國內首套廢潤滑油刮膜-加氫工藝裝置運行分析

童彥杰，馬亞麗，劉 露，郭 靖，王棟斌，王 澤，張先茂，王國興

（1.武漢科林化工集團有限公司，湖北武漢 430223；2.武漢工程大學 化工與制藥學院，湖北武漢 430074；3.武漢興茂工程有限公司，湖北武漢 430223）

1 概述

潤滑油是通過潤滑系統把清潔的潤滑油運送至機器零件的各個需要使用潤滑油的部位，起到潤滑、清潔、冷卻、密封等作用。典型潤滑油由75%～85%的基礎油和15%～25%的添加劑組成。潤滑油在使用過程中發生一些物理、化學反應使潤滑油老化，使其混入如水分、塵埃磨損機械產生的金屬屑粒以及因氧化產生的羧酸、有機酸的鹽類、瀝青質、炭渣、油泥等，潤滑性能達不到應用的標準，而變為廢潤滑油[1-2]。

2015年，全球消耗潤滑油42.1Mt/a，我國消耗占世界比例20%，由此產生的廢油約有8.4Mt/a，據預測，我國在2020年產生的廢油將達到7.2Mt/a[3]。

國內外廢油再生工藝分為三大類，第一類為再凈化，主要包括沉降、離心、過濾、絮凝等物理處理方法[4]；第二類為再精制，在再凈化的基礎上增加了化學精制或吸附精制[5]；第三類為再煉制，以產生基礎油為目的，主要包括預處理、減壓蒸餾、分子蒸餾、薄膜蒸發、溶劑萃取、加氫精制等工序[6-8]。

國外在廢潤滑油再生上，主要工藝有英國和西班牙的采用的Interline 工藝，丹麥和西班牙的Vaxon 工藝，德國的Hylube 工藝，芬蘭的CEP 工藝，法國的KTI 工藝，意大利、波蘭和西班牙采用的Revivoil 工藝[9]。這些工藝主要應用在歐美廢潤滑油回收及分類系統完善的國家[10]。由于中國國土面積大，廢潤滑油回收分類系統不夠完善，導致這些工藝無法在中國展開應用。國內目前普遍采用的酸堿精制、白土精制等廢潤滑油再生工藝產生的廢酸、廢堿及白土廢渣面臨嚴重的環境問題[1]。

針對目前我國廢潤滑油再生中所采用的再生工藝技術的問題，武漢科林精細化工有限公司開發出了廢潤滑油刮膜蒸發-加氫再生工藝[12]，該工藝采用新型的減壓刮膜蒸餾系統，加氫精制和補充精制工藝，很好地解決了中國廢潤滑油原料雜、產品質量不穩定等問題，生產的再生潤滑油達到國標二類基礎油標準，能耗低，無二次污染。2016年7月22日，國內首次采用該工藝的“新疆聚力環保科技有限公司30kt/a 廢潤滑油綜合利用項目”開車成功。且開車以來，裝置3a 內運行狀況良好。

2 工藝流程簡述

新疆聚力環保科技有限公司廢潤滑油綜合利用項目處理量廢潤滑油100t/d，主要工藝流程如圖1所示。

圖1 廢潤滑油刮膜-加氫工藝流程圖

以工業潤滑油、汽油車潤滑油、柴油車潤滑油等混合潤滑油為原料，通過破乳、絮凝、沉降后經臥螺離心機和碟片離心機除渣脫水，再升溫至常壓閃蒸，閃蒸后的潤滑油進入刮膜蒸發器減壓蒸發為氣相，然后進入減壓分餾塔進行減壓蒸餾，產品為減頂線油（汽柴油組分）、減一線油、減二線油、減三線油。減壓分餾各側線潤滑油在有催化劑和氫氣存在下，將潤滑油餾分加氫精制，脫除潤滑油中的烯烴及有機硫、氮、氧等雜質，然后采用補充精制工藝，飽和潤滑油中的芳烴，經穩定汽提后生產高品質的潤滑油基礎油產品。

3 結果與討論

3.1 廢潤滑油預處理

預處理裝置主要是通過絮凝、破乳沉降、離心分離，脫除廢潤滑油中的機械雜質及水分。在廢潤滑油中加入的破乳劑及絮凝劑，恒溫靜置沉降。沉降后分離出廢水及廢渣，廢潤滑油進入離心機中離心分離從而得到預處理產品油。預處理產品結果見表1。

表1 廢潤滑油預處理結果分析

從表1可以看出，通過對廢潤滑油進行破乳、絮凝、沉降及離心等預處理工藝，廢潤滑油的酸值由2.41mgKOH/g 降到1.72mgKOH/g；酸值下降的原因為一些水溶性酸因水分的脫除而被除去，但是因為廢潤滑油中含有一定量的有機硫化物和有機氯化物等酸性物質，所以經過預處理的廢潤滑油酸值仍然有1.72mgKOH/g。金屬中Fe、Ni、Mg 的含量明顯降低，說明隨著水分的脫除，一部分水溶性金屬離子被去除，而金屬中Ca、Cu、Na 的含量沒有明顯變化，而且Ca、Na 的含量反而升高，原因是因為破乳劑及絮凝劑中含有部分絡合的金屬離子分散在廢潤滑油中；由于廢潤滑油中的水、膠質及機械雜質的脫除，密度（20℃）從885kg/m3降至873.1kg/m3。另外，由于廢潤滑油中膠質及大分子聚合物通過預處理工藝的脫除，廢潤滑油的飽和烴含量從86.6%升高至88.6%，芳香烴含量從4.78%降低至4.33%，極性化合物含量從8.62%降至7.07%，運動黏度（40℃）從146.9mm2/s 降低至82.23mm2/s。

3.2 減壓刮膜分餾系統

經過預處理的廢潤滑油原料以3 750kg/h 的流量經過275℃常壓閃蒸，通過刮膜蒸發器加熱到320℃氣化后，氣相進入減壓分餾塔（3kPa）。減頂分出汽柴油組分收率（3.4%，質量分數。），減一線收率（13.8%，質量分數。）、減二線（20.8%，質量分數。）、減三線（46.4%，質量分數。）分別抽出潤滑油基礎油。同時常壓塔頂部出汽油組分（2.9%，質量分數。），刮膜蒸發器底部渣油收率（12.7%，質量分數。）。減壓蒸餾塔通過減一線中段回流和減三線中段回流來控制全塔溫度梯度。各側線的產品質量及性質見表2。

表2 廢潤滑油減壓蒸餾效果分析

從表2可以看出，通過減壓蒸餾，潤滑油基礎油的酸值由1.72mgKOH/g 分別降低至1.26mgKOH/g、0.26mgKOH/g，且減三線潤滑油基礎油酸值遠低于減一線潤滑油基礎油，各側線潤滑油產品的硫、氮、氯及重金屬含量明顯比原料油有明顯的降低，硫含量由原料油的3 790×10-6分別降至1 756×10-6及1 289×10-6；

氮含量由原料油的1 070×10-6分別降低至464×10-6和232×10-6；氯含量由原料油的307×10-6分別降低至275×10-6和89.6×10-6。

由于廢潤滑油中基礎油都是加氫產品，硫、氮、氯含量非常低，廢潤滑油中的硫、氮主要來自潤滑油產品的添加劑，如抗磨劑、擠壓劑等添加劑中主要成分為硫化油脂、氮化物及氯化物。由于硫化油脂、氮化物及氯化物等組分較輕，所以在蒸餾過程中，在各側線分布上，呈下降趨勢。各側線的金屬含量都在10×10-6以下，而且主要金屬為Ca。主要原因是金屬離子化合物不具有揮發性，所以在蒸餾過程中，能夠被很好地分離，但是由于潤滑油中的防銹劑中有大量的磺酸鈣及改性磺酸鈣是通過范德華力吸附在油膜之間，所以在各側線中Ca 的含量明顯高于其他金屬含量。由此分析得出如下結論：通過蒸餾，廢潤滑油中的重金屬基本脫除，潤滑油中的硫、氮、氯從產品中部分脫除并且在減一線至減三線呈下降趨勢。

潤滑油產品的密度（20℃）從原料油的873.1kg/m3分別降低至861.1kg/m3和864.4kg/m3。主要原因是由于廢潤滑油中的水分及膠質通過蒸餾分別從塔頂和塔底脫除，從而使潤滑油基礎油的密度降低，減一線、二線潤滑油基礎油的餾分比減三線潤滑油基礎油的餾分輕，且各側線產品重疊控制在100℃以內，所以密度比減三線潤滑油基礎油的小。

此工藝中選用刮膜蒸發器代替常減壓中減壓爐，2臺刮膜蒸發器一用一備，能夠保證裝置連續運行，裝置運行過程中在線清焦，很好地解決了減壓爐停工清焦所導致的裝置連續生產周期問題。

3.3 加氫系統

加氫系統主要目的是脫除潤滑油中有機的硫、氮、氯、氧以及潤滑油基礎油中的芳烴，提高潤滑油的品質及穩定性。加氫催化劑選用武漢科林精細化工有限公司的W219A 廢潤滑油加氫精制催化劑、W219B 廢潤滑油加氫補充精制催化劑。

3.3.1 加氫系統催化劑硫化

催化劑硫化油采用加氫柴油，硫化壓力為6MPa，待反應器床層溫度升至150℃后，在硫化油中加入DMDS（二甲基二硫）開始硫化，經過硫化期和穩定期，溫度逐漸升至310℃。整個硫化過程中，循環氫中H2S 的含量控制在（1 000～5 000）×10-6，當停止注入硫化劑后，出口的H2S 含量穩定在理論值時硫化完畢，硫化過程中床層溫度見表3。

表3 加氫催化劑升溫情況

從表3可以看出，催化劑床層溫度在整個硫化升溫過程中比較平穩，在升溫階段，由于整個反應系統有一定的溫度損失，所以有一個溫降梯度，在硫化及強化過程中，由于有化學反應熱放出，所以硫化及強化時有一定的溫升梯度，在穩定階段，由于化學反應基本結束，不再有化學反應熱放出，所以催化劑床層有一個溫降梯度。整個硫化過程中未出現飛溫現象，整個溫度范圍在設計值范圍內。

3.4 加氫系統運行情況

催化劑硫化完成后，將系統壓力升至12MPa，用廢潤滑油基礎油置換出硫化油，置換完畢后，在氫油比（200～500）∶1，操作溫度在312～360℃的工況下催化加氫，加氫后廢潤滑油基礎油經過高壓分離器和低壓分離器進行氣液分離后，產品進入穩定塔脫除H2S，然后汽提干燥得到加氫潤滑油基礎油。加氫后潤滑油基礎油質量見表4。

表4 潤滑油產品質量

從表4可以看出，潤滑油基礎油加氫精制后，密度與原料相比減一線從0.859kg/m3降至0.847kg/m3，減二線從0.857kg/m3降至0.847kg/m3，減三線從0.864kg/m3降至0.849kg/m3。凝點相對于原料，減一線從-13℃降低至-11℃，減二線從-13℃降至-10℃，減三線從-12℃降低至-8℃。主要原因是通過加氫，凝點較高的石蠟通過加氫轉化為低凝點柴油產品，所以通過加氫工藝，產品凝點都有不同程度的降低。加氫過程中，含有硫、氮、氯及烯烴的潤滑油組分在催化劑的作用下，與氫氣反應，生產了烷烴及H2S，NH3及HCl，并隨循環氫的馳放氣排出。減一線、減二線及減三線的硫含量分別降至2.1×10-6，1.6×10-6和1.3×10-6，氮含量減一線、減二線和減三線均低于1×10-6。減一線飽和烴含量從86.49%提高至99.85%，減二線飽和烴含量從88.3%提高至99.74%，減三線飽和烴含量從91.5%提高至99.43%。由于長鏈的飽和烴容易斷裂成不飽和烴，所以在減一線到減三線的分布上，飽和烴的含量增加，但是在加氫過程中，油品越輕，加氫越容易飽和，碳鏈越長，加氫飽和的壓力越高、空速越小，深度也較差，所以加氫產品中，從減一線到減三線飽和烴含量呈減少趨勢。但是通過加氫精制工藝，各側線產品飽和烴含量均達99%以上。產品參照Q/SY44—2009《通用潤滑油基礎油》，達二類基礎油標準。

4 結論

1）采用絮凝、沉降、離心及刮膜蒸發器對重金屬及瀝青質的脫除效果好。

2）蒸餾工藝采用刮膜蒸發器及減壓蒸餾串聯，工藝流程簡單，操作方便。

3）產品完全符合Q/SY44—2009國家二類基礎油標準。

該裝置工藝流程簡單、操作運行平穩，其工藝包開發及催化劑均是自主研究開發，裝置的成功開車和三年平穩運行標志著我國廢潤滑油加氫再生技術成功實現工業化，具有廣闊的應用前景。