廢潤滑油陶瓷膜超濾再生技術(shù)的應(yīng)用研究

季開慧，馬西功，田 雪，崔志軍

(1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2.江蘇賽瑞邁科新材料有限公司，江蘇 泰州 225300)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，潤滑油的需求量大大增加。預計2020年將達到712萬t/a[1-2]。潤滑油需求量增大同時，廢潤滑油產(chǎn)量也將大大增加。我國廢潤滑油產(chǎn)量占潤滑油總量的45%以上。

潤滑油是減少摩擦和磨損的重要手段之一，一般由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成，其中基礎(chǔ)油決定潤滑油的基本性質(zhì)，而添加劑用來彌補和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足。

潤滑油使用過程中，當基礎(chǔ)油受污染、添加劑損耗或潤滑油老化時，其潤滑性能不再保持而產(chǎn)生“廢潤滑油”。廢潤滑油中許多含氯、硫、磷、稠環(huán)芳烴等有機化合物和一些重金屬離子，這些雜質(zhì)雖然量很少，但大多數(shù)具有毒性或致癌性，不加以處理而直接排放無疑會造成一定的環(huán)境污染。廢潤滑油滲入土壤中可導致植物死亡以及部分污染的微生物滅絕；流入水源中會使水生動植物因缺氧而死亡，并造成水質(zhì)污染，甚至對人類及其它生物造成致命的傷害[3-4]；另外直接燃燒廢潤滑油也會污染空氣。

其實廢油并不廢，用過的潤滑油中真正變質(zhì)的只是其中的很小一部分的烴類[5]。如果將廢油中變質(zhì)組分除去，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的基礎(chǔ)油，并添加與天然油同樣的添加劑配方，則可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的高檔油品，且再生油量可與幾十個潤滑油廠產(chǎn)量總和相媲美。因此無論是節(jié)能環(huán)保還是創(chuàng)造經(jīng)濟效益方面都擁有極為廣闊的發(fā)展前景。

1 廢潤滑油再生技術(shù)現(xiàn)狀

以下是國內(nèi)常用的幾種再生工藝及其優(yōu)缺點：

(1)初蒸餾—酸洗—白土精制工藝。

該工藝流程簡單、設(shè)備費用低，但再生油品質(zhì)量差，收率低，油品酸值不合格，且有大量酸液、酸渣污染環(huán)境。

(2)沉降—酸洗—白土蒸餾工藝。

采用高溫白土蒸餾后顏色較好，工藝簡單，但此工藝存在收率低、設(shè)備腐蝕較重、爐管易堵塞等問題。

(3)蒸餾—乙醇抽提(或糠醛精制)工藝。

該工藝收率高、質(zhì)量好，但工藝流程和設(shè)備復雜，投資偏高，投資回收期長。

可以看出國內(nèi)廢油再生產(chǎn)業(yè)仍以落后的、污染大、回收率低的酸-白土或蒸餾-白土工藝為主導。這些工藝均以白土為吸附過濾核心來除去廢油中的灰分和殘?zhí)康入s質(zhì)，但白土易吸水，吸水后白土毛細孔被堵塞，需要將白土烘干至5%以下而且不能完全烘干否則會造成毛細孔破壞，且白土用量針對不同廢油還有不同的要求，白土吸附后還需要進一步過濾掉吸附劑，這樣就加大了工藝復雜程度和生產(chǎn)成本且產(chǎn)生的濾渣會對環(huán)境造成二次污染。

2 廢潤滑油陶瓷膜工藝簡介

陶瓷膜作為一種新型的分離材料，近年來在過濾、分離等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。南京工業(yè)大學膜科學技術(shù)研究所對陶瓷膜凈化鋼鐵工業(yè)冷軋乳化液廢水進行了研究。Chen等人采用Manbralox 0. 2、0. 5、0. 8 μm的陶瓷膜在美國墨西哥海灣油田等地進行了陶瓷膜處理采出水的中試研究。趙宜江等將氫氧化鎂吸附與陶瓷膜微波過程相結(jié)合對活性染料廢水脫色處理，在特定條件下脫色率可達98%以上[6-8]。將陶瓷膜過濾分離技術(shù)應(yīng)用于廢潤滑油再生處理中，較傳統(tǒng)技術(shù)相比具有很大的節(jié)能潛力，同時可以降低潤滑油的損失，減少脫色白土的用量。

圖1是陶瓷膜對廢潤滑油過濾研究的設(shè)計路線。該工藝路線為“廢潤滑油→預加熱→無機膜過濾→減壓蒸餾”。廢潤滑油經(jīng)預熱到90～105℃，脫除少量水分(約3%)。加熱至110～120℃，進入閃蒸罐，脫去廢油中輕烴，進入裝有陶瓷膜的設(shè)備進行錯流過濾，非滲透液即高機雜燃料油外甩，作為瀝青調(diào)和組分。廢潤滑油過濾除去油泥和固體雜質(zhì)的無灰分、機雜的滲透液(約90%)進一步加熱后進入減壓蒸餾裝置。減壓塔側(cè)線餾分作為廢潤滑油加氫裝置的原料。減壓塔塔底可做為瀝青調(diào)和組分、焦化原料，或調(diào)燃料油。

圖1 廢潤滑油再生技術(shù)預處理工藝流程圖
Fig.1 Flow of regenerating waste lubricating oil

該工藝中蒸餾技術(shù)屬于成熟技術(shù)，影響產(chǎn)品油產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)鍵在于過濾裝置能否將廢油中的固體雜質(zhì)剔除。為驗證陶瓷膜在廢潤滑油預處理技術(shù)上應(yīng)用的可行性，本文選取了新疆廢潤滑油進行陶瓷膜過濾實驗。

3 廢潤滑油陶瓷膜過濾試驗

3.1 試驗裝置流程

試驗裝置流程如圖2所示。

圖2 陶瓷膜凈化試驗裝置流程示意圖Fig.2 Flow of ceramic membrane purification test device

如圖2所示，儲存于“原料罐”中的廢潤滑油，經(jīng)進料泵泵送至循環(huán)過濾系統(tǒng)。含雜質(zhì)的廢潤滑油進入過濾裝置后進入陶瓷膜的管程，凈化后的廢潤滑油(滲透澄清液)通過陶瓷膜進入殼程，送至下游管線，以便進一步減壓蒸餾。管程非滲透液則不斷循環(huán)，與新鮮原料混合后(循環(huán)液)回入陶瓷膜管程，循環(huán)進行滲透處理。在處理過程中，隨著循環(huán)液濃度逐漸上升，膜管殼程壓差逐漸增加，待壓差達到設(shè)定值以上時，系統(tǒng)濃縮液外排閥根據(jù)壓差逐漸開啟，少量高機雜燃料油外甩。

3.2 試驗結(jié)果分析

通過激光粒度分析儀對過濾前后的樣品進行分析。分析結(jié)果見表1。

表1 新疆廢機油陶瓷過濾裝置前后主要性質(zhì)Table 1 Xinjiang waste lubricating oil properties before and after ceramic membrane ultrafiltration

由表1可知，經(jīng)過陶瓷膜過濾后，對廢機油內(nèi)的殘?zhí)?、灰分、機雜、金屬元素等雜質(zhì)都有較好的脫除效果，其中對于機雜的脫除率在95%以上，對總金屬的脫除率在94.6%以上。

3.3 工藝條件考察

3.3.1 濃縮比考察

濃縮比很大程度上可以反映處理收率，濃縮比越高收率越高，但濃縮比過高會影響膜通量，所以，尋找最佳濃縮比是陶瓷膜處理技術(shù)的重點。

在基準條件下，進行新疆廢機油濃縮實驗，濃縮比與滲透速率的關(guān)系如圖3所示。

圖3 新疆廢潤滑油濃縮曲線(不加柴油)Fig.3 Enrichment curves of Xinjiang waste lubricating oil(No diesel)

由圖3可以看出，在濃縮初始階段，膜管通量為10 kg/m2·h，隨著濃縮比的增加，膜管通量呈逐漸下降趨勢，這是因為隨著濃縮反應(yīng)的進行，系統(tǒng)內(nèi)物料中雜質(zhì)顆粒濃度會逐漸增加，過濾阻力增大致使膜管滲透速率下降。此外，由圖還可知，當濃縮比達80%以上時，膜管仍具有較高滲透通量3.8 kg/m2·h，使用無機膜處理新疆廢潤滑油時具有較好的穩(wěn)定性。

3.3.2 流速考察實驗

圖4為新疆廢機油在基準條件下，不同膜面流速的膜通量對比圖。

圖4 新疆廢潤滑油流速實驗(加10%柴油)Fig.4 Flow velocity test of Xin Jiang waste lubricating oil(Add 10% diesel)

由圖4可以看出，隨著膜內(nèi)流速由基準流速V m/s逐漸升至V+3 m/s過程中，膜通量呈逐漸增加趨勢，分別為5.8、6.3、6.7和6.8 kg/m2·h，證明較高流速有助于提高膜通量，但同時也會造成運行能耗的增加。

3.4 無機膜清洗實驗

實驗后使用專用清洗劑SRMK-02對廢潤滑油污染膜管進行再生清洗，清洗6 h后膜管使用清水標定，標定通量為與基準通量曲線能夠吻合，即清洗再生率為100%，說明清洗劑SRMK-02對廢潤滑油污染膜管具有很好的清洗再生性能。

圖5 清洗曲線Fig.5 Cleaning curves

4 結(jié)論

通過以上試驗分析，可以得出以下結(jié)論：

(1)陶瓷膜過濾技術(shù)能夠使廢潤滑油中固體灰分含量降低到0.15%以下，具有優(yōu)異的過濾能，較傳統(tǒng)的白土吸附技術(shù)極大的簡化了廢潤滑油預處理過程的工藝，降低了生產(chǎn)成本并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和過濾效率。

(2)陶瓷膜過濾技術(shù)能夠脫除廢潤滑油中89.97%以上的重金屬，濾后重金屬離子含量少，實現(xiàn)了廢潤滑油再生技術(shù)的環(huán)保、無污染的工藝設(shè)計理念。

(3)陶瓷膜過濾技術(shù)具有的高效、環(huán)保、工藝簡單和成本低等特點，使其在廢潤滑油再生技術(shù)上具有很大優(yōu)勢，如果實現(xiàn)工業(yè)化，將會帶來顯著的環(huán)保收益和經(jīng)濟效益。

(4)濃縮比的升高有助于提高產(chǎn)率但同時也會降低處理能力，流速的提高有助于提高膜的處理能力但也會造成功耗的增加，實際工業(yè)應(yīng)用中應(yīng)當綜合考慮，確定最佳的設(shè)計參數(shù)。