馮 楠 宋士麗 趙發(fā)敏

(中國恩菲工程技術(shù)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(jī)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(dòng)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(duì)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(huì)嚴(yán)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(fù)雜工藝提煉而成，使用成本較高。實(shí)際上，廢礦物油中變質(zhì)成分所占比例很小，為20%～40%，基礎(chǔ)油占60%～80%。因此，采取適當(dāng)?shù)墓に?，將廢礦物油進(jìn)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(duì)環(huán)境的污染，又可以節(jié)約資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 廢礦物油再生工藝

目前，市場(chǎng)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(jìn)行精制處理，進(jìn)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(dāng)白土的吸附能力達(dá)到飽和時(shí)，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(xiǎn)廢棄物，必須進(jìn)行合理處置[3]。

該工藝的主要缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量廢酸、廢水、廢氣、廢渣，二次污染較嚴(yán)重，增加處置成本, 極易對(duì)周邊環(huán)境造成污染，且難以針對(duì)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(jìn)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(yīng)，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(duì)原料品質(zhì)的要求較高，而廢礦物油中雜質(zhì)較多，易導(dǎo)致催化劑失活；此外，加氫工藝對(duì)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?yán)盟x溶劑對(duì)廢礦物油不同組分的溶解度存在差異的原理進(jìn)行萃取分離。在廢礦物油溶劑精制過程中，所選用的溶劑對(duì)潤滑油中的雜質(zhì)和非理想組分的溶解度較大，而對(duì)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(fù)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(dǎo)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(huì)產(chǎn)生大量危險(xiǎn)廢物。

綜上，針對(duì)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(chǔ)油，并且廢物產(chǎn)生量少，對(duì)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(jìn)行進(jìn)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(yù)處理

首先將廢礦物油加入預(yù)處理罐內(nèi)，通過預(yù)處理罐過濾掉原料中的大顆粒雜質(zhì)，避免其對(duì)系統(tǒng)造成損傷，并根據(jù)來料情況，適當(dāng)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(chǔ)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(dòng)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(yù)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(jìn)行換熱，升溫至80～90 ℃，隨后進(jìn)入脫水塔。通過蒸汽加熱，塔釜溫度維持在110 ℃，利用油、水沸點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)不同的原理，對(duì)油品進(jìn)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(chǔ)存，可作為燃料油。側(cè)線分離出基礎(chǔ)油毛油?；A(chǔ)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(shè)有在線粘度監(jiān)測(cè)裝置，可根據(jù)基礎(chǔ)油粘度調(diào)整前端工藝參數(shù)，若產(chǎn)品基礎(chǔ)油粘度較低，則相應(yīng)提高塔釜溫度。

當(dāng)配制罐內(nèi)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度小于29 mm2/s時(shí)，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(jìn)一步調(diào)整工藝參數(shù)，直至介質(zhì)粘度達(dá)到指標(biāo)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(jìn)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(chǔ)油進(jìn)入1#～3#離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心萃取，萃取劑為N-甲基吡咯烷酮。根據(jù)實(shí)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(chǔ)油中的芳烴、環(huán)烷烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜質(zhì)。利用基礎(chǔ)油與N-甲基吡咯烷酮密度不同的原理，通過離心機(jī)的離心分離作用，將基礎(chǔ)油與萃取劑進(jìn)行離心分離。

分離后，萃取相送至溶劑回收塔，通過導(dǎo)熱油加熱，將溫度控制在160～190 ℃，進(jìn)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(chǔ)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(jí)離心分離的基礎(chǔ)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(chǔ)存，萃取劑可重新加入離心機(jī)內(nèi)，循環(huán)使用。

2.5 溶劑精制

閃蒸塔塔底的基礎(chǔ)油送至汽提塔后，往汽提塔塔內(nèi)通熱氮?dú)?，使塔底溫度?20～160 ℃，利用氮?dú)饨档蚇-甲基吡咯烷酮的氣相分壓，從而達(dá)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(jìn)入萃取劑緩沖罐內(nèi)。

2.6 產(chǎn)品精制

汽提塔塔底的基礎(chǔ)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(chǔ)油中的少量重組分、溶劑等雜質(zhì)，得到產(chǎn)品基礎(chǔ)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(chǔ)油品質(zhì)較高。可根據(jù)實(shí)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(biāo)

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(chǔ)油。本工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油技術(shù)指標(biāo)見表1。

該基礎(chǔ)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(dòng)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(dòng)機(jī)油、潤滑油、齒輪油、液壓油等，應(yīng)用范圍較廣。

表1 產(chǎn)品指標(biāo)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(duì)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(duì)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(chǔ)油回收率逐漸降低，同時(shí)粘度相應(yīng)增加。實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適宜的劑油比，在確保粘度達(dá)標(biāo)的同時(shí)盡量提高基礎(chǔ)油回收率。

圖2 劑油比(萃取劑/廢礦物油)對(duì)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(shè)備，對(duì)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(duì)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(duì)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(yīng)提高，但是操作溫度的增加會(huì)提高能耗。因此，實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)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(jì)效益。

圖4 回流比對(duì)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?duì)產(chǎn)品純度同樣有著極為重要的作用。回流比對(duì)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(duì)收率和粘度的影響逐漸減弱。但回流比的提高會(huì)在一定程度上提高產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。實(shí)際生產(chǎn)過程中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)過程中并不是孤立的，往往需要通過聯(lián)動(dòng)調(diào)整各種參數(shù)，才能得到最佳生產(chǎn)條件，應(yīng)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(yù)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(chǔ)油?；A(chǔ)油可作為機(jī)油、潤滑油、齒輪油的原料，具有較高的使用價(jià)值。

相對(duì)于現(xiàn)有廢礦物油主要處置方法，本工藝流程先進(jìn)，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(yīng)性強(qiáng)，可滿足廢礦物油來源廣泛多變的特點(diǎn)；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(dá)標(biāo)。