萃取-絮凝法再生廢潤滑油的研究

楊 瑩，李 慧，高維平

(吉林化工學院石油化工學院，吉林 吉林 132022)

萃取-絮凝法再生廢潤滑油的研究

楊 瑩，李 慧，高維平

(吉林化工學院石油化工學院，吉林 吉林 132022)

以環(huán)己烷-異丙醇混合溶劑為萃取劑、KOH溶液為絮凝劑，采用萃取-絮凝的方法回收廢潤滑油中的基礎油餾分。經實驗研究確定最佳工藝條件為：環(huán)己烷與異丙醇的質量比1∶2，KOH質量分數(shù)15%，有機溶劑與KOH溶液的質量比7∶1，劑油質量比2∶1，精制溫度45 ℃，精制時間30 min。在此條件下對廢潤滑油進行精制，再生油的收率為83.4%，其顏色為澄清淡黃色，與廢潤滑油相比，再生油的性能指標有了很大的改善，基本達到HVI150潤滑油基礎油性能指標要求。

環(huán)己烷-異丙醇 KOH溶液 再生油 廢潤滑油

隨著經濟與工業(yè)的飛速發(fā)展，機械化程度越來越高，世界各國對潤滑油的需求量日益增加，全世界潤滑油年消耗量高達50 Mt[1]。據(jù)統(tǒng)計，2010年我國潤滑油的產量為8 570 kt，預計2020年我國的潤滑油需求量將會翻一番，成為世界第一大潤滑油消費國[2]。

我國廢舊潤滑油再生工藝多數(shù)采用傳統(tǒng)的硫酸-白土精制工藝。與傳統(tǒng)的硫酸-白土精制工藝相比，溶劑萃取精制工藝的優(yōu)點在于：①消除了硫酸處理帶來的酸渣污染問題；②工藝簡單、操作簡便靈活、效率高、再生油質量好、對設備腐蝕性小。相對于國外的加氫等其它工藝，溶劑萃取精制工藝要求的設備費用較低，在現(xiàn)有的工藝條件基礎上進行小部分改動就可以投入生產[3-4]。國內外研究短鏈的醇、酮、烷烴等有機溶劑萃取工藝頗為常見，通過對比異丙醇、2-丁醇，2-戊醇，甲基乙基酮、甲基丙基酮5種有機溶劑對回收潤滑油基礎油產率以及質量的影響，發(fā)現(xiàn)用相同碳原子數(shù)的醇和酮回收潤滑油的產率基本一致，同時相同碳原子數(shù)的醇和酮對金屬以及氧化產物的去除率也是一致的，但是當考慮聚合物添加劑等物質時，醇比酮效果更好[5-6]。楊鑫等[7-8]采用四碳醇與三碳醇作為萃取溶劑抽出廢潤滑油中的基礎油餾分，通過考察正丙醇與異丙醇的極性與黏度參數(shù)以及對再生油產率的影響，認為異丙醇是最適宜的萃取劑。采用有機溶劑醇作為萃取劑回收廢舊潤滑油的方法適應了越來越高的工業(yè)化需求以及環(huán)保要求，對我國而言，更是非常重要的廢舊潤滑油回收與利用的工業(yè)化發(fā)展之路。

本課題選用環(huán)己烷-異丙醇有機溶劑作為萃取劑，氫氧化鉀溶液作為絮凝劑，采用萃取-絮凝工藝聯(lián)合萃取廢潤滑油中的基礎油餾分，確定適宜的工藝流程，優(yōu)化廢油的再生工藝條件，得到性能優(yōu)良的潤滑油基礎油。

1 實 驗

1.1 儀器及試劑

實驗中所用的主要儀器及試劑見表1和表2。

表1 實驗儀器

表2 實驗試劑

1.2 實驗方法

對廢潤滑油(吉林地區(qū)某汽車4S店回收的車用廢潤滑油)進行減壓抽濾，除去上層漂浮的雜質和底部沉淀的大顆粒機械雜質。稱取一定質量預處理后的廢潤滑油，置于燒杯中，按一定比例稱取環(huán)己烷及異丙醇混合溶劑和一定濃度的KOH溶液，在一定的溫度下混合攪拌，用分液漏斗萃取分離，靜置24 h。分離出上層溶液進行減壓蒸餾，餾出溫度為80 ℃的餾分為有機溶劑，經回收后再利用，餾程為220～350 ℃的餾分即為再生油。工藝流程示意如圖1所示。

圖1 廢潤滑油精制工藝流程示意

1.3 分析方法

閃點按照GB/T 3536—2008方法測定；凝點按照GB/T 510—1983方法測定；酸值按照GB/T 264—1983方法測定；金屬含量測定方法：稱取一定量的再生油在200 ℃左右進行灰化，在馬福爐中，于溫度650 ℃下煅燒12 h，將煅燒后的灰分用一定量的稀鹽酸溶解，用原子吸收方法測定金屬離子的含量；黏度按照GB/T 265—1988方法測定；黏度指數(shù)按照GB/T 1995—1988方法計算；密度按照GB/T 2540—1981方法測定。

2 結果與討論

2.1 再生工藝條件優(yōu)化

2.1.1 環(huán)己烷與異丙醇的質量比對再生油性質的影響 在KOH質量分數(shù)為15%、有機溶劑與KOH溶液質量比為7∶1、劑油質量比為3∶1、精制溫度為45 ℃、精制時間為30 min的條件下，考察環(huán)己烷與異丙醇質量比分別為1∶2，1∶1，2∶1時對回收再生油性能的影響，結果見表3。

由表3可見：隨著環(huán)己烷與異丙醇質量比增大，再生油的黏度逐漸增加，黏度指數(shù)呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，酸值逐漸增大；當環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2時，再生油的黏度最低，黏度指數(shù)最大，而酸值最小，因此確定環(huán)己烷與異丙醇的最佳質量比為1∶2。

表3 環(huán)己烷與異丙醇質量比對再生油性質的影響

2.1.2 KOH質量分數(shù)對再生油酸值的影響 在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、有機溶劑與KOH溶液質量比為7∶1、劑油質量比為3∶1、精制溫度為45 ℃、精制時間為30 min的條件下，考察KOH溶液濃度對再生油酸值的影響，結果如圖2所示。由圖2可以看出，隨著KOH質量分數(shù)的增加，再生油的酸值呈下降趨勢，KOH質量分數(shù)達到15%之后，趨勢變化平緩?？紤]到過高的KOH濃度對設備具有腐蝕性、對環(huán)境造成污染以及經濟效益等問題，選擇KOH質量分數(shù)為15%。

圖2 KOH溶液濃度對再生油酸值的影響

2.1.3 有機溶劑與KOH溶液的質量比對再生油酸值的影響 在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、KOH質量分數(shù)為15%、劑油質量比為3∶1、精制溫度為45 ℃、精制時間為30 min的條件下，考察有機溶劑與KOH溶液的質量比對再生油酸值的影響，結果如圖3所示。由圖3可見，隨著有機溶劑與KOH溶液質量比的增加，再生油的酸值呈先下降后上升的趨勢。當KOH與有機溶劑的質量比較小時，萃取過程中出現(xiàn)了乳化現(xiàn)象，其中水相離散為許多微粒分散于有機相液體中，成為乳狀液，阻止了KOH溶液和油樣中的有機酸形成鉀鹽，該質量比為5∶1后乳化現(xiàn)象逐漸消失，當質量比為7∶1時酸值最低，之后隨著該質量比的增大，酸值呈現(xiàn)上升趨勢，因此選擇有機溶劑與KOH溶液的最佳質量比為7∶1。

圖3 有機溶劑與KOH溶液的質量比對再生油酸值的影響

2.1.4 劑油比對再生油性質的影響 黏度和黏度指數(shù)是潤滑油基礎油質量標準中最重要的指標，黏度大說明潤滑油基礎油中多環(huán)短側鏈環(huán)烷烴、芳香烴以及膠質等非理想組分較多，異構烷烴和單雙環(huán)環(huán)烷烴等理想組分較少。黏度指數(shù)是根據(jù)40 ℃黏度和100 ℃黏度計算得出的，黏度指數(shù)越大，精制油黏溫性能越好。在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、KOH質量分數(shù)為15%、有機溶劑與KOH溶液的質量比為7∶1、精制溫度為45 ℃、精制時間為30 min的條件下，考察劑油比對再生油性質的影響，結果見圖4和圖5。由圖4和圖5可見，隨著劑油比的增加，再生油黏度呈先減小后上升的趨勢，黏度指數(shù)則先增大后降低。當劑油比太小時，下層溶液對廢潤滑油中的多環(huán)短側鏈芳烴溶解能力不足，造成再生油黏度較大。隨著劑油比的增大，下層溶液對芳烴以及多環(huán)短側鏈芳烴的溶解能力增大，有利于提高油品的品質。當劑油質量比達到2∶1時，再生油的黏度達到最小值，并且黏度指數(shù)達到最大值，表明在劑油質量比為2∶1時，精制效果最好。再增大劑油比，由于上層溶液中的環(huán)己烷和異丙醇溶劑相對量的增加，反而會使上層溶液對多環(huán)短側鏈芳烴的溶解能力增大，導致再生油黏度增大。

圖4 劑油質量比對再生油黏度的影響

圖5 劑油質量比對再生油黏度指數(shù)的影響

2.1.5 精制溫度對再生油性質的影響 在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、KOH質量分數(shù)為15%、有機溶劑與KOH溶液的質量比為7∶1、劑油質量比為2∶1、精制時間為30 min的條件下，考察精制溫度對再生油性質的影響，結果見圖6和圖7。由圖6和圖7可見，隨著精制溫度的升高，再生油的黏度先減小后增大，黏度指數(shù)則先增大后降低。溫度太低時，下層溶液對廢潤滑油中的多環(huán)短側鏈芳烴溶解能力不足，造成再生油黏度較大。隨著溫度逐漸升高，下層溶液對芳烴以及多環(huán)短側鏈芳烴的溶解能力增大，所以再生油黏度呈下降趨勢，黏度指數(shù)呈上升趨勢。隨著溫度的進一步升高，上層溶液中的環(huán)己烷和異丙醇溶劑對多環(huán)短側鏈芳烴的溶解能力增大，即選擇性變差，導致再生油黏度呈上升趨勢，黏度指數(shù)呈下降趨勢。當精制溫度達到45 ℃時，再生油黏度最小，黏度指數(shù)最大，此時精制效果最佳。溫度過高，會使再生油的顏色變深，同時增加設備的熱負荷。

圖6 精制溫度對再生油黏度的影響

圖7 精制溫度對再生油黏度指數(shù)的影響

2.1.6 精制時間對再生油收率的影響 在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、KOH質量分數(shù)為15%、有機溶劑與KOH溶液的質量比為7∶1、劑油質量比為2∶1、精制溫度為45 ℃的條件下，考察精制時間對再生油收率的影響，結果見圖8。由圖8可見，再生油的收率隨著精制時間的延長呈上升趨勢。30 min之前，收率隨精制時間延長呈快速上升趨勢，因為有機溶劑溶解廢油中的理想組分(烷烴和環(huán)烷烴)和絮凝劑絮凝氧化產物(有機酸等)、碳粒、膠質等需要一段時間。30 min之后，有機溶劑溶解廢油中的基礎油達到飽和狀態(tài)，絮凝劑絮凝沉降雜質完全，因此收率隨精制時間延長而變化平緩。在工業(yè)化生產中，精制時間過長會增加生產成本和生產周期，因此確定最佳精制時間為30 min。

圖8 精制時間對再生油收率的影響

2.2 再生油質量分析

在環(huán)己烷與異丙醇質量比為1∶2、KOH質量分數(shù)為15%、有機溶劑與KOH溶液的質量比為7∶1、劑油質量比為2∶1、精制溫度為45 ℃、精制時間為30 min的條件下，對廢潤滑油進行精制，再生油的收率為83.4%。再生油與廢潤滑油的性質對比見表4。

表4 再生油與廢潤滑油的性質對比

由表4可見，與廢潤滑油相比，通過萃取-絮凝方法得到的再生油的各項性質指標有了很大的改善。由于去除了一些固體雜質和重組分，使再生油的密度減小了；廢潤滑油中含有較多輕質組分，閃點較低，通過該工藝處理之后的再生油閃點提高了52 ℃，說明去除了大部分輕組分，達到了HVI150基礎油要求的不低于200 ℃的標準；廢潤滑油的凝點為-10 ℃，而再生油的凝點達到了-17 ℃，達到HVI150基礎油要求的不大于-9 ℃的標準，說明該工藝方法去除了膠質等物質，改善了基礎油的低溫流動性。廢潤滑油的黏度指數(shù)僅有83，通過該工藝方法處理之后的再生油黏度指數(shù)達到139，滿足HVI150基礎油標準，黏度指數(shù)的明顯提高表明該方法去除了黏溫性能較差的多環(huán)短側鏈芳烴、稠環(huán)芳烴、膠質等組分；廢潤滑油的酸值為1.57 mgKOH/g，說明油品明顯發(fā)生了氧化變質，生成了有機酸及酚類化合物等，加入絮凝劑KOH溶液，可以中和酸類物質生成鉀鹽被分離出去，使得再生油的酸值降低到0.023 4 mgKOH/g，接近HVI150基礎油要求的不大于0.02 mgKOH/g的標準；廢潤滑油的金屬含量較高，通過處理后再生油的金屬含量有了顯著降低，尤其是Ca，F(xiàn)e，Zn的含量，表明加入KOH溶液后電離產生的K+和OH-中和了金屬離子所帶的電荷，使這些金屬離子發(fā)生絮凝沉降。

3 結 論

(1) 采用環(huán)己烷-異丙醇混合有機溶劑為萃取劑，KOH溶液為絮凝劑，通過單因素試驗法優(yōu)化出的最佳工藝條件為：環(huán)己烷與異丙醇質量比1∶2，KOH質量分數(shù)15%，有機溶劑與KOH溶液的質量比7∶1，劑油質量比2∶1，精制溫度45 ℃，精制時間30 min。在此條件下對廢潤滑油進行精制，再生油的收率為83.4%。

(2) 與廢潤滑油相比，在最佳工藝條件下得到的再生油的性能指標有了很大的改善，基本達到HVI150潤滑油基礎油性能指標要求。

(3) 該工藝避免了傳統(tǒng)硫酸-白土精制工藝產生的酸渣、SO2氣體、酸水和白土渣等導致的嚴重環(huán)境污染問題。該工藝先進行溶劑精制，去除一部分油泥及部分瀝青質、膠質等，隨后進行減壓蒸餾，這樣可以防止污染設備，延長設備使用壽命。

[1] 孫紅翠，傅忠君，王倩倩.國內外廢潤滑油的再生工藝技術[J].石油規(guī)劃設計，2011，22(4)：17-18

[2] 崔久濤.廢潤滑油再生工藝的研究[D].北京：中國石油大學，2012

[3] 李璐，郭大光，莫亞楠.廢潤滑油再生工藝的研究[J].遼寧石油化工大學學報，2008，28(4)：20-23

[4] 李璐.溶劑精制法回收廢潤滑油的工藝研究[D].撫順：遼寧石油化工大學，2009

[5] Jesusa R，Pablo C，Garcia M T.Regeneration of used lubricant oil by polar solvent extraction[J].Ind Eng Chem Res，2005， 44(12)：4373-4379

[6] Jesusa R，Pablo C，Garcia M T.Waste oil recycling using mixtures of polar solvents[J].Ind Eng Chem Res，2005，44(20)：7854-7859

[7] 楊鑫，陳立功，李新亮，等.四碳醇溶劑精制再生廢潤滑油的研究[J].石油煉制與化工，2012，43(2)：76-79

[8] 楊鑫，陳立功，朱麗業(yè)，等.基于三碳醇溶劑精制再生廢潤滑油[J].石油學報(石油加工)，2012，28(6)：1031-1036

REGENERATION OF WASTE LUBRICATING-OIL BY EXTRACTION-FLOCCULATION

Yang Ying， Li Hui， Gao Weiping

(SchoolofPetrochemicalTechnology，JilinInstituteofChemicalTechnology，Jilin，Jilin132022)

By extraction-flocculation combined process， the regeneration of waste lubricate oil was investigated using cyclohexane-isopropanol mixed solvent as extraction agent and KOH solution as flocculant. The base oil fractions in the feed were recovered at the optimal process conditions：cyclohexane to isopropanol ratio of 1∶2， KOH solution concentration of 15%， KOH solution to organic solvents ratio of 7∶1， solvent to oil ratio of 2∶1， refining temperature of 45 ℃， refining time of 30 min， and the base oil yield is 83.4%. The regenerated lubricating oil is clear light yellow in color， the viscosities at 40 ℃ and 100 ℃ are 17.58 mm2s and 4.11 mm2s， respectively. The base oil has the viscosity index of 139， the acid value of 0.023 4 mgKOHg， flash point of 234 ℃， and the solidifying point of -17 ℃. The performance index of the reclaimed oil is dramatically improved.

cyclohexane-isopropanol； KOH solution； reclaimed oil； waste lubricating oil

2014-07-18； 修改稿收到日期： 2014-11-20。

楊瑩，教授，主要從事化工過程優(yōu)化與節(jié)能方面的研究工作，發(fā)表論文30余篇，曾獲吉林省科技進步一等獎。

楊瑩，E-mail：yangying_1972@163.com。