CN108277079A - 一种废润滑油循环再生的方法及再生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废润滑油循环再生的方法及再生系统，采用渗透膜对废润滑油进行再生处理，本发明工艺的再生基础油产品质量好，且再生基础油收率高，工艺过程污染小，生产稳定；较之已有工艺在产品色度、透亮度、收率、能耗以及环境友好程度上都有很大的提高。
Description
技术领域
本发明属于化工分离领域，具体的说，是一种废润滑油循环再生的方法及再生系统。
背景技术
润滑油是人们日常生产、生活中必不可少的消耗性物资，在机械、电子设备的润滑、传动、传热、隔离、保护等方面具有不可替代的作用。润滑油经过一段时间的使用后，就会因为杂质引入、添加剂变质等原因而失去其正常功能，成为废润滑油。润滑油的主体成分为基础油，总含量占75％以上。在润滑油变质过程中，基础油本身没有变质。将基础油从变质的废润滑油中提取出来，即可再次用于调配新的润滑油。基础油来源为石油，而且提取率很低，属于不可再生的相对珍稀资源。国家鼓励将废润滑油进行循环再生，提取出有用的再生基础油进行重复利用，并已将之法律化。
目前，废润滑油循环再生工艺主要有三种：酸碱白土工艺、蒸馏工艺和膜分离工艺。
酸碱白土工艺主要采用浓硫酸对废润滑油进行氧化吸附，破坏掉废润滑油中的非饱和烃、含硫含氮化合物、稠环化合物等反应性杂质，将这些东西转化成其它的极性更强的物质，同时将这些反应物吸附到硫酸液滴上，然后将之沉淀分离出去。反应过程中产生的有机磺化物等副产物、未反应的浓硫酸以及夹杂的油以酸渣的形式出现。除去酸渣的油品，还残留着大量的硫酸，为此需要加入碱液对油品进行中和。中和之后的油品，仍然有浓重的异味，同时色泽不够清亮，需要进一步加入白土进行吸附。酸碱白土工艺生产过程工作环境非常恶劣，副产的酸渣、废白土及废水都很难处置，容易造成二次污染。所产出的再生基础油品质不稳定，不是酸残留过多就是加碱过量。用该工艺产出的基础油调出的润滑油对设备的潜在危害非常严重。因此目前国家已经不允许再采用酸碱白土工艺进行废润滑油的循环再生。
蒸馏工艺是一个广泛的概念，应用在废润滑油再生领域的主要是“常减压蒸馏”及“减压蒸馏”工艺，根据具体工艺细节可以进一步细分为加碱蒸馏工艺，短程蒸馏工艺和分子蒸馏工艺。其中加碱蒸馏工艺是采用的比较普遍的一个工艺。其过程为：废油经沉淀出去明渣、明水后，加入碱液，搅拌，经燃油锅炉加热，进入常压塔，拔头去除水分，采出柴油，然后进入减压塔，根据油品沸点的不同，采出减一线油，减二线油及减三线油(统称减线油或者毛油)，塔釜为含碱沥青物。加碱蒸馏蒸发温度最高需达到500℃。减线油即再生基础油，色度大概在6～8。减线油色度不稳定，随着时间的推进色度较快地增大，而且有一种烧焦味。加碱蒸馏获得的再生基础油，通常采用简单吸附或者溶剂抽提的方法进行精制，获得精制基础油。该类精制基础油通常只能达到一类基础油的指标，倾点普遍只有-6～-9℃。此外，拔头去除的水分经冷凝下来后是一种非常臭的酸性废水，难以处理。总而言之，加碱减压蒸馏是废润滑油循环再生最常用的工艺，但是该工艺实际上还是存在很多的缺点：操作温度高，需要配套管式加热炉，所产出的再生基础油质量不稳定，副产的废水难以处理，尾气问题严重，对环境的污染大，因此并不是一种先进的处理工艺。短程蒸馏和分子蒸馏也可以用在废润滑油的循环再生上(如专利CN102260584A和专利CN107541329A所示)，然而这两种工艺对废润滑油原料的预处理要求很高，生产操作过程中一旦出现预处理效果不达标，或者出现原料波动，容易导致整个设备结焦瘫痪，因此该两种工艺比较难以控制，不够成熟。
膜技术是最近30、40年发展起来的一门新兴的物理分离技术，具有分离效率高、能耗省、操作条件温和、不需引入第三组分、可连续化生产、占地小、规模灵活、操作方便等优点，在很多领域已经逐步取代了传统高耗能、高污染、高消耗的分离工艺过程。特别是对于高沸点、易燃易爆的物料体系(如润滑油体系)的分离提纯，如果能找到合适的膜和膜工艺，膜分离技术具有决定性的优势。
目前行业内存在的废润滑油循环再生膜分离工艺有震动膜分离工艺(如专利CN101259378A和专利CN101245256A所示)和纳滤膜分离工艺(如专利CN201239610Y和专利CN101550355A所示)。相对于传统废油再生技术，膜分离工艺普遍的优势就是规模适应性好，操作温度低，公用工程要求低，产出油品质量稳定。震动膜分离工艺所使用的膜主要是超滤或者微滤膜，为孔膜，其特点是通过对膜组件外加震动造成原料在膜表面剪切运动来避免膜面的污染，该工艺能将大颗粒的胶体、机械杂质去除，但是对于颗粒粒径小于膜孔径的杂质组分难以截留，分离精度有所欠缺。纳滤膜分离工艺顾名思义所采用的是纳滤膜，较之震动膜分离工艺所采用的微滤超、滤膜膜分离精度更高，但是仍然属于孔膜的范畴，对于杂质的截留效果仍然受膜孔径的限制。孔膜最难以克服的缺点是膜的污染，很容易因为杂质对膜孔的堵塞而造成通量的衰减，哪怕是采取震动膜的操作方式，膜的寿命仍然难以达不到预期。为了避免膜孔的污染、堵塞，目前较普遍采取的方法是采用絮凝的工艺对原料进行预处理，尽可能的在原料进入膜分离阶段前将杂质去除掉。然而絮凝剂往往都是一些无机物(如专利CN1045122A及CN102936513A所示)，在油品中的溶解性很差，一旦沉降分离工序中絮凝物沉降效果不好，絮凝体进入到膜分离系统中并在膜膜甚至膜孔中沉积，膜的堵塞情况会进一步恶化，而且是完全不可清洗、恢复的。因此，虽然相对于传统工艺具有很多的优势，膜法废润滑油再生技术仍然需要进一步完善才能真正大展拳脚。
综上所述，目前业内所采用的各种废润滑油循环再生工艺，无论成熟度如何，均存在各自的不足。开发出一种更绿色的处理工艺，提高工艺的稳定性，提高产品质量，进一步降低操作成本是我国废润滑油循环再生领域的迫切需求。
发明内容
本发明提供了一种废润滑油循环再生的方法及系统以解决膜法废润滑油再生技术的膜孔堵塞问题，降低原料预处理难度，同时还能实现简化工艺路线和提高再生基础油产品质量。
现今废润滑油循环再生所采用的膜均为孔膜，主要通过调节膜表面及膜内部的物理孔道的大小来实现对不同分子半径/颗粒半径的组分的筛分。孔膜只对颗粒直径比膜孔径大的污染物起到截留效果，对于颗粒直径小的组分截留效果非常差。通常情况下，膜孔是贯穿膜的横断面的，因此小颗粒的污染物就有可能通过膜孔进入到膜内部，然后在膜孔道内壁附着、沉积，或者就在孔口附着、沉积，逐渐将膜孔堵塞，最终结果就是膜通量的急剧衰减。
本发明所采用的膜为渗透膜，其材料性质与基础油分子接近而与污染物分子有较大区别，在温度提高到一定程度的时候，基础油分子被吸附到活性层材料表面并溶解、扩散进入材料本体，溶解了基础油分子的材料自身则发生膨胀，形成“材料—基础油”溶胀体。在膜两侧压差的推动下，基础油分子不断地从废润滑油本体通过膜正面活性层扩散迁移(挤)到膜背，经收集获得再生基础油。污染物分子由于与膜材料性质差异比较大，两者相互作用比较弱，难以吸附、溶解及扩散到活性层材料中，从而相对地被截留阻隔在原料侧。在整个分离过程中，膜材料并没有出现严格物理意义上的固定孔道，因此不会出现颗粒物堵塞孔道的问题。
现有膜法废润滑油循环再生工艺为了减轻膜孔堵塞的问题，对原料的预处理提出了很高的要求，甚至要求水含量和机械杂质含量均小于0.1％的极端水平。为了达到这个要求，现有工艺往往采取“无机试剂絮凝沉淀+离心沉降”的方式对废油进行预处理，工艺过程复杂，劳动强度高，技术参数不好控制，生产物料消耗高。
本发明在解决膜孔堵塞的问题的基础上，对原料的预处理要求可以适当降低，不再需要加入大量絮凝药剂对油品进行絮凝，减少了物料消耗，降低了生产成本，同时还打破了“膜孔易堵塞——原料加入絮凝剂去除堵塞成分——残留絮凝剂堵塞膜孔——膜孔容易不可逆的堵塞”的恶性循环。
现有孔膜依据的是孔径筛分的原理，对颗粒直径大于膜孔的组分截留效果好，对于颗粒直径小于膜孔径的组分截留效果差。废润滑油属于混合物，以基础油的分子直径为界限，污染物颗粒直径大于或者小于该界限的都有可能。用于废润滑油循环再生的孔膜，其孔径必须大于基础油分子的直径以确保基础油分子能透过膜，那些颗粒直径小于膜孔径的污染物必然也会随着基础油分子透过膜，进入再生基础油当中。因此，孔膜过滤产出的再生基础油产品的杂质含量一般都还比较高，直接体现出来的就是色度值比较高，通常会达到8，油品的澄清度往往也不够好，有时候仍呈浑浊状。
本发明所采用的渗透膜由于不存在严格物理意义上的固定孔道，纯粹依靠物料分子与膜材料分子之间的相对亲和作用来实现分离，其分离精度要高于孔膜，其所得的再生基础油的色度要低于孔膜产品。
本发明的整体技术方案为：原料——加热——闪蒸脱水——精密过滤——渗透膜提取——产品。
废润滑油经简单沉降、过滤，除去明水、明渣后打入废润滑油原料罐中。废润滑油原料罐中的油料，经泵打经过加热器，将其加热到80～100℃，然后打入闪蒸脱水罐。加热器的热媒可以是电、导热油、蒸汽或者其它热媒介。闪蒸罐工作时呈真空负压态，真空度保持在0.07MPa以上，内设置喷淋装置，油品进入闪蒸罐后呈喷淋液滴状往下走。在该真空度和温度下，废润滑油中的水份瞬间发生闪蒸汽化并经由真空管路被抽出闪蒸罐。从闪蒸罐中抽出来的水汽在冷凝器中被冷凝收集下来，依靠重力流入污水罐。冷凝媒介为冷却塔循环冷却水或者循环冷冻盐水。污水经简单分层隔油后下层水相送往污水处理厂处理，上层油相收集之后可作为燃料油加以利用。从闪蒸罐中抽出的不凝性尾气经过冷凝器后经由真空泵排入活性炭吸附罐，经充分吸附后达标排放。真空泵可以是水环泵、悬片泵或者是无油立式泵中的任意一种。经一次脱水后的油品，如果水含量未达工艺指标要求，可以打回到废润滑油原料罐中，再次进行闪蒸脱水操作，直至水含量达到指标要求。水含量达到指标要求的废润滑油则经管路打入中间储罐。
中间储罐中经脱除水分后的废润滑油，经由原料泵打入袋式过滤器中，较大颗粒的胶体、碎屑等杂质被过滤器截留下来。袋式过滤器的过滤精度不低于10μm，过滤压力不超过0.5MPa。监测经袋式过滤器过滤后的油品机械杂质含量，当该指标值低于工艺指标要求(通常为0.5％)之后，直接经管路打入渗透膜循环罐；如果该指标值高于工艺指标要求，则打回中间储罐，进行再次过滤。对于含有较大量金属碎屑、泥沙的废润滑油，可增加高速离心环节，以进一步提高预处理机杂脱除效率。
渗透膜循环罐中的油料先经旁路泵打入加热器中，加热至需要的温度(40～100℃)。循环罐中达设定操作温度的油料经动力泵泵入膜组件中，在设定的操作温度(40～100℃)和操作压力(通常为5～15kgf/cm2)下，基础油组分透过膜，成为再生基础油产品；杂质组分及部分大分子、极性添加剂组分及其降解物则为膜所阻隔，成为重质油；由此实现对废润滑油组分的切割。如前所述，本发明所选用膜通过对膜材料的选择及改性、优化，使其对目标产品基础油组分具有优先吸附、溶解及扩散的特质，对非目标化合物组分的吸附、溶解和扩散存在更大的阻力。在外在施加压力的驱动下，被优先吸附溶解扩散的基础油组分倾向于更快地透过(被挤过)膜，从而在膜的透过侧获得再生基础油。本发明工艺过程中，更高的操作温度有助于基础油组分的溶解和扩散，从而提高分离速率。在膜背后引入真空也可以增大基础油组分的渗透速率。
本发明所适用的膜可以是一体化膜或者是复合膜，其形式可以是平板式、管式或者中空纤维式及其它变异形式，只要活性分离层无固定物理孔道，其材料在废润滑油体系中保持稳定不溶解，能使基础油组分优先透过，对污染物颗粒具有明显的阻截作用，应用本发明所述工艺均能取得良好效果。本发明所用膜材料可以是PE、PP、PPES、PES、PEEK、PSF、PVDF、PTFE、PDMS、PVC、PAN、PEI、CA、PU、PI、PPS等中的一种或者几种的共混物及其衍生物、改性物。本发明所用膜的制膜方法可以是界面聚合法、相转化法或者简单流涎法的一种或几种的组合。可通过添加特定的添加剂至本发明所用膜的制膜材料中以调节其亲和性，从而达到更好的处理效果。
本发明所用的膜组件一般有三个物料口：物料进口与动力泵相连用于输入原料；透过膜的再生基础油汇集以后在透过口输出；经提取后的物料残液从物料出口排出膜组件。本发明所适用的膜组件形式涵盖但不限于卷式、碟式、管式、板框式、中空纤维式或者帘式。实际应用中可以采用一台膜组件进行操作，也可以采用多台膜组件进行组合操作。多台膜组件之间可以并联也可以串联操作。与最后一台膜组件出口连接的管道用于将未提取充分的物料导回到循环罐，等待参与下一次循环，直至原料中的基础油组分提取充分。也可通过增加增压装置或者流程，实现提取过程中原料一次通过膜组件(组)后达到设置的收率，不需要将物料导回循环罐，从而实现一次进料一次出料。提取充分后的废油残液(重质油)，经与最后一台膜组件连接的回料管路的旁管道排到重质油罐。
经本发明工艺设备提取、切割得到的再生基础油经进一步脱色精制后即可用于调配新的润滑油，脱色精制工艺可以是吸附、溶剂抽提、加氢的任意一种；提取剩余物(重质油)的主要成分为残留的少量基础油成分、胶质/沥青质成分和添加剂组分及其降解物，呈粘液态，已经经过脱水除渣，可以用于软沥青调配或者用作脱模剂。由此即可实现对废润滑油绝大部分组分加以再次利用的目的。
本发明的有益效果是：
表1所示为经本发明工艺处理后产品的质量指标与加碱蒸馏及酸碱白土法进行比较的结果，可以看到，本发明工艺的再生基础油产品质量明显好于后两者，且再生基础油收率高，工艺过程污染小，生产稳定。
表2所示为本发明工艺所产出再生基础油产品与震动膜及纳滤膜的产品指标对比情况。可以看到，无论是色度、透亮度、收率、能耗还是环境友好程度上，本发明较之现有两种膜技术都有很大的提高。
表1本发明与其它非膜法工艺对比
| 工艺类型 | 本发明 | 加碱蒸馏 | 酸碱白土 |
| 产品色度 | <4.0 | 5～7 | 3～5 |
| 产品颜色稳定性 | 好 | 差 | 差 |
| 产品透亮度 | 好 | 一般 | 一般 |
| 产品气味 | 无异味 | 有烧焦味 | 有酸味或者碱味 |
| 产品收率％(m/m) | >80％ | 75％ | 80％ |
| 产品质量稳定性 | 好 | 差 | 一般 |
| 生产能耗 | 低 | 高 | 较低 |
| 物料损耗 | 低 | 高 | 较高 |
| 生产过程环境污染 | 低 | 较高 | 高 |
| 生产连续性 | 好 | 一般 | 差 |
| 配套公用工程要求 | 低 | 高 | 低 |
表2本发明与其它膜法工艺对比
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
11沉降罐，12原料罐，13闪蒸罐，14污水罐，15冷凝器，21中间储罐，22袋式过滤器，31循环罐，32膜组件，33加热器。
具体实施方式
实施例1：
一种废润滑油循环再生系统，包括沉降罐11、原料罐12、闪蒸罐13、冷凝器15、污水罐14、活性炭吸收罐、中间储罐21、袋式过滤器22、渗透膜循环罐、加热器33，沉降罐顶部一侧设置废润滑油入口，沉降罐底部设置出口，沉降罐下部一侧连接至原料罐入口，原料罐出口连接闪蒸罐入口，闪蒸罐底部一出口连接至原料罐，闪蒸罐底部另一出口连接中间储罐入口，闪蒸罐顶部连接冷凝器入口，冷凝器一出口连接真空泵入口，另一出口连接污水罐，真空泵出口连接活性炭吸收罐，中间储罐出口连接袋式过滤器，袋式过滤器一出口连接中间储罐，另一出口为机械杂质出口，渗透膜循环系统包括循环罐和膜组件，袋式过滤器出口连接循环罐，循环罐旁路设置加热器，循环罐出口连接至膜组件物料进口，膜组件物料出口连接至循环罐入口。
采用1个闪蒸罐，尺寸Φ350X1600，操作温度80～100℃，真空度0.07～0.1MPa，循环操作2小时后，将60kg废润滑油水含量从2％降到0.1％。
采用1台袋式过滤器，尺寸Φ180X500，油料温度保持80～100℃，过滤压力0.1～0.3MPa(表压)，经3小时循环操作，油料机械杂质含量从1％降到0.1％。
采用膜组件1台，装填膜面积为5m2，油料温度保持在60～100℃，流量100～1000L/h，操作压力0.1～2.5MPa(表压)，经4小时循环操作提取，得到了48kg的再生基础油产品。产品机械杂质含量为0.002％，水含量为0％，色度值为3.5。
实施例2：
采用如实施例1所述设备及操作参数，原料为上述同一种废润滑油油料，固定再生基础油回收率80％，经过10批次的操作，综合油品色度均<4.0，平均膜提取时间为15±0.5kg原料/h。没有出现分离效果衰减的现象。
Claims (10)
1.一种废润滑油循环再生的方法，其特征在于：采用渗透膜对废润滑油进行再生处理，处理过程中基础油分子被吸附到渗透膜的活性层材料表面并溶解、扩散进入渗透膜材料本体，溶解了基础油分子的渗透膜材料自身则发生膨胀，形成“渗透膜材料—基础油”溶胀体，在渗透膜两侧压差的推动下，基础油分子不断地从废润滑油本体通过渗透膜正面活性层扩散迁移到渗透膜背，经收集获得再生基础油，污染物分子被截留阻隔在原料侧。
2.如权利要求1所述的一种废润滑油循环再生的方法，其特征在于：渗透膜是一体化膜或者复合膜，活性分离层为致密非孔结构，渗透膜材料是高分子聚合物材料，优选PE、PP、PES、PSF、PVDF、PTFE、PDMS、PVC、PAN、PEI、CA、PU、PI、PPS等中的一种或者几种，或其衍生物、改性物。
3.如权利要求2所述的一种废润滑油循环再生的方法，其特征在于：膜组件形式包括板框式、卷式、圆碟式、管式、中空纤维式或者帘式。
4.如权利要求1所述的一种废润滑油循环再生的方法，其特征在于：采用渗透膜对废润滑油进行再生处理前，还包括对废润滑油脱水和脱渣的处理。
5.如权利要求4所述的一种废润滑油循环再生的方法，其特征在于：采用减压闪蒸的方法脱水；采用精密过滤的方法脱渣。
6.实现如权利要求1-5任一所述方法的一种废润滑油循环再生系统，其特征在于：包括沉降罐、原料罐、闪蒸罐、冷凝器、污水罐、活性炭吸收罐、中间储罐、袋式过滤器、渗透膜循环罐、加热器；沉降罐顶部一侧设置废润滑油入口，沉降罐底部设置出口，沉降罐下部一侧连接至原料罐入口，原料罐出口连接闪蒸罐入口，闪蒸罐底部一出口连接至原料罐，闪蒸罐底部另一出口连接中间储罐入口，闪蒸罐顶部连接冷凝器入口，冷凝器一出口连接真空泵入口，另一出口连接污水罐，真空泵出口连接活性炭吸收罐，中间储罐出口连接袋式过滤器，袋式过滤器一出口连接中间储罐，另一出口为机械杂质出口，渗透膜循环系统包括循环罐和膜组件，袋式过滤器出口连接循环罐，循环罐旁路设置加热器，循环罐出口通过循环泵连接至膜组件物料进口，膜组件物料出口连接至循环罐入口。
7.如权利要求6所述的一种废润滑油循环再生系统，其特征在于：闪蒸罐内设置喷淋装置。
8.如权利要求6所述的一种废润滑油循环再生系统，其特征在于：从闪蒸罐中抽出的不凝性尾气经过冷凝器后经由真空泵排入活性炭吸附罐，经充分吸附后达标排放；经一次脱水后的油品，水含量未达工艺指标要求，将其打回到原料罐中，再次进行闪蒸脱水操作，直至水含量达到指标要求；水含量达到指标要求的废润滑油经管路打入中间储罐。
9.如权利要求6所述的一种废润滑油循环再生系统，其特征在于：中间储罐中经脱除水分后的废润滑油，经由原料泵打入袋式过滤器中，较大颗粒的胶体、碎屑等杂质被过滤器截留下来；监测经袋式过滤器过滤后的油品机械杂质含量，指标合格后直接经管路打入渗透膜循环罐；指标不合格则打回中间储罐，进行再次过滤；
优选的是，对于含较大量金属、泥沙的废润滑油，增加高速离心环节。
10.如权利要求6所述的一种废润滑油循环再生系统，其特征在于：渗透膜循环罐中的油料先经旁路泵打入加热器中，加热至需要的温度；循环罐中达设定操作温度的油料经动力泵泵入膜组件中，在设定的操作温度和操作压力下，基础油组分透过膜，成为再生基础油产品；杂质组分及部分大分子、极性添加剂组分则为膜所阻隔，成为重质油；
优选的是，膜组件有三个物料口，物料进口与动力泵相连用于输入原料，透过膜的再生基础油汇集以后在透过口输出，经提取后的物料残液从物料出口排出膜组件；
优选的是，膜组件形式涵盖但不限于卷式、碟式、管式、板框式、中空纤维式或者帘式；
优选的是，采用一台膜组件或采用多台膜组件进行组合操作，多台膜组件之间并联或串联操作，最后一台膜组件出口与之连接的管道用于将未提取充分的物料导回到循环罐，等待参与下一次循环，直至原料中的基础油组分提取充分。
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