季開(kāi)慧，馬西功，田 雪，崔志軍

(1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2.江蘇賽瑞邁科新材料有限公司，江蘇 泰州 225300)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，潤(rùn)滑油的需求量大大增加。預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到712萬(wàn)t/a[1-2]。潤(rùn)滑油需求量增大同時(shí)，廢潤(rùn)滑油產(chǎn)量也將大大增加。我國(guó)廢潤(rùn)滑油產(chǎn)量占潤(rùn)滑油總量的45%以上。

潤(rùn)滑油是減少摩擦和磨損的重要手段之一，一般由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成，其中基礎(chǔ)油決定潤(rùn)滑油的基本性質(zhì)，而添加劑用來(lái)彌補(bǔ)和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足。

潤(rùn)滑油使用過(guò)程中，當(dāng)基礎(chǔ)油受污染、添加劑損耗或潤(rùn)滑油老化時(shí)，其潤(rùn)滑性能不再保持而產(chǎn)生“廢潤(rùn)滑油”。廢潤(rùn)滑油中許多含氯、硫、磷、稠環(huán)芳烴等有機(jī)化合物和一些重金屬離子，這些雜質(zhì)雖然量很少，但大多數(shù)具有毒性或致癌性，不加以處理而直接排放無(wú)疑會(huì)造成一定的環(huán)境污染。廢潤(rùn)滑油滲入土壤中可導(dǎo)致植物死亡以及部分污染的微生物滅絕；流入水源中會(huì)使水生動(dòng)植物因缺氧而死亡，并造成水質(zhì)污染，甚至對(duì)人類及其它生物造成致命的傷害[3-4]；另外直接燃燒廢潤(rùn)滑油也會(huì)污染空氣。

其實(shí)廢油并不廢，用過(guò)的潤(rùn)滑油中真正變質(zhì)的只是其中的很小一部分的烴類[5]。如果將廢油中變質(zhì)組分除去，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的基礎(chǔ)油，并添加與天然油同樣的添加劑配方，則可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的高檔油品，且再生油量可與幾十個(gè)潤(rùn)滑油廠產(chǎn)量總和相媲美。因此無(wú)論是節(jié)能環(huán)保還是創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益方面都擁有極為廣闊的發(fā)展前景。

1 廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)現(xiàn)狀

以下是國(guó)內(nèi)常用的幾種再生工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)：

(1)初蒸餾—酸洗—白土精制工藝。

該工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備費(fèi)用低，但再生油品質(zhì)量差，收率低，油品酸值不合格，且有大量酸液、酸渣污染環(huán)境。

(2)沉降—酸洗—白土蒸餾工藝。

采用高溫白土蒸餾后顏色較好，工藝簡(jiǎn)單，但此工藝存在收率低、設(shè)備腐蝕較重、爐管易堵塞等問(wèn)題。

(3)蒸餾—乙醇抽提(或糠醛精制)工藝。

該工藝收率高、質(zhì)量好，但工藝流程和設(shè)備復(fù)雜，投資偏高，投資回收期長(zhǎng)。

可以看出國(guó)內(nèi)廢油再生產(chǎn)業(yè)仍以落后的、污染大、回收率低的酸-白土或蒸餾-白土工藝為主導(dǎo)。這些工藝均以白土為吸附過(guò)濾核心來(lái)除去廢油中的灰分和殘?zhí)康入s質(zhì)，但白土易吸水，吸水后白土毛細(xì)孔被堵塞，需要將白土烘干至5%以下而且不能完全烘干否則會(huì)造成毛細(xì)孔破壞，且白土用量針對(duì)不同廢油還有不同的要求，白土吸附后還需要進(jìn)一步過(guò)濾掉吸附劑，這樣就加大了工藝復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本且產(chǎn)生的濾渣會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2 廢潤(rùn)滑油陶瓷膜工藝簡(jiǎn)介

陶瓷膜作為一種新型的分離材料，近年來(lái)在過(guò)濾、分離等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所對(duì)陶瓷膜凈化鋼鐵工業(yè)冷軋乳化液廢水進(jìn)行了研究。Chen等人采用Manbralox 0. 2、0. 5、0. 8 μm的陶瓷膜在美國(guó)墨西哥海灣油田等地進(jìn)行了陶瓷膜處理采出水的中試研究。趙宜江等將氫氧化鎂吸附與陶瓷膜微波過(guò)程相結(jié)合對(duì)活性染料廢水脫色處理，在特定條件下脫色率可達(dá)98%以上[6-8]。將陶瓷膜過(guò)濾分離技術(shù)應(yīng)用于廢潤(rùn)滑油再生處理中，較傳統(tǒng)技術(shù)相比具有很大的節(jié)能潛力，同時(shí)可以降低潤(rùn)滑油的損失，減少脫色白土的用量。

圖1是陶瓷膜對(duì)廢潤(rùn)滑油過(guò)濾研究的設(shè)計(jì)路線。該工藝路線為“廢潤(rùn)滑油→預(yù)加熱→無(wú)機(jī)膜過(guò)濾→減壓蒸餾”。廢潤(rùn)滑油經(jīng)預(yù)熱到90～105℃，脫除少量水分(約3%)。加熱至110～120℃，進(jìn)入閃蒸罐，脫去廢油中輕烴，進(jìn)入裝有陶瓷膜的設(shè)備進(jìn)行錯(cuò)流過(guò)濾，非滲透液即高機(jī)雜燃料油外甩，作為瀝青調(diào)和組分。廢潤(rùn)滑油過(guò)濾除去油泥和固體雜質(zhì)的無(wú)灰分、機(jī)雜的滲透液(約90%)進(jìn)一步加熱后進(jìn)入減壓蒸餾裝置。減壓塔側(cè)線餾分作為廢潤(rùn)滑油加氫裝置的原料。減壓塔塔底可做為瀝青調(diào)和組分、焦化原料，或調(diào)燃料油。

圖1 廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)預(yù)處理工藝流程圖
Fig.1 Flow of regenerating waste lubricating oil

該工藝中蒸餾技術(shù)屬于成熟技術(shù)，影響產(chǎn)品油產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)鍵在于過(guò)濾裝置能否將廢油中的固體雜質(zhì)剔除。為驗(yàn)證陶瓷膜在廢潤(rùn)滑油預(yù)處理技術(shù)上應(yīng)用的可行性，本文選取了新疆廢潤(rùn)滑油進(jìn)行陶瓷膜過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。

3 廢潤(rùn)滑油陶瓷膜過(guò)濾試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)裝置流程

試驗(yàn)裝置流程如圖2所示。

圖2 陶瓷膜凈化試驗(yàn)裝置流程示意圖Fig.2 Flow of ceramic membrane purification test device

如圖2所示，儲(chǔ)存于“原料罐”中的廢潤(rùn)滑油，經(jīng)進(jìn)料泵泵送至循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)。含雜質(zhì)的廢潤(rùn)滑油進(jìn)入過(guò)濾裝置后進(jìn)入陶瓷膜的管程，凈化后的廢潤(rùn)滑油(滲透澄清液)通過(guò)陶瓷膜進(jìn)入殼程，送至下游管線，以便進(jìn)一步減壓蒸餾。管程非滲透液則不斷循環(huán)，與新鮮原料混合后(循環(huán)液)回入陶瓷膜管程，循環(huán)進(jìn)行滲透處理。在處理過(guò)程中，隨著循環(huán)液濃度逐漸上升，膜管殼程壓差逐漸增加，待壓差達(dá)到設(shè)定值以上時(shí)，系統(tǒng)濃縮液外排閥根據(jù)壓差逐漸開(kāi)啟，少量高機(jī)雜燃料油外甩。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)激光粒度分析儀對(duì)過(guò)濾前后的樣品進(jìn)行分析。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 新疆廢機(jī)油陶瓷過(guò)濾裝置前后主要性質(zhì)Table 1 Xinjiang waste lubricating oil properties before and after ceramic membrane ultrafiltration

由表1可知，經(jīng)過(guò)陶瓷膜過(guò)濾后，對(duì)廢機(jī)油內(nèi)的殘?zhí)俊⒒曳?、機(jī)雜、金屬元素等雜質(zhì)都有較好的脫除效果，其中對(duì)于機(jī)雜的脫除率在95%以上，對(duì)總金屬的脫除率在94.6%以上。

3.3 工藝條件考察

3.3.1 濃縮比考察

濃縮比很大程度上可以反映處理收率，濃縮比越高收率越高，但濃縮比過(guò)高會(huì)影響膜通量，所以，尋找最佳濃縮比是陶瓷膜處理技術(shù)的重點(diǎn)。

在基準(zhǔn)條件下，進(jìn)行新疆廢機(jī)油濃縮實(shí)驗(yàn)，濃縮比與滲透速率的關(guān)系如圖3所示。

圖3 新疆廢潤(rùn)滑油濃縮曲線(不加柴油)Fig.3 Enrichment curves of Xinjiang waste lubricating oil(No diesel)

由圖3可以看出，在濃縮初始階段，膜管通量為10 kg/m2·h，隨著濃縮比的增加，膜管通量呈逐漸下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著濃縮反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)內(nèi)物料中雜質(zhì)顆粒濃度會(huì)逐漸增加，過(guò)濾阻力增大致使膜管滲透速率下降。此外，由圖還可知，當(dāng)濃縮比達(dá)80%以上時(shí)，膜管仍具有較高滲透通量3.8 kg/m2·h，使用無(wú)機(jī)膜處理新疆廢潤(rùn)滑油時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。

3.3.2 流速考察實(shí)驗(yàn)

圖4為新疆廢機(jī)油在基準(zhǔn)條件下，不同膜面流速的膜通量對(duì)比圖。

圖4 新疆廢潤(rùn)滑油流速實(shí)驗(yàn)(加10%柴油)Fig.4 Flow velocity test of Xin Jiang waste lubricating oil(Add 10% diesel)

由圖4可以看出，隨著膜內(nèi)流速由基準(zhǔn)流速V m/s逐漸升至V+3 m/s過(guò)程中，膜通量呈逐漸增加趨勢(shì)，分別為5.8、6.3、6.7和6.8 kg/m2·h，證明較高流速有助于提高膜通量，但同時(shí)也會(huì)造成運(yùn)行能耗的增加。

3.4 無(wú)機(jī)膜清洗實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)后使用專用清洗劑SRMK-02對(duì)廢潤(rùn)滑油污染膜管進(jìn)行再生清洗，清洗6 h后膜管使用清水標(biāo)定，標(biāo)定通量為與基準(zhǔn)通量曲線能夠吻合，即清洗再生率為100%，說(shuō)明清洗劑SRMK-02對(duì)廢潤(rùn)滑油污染膜管具有很好的清洗再生性能。

圖5 清洗曲線Fig.5 Cleaning curves

4 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)能夠使廢潤(rùn)滑油中固體灰分含量降低到0.15%以下，具有優(yōu)異的過(guò)濾能，較傳統(tǒng)的白土吸附技術(shù)極大的簡(jiǎn)化了廢潤(rùn)滑油預(yù)處理過(guò)程的工藝，降低了生產(chǎn)成本并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和過(guò)濾效率。

(2)陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)能夠脫除廢潤(rùn)滑油中89.97%以上的重金屬，濾后重金屬離子含量少，實(shí)現(xiàn)了廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)的環(huán)保、無(wú)污染的工藝設(shè)計(jì)理念。

(3)陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)具有的高效、環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單和成本低等特點(diǎn)，使其在廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)上具有很大優(yōu)勢(shì)，如果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，將會(huì)帶來(lái)顯著的環(huán)保收益和經(jīng)濟(jì)效益。

(4)濃縮比的升高有助于提高產(chǎn)率但同時(shí)也會(huì)降低處理能力，流速的提高有助于提高膜的處理能力但也會(huì)造成功耗的增加，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)綜合考慮，確定最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。