi)類別通常為甲類［6］。

3 工程設(shè)計要點

3.1 產(chǎn)品方案及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

廢礦物油或含油廢物經(jīng)資源化加工可制取潤滑油基礎(chǔ)油、燃料油、燃料氣、渣油、干餾渣等，產(chǎn)物可對外銷售或作為下游企業(yè)生產(chǎn)原料。《廢礦物油綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》第二十四條規(guī)定，再生潤滑油基礎(chǔ)油、再生燃料油的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參照中國石油天然氣集團(tuán)公司、中國石油化工集團(tuán)公司相關(guān)產(chǎn)品主要指標(biāo)執(zhí)行。產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括《廢潤滑油薄膜蒸發(fā)再生潤滑基礎(chǔ)油》（HG/T 5679—2020）、中國石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《通用潤滑油基礎(chǔ)油》（Q/SY 44—2009）、《燃料油》(SH/T 0356—1966)等。目前從廢礦物油再生產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況來看，這些標(biāo)準(zhǔn)沒有強(qiáng)制約束力，缺乏廣泛執(zhí)行基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在以下四個方面：

（1）標(biāo)準(zhǔn)中指標(biāo)體系不能適應(yīng)廢礦物油再生品種的多樣性。

（2）再生基礎(chǔ)油與礦物基礎(chǔ)油執(zhí)行統(tǒng)一指標(biāo)，不符合廢礦物油再生行業(yè)的實際。

（3）再生燃料油的指標(biāo)數(shù)量少、質(zhì)量要求低，再生燃料油很難進(jìn)入終端市場。

（4）缺乏廢礦物油再生副產(chǎn)物（品）的質(zhì)量指標(biāo)或規(guī)定。因此，工程設(shè)計應(yīng)充分考慮產(chǎn)品方案和標(biāo)準(zhǔn)銜接問題，尤其重視產(chǎn)品出路或去向。

3.2 工藝流程與技術(shù)方案

液態(tài)廢礦物油綜合利用的一般工藝流程如下：接收→儲存→脫酸→沉降→過濾→蒸餾脫水→減壓蒸餾→精餾→補(bǔ)充精制→產(chǎn)品。廢礦物油加工過程包含凈化、精制及煉制等工序，其中減壓蒸餾和補(bǔ)充精制是關(guān)鍵工序。減壓蒸餾是高真空蒸餾，一般有分子蒸餾、薄膜蒸發(fā)、減壓蒸餾等方法；補(bǔ)充精制是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，通常包括溶劑、絡(luò)合等精制或加氫煉制方法。減壓蒸餾和補(bǔ)充精制的各種方法均有規(guī)?；瘧?yīng)用，設(shè)計中可根據(jù)各種方法的利弊篩選適用的工藝技術(shù)。

考慮到廢礦物油來源的不確定，一般設(shè)計兩條平行的生產(chǎn)線，一條再生潤滑油基礎(chǔ)油，另一條再生燃料油，原因是部分廢礦物油的輕油組分較高，再生基礎(chǔ)油生產(chǎn)線也副產(chǎn)一定比例輕組分，這兩部分可合并加工成為燃料油。工程設(shè)計中應(yīng)根據(jù)廢礦物油來源、成分及數(shù)量合理確定設(shè)計規(guī)模，在沒有廢礦物油基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況下，再生基礎(chǔ)油和燃料油生產(chǎn)線設(shè)計規(guī)模的比例可選2∶1或3∶1。

3.3 廢礦物油接收與儲存

液態(tài)廢礦物油常用鋼質(zhì)罐儲存，固態(tài)或半固態(tài)含礦物油廢物可儲存于油泥池中，廢礦物油儲存周期為7～10d，即可滿足工藝生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運行。但考慮到廢礦物油來源的季節(jié)性、不確定性，廢礦物油的儲存周期往往提高至20～30d，如大型油庫清罐廢礦物油達(dá)數(shù)千噸，通常要求在1周內(nèi)轉(zhuǎn)運完畢，要求廢礦物油再生企業(yè)應(yīng)具備足夠的接收、轉(zhuǎn)運、儲存能力。

對于液態(tài)廢礦物油轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，其運輸車輛與儲罐之間建議設(shè)置檢測罐，檢測罐有效容積為50～100m3，對每批廢礦物油進(jìn)行檢測、計量，同時對來料起到緩沖、分流作用，避免不同來源、成分的廢礦物油混存而影響后續(xù)加工。固態(tài)或半固態(tài)的含油廢物建議采用油池儲存，儲油池為地下或半地下式，有利于保溫，全池防滲和卸料部位密封是設(shè)計重點。

3.4 工藝設(shè)計

廢礦物油來源廣泛，成分混雜，沒有穩(wěn)定的成分及元素組成，潛在的安全、爆炸風(fēng)險較大，生產(chǎn)裝置需確保安全。工藝設(shè)計中通常考慮兩段蒸餾，即常減壓蒸餾、高真空蒸餾，這樣有利于分段提取廢礦物油的組分。常減壓蒸餾以脫水脫氫（水、輕油等）為目的，高真空蒸餾以提取基礎(chǔ)油（餾分油）為目的。將減壓蒸餾塔的餾出油按餾程分成2～3個餾分，分別進(jìn)入中間罐，各餾分蒸餾溫度和真空度分別設(shè)置、調(diào)節(jié)，以防止餾分返混。

熱油泵為廢礦物油循環(huán)提供動力，屬于高溫、連續(xù)工作的關(guān)鍵設(shè)備，猶如人體血液循環(huán)系統(tǒng)中的心臟。通常選用臥式高溫?zé)嵊捅?，其安裝、維修方便。通用熱油泵的耐受溫度在300℃以下，如工作介質(zhì)溫度更高，則需定制。

渣油主要來自沉淀、過濾及釜底殘余物，其含油率達(dá)16%～26%，可采取干餾方法進(jìn)一步綜合利用，即在無氧條件下將渣油加熱至350～400℃，油氣經(jīng)冷凝后轉(zhuǎn)化為燃料油、可燃?xì)狻Ｔ鸵部伤头贌幹谩?/p>

不凝氣是蒸餾工序副產(chǎn)物，由C1～C4烴類組成，主要成分是甲烷，類似天然氣。結(jié)合3萬t/a廢礦物油再生裝置運行情況，不凝氣產(chǎn)量達(dá)585t/a（約41.36萬m3），不凝氣通過管道輸送至加熱爐作為輔助燃料，可為全廠節(jié)約能量8%。

3.5 熱能利用

行業(yè)準(zhǔn)入條件規(guī)定，廢礦物油提煉再生潤滑基礎(chǔ)油綜合能源消耗應(yīng)低于900kW·h/t，電力折標(biāo)煤系數(shù)0.1229kgce/（kW·h）（當(dāng)量值），則綜合能耗為 110.61kg/t。在確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)的前提下，優(yōu)化工藝設(shè)備及參數(shù)配置是系統(tǒng)節(jié)能的重點設(shè)計任務(wù)之一。可采取的熱能梯級利用措施如下：

（1）減壓蒸餾設(shè)備的熱量回收，作為原料預(yù)熱、脫水的補(bǔ)充熱量，能將常溫原料加熱至80℃以上。

（2）不凝氣熱值達(dá)8500kcal/Nm3，密度約為0.707kg/Nm3，回收及熱能利用效果顯著。

（3）蒸餾工序副產(chǎn)渣油量占廢礦物油量的8%～12%，溫度為250～300℃，渣油再利用及其熱能回收也是節(jié)能設(shè)計難點。

近年來，部分企業(yè)在熱能利用方面取得了一些進(jìn)展，但工藝系統(tǒng)節(jié)能水平仍有待提高。

3.6 防滲設(shè)計

廠區(qū)污染防治區(qū)域劃分為重點污染防治區(qū)、一般污染防治區(qū)、非污染防治區(qū)。重點污染防治區(qū)是指位于地下或半地下的生產(chǎn)功能單元，產(chǎn)生污染物或危險廢物，且污染物泄漏后不容易被及時發(fā)現(xiàn)和處理的區(qū)域或部位。建議在滿足消防、安全生產(chǎn)條件的前提下，重點污染區(qū)的設(shè)施應(yīng)集中布置，污染區(qū)與非污染區(qū)分開布置。工廠分區(qū)及防滲設(shè)計要求如表3所示。

表3 廢礦物油再生工廠防滲分區(qū)及設(shè)計要求

4 展望和建議

我國廢礦物油再生利用技術(shù)日趨成熟，關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)集成能力取得了較大的進(jìn)步，廢礦物油再生產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場份額不斷壯大。但從廢礦物油再生行業(yè)的實際出發(fā)，我國廢礦物油利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境欠佳，技術(shù)水平參差不齊，與歐美國家相比尚存在一定差距，進(jìn)一步提升行業(yè)管理水平和產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是今后廢礦物油再生行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的前提條件。具體建議如下：

（1）《廢潤滑油回收與再生利用技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T 17145—1997）的規(guī)定與行業(yè)實際偏差較大，對廢礦物油收集、貯存、再生、利用等環(huán)節(jié)約束力不大，該導(dǎo)則亟待修訂。

（2）突出廢礦物油的資源屬性，加強(qiáng)廢礦物油再生效率和再生品質(zhì)量管理。

（3）暢通廢礦物油的規(guī)范轉(zhuǎn)移途徑，進(jìn)一步放開跨省、跨區(qū)轉(zhuǎn)移管控限制。