廢礦物油資源化工藝研究

馮 楠 宋士麗 趙發敏

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

礦物油是原油經過常壓和減壓分餾、溶劑抽提和脫蠟、加氫精制產生的一種混合物，主要成分為C15～C36的烷烴、多環芳烴(PAHs)、烯烴、苯系物、酚類等。

廢礦物油通常是經使用后變質的礦物油，主要來源于汽車工業、工礦企業等。主要的雜質包括機械雜質、水分、膠質、焦炭、瀝青等物質。其形成的主要原因包括被外來物質污染、吸水、熱分解、氧化等[1]。與從生物體內提煉的植物油和動物油相比，廢礦物油因主要成分為長鏈烴和芳香族化合物，對生態環境的危害更大。如果不經有效處理直接將廢礦物油倒入土壤或水體中，會嚴重破壞土壤和水體內平衡，威脅人類健康，破壞生態環境[2]。

礦物油作為一種化工產品，經復雜工藝提煉而成，使用成本較高。實際上，廢礦物油中變質成分所占比例很小，為20%～40%，基礎油占60%～80%。因此，采取適當的工藝，將廢礦物油進行提煉、凈化，去除其中的雜質，回收利用其中的有用物質，既可以有效減少廢礦物油對環境的污染，又可以節約資源，具有良好的經濟效益和環境效益。

1 廢礦物油再生工藝

目前，市場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- 白土工藝是根據廢礦物油性質以及組分，選取硫酸將廢礦物油中的氧化物、膠質、瀝青質等物質脫除，并添加適量白土進行精制處理，進而產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。當白土的吸附能力達到飽和時，白土即失去活性，成為廢白土。廢白土含有約30%的油分，屬于危險廢棄物，必須進行合理處置[3]。

該工藝的主要缺點是會產生大量廢酸、廢水、廢氣、廢渣，二次污染較嚴重，增加處置成本, 極易對周邊環境造成污染，且難以針對性提供防治手段。

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，之后將礦物油餾分進行加氫精制，在高溫、高壓環境下，通過添加催化劑，使廢礦物油中的各種添加劑、氧化物等物質與氫發生反應，從而產生加氫化合物，以去除廢礦物油中的雜質[4]。

該工藝對原料品質的要求較高，而廢礦物油中雜質較多，易導致催化劑失活；此外，加氫工藝對于安全性及操作要求較高。

1.3 蒸餾- 溶劑精制工藝

溶劑精制工藝利用所選溶劑對廢礦物油不同組分的溶解度存在差異的原理進行萃取分離。在廢礦物油溶劑精制過程中，所選用的溶劑對潤滑油中的雜質和非理想組分的溶解度較大，而對理想組分的溶解度則很小。因此，通過液相萃取可將雜質和非理想組分除去[5]。

由于廢礦物油來源廣泛，成分復雜，傳統的廢礦物油蒸餾- 溶劑精制工藝容易產生大量不合格產品，導致生產連續性差，頻繁停車。此外，萃取劑缺乏回收工藝，會產生大量危險廢物。

綜上，針對現有廢礦物油再生工藝產品品質較低、生產連續性差、易產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的基礎油，并且廢物產生量少，對環境影響小，萃取劑可循環使用。

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的絕大部分水以及部分雜質，再通過離心萃取進行進一步精餾，可以取得較好的處理效果。其工藝流程如圖1所示。

2.1 預處理

首先將廢礦物油加入預處理罐內，通過預處理罐過濾掉原料中的大顆粒雜質，避免其對系統造成損傷，并根據來料情況，適當添加破乳劑、絮凝劑，脫除廢礦物油中水分及少量雜質。隨后將廢礦物油泵送至原料罐內儲存，原料罐采用蒸汽伴熱，且罐內物料溫度維持在30 ℃左右，以保持物料的流動性。

圖1 減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝流程圖

2.2 脫水

經過預處理后的廢礦物油首先經過1#管式換熱器與減壓精餾塔的側線采出物料進行換熱，升溫至80～90 ℃，隨后進入脫水塔。通過蒸汽加熱，塔釜溫度維持在110 ℃，利用油、水沸點不同的原理，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加熱后送入減壓精餾塔內。

2.3 減壓精餾

脫水塔塔底的重組分經加熱后進入減壓精餾塔內，精餾塔塔頂真空度為-90～-50 kPa,溫度控制在120～140 ℃，利用不同油分沸點不同的原理，對油品進行分離。

減壓精餾塔塔頂分離出的輕質燃料油，經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，然后送往輕油罐儲存，可作為燃料油。側線分離出基礎油毛油?；A油毛油通過毛油緩沖罐收集，送往配制罐。緩沖罐及配置罐內設有在線粘度監測裝置，可根據基礎油粘度調整前端工藝參數，若產品基礎油粘度較低，則相應提高塔釜溫度。

當配制罐內介質運動粘度小于29 mm2/s時，調整精餾塔塔內溫度，使側線采出口溫度由原來的250～270 ℃提升至260～290 ℃。完成上述調整后，觀察配制罐內介質粘度，若不滿足要求，進一步調整工藝參數，直至介質粘度達到指標要求。開、停工及工藝調整過程中產生的不合格產品送至毛油罐，重新進減壓精餾裝置處理，精餾塔底的重組分送至渣油罐內，可作為渣油。

2.4 離心萃取

配制罐內的基礎油進入1#～3#離心機內進行離心萃取，萃取劑為N-甲基吡咯烷酮。根據實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油中的芳烴、環烷烴、膠質、瀝青質等雜質。利用基礎油與N-甲基吡咯烷酮密度不同的原理，通過離心機的離心分離作用，將基礎油與萃取劑進行離心分離。

分離后，萃取相送至溶劑回收塔，通過導熱油加熱，將溫度控制在160～190 ℃，進行常壓操作，萃取劑從回收塔塔頂分離出來，經過溶劑回收塔頂冷凝器冷凝后，輸送至萃取劑緩沖罐內。塔底的重組分為基礎油內的重油組分，輸送至重油罐，作為重質燃料油。

經過三級離心分離的基礎油與減壓精餾塔塔頂物料換熱至120～130 ℃后，泵送至閃蒸塔內。N-甲基吡咯烷酮溶劑從閃蒸塔塔頂閃蒸出來，經過閃蒸塔頂冷凝器冷凝后輸送至萃取劑緩沖罐內儲存，萃取劑可重新加入離心機內，循環使用。

2.5 溶劑精制

閃蒸塔塔底的基礎油送至汽提塔后，往汽提塔塔內通熱氮氣，使塔底溫度為120～160 ℃，利用氮氣降低N-甲基吡咯烷酮的氣相分壓，從而達到溶劑再生的目的。N-甲基吡咯烷酮蒸汽由塔頂分離出來，經過閃蒸塔塔頂冷凝器冷凝后進入萃取劑緩沖罐內。

2.6 產品精制

汽提塔塔底的基礎油經過塔底換熱器降溫至60～80 ℃后，送至精制罐處理。利用白土吸附基礎油中的少量重組分、溶劑等雜質，得到產品基礎油，并送至成品罐。由于經過脫水、精餾、閃蒸、抽提等工藝處理后，產品基礎油品質較高?？筛鶕嶋H情況跨越產品精制工藝，直接制備成品。

2.7 產品指標

經過減壓精餾+離心萃取+溶劑精制工藝處理后，廢礦物油可制備150SN基礎油。本工藝生產的基礎油技術指標見表1。

該基礎油具有良好的粘溫特性、較低的蒸發損失、優良的低溫流動性以及良好的抗氧化穩定性，可以用于生產中低檔潤滑油、發動機油、潤滑油、齒輪油、液壓油等，應用范圍較廣。

表1 產品指標表

3 工藝影響參數

3.1 萃取劑用量的影響

本研究采用的萃取劑N-甲基吡咯烷酮對于廢礦物油內的芳烴、環烷烴、膠質、瀝青質等雜質具有良好的相容性，可有效將它們去除。

劑油比(萃取劑/廢礦物油)對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，基礎油回收率逐漸降低，同時粘度相應增加。實際生產過程中，應根據實際情況選取適宜的劑油比，在確保粘度達標的同時盡量提高基礎油回收率。

圖2 劑油比(萃取劑/廢礦物油)對萃取效果粘度的影響

3.2 減壓精餾塔側線操作溫度的影響

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備，對產品質量有直接影響。在保證回流比不變的情況下，減壓精餾塔側線采出操作溫度對產品的影響如圖3所示。

圖3 減壓精餾塔側線操作溫度對產品粘度的影響

由圖3可以看出，隨著減壓精餾塔側線采出溫度的增加，產品的粘度相應提高，但是操作溫度的增加會提高能耗。因此，實際生產過程中，應在滿足產品粘度的要求下，選取較低的操作溫度，以提高經濟效益。

圖4 回流比對收率、產品粘度的影響

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之一，而調整回流比是調節精餾塔操作最為有效的方法。回流比對產品純度同樣有著極為重要的作用?；亓鞅葘Ξa品回收率和品質的影響如圖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，表明回流比對收率和粘度的影響逐漸減弱。但回流比的提高會在一定程度上提高產品的純度和品質。實際生產過程中，在保證產品質量的情況下，應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際生產過程中并不是孤立的，往往需要通過聯動調整各種參數，才能得到最佳生產條件，應在保證產品質量的前提下，選擇合適的參數，盡量降低能耗、提高生產穩定性。

4 結束語

本研究中廢礦物油經過預處理、常壓脫水、減壓精餾、離心萃取、溶劑精制、產品精制等工藝處理后，可得到產品質量較好的基礎油?；A油可作為機油、潤滑油、齒輪油的原料，具有較高的使用價值。

相對于現有廢礦物油主要處置方法，本工藝流程先進，處理效果佳，產品質量較好；次生廢物產生量少，環境相容性好；適應性強，可滿足廢礦物油來源廣泛多變的特點；生產穩定性好，經過各環節有效處理后，可確保產品質量穩定達標。