廢礦物油資源化工藝研究

馮 楠 宋士麗 趙發(fā)敏

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

礦物油是原油經(jīng)過常壓和減壓分餾、溶劑抽提和脫蠟、加氫精制產(chǎn)生的一種混合物，主要成分為C15～C36的烷烴、多環(huán)芳烴(PAHs)、烯烴、苯系物、酚類等。

廢礦物油通常是經(jīng)使用后變質(zhì)的礦物油，主要來源于汽車工業(yè)、工礦企業(yè)等。主要的雜質(zhì)包括機械雜質(zhì)、水分、膠質(zhì)、焦炭、瀝青等物質(zhì)。其形成的主要原因包括被外來物質(zhì)污染、吸水、熱分解、氧化等[1]。與從生物體內(nèi)提煉的植物油和動物油相比，廢礦物油因主要成分為長鏈烴和芳香族化合物，對生態(tài)環(huán)境的危害更大。如果不經(jīng)有效處理直接將廢礦物油倒入土壤或水體中，會嚴重破壞土壤和水體內(nèi)平衡，威脅人類健康，破壞生態(tài)環(huán)境[2]。

礦物油作為一種化工產(chǎn)品，經(jīng)復雜工藝提煉而成，使用成本較高。實際上，廢礦物油中變質(zhì)成分所占比例很小，為20%～40%，基礎油占60%～80%。因此，采取適當?shù)墓に?，將廢礦物油進行提煉、凈化，去除其中的雜質(zhì)，回收利用其中的有用物質(zhì)，既可以有效減少廢礦物油對環(huán)境的污染，又可以節(jié)約資源，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1 廢礦物油再生工藝

目前，市場上的廢礦物油再生工藝主要包括蒸餾- 酸洗- 白土工藝、蒸餾- 加氫工藝、蒸餾- 溶劑精制工藝等。

1.1 蒸餾- 酸洗- 白土工藝

蒸餾- 酸洗- 白土工藝是根據(jù)廢礦物油性質(zhì)以及組分，選取硫酸將廢礦物油中的氧化物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等物質(zhì)脫除，并添加適量白土進行精制處理，進而產(chǎn)生再生礦物油的工藝。在潤滑油的精制中，吸附精制通常使用2%～5%的活性白土。當白土的吸附能力達到飽和時，白土即失去活性，成為廢白土。廢白土含有約30%的油分，屬于危險廢棄物，必須進行合理處置[3]。

該工藝的主要缺點是會產(chǎn)生大量廢酸、廢水、廢氣、廢渣，二次污染較嚴重，增加處置成本, 極易對周邊環(huán)境造成污染，且難以針對性提供防治手段。

1.2 蒸餾- 加氫工藝

蒸餾- 加氫工藝首先通過蒸餾將廢礦物油分離出礦物油餾分和瀝青質(zhì)，之后將礦物油餾分進行加氫精制，在高溫、高壓環(huán)境下，通過添加催化劑，使廢礦物油中的各種添加劑、氧化物等物質(zhì)與氫發(fā)生反應，從而產(chǎn)生加氫化合物，以去除廢礦物油中的雜質(zhì)[4]。

該工藝對原料品質(zhì)的要求較高，而廢礦物油中雜質(zhì)較多，易導致催化劑失活；此外，加氫工藝對于安全性及操作要求較高。

1.3 蒸餾- 溶劑精制工藝

溶劑精制工藝利用所選溶劑對廢礦物油不同組分的溶解度存在差異的原理進行萃取分離。在廢礦物油溶劑精制過程中，所選用的溶劑對潤滑油中的雜質(zhì)和非理想組分的溶解度較大，而對理想組分的溶解度則很小。因此，通過液相萃取可將雜質(zhì)和非理想組分除去[5]。

由于廢礦物油來源廣泛，成分復雜，傳統(tǒng)的廢礦物油蒸餾- 溶劑精制工藝容易產(chǎn)生大量不合格產(chǎn)品，導致生產(chǎn)連續(xù)性差，頻繁停車。此外，萃取劑缺乏回收工藝，會產(chǎn)生大量危險廢物。

綜上，針對現(xiàn)有廢礦物油再生工藝產(chǎn)品品質(zhì)較低、生產(chǎn)連續(xù)性差、易產(chǎn)生大量次生危廢等問題，本研究采用“減壓精餾+離心萃取+溶劑精制”的工藝處置廢礦物油。該工藝可以得到高品質(zhì)的基礎油，并且廢物產(chǎn)生量少，對環(huán)境影響小，萃取劑可循環(huán)使用。

2 減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝

減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝通過減壓精餾去除廢礦物油內(nèi)的絕大部分水以及部分雜質(zhì)，再通過離心萃取進行進一步精餾，可以取得較好的處理效果。其工藝流程如圖1所示。

2.1 預處理

首先將廢礦物油加入預處理罐內(nèi)，通過預處理罐過濾掉原料中的大顆粒雜質(zhì)，避免其對系統(tǒng)造成損傷，并根據(jù)來料情況，適當添加破乳劑、絮凝劑，脫除廢礦物油中水分及少量雜質(zhì)。隨后將廢礦物油泵送至原料罐內(nèi)儲存，原料罐采用蒸汽伴熱，且罐內(nèi)物料溫度維持在30 ℃左右，以保持物料的流動性。

圖1 減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝流程圖

2.2 脫水

經(jīng)過預處理后的廢礦物油首先經(jīng)過1#管式換熱器與減壓精餾塔的側(cè)線采出物料進行換熱，升溫至80～90 ℃，隨后進入脫水塔。通過蒸汽加熱，塔釜溫度維持在110 ℃，利用油、水沸點不同的原理，水分從脫水塔塔頂分離出來，重組分則從塔底送至管式加熱爐內(nèi)加熱后送入減壓精餾塔內(nèi)。

2.3 減壓精餾

脫水塔塔底的重組分經(jīng)加熱后進入減壓精餾塔內(nèi)，精餾塔塔頂真空度為-90～-50 kPa,溫度控制在120～140 ℃，利用不同油分沸點不同的原理，對油品進行分離。

減壓精餾塔塔頂分離出的輕質(zhì)燃料油，經(jīng)2#管式換熱器換熱、精餾塔頂冷凝器冷凝后由塔頂緩沖罐收集，然后送往輕油罐儲存，可作為燃料油。側(cè)線分離出基礎油毛油?；A油毛油通過毛油緩沖罐收集，送往配制罐。緩沖罐及配置罐內(nèi)設有在線粘度監(jiān)測裝置，可根據(jù)基礎油粘度調(diào)整前端工藝參數(shù)，若產(chǎn)品基礎油粘度較低，則相應提高塔釜溫度。

當配制罐內(nèi)介質(zhì)運動粘度小于29 mm2/s時，調(diào)整精餾塔塔內(nèi)溫度，使側(cè)線采出口溫度由原來的250～270 ℃提升至260～290 ℃。完成上述調(diào)整后，觀察配制罐內(nèi)介質(zhì)粘度，若不滿足要求，進一步調(diào)整工藝參數(shù)，直至介質(zhì)粘度達到指標要求。開、停工及工藝調(diào)整過程中產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品送至毛油罐，重新進減壓精餾裝置處理，精餾塔底的重組分送至渣油罐內(nèi)，可作為渣油。

2.4 離心萃取

配制罐內(nèi)的基礎油進入1#～3#離心機內(nèi)進行離心萃取，萃取劑為N-甲基吡咯烷酮。根據(jù)實際情況添加一定比例的萃取劑，萃取溫度控制在60 ℃。萃取劑可以吸收基礎油中的芳烴、環(huán)烷烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜質(zhì)。利用基礎油與N-甲基吡咯烷酮密度不同的原理，通過離心機的離心分離作用，將基礎油與萃取劑進行離心分離。

分離后，萃取相送至溶劑回收塔，通過導熱油加熱，將溫度控制在160～190 ℃，進行常壓操作，萃取劑從回收塔塔頂分離出來，經(jīng)過溶劑回收塔頂冷凝器冷凝后，輸送至萃取劑緩沖罐內(nèi)。塔底的重組分為基礎油內(nèi)的重油組分，輸送至重油罐，作為重質(zhì)燃料油。

經(jīng)過三級離心分離的基礎油與減壓精餾塔塔頂物料換熱至120～130 ℃后，泵送至閃蒸塔內(nèi)。N-甲基吡咯烷酮溶劑從閃蒸塔塔頂閃蒸出來，經(jīng)過閃蒸塔頂冷凝器冷凝后輸送至萃取劑緩沖罐內(nèi)儲存，萃取劑可重新加入離心機內(nèi)，循環(huán)使用。

2.5 溶劑精制

閃蒸塔塔底的基礎油送至汽提塔后，往汽提塔塔內(nèi)通熱氮氣，使塔底溫度為120～160 ℃，利用氮氣降低N-甲基吡咯烷酮的氣相分壓，從而達到溶劑再生的目的。N-甲基吡咯烷酮蒸汽由塔頂分離出來，經(jīng)過閃蒸塔塔頂冷凝器冷凝后進入萃取劑緩沖罐內(nèi)。

2.6 產(chǎn)品精制

汽提塔塔底的基礎油經(jīng)過塔底換熱器降溫至60～80 ℃后，送至精制罐處理。利用白土吸附基礎油中的少量重組分、溶劑等雜質(zhì)，得到產(chǎn)品基礎油，并送至成品罐。由于經(jīng)過脫水、精餾、閃蒸、抽提等工藝處理后，產(chǎn)品基礎油品質(zhì)較高。可根據(jù)實際情況跨越產(chǎn)品精制工藝，直接制備成品。

2.7 產(chǎn)品指標

經(jīng)過減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝處理后，廢礦物油可制備150SN基礎油。本工藝生產(chǎn)的基礎油技術指標見表1。

該基礎油具有良好的粘溫特性、較低的蒸發(fā)損失、優(yōu)良的低溫流動性以及良好的抗氧化穩(wěn)定性，可以用于生產(chǎn)中低檔潤滑油、發(fā)動機油、潤滑油、齒輪油、液壓油等，應用范圍較廣。

表1 產(chǎn)品指標表

3 工藝影響參數(shù)

3.1 萃取劑用量的影響

本研究采用的萃取劑N-甲基吡咯烷酮對于廢礦物油內(nèi)的芳烴、環(huán)烷烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜質(zhì)具有良好的相容性，可有效將它們?nèi)コ?/p>

劑油比(萃取劑/廢礦物油)對萃取效果的影響如圖2所示。由圖2可以看出，隨著萃取劑用量的增加，基礎油回收率逐漸降低，同時粘度相應增加。實際生產(chǎn)過程中，應根據(jù)實際情況選取適宜的劑油比，在確保粘度達標的同時盡量提高基礎油回收率。

圖2 劑油比(萃取劑/廢礦物油)對萃取效果粘度的影響

3.2 減壓精餾塔側(cè)線操作溫度的影響

減壓精餾塔作為減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝的核心設備，對產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響。在保證回流比不變的情況下，減壓精餾塔側(cè)線采出操作溫度對產(chǎn)品的影響如圖3所示。

圖3 減壓精餾塔側(cè)線操作溫度對產(chǎn)品粘度的影響

由圖3可以看出，隨著減壓精餾塔側(cè)線采出溫度的增加，產(chǎn)品的粘度相應提高，但是操作溫度的增加會提高能耗。因此，實際生產(chǎn)過程中，應在滿足產(chǎn)品粘度的要求下，選取較低的操作溫度，以提高經(jīng)濟效益。

圖4 回流比對收率、產(chǎn)品粘度的影響

3.3 減壓精餾塔回流比的影響

回流比是精餾過程中重要的參數(shù)之一，而調(diào)整回流比是調(diào)節(jié)精餾塔操作最為有效的方法?；亓鞅葘Ξa(chǎn)品純度同樣有著極為重要的作用。回流比對產(chǎn)品回收率和品質(zhì)的影響如圖4所示。由圖4可以看出，在保證操作溫度不變的前提下，隨著回流比的提高，產(chǎn)品回收率和粘度先是大幅降低，隨后逐漸減緩，表明回流比對收率和粘度的影響逐漸減弱。但回流比的提高會在一定程度上提高產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。實際生產(chǎn)過程中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，應盡量選擇較低的回流比，一方面提高回收率，另一方面降低能耗。

上述因素的影響在實際生產(chǎn)過程中并不是孤立的，往往需要通過聯(lián)動調(diào)整各種參數(shù)，才能得到最佳生產(chǎn)條件，應在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，選擇合適的參數(shù)，盡量降低能耗、提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

本研究中廢礦物油經(jīng)過預處理、常壓脫水、減壓精餾、離心萃取、溶劑精制、產(chǎn)品精制等工藝處理后，可得到產(chǎn)品質(zhì)量較好的基礎油?；A油可作為機油、潤滑油、齒輪油的原料，具有較高的使用價值。

相對于現(xiàn)有廢礦物油主要處置方法，本工藝流程先進，處理效果佳，產(chǎn)品質(zhì)量較好；次生廢物產(chǎn)生量少，環(huán)境相容性好；適應性強，可滿足廢礦物油來源廣泛多變的特點；生產(chǎn)穩(wěn)定性好，經(jīng)過各環(huán)節(jié)有效處理后，可確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定達標。