L-QB300合成導(dǎo)熱油的再生處理研究

揭斌華，林國就，李紹松，王鵬

(中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

隨著國家汽車產(chǎn)業(yè)、工程機(jī)械、石油化工等行業(yè)的快速發(fā)展，潤滑油的需求量日益增多，廢潤滑油的產(chǎn)生量也隨之增加[1]；由于潤滑油在使用過程中，受到空氣、高溫、高速剪切、金屬磨損、雜質(zhì)污染等惡劣工作環(huán)境的影響，添加劑被氧化、熱解、水解、蒸發(fā)而逐漸損耗，基礎(chǔ)油中的烴類和極性化合物經(jīng)高溫氧化生成醛、酮、酚、羧酸、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等，致使?jié)櫥托阅芰踊蔀閺U潤滑油，根據(jù)《國家危險(xiǎn)廢物名錄》( 2016 版) 規(guī)定，廢潤滑油屬于危險(xiǎn)廢物，代號(hào)為HW08[2]。2018 年我國潤滑油的消費(fèi)總量達(dá)到了690萬t，產(chǎn)生約420萬t的廢潤滑油[3]；而廢潤滑油中80%～90%的組分可通過再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)回收利用[4]。

作為潤滑油系列產(chǎn)品之一，導(dǎo)熱油作為一種熱量的傳遞介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于石油化工、化纖、紡織印染、木材加工等領(lǐng)域[5]。同時(shí)，在國內(nèi)合成型導(dǎo)熱油市場(chǎng)中，L-QB300合成導(dǎo)熱油即重烷基苯導(dǎo)熱油，由于其進(jìn)入市場(chǎng)歷史較悠久，影響力深厚，而且組分相對(duì)簡單、黏度較小、傾點(diǎn)低于-55 ℃、價(jià)格與礦物型導(dǎo)熱油幾近相當(dāng)?shù)忍攸c(diǎn)，使其在合成導(dǎo)熱油市場(chǎng)中具有較高的占有率。國內(nèi)常見的L-QB300合成導(dǎo)熱油品牌及其理化性能見表1。

表1 國內(nèi)常見的L-QB300合成導(dǎo)熱油品牌及其理化性能

導(dǎo)熱油在使用過程中因受熱不均勻而發(fā)生裂解、縮合反應(yīng)，從而產(chǎn)生低沸物、高沸物，油品閃點(diǎn)下降，殘?zhí)可?；同時(shí)，高溫導(dǎo)熱油與空氣接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，油品酸值增加，且促進(jìn)裂解、縮合反應(yīng)，產(chǎn)生油泥沉渣，油品黏度增長[6]。當(dāng)在用導(dǎo)熱油的指標(biāo)處于停止使用指標(biāo)時(shí)，將直接影響到導(dǎo)熱油系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如未得到及時(shí)處置，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱油深度加速劣化，誘發(fā)爐管、用熱管道等受熱面結(jié)焦并引發(fā)傳熱系統(tǒng)的各種安全隱患，不僅降低系統(tǒng)熱傳導(dǎo)效率，浪費(fèi)能源，而且易燒損爐管，導(dǎo)致爆管或?qū)嵊托孤?，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)等各種安全事故，造成重大人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失[7]。同時(shí)，由于導(dǎo)熱油一次性裝填量較大，停工換油成本、廢油處理成本較高，不少企業(yè)為節(jié)約成本，即使在用導(dǎo)熱油的指標(biāo)超過停止使用指標(biāo)，卻依然冒著安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)繼續(xù)使用，因此，科學(xué)地對(duì)在用導(dǎo)熱油進(jìn)行再生處理，對(duì)導(dǎo)熱油系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行，乃至企業(yè)的節(jié)能減耗、降本增效均具有十分重要的實(shí)際意義[8]。

本文以四種殘?zhí)恐稻幱谕Ｖ故褂玫腖-QB300合成導(dǎo)熱油在用油為研究對(duì)象，通過考察不同再生處理?xiàng)l件對(duì)再生油指標(biāo)的影響，并與新油進(jìn)行對(duì)比，確定最佳處理工藝條件，用于指導(dǎo)L-QB300合成導(dǎo)熱油的再生處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器見表2所示。

表2 主要所需實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所采用的高效活性白土技術(shù)指標(biāo)見表3所示。

表3 高效活性白土技術(shù)指標(biāo)

1.3 導(dǎo)熱油再生實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 抽濾處理

抽濾處理的原理是利用微孔材料將廢導(dǎo)熱油中的大顆粒焦炭、瀝青顆粒等攔截達(dá)到分離的效果[9]。具體步驟：將一定量的油品倒入全玻璃微孔濾膜過濾器的濾杯中，采用1.2 μm的濾膜進(jìn)行抽濾，待濾杯中的油品全部過濾完全后，對(duì)積液瓶中的濾液進(jìn)行稱重，并開展性能分析。

1.3.2 白土吸附處理

白土吸附處理的原理是采用活性白土做吸附劑將廢導(dǎo)熱油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等吸附在表面，再用過濾的方法將吸附劑連同表面的物質(zhì)從油中分離[10]。具體步驟：在一定量的油品中加入5%的高效活性白土，加熱至90 ℃攪拌1.5 h后，將油品倒入全玻璃微孔濾膜過濾器的濾杯中，采用1.2 μm的濾膜進(jìn)行抽濾，待濾杯中的油品全部過濾完全后，對(duì)積液瓶中的濾液進(jìn)行稱重，并開展性能分析。

1.3.3 減壓蒸餾處理

減壓蒸餾處理的原理是利用廢導(dǎo)熱油中各組分的沸點(diǎn)不同，將低閃點(diǎn)的輕組分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重組分從油中分離，實(shí)現(xiàn)凈化提純[11]。具體步驟：取一定量的油品盛入蒸餾瓶中，調(diào)節(jié)真空泵的壓力為10 kPa，并開始加熱，待餾出口的溫度達(dá)到要求溫度時(shí)，開始收集餾出液，直至餾出口不再有液體餾出為止。減壓蒸餾結(jié)束后，將接收瓶中的油品加入5%的高效活性白土，加熱至90 ℃攪拌1.5 h后，將油品倒入全玻璃微孔濾膜過濾器的濾杯中，采用1.2 μm的濾膜進(jìn)行抽濾，待濾杯中的油品全部過濾完全后，對(duì)積液瓶中的濾液進(jìn)行稱重，并開展性能分析。

1.4 回收率計(jì)算方法

L-QB300合成導(dǎo)熱油再生處理后的回收率按如下計(jì)算：

X=G1/G0*100%

式中：X——回收率，%；

G0——處理前油品的重量，g；

G1——再生油的重量，g。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 再生處理原料的性能分析

分別收集L-QB300合成導(dǎo)熱油在四個(gè)不同企業(yè)使用后的在用油作為再生處理的原料，對(duì)油品開展性能分析，并與GB 24747-2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》在用導(dǎo)熱油的質(zhì)量指標(biāo)[12]要求進(jìn)行對(duì)比，分析數(shù)據(jù)見表4。

表4 再生導(dǎo)熱油原料分析數(shù)據(jù)

從表4分析數(shù)據(jù)來看，L-QB300合成導(dǎo)熱油在4個(gè)企業(yè)使用后的在用油分析數(shù)據(jù)相差較大，但4個(gè)在用油的殘?zhí)恐笜?biāo)均處于停止使用指標(biāo)內(nèi)，且殘?zhí)康拇笮∫来螢椋河蜆?#<油樣1#<油樣3#<油樣4#，按照GB 24747-2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》中停止使用質(zhì)量問題的判定與處置要求[7]，4個(gè)導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)均要求停止使用，并對(duì)在用導(dǎo)熱油進(jìn)行處理或者更換。

2.2 再生處理工藝對(duì)再生油性能的影響

對(duì)油樣1#分別采用抽濾處理、白土吸附處理、減壓蒸餾處理三種再生處理工藝進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的油品考察再生處理工藝對(duì)再生油油品收率、油品性能的影響，考察結(jié)果見圖1和表5。

圖1 不同處理工藝對(duì)再生油收率的影響

表5 不同處理工藝對(duì)再生油性能的影響

由圖1和表5可知，不同的再生處理工藝得到的再生油油品收率不同，且油品性能的改善情況也不同，油品收率大小依次為：抽濾處理>白土吸附處理>減壓蒸餾處理，但油品性能的改善情況為：減壓蒸餾處理>白土吸附處理>抽濾處理，雖然抽濾處理、白土吸附處理對(duì)降低殘?zhí)恐蹈纳朴幸欢ǖ男Ч?，但處理后的油品殘?zhí)恐稻笥?.5%，依然處于停止使用指標(biāo)范圍內(nèi)，而減壓蒸餾處理得到的油品外觀透明，殘?zhí)繛?.01%、酸值為0.01 mgKOH/g，說明通過減壓蒸餾處理對(duì)L-QB300合成導(dǎo)熱油在用油的殘?zhí)?、酸值改善情況非常顯著，效果最佳。

2.3 減壓蒸餾起始回收溫度對(duì)再生油性能的影響

2.3.1 起始回收溫度對(duì)收率、油品黏度的影響

將一定量的樣品1#盛入蒸餾瓶中，固定真空泵的壓力為10 kPa，分別在起始回收溫度270 ℃、280 ℃、290 ℃、300 ℃、310 ℃時(shí)進(jìn)行收集餾出液，考察不同起始回收溫度對(duì)再生油油品收率、油品黏度的影響，考察結(jié)果如圖2所示。

圖2 起始回收溫度對(duì)再生油性能的影響

由圖2可知，隨著起始回收溫度的升高，油品的收率隨之下降，而再生油的黏度卻隨之升高，說明減壓蒸餾的起始回收溫度越高，再生油中的輕組分越少，但由于再生油中輕組分的減少，油品的收率下降[13]，當(dāng)起始回收溫度為300 ℃時(shí)，油品收率為76.6%，而起始溫度為310 ℃時(shí)，油品收率下降為60.7%。

2.3.2 再生油與新油的性能對(duì)比

對(duì)樣品1#在真空壓力為10 kPa、起始回收溫度為300 ℃下減壓蒸餾處理得到再生油開展性能分析，并與L-QB300合成導(dǎo)熱油新油進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表6所示。

表6 再生油與新油的性能對(duì)比

據(jù)表6再生油與L-QB300合成導(dǎo)熱油新油的性能數(shù)據(jù)對(duì)比所示，再生油的黏度、殘?zhí)?、酸值、閉口閃點(diǎn)、密度、傾點(diǎn)均與新油基本相當(dāng)，說明通過減壓蒸餾處理對(duì)L-QB300合成導(dǎo)熱油在用油的再生處理效果明顯，再生油基本可達(dá)到新油的性能。

2.3.3 再生油與新油的餾程對(duì)比

對(duì)樣品1#在真空壓力為10 kPa、起始回收溫度為300 ℃下減壓蒸餾處理得到再生油，按照 SH/T 0558-1993 《石油餾分沸程分布測(cè)定法(氣相色譜法)》[14]開展餾程分析，根據(jù)餾程分析數(shù)據(jù)繪制蒸餾曲線，與L-QB300合成導(dǎo)熱油新油進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

圖3 再生油與新油的蒸餾曲線

據(jù)圖3再生油與L-QB300合成導(dǎo)熱油新油的蒸餾曲線所示，在10%餾出溫度前以及80%餾出溫度后，再生油與新油的蒸餾曲線發(fā)生輕微偏離，而10%餾出溫度至80%餾出溫度，再生油與新油的蒸餾曲線疊合在一起，說明通過再生處理得到的再生油成分基本與新油相當(dāng)。

2.4 不同殘?zhí)恐档膶?dǎo)熱油再生處理

在真空壓力為10 kPa、起始回收溫度為300 ℃的減壓蒸餾處理?xiàng)l件下，分別對(duì)油樣1#、油樣2#、油樣3#、油樣4#進(jìn)行再生處理，得到不同油樣的再生回收率如圖4所示，同時(shí)，對(duì)不同油樣的殘?zhí)恐蹬c收率進(jìn)行線性相關(guān)性分析，分析結(jié)果如圖5所示。

圖4 不同油樣的再生回收率

圖5 油品的殘?zhí)颗c收率的相關(guān)性

由圖4可知，不同殘?zhí)康腖-QB300合成導(dǎo)熱油廢導(dǎo)熱油再生處理后的再生油收率明顯不同，油樣1#、油樣2#、油樣3#、油樣4#的收率分別為76.6%、86.4%、47.7%、29.2%。且從圖5可知，在用導(dǎo)熱油的殘?zhí)颗c再生油的收率有較強(qiáng)的線性相關(guān)性，油樣的殘?zhí)吭酱?，收率越小，這是由于殘?zhí)恐凳欠从硨?dǎo)熱油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、多環(huán)芳烴等大分子的含量，衡量導(dǎo)熱油的結(jié)焦傾向性與裂解程度，殘?zhí)恐翟酱骩15]，說明導(dǎo)熱油在使用過程中發(fā)生裂解、縮合反應(yīng)的程度越深，因而在用導(dǎo)熱油中的有效組分越小，再生油的收率也越小。因此，為保證再生油的收率高于75%，在用導(dǎo)熱油的殘?zhí)坎灰顺^3%，殘?zhí)恐颠^大時(shí)，將增加再生處理成本，且再生油的收率低。

3 結(jié)論

(1)殘?zhí)恐堤幱谕Ｖ故褂玫腖-QB300合成導(dǎo)熱油，可通過減壓蒸餾處理得到顯著的改善，且在真空壓力為10 kPa、起始回收溫度為300 ℃下減壓蒸餾處理得到再生油性能指標(biāo)與新油相當(dāng)，油品成分與新油基本相當(dāng)。

(2)油品的殘?zhí)颗c再生油的收率有較強(qiáng)的線性相關(guān)性，為保證減壓蒸餾處理的回收率，在用導(dǎo)熱油的殘?zhí)恐祽?yīng)適宜。