廢礦物油再生工程規劃與設計

陳金思，周基建，鄧文展，陳 勇

安徽華神工程技術有限公司，安徽 合肥 230061

廢礦物油是因受污染、氧化、光和熱等外在因素作用導致改變了原有的理化性能，不能繼續使用的礦物油。廢礦物油或含礦物油廢物含有重金屬、苯系物、多環芳烴等，都具有毒性，部分廢礦物油還具有易燃性[1]。我國將廢礦物油列入《國家危險廢物名錄（2021年版）》，其廢物類別為HW08。廢礦物油再生工程與一般煉化項目相比，二者在規劃設計方面既有共性，又有各自特點。目前廢礦物油行業標準、規范對再生利用環節缺乏明確的技術規定，工程規劃與設計的難點較多。文章以處理規模為3萬～9萬t/a的廢礦物油綜合利用工廠的設計、驗收及運行管理為例，總結了廢礦物油再生工程規劃與設計要點，供行業相關人員參考。

1 廢礦物油再生技術及行業現狀

1.1 廢礦物油再生行業現狀

廢礦物油與含礦物油廢物源于石油開采、天然氣開采、精煉石油產品制造及非特定行業。根據廢礦物油來源，可將廢礦物油分為廢車用潤滑油、廢工業潤滑油及其他類型廢礦物油，廢車用潤滑油和廢工業潤滑油占比超過80%[2]。

通過對各省市危險經營許可證頒布情況公示數據的分析可知，截至2019年6月，我國生態環境保護行政主管部門共計發放危險廢物經營許可證2630張，其中廢礦物油經營許可證523張，核準的總處理能力為1070萬t/a。年處置3萬t以上的企業有89家，1萬t以下的有300家，134家處于1萬～3萬t，企業平均處理能力為2萬t。根據《中國固體廢物處理行業分析報告》（E20研究院，2020版），2019年我國廢礦物油再生行業市場規模為439億元。

1.2 廢礦物油再生技術及應用

潤滑油由基礎油（80%～90%）和添加劑（10%～20%）組成，礦物油質變過程伴隨著復雜的化學、物理變化，變質組分主要是極性化合物[3]。潤滑油在使用過程中，基礎油組分略有下降，廢礦物油中的過氧化物、膠質瀝青質、有機物、酸、水分、機械雜質等含量明顯增加。盡管廢礦物油中基礎油比例有所降低，但大部分基礎油組分保留完好，如采用適當的方法將廢礦物油中污染物、雜質等分離，廢礦物油中80%以上的基礎油可再利用[4]。基礎油主要通過石油煉制獲得，每噸原油僅能煉制出300kg基礎油，與直餾基礎油相比，使用再生基礎油可減少CO2排放量40%[5]。因此，廢礦物油再生利用具有重要意義，我國已出臺了一系列政策、標準，鼓勵開展廢礦物油綜合利用。

我國廢礦物油再生技術發展大致分為3個階段：

（1）起步階段（1997年以前），多采用再凈化方法。

（2）發展階段（1997—2016年），以《廢潤滑油回收與再生利用技術導則》（GB/T 17145—1997）實施為標志，此階段多采用再凈化、再精制或者二者組合工藝技術。

（3）提標階段（2016年至今），以《廢礦物油綜合利用行業規范條件》（2016年1月1日實施）施行為標志，再精制、再煉制被廣泛應用，再凈化僅作為預處理措施。廢礦物油再生技術如表1所示。

表1 廢礦物油再生技術

2 規劃選址與總圖布置

2.1 規劃選址

廢礦物油再生利用工程規劃選址除了要符合項目所在地總體規劃、產業政策及危險廢物污染防治規劃，還應符合《危險廢物貯存污染控制標準》（GB 18597—2001）及《廢礦物油綜合利用行業規范條件》的規定，綜合考慮地質條件、地下水位、風向、防洪排澇、安全、環境目標等要素，通過比選確定最佳選址方案。在沒有進行環境影響評價之前，根據廢礦物油再生工程規模及污染物控制水平，可按如表2所示經驗數據選擇環境防護距離。廢礦物油再生工廠用地邊界與地表水體距離應大于150m，場地位于大氣環境保護目標的常年最大風頻的下風向，場地防洪設計標準（重現期）為50年。

表2 廢礦物油再生工廠環境防護距離

2.2 總圖布置

廢礦物油再生工廠的總圖布置應符合《石油化工企業設計防火標準》（2018年版）（GB 50160—2008）、《建筑設計防火規范》（2018年版）（GB 50016—2014）、《工業企業總平面設計規范》（GB 50187—2012）及《化工企業總圖運輸設計規范》（GB 50489—2009）的規定。工藝裝置火災類別是總圖布置的重要依據，在缺乏設計基礎資料的情況下，可按照如下方法判別：

（1）廢礦物油為丙B類液體，但其操作溫度（330～385℃）超過其閃點（210～250℃），應視為乙B類液體，因此廢礦物油再生工藝裝置火災類別通常為乙類。

（2）含礦物油的廢物通常為固態或半固態，一般采用熱解方法回收礦物油，熱解溫度為200～550℃，熱解產物為礦物油、不凝氣及殘渣，不凝氣主要由C1～C4烴類組成，該組分含量達到90%，其中甲烷含量高達42.13%，不凝氣屬于甲B可燃氣體，熱解裝置火災類別通常為甲類［6］。

3 工程設計要點

3.1 產品方案及質量標準

廢礦物油或含油廢物經資源化加工可制取潤滑油基礎油、燃料油、燃料氣、渣油、干餾渣等，產物可對外銷售或作為下游企業生產原料。《廢礦物油綜合利用行業規范條件》第二十四條規定，再生潤滑油基礎油、再生燃料油的產品質量標準，參照中國石油天然氣集團公司、中國石油化工集團公司相關產品主要指標執行。產品相關標準包括《廢潤滑油薄膜蒸發再生潤滑基礎油》（HG/T 5679—2020）、中國石油天然氣集團公司企業標準《通用潤滑油基礎油》（Q/SY 44—2009）、《燃料油》(SH/T 0356—1966)等。目前從廢礦物油再生產品標準執行情況來看，這些標準沒有強制約束力，缺乏廣泛執行基礎，主要體現在以下四個方面：

（1）標準中指標體系不能適應廢礦物油再生品種的多樣性。

（2）再生基礎油與礦物基礎油執行統一指標，不符合廢礦物油再生行業的實際。

（3）再生燃料油的指標數量少、質量要求低，再生燃料油很難進入終端市場。

（4）缺乏廢礦物油再生副產物（品）的質量指標或規定。因此，工程設計應充分考慮產品方案和標準銜接問題，尤其重視產品出路或去向。

3.2 工藝流程與技術方案

液態廢礦物油綜合利用的一般工藝流程如下：接收→儲存→脫酸→沉降→過濾→蒸餾脫水→減壓蒸餾→精餾→補充精制→產品。廢礦物油加工過程包含凈化、精制及煉制等工序，其中減壓蒸餾和補充精制是關鍵工序。減壓蒸餾是高真空蒸餾，一般有分子蒸餾、薄膜蒸發、減壓蒸餾等方法；補充精制是確保產品質量的重要手段，通常包括溶劑、絡合等精制或加氫煉制方法。減壓蒸餾和補充精制的各種方法均有規模化應用，設計中可根據各種方法的利弊篩選適用的工藝技術。

考慮到廢礦物油來源的不確定，一般設計兩條平行的生產線，一條再生潤滑油基礎油，另一條再生燃料油，原因是部分廢礦物油的輕油組分較高，再生基礎油生產線也副產一定比例輕組分，這兩部分可合并加工成為燃料油。工程設計中應根據廢礦物油來源、成分及數量合理確定設計規模，在沒有廢礦物油基礎數據的情況下，再生基礎油和燃料油生產線設計規模的比例可選2∶1或3∶1。

3.3 廢礦物油接收與儲存

液態廢礦物油常用鋼質罐儲存，固態或半固態含礦物油廢物可儲存于油泥池中，廢礦物油儲存周期為7～10d，即可滿足工藝生產裝置的穩定運行。但考慮到廢礦物油來源的季節性、不確定性，廢礦物油的儲存周期往往提高至20～30d，如大型油庫清罐廢礦物油達數千噸，通常要求在1周內轉運完畢，要求廢礦物油再生企業應具備足夠的接收、轉運、儲存能力。

對于液態廢礦物油轉運系統，其運輸車輛與儲罐之間建議設置檢測罐，檢測罐有效容積為50～100m3，對每批廢礦物油進行檢測、計量，同時對來料起到緩沖、分流作用，避免不同來源、成分的廢礦物油混存而影響后續加工。固態或半固態的含油廢物建議采用油池儲存，儲油池為地下或半地下式，有利于保溫，全池防滲和卸料部位密封是設計重點。

3.4 工藝設計

廢礦物油來源廣泛，成分混雜，沒有穩定的成分及元素組成，潛在的安全、爆炸風險較大，生產裝置需確保安全。工藝設計中通常考慮兩段蒸餾，即常減壓蒸餾、高真空蒸餾，這樣有利于分段提取廢礦物油的組分。常減壓蒸餾以脫水脫氫（水、輕油等）為目的，高真空蒸餾以提取基礎油（餾分油）為目的。將減壓蒸餾塔的餾出油按餾程分成2～3個餾分，分別進入中間罐，各餾分蒸餾溫度和真空度分別設置、調節，以防止餾分返混。

熱油泵為廢礦物油循環提供動力，屬于高溫、連續工作的關鍵設備，猶如人體血液循環系統中的心臟。通常選用臥式高溫熱油泵，其安裝、維修方便。通用熱油泵的耐受溫度在300℃以下，如工作介質溫度更高，則需定制。

渣油主要來自沉淀、過濾及釜底殘余物，其含油率達16%～26%，可采取干餾方法進一步綜合利用，即在無氧條件下將渣油加熱至350～400℃，油氣經冷凝后轉化為燃料油、可燃氣。渣油也可送焚燒處置。

不凝氣是蒸餾工序副產物，由C1～C4烴類組成，主要成分是甲烷，類似天然氣。結合3萬t/a廢礦物油再生裝置運行情況，不凝氣產量達585t/a（約41.36萬m3），不凝氣通過管道輸送至加熱爐作為輔助燃料，可為全廠節約能量8%。

3.5 熱能利用

行業準入條件規定，廢礦物油提煉再生潤滑基礎油綜合能源消耗應低于900kW·h/t，電力折標煤系數0.1229kgce/（kW·h）（當量值），則綜合能耗為 110.61kg/t。在確保產品質量和安全生產的前提下，優化工藝設備及參數配置是系統節能的重點設計任務之一。可采取的熱能梯級利用措施如下：

（1）減壓蒸餾設備的熱量回收，作為原料預熱、脫水的補充熱量，能將常溫原料加熱至80℃以上。

（2）不凝氣熱值達8500kcal/Nm3，密度約為0.707kg/Nm3，回收及熱能利用效果顯著。

（3）蒸餾工序副產渣油量占廢礦物油量的8%～12%，溫度為250～300℃，渣油再利用及其熱能回收也是節能設計難點。

近年來，部分企業在熱能利用方面取得了一些進展，但工藝系統節能水平仍有待提高。

3.6 防滲設計

廠區污染防治區域劃分為重點污染防治區、一般污染防治區、非污染防治區。重點污染防治區是指位于地下或半地下的生產功能單元，產生污染物或危險廢物，且污染物泄漏后不容易被及時發現和處理的區域或部位。建議在滿足消防、安全生產條件的前提下，重點污染區的設施應集中布置，污染區與非污染區分開布置。工廠分區及防滲設計要求如表3所示。

表3 廢礦物油再生工廠防滲分區及設計要求

4 展望和建議

我國廢礦物油再生利用技術日趨成熟，關鍵設備和系統集成能力取得了較大的進步，廢礦物油再生產業規模和市場份額不斷壯大。但從廢礦物油再生行業的實際出發，我國廢礦物油利用產業發展環境欠佳，技術水平參差不齊，與歐美國家相比尚存在一定差距，進一步提升行業管理水平和產業技術標準是今后廢礦物油再生行業高質量發展的前提條件。具體建議如下：

（1）《廢潤滑油回收與再生利用技術導則》（GB/T 17145—1997）的規定與行業實際偏差較大，對廢礦物油收集、貯存、再生、利用等環節約束力不大，該導則亟待修訂。

（2）突出廢礦物油的資源屬性，加強廢礦物油再生效率和再生品質量管理。

（3）暢通廢礦物油的規范轉移途徑，進一步放開跨省、跨區轉移管控限制。