廢潤(rùn)滑油再生工藝分類與研究進(jìn)展

馮 全，馬章杰，趙慶祥，趙 林，郭大光

（遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

基于全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，潤(rùn)滑油的使用量不斷攀升。2010年，我國(guó)的潤(rùn)滑油使用量已達(dá)到530萬(wàn)t·a-1，2011年我國(guó)的潤(rùn)滑油實(shí)際消費(fèi)量是710萬(wàn)t，由此產(chǎn)生廢潤(rùn)滑油量約有350萬(wàn)t。據(jù)預(yù)測(cè)2020年我國(guó)廢潤(rùn)滑油將達(dá)到 720萬(wàn) t·a-1[1，2]。

潤(rùn)滑油屬于寶貴的石油資源，它是僅次于燃料油的第二大石油產(chǎn)品。潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中會(huì)慢慢失去減摩擦耐磨損的能力，當(dāng)其不能滿足工作需要時(shí)就會(huì)失去應(yīng)用價(jià)值而成為廢潤(rùn)滑油。由于人們對(duì)廢潤(rùn)滑油的價(jià)值認(rèn)識(shí)不夠，常常會(huì)把廢潤(rùn)滑油當(dāng)做廢物倒掉或者當(dāng)做燃料直接燒掉，這樣不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。廢潤(rùn)滑油具有污染性和資源性的雙重特性，所以對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行回收再利用，不僅可以使資源得到了重復(fù)再利用，而且還減少了對(duì)環(huán)境的污染。所以對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行回收再利用是一件利國(guó)利民的大事。廢潤(rùn)滑油再生項(xiàng)目也得到了國(guó)家的大力支持，該項(xiàng)目享受國(guó)家免稅政策。

1 廢潤(rùn)滑油再生工藝的分類

現(xiàn)有的廢潤(rùn)滑油再生工藝可以分為再凈化、再精制以及再煉制3類，其劃分主要是依據(jù)潤(rùn)滑油的變質(zhì)的程度和變質(zhì)的機(jī)理。

1.1 再凈化工藝

潤(rùn)滑油在使用的過(guò)程中會(huì)因各種原因而進(jìn)水，并且還會(huì)有塵埃、機(jī)械磨損下來(lái)的金屬粉末及鐵金屬銹蝕產(chǎn)生的鐵銹浸入。因此，需要對(duì)設(shè)備中的潤(rùn)滑油定期進(jìn)行再凈化，來(lái)除去潤(rùn)滑油中的水及機(jī)械雜質(zhì)后再循環(huán)使用。再凈化工藝是一種簡(jiǎn)易的再生廢潤(rùn)滑油的工藝，它主要是以脫水除雜為目的，其中也包括脫臭、脫溶解氣。

以脫水除雜為目的的再凈化工藝，一般是先將廢油加熱至適當(dāng)?shù)臏囟?，然后用沉降或離心或過(guò)濾，或?qū)?種分離手段中的兩種結(jié)合起來(lái)使用，甚至3種結(jié)合起來(lái)使用。還有一類常見(jiàn)的的脫水除雜工藝，是采取真空熱閃蒸快速脫水與過(guò)濾相結(jié)合的方法，這種裝置在工廠中多數(shù)是定型裝置，而且很多都有專利權(quán)。對(duì)于單純用沉降、離心法難以奏效的廢油，脫水除雜可采取加入絮凝劑后沉降或離心的方法，這種方法現(xiàn)在在再凈化工藝中應(yīng)用廣泛。至于脫氣及脫臭，常常采取減壓汽提或真空下循環(huán)的方法[3]。

1.2 再精制工藝

再凈化工藝適用于劣化初期的潤(rùn)滑油再生，但對(duì)變質(zhì)嚴(yán)重的潤(rùn)滑油采用再凈化技術(shù)是不能除去一些非理想組分和膠質(zhì)雜質(zhì)的，對(duì)于這些廢潤(rùn)滑油單純的采用物理方法進(jìn)行凈化再生已不能達(dá)到再生的目的，這時(shí)就需用化學(xué)方法進(jìn)行精制再生。

廢潤(rùn)滑油的再精制工藝是包含化學(xué)精制或吸附精制的工藝流程，不包含蒸餾、加氫等設(shè)備復(fù)雜的單元操作。有酸和無(wú)酸兩種精制工藝是兩種主要的再精制工藝，其中無(wú)酸環(huán)保精制工藝發(fā)展較快。目前，國(guó)內(nèi)絕大數(shù)的的廢潤(rùn)滑油再生企業(yè)都采用混合溶劑精制法。美國(guó)能源部研究中心開(kāi)發(fā)的BERC工藝就屬于再精制工藝，該工藝就是用正丁醇、異丙醇、甲乙酮3種溶劑按照50∶25∶25的比例配成混合溶劑來(lái)精制廢潤(rùn)滑油的。Zahrani[4]和Jesusa Rincon[5，6]等分別用2-丙醇、1-丁醇及甲乙酮作為萃取劑，考察了萃取劑與廢潤(rùn)滑油的比例不同時(shí)再生油的產(chǎn)率及質(zhì)量。有酸精制工藝是比較早的廢潤(rùn)滑油再生工藝，該工藝是先將廢潤(rùn)滑油用濃H2SO4進(jìn)行酸洗，但是該工藝產(chǎn)生的酸渣會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，并且強(qiáng)酸會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，所以，目前廢潤(rùn)滑油再生企業(yè)基本都不采用該工藝。

1.3 再煉制工藝

再煉制工藝，是指在工藝流程中包括蒸餾、加氫等復(fù)雜工藝在內(nèi)的廢油回收工藝，能除去廢油中全部添加劑及變質(zhì)產(chǎn)物和外來(lái)雜質(zhì)，得到質(zhì)量與天然基礎(chǔ)油相近的再生基礎(chǔ)油，在加入與新油配方相同的添加劑后，可達(dá)到與天然潤(rùn)滑油相同的質(zhì)量水平。再煉制工藝最為復(fù)雜，可加工原料范圍較寬。其處理工藝主要包括：蒸餾-白土工藝、預(yù)蒸餾－抽提絮凝-蒸餾-白土工藝、閃蒸—熱處理—超臨界抽提-白土工藝、加氫精制工藝。

1.3.1 蒸餾-白土工藝 該工藝也是在大型廢油再生廠采用較多的工藝。它不受規(guī)模的限制，在較小的再生廠中也可以用。廢白土雖然也有環(huán)境問(wèn)題，也需要處置，但是比酸渣要好處理很多。

1.3.2 預(yù)蒸餾-抽提絮凝-蒸餾-白土工藝 這是美國(guó)能源部研究中心開(kāi)發(fā)的廢油再生工藝。用這個(gè)工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油配制的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，通過(guò)了SE級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。

1.3.3 閃蒸-熱處理-超臨界抽提-白土工藝 廢潤(rùn)滑油先經(jīng)過(guò)蒸餾，將水及汽柴油餾分拔出，拔頭油再經(jīng)過(guò)200～420℃的溫度進(jìn)行熱處理，然后再進(jìn)行超臨界抽提。超臨界抽提后的餾分經(jīng)過(guò)白土處理后，可得到合格的基礎(chǔ)油。

1.3.4 加氫精制工藝 采用加氫精制工藝處理廢潤(rùn)滑油設(shè)備和維修費(fèi)用較其它工藝高，但現(xiàn)在世界上最大最現(xiàn)代的廢油再煉制裝置都是采用蒸餾－加氫精制工藝，美國(guó)和德國(guó)的兩個(gè)世界上最大的廢油再生廠用的就是此工藝。主要的加氫工藝有：KTI、Snamprogetti、HyLubre、REVIVOIL工藝。

（1）KTI工藝：該工藝是需要分別在常壓和減壓兩種條件下進(jìn)行蒸餾，再將減壓得到的餾分油進(jìn)行進(jìn)一步的加氫精制，回收率能達(dá)到80%～85%，但是該工藝的反應(yīng)條件比較苛刻，要求不超過(guò)250℃的溫度，并且如油品中含氯化石蠟就不可以采用該工藝進(jìn)行處理。

（2）Snamprogetti工藝：該工藝是意大利SnamprogettiS.P.A.公司將IFP工藝進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化得到的新工藝。該工藝將廢油先經(jīng)常壓蒸餾除水和輕油后，再用丙烷進(jìn)行抽提、真空蒸餾，這時(shí)可獲得少量的潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油，殘余組分再用丙烷抽提1次，然后將剩余部分全部送去加氫精制即可。

（3）HyLube工藝：該工藝[7]首先在高溫高壓環(huán)境中使含有瀝青質(zhì)和金屬的重質(zhì)油與潤(rùn)滑油及其輕組分分離，再進(jìn)行催化加氫，并且在加氫過(guò)程中也進(jìn)行了脫硫脫氮的處理。該工藝可得到高質(zhì)量的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，該基礎(chǔ)油達(dá)了到Ⅱ類基礎(chǔ)油要求，收率可達(dá)到70%左右，同時(shí)還會(huì)得到十六烷值較高的低硫柴油。PURALUBE股份有限公司曾獲得UOP的HyLube技術(shù)授權(quán)，可生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)潤(rùn)滑油。

（4）REVIVOIL工藝：該工藝是由意大利的Viscolube公司開(kāi)發(fā)的，該工藝能夠煉制出高質(zhì)量潤(rùn)滑油。該工藝得到的潤(rùn)滑油的回收率達(dá)72.63%，得到瀝青收率12%，并且沒(méi)有造成環(huán)境污染，還能大大的減少能源及額外材料的消耗。

2 國(guó)內(nèi)外的新型廢潤(rùn)滑油再生工藝

2.1 Recyclon工藝

Recyclon工藝是將鈉在有機(jī)還原反應(yīng)中的機(jī)理應(yīng)用于廢潤(rùn)滑油再生當(dāng)中，先向常減壓蒸餾脫去水和輕油的廢潤(rùn)滑油中加入細(xì)粉狀的金屬鈉，利用利用金屬鈉高化學(xué)性除去廢潤(rùn)滑油中的氧化物。然后將生成的各種鈉鹽過(guò)滑油基礎(chǔ)油濾掉，再進(jìn)行常壓蒸餾，常壓蒸餾分再通過(guò)3個(gè)膜蒸餾分離,可得到不同等級(jí)的潤(rùn)。這個(gè)過(guò)程屬于環(huán)保再生過(guò)程,沒(méi)有酸和白土精制過(guò)程,但是Recyclon工藝條件太苛刻,所以這個(gè)工藝沒(méi)有被用于工業(yè)生產(chǎn)。

2.2 分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用

分子蒸餾技術(shù)屬于非平衡蒸餾技術(shù)它需要在高真空條件下進(jìn)行，它不是依靠沸點(diǎn)差進(jìn)行分離，而是由物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離的，是一種新型分離技術(shù)。Zuogang Guo等[8]將分子蒸餾技術(shù)運(yùn)用于處理生物質(zhì)燃料油，并取得了一定的進(jìn)展，為真空條件分離重質(zhì)油了提供了相關(guān)的參數(shù)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深入研究，得了一定的進(jìn)展。山東理工大學(xué)化工學(xué)院設(shè)計(jì)的0.8m2三級(jí)分子蒸餾分離廢潤(rùn)滑油中試裝置[9]，可以分別分離出汽柴油、輕質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油、重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，最后將未蒸餾出來(lái)的殘?jiān)鳛橹刭|(zhì)燃料油處理。該裝置分離出來(lái)的輕質(zhì)油組分汽柴油部分占8%；重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油部分占76%；膠質(zhì)重質(zhì)油部分占13%。

2.3 短程蒸餾技術(shù)的應(yīng)用

短程蒸餾和分子蒸餾一樣也需要高真空條件，使加熱面上被蒸發(fā)的分子經(jīng)過(guò)盡可能短的距離達(dá)到冷凝面進(jìn)行冷凝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液-液分離的蒸餾過(guò)程。該工藝主要采用旋轉(zhuǎn)式刮膜式短程蒸餾器。四川大學(xué)的周松銳[10]等人采用短程蒸餾加白土補(bǔ)充精制工藝對(duì)廢潤(rùn)滑油再生工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，利用該技術(shù)得到的再生潤(rùn)滑油達(dá)到了新潤(rùn)滑油的技術(shù)指標(biāo)。他們研發(fā)的短程蒸餾設(shè)備包含兩級(jí)膜處理過(guò)程，一級(jí)膜蒸發(fā)出來(lái)輕質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，二級(jí)膜蒸餾出重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，經(jīng)過(guò)短程蒸餾器蒸餾出的重質(zhì)潤(rùn)滑油餾分中剩余的雜質(zhì)，還需要通過(guò)補(bǔ)充精制將其除去。利用該技術(shù)可以得到高質(zhì)量的再生潤(rùn)滑油，并且工藝流程簡(jiǎn)單，回收周期短，在反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)有酸堿的加入，所以反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，是一種環(huán)保、高效的再生工藝。目前，四川久遠(yuǎn)化工技術(shù)有限公司就主要以生產(chǎn)短程蒸餾設(shè)備為主，在2010年5月，由該公司開(kāi)發(fā)研制的DZ-3600型短程蒸餾設(shè)備是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的整體式短程蒸餾設(shè)備，該設(shè)備最后被用于山東淄博60kt·a-1廢潤(rùn)滑油再生項(xiàng)目。

2.4 無(wú)機(jī)膜技術(shù)的應(yīng)用

該技術(shù)是以具有選擇透過(guò)性功能的薄膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在薄膜兩側(cè)施加一種或多種推動(dòng)力，使薄膜兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，使原料中的某些組分選擇性的優(yōu)先透過(guò)膜進(jìn)而達(dá)到混合物分離。早在1994年南京工業(yè)大學(xué)就成立了膜技術(shù)研究所，一直致力于對(duì)無(wú)機(jī)膜的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。該研究所開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)膜在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。由于廢潤(rùn)滑油的粘度高，所以應(yīng)選用超濾型無(wú)機(jī)膜來(lái)除去廢潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)成分。Mynin[11]等采用圖1工藝處理工業(yè)潤(rùn)滑油、變壓器潤(rùn)滑油、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，在實(shí)驗(yàn)室條件下除發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油外均達(dá)到再使用標(biāo)準(zhǔn)，再生的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油則可以作為潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油。

圖1 膜法簡(jiǎn)單處理廢潤(rùn)滑油的工藝簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic drawing ofwaste lubricant disposal by membranemethod

利用無(wú)機(jī)超濾膜處理可以有效地除去廢潤(rùn)滑油中的超細(xì)顆粒和膠體雜質(zhì)。該工藝無(wú)污染，裝置簡(jiǎn)單，屬于環(huán)保高效工藝，有一定的推廣價(jià)值。利用膜分離油品的前提是先制備出合適的無(wú)機(jī)膜，以提高分離效果，并且對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。將無(wú)機(jī)膜技術(shù)應(yīng)用于廢潤(rùn)滑油的再生，需要考慮到廢潤(rùn)滑油粘度比較高的問(wèn)題，目前降低潤(rùn)滑油粘度的方法主要有3種：提高廢潤(rùn)滑油溫度，采用超臨界技術(shù)，加入汽油進(jìn)行稀釋。無(wú)機(jī)膜處理廢潤(rùn)滑油工藝，是一個(gè)新型的工藝，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，距離工業(yè)化還有很長(zhǎng)的路需要走。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著石油資源日益緊張及世界各國(guó)對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，無(wú)論從環(huán)境保護(hù)、資源利用還是經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，廢潤(rùn)滑油回收再利用都應(yīng)得到重視。國(guó)外很多國(guó)家對(duì)廢潤(rùn)滑油再生企業(yè)都有很多優(yōu)惠政策，并且注入了大量的資金用于廢潤(rùn)滑油再生工藝的研發(fā)，以保證廢潤(rùn)滑油再生工藝朝著環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。但是由于國(guó)外先進(jìn)設(shè)備所需的設(shè)備要求和操作費(fèi)用很高，因此國(guó)內(nèi)多數(shù)廢潤(rùn)滑油再生企業(yè)仍然采用高污染的白土工藝。我國(guó)應(yīng)該加大多廢潤(rùn)滑油再生的政策支持和引導(dǎo)，開(kāi)發(fā)符合我國(guó)基本國(guó)情的廢潤(rùn)滑油再生工藝。在近些年廢潤(rùn)滑油再生新工藝中分子蒸餾技術(shù)和短程蒸餾技術(shù)都比較適合在國(guó)內(nèi)進(jìn)行推廣，建議政府科技部門(mén)應(yīng)加大對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣的投入。山東理工大學(xué)化工學(xué)院設(shè)計(jì)的0.8m2三級(jí)分子蒸餾分離廢潤(rùn)滑油已經(jīng)進(jìn)行了中試，并且得到高質(zhì)量再生油。短程蒸餾技術(shù)處理廢潤(rùn)滑油再生的研究也取得了很大的發(fā)展，其中北京化工大學(xué)和四川大學(xué)對(duì)該技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)展，并且有一些設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)了中試，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。Recyclon工藝和無(wú)機(jī)膜技術(shù)還都只是在理論研究和實(shí)驗(yàn)階段，相信在不久的將來(lái)也會(huì)有進(jìn)一步的發(fā)展。

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