汽车废机油预处理前后理化指标变化规律研究

2011-08-06陈文华刘大学陈建良许玮珑

浙江交通职业技术学院学报 2011年3期

孙伟,陈文华,刘大学,陈建良,许玮珑

(浙江交通职业技术学院,杭州 311112)

0 引言

近年来,随着石油资源的日益减少以及对石油污染问题的重视和保护环境的呼声日益强烈,世界各国对废机油的回收和净化再生利用工作十分支持。中国在废机油净化再生方面也做了不少工作,商业、铁道、部队、机械工业等部门都不断地进行废机油的净化再生工艺研究,找出了一些适合中国国情的废机油净化再生方法。但总的来说,中国在这个领域还比较落后,远远不能适应经济发展的要求,因此研究机油劣化的原因、积极探索新型高效、低污染的废油净化再生工艺方法,对于缓解中国石油资源紧张状况、减少废弃油液对环境的污染有着重要的意义。

世界各国对废机油的处理、再生先后研究开发出了很多处理工艺。目前全球正在使用的再生工艺主要有：蒸馏-酸洗-白土精制;蒸馏-乙醇抽提-白土精制;蒸馏-糠醛精制-白土精制;沉降-絮凝-白土精制;沉降-酸洗-白土蒸馏;沉降-蒸馏-酸洗-钙土精制;白土高温接触无酸再生;硫酸精制-碱中和-白土吸附-过滤;水玻璃絮凝法等。但根据油的品质、种类、污染程度的不同,所使用的方法也不尽一样。以污染度为例,污染较轻的润滑油 (比如齿轮油等)只要经过脱水、沉淀、吸附精制、过滤等物理净化过程即可恢复其原有品质;污染严重的润滑油 (比如发动机油等)则需要经过化学精制去除变质后生成的酸类、酚类及胶质、沥青质等,然后补充一定数量的添加剂,也可成为再次使用的润滑油。如果净化再生工艺条件得当,完全可以能把用过的废润滑油再生成为质量接近或达到新油标准的润滑油。

本文选取了某汽车4S店和长途客车运输公司共2种类型的废机油。针对废机油在预处理前后的粘度、机械杂质、密度、开口闪点、自燃点、抗磨性等部分理化指标进行了研究,旨在找出汽车废机油预处理前后理化指标变化的规律。

1 常见废机油预处理方法

废机油的预处理主要是脱除润滑油中的水分与机械杂质。沉降、离心、过滤是最常用的方法,也是作为再净化工艺的主要部分,或作为各种再生工艺的第一个步骤。沉降、离心、过滤等机械分离方法是除去废油中不溶于油的机械杂质的方法。但它并非在一切情况下都能把机械杂质除尽。废发动机油由于清净分散剂的存在,许多固体粒子以胶体状态分散在油中,形成分散相。分散相的粒子很小,能够透过过滤材料的孔隙,也不能被重力或离心力所分离。这样的油去蒸馏时,在蒸馏的热处理作用下破坏了清净分散剂之后,这些胶体状态的固体粒子就凝聚沉降下来,附着于炉管及蒸馏塔的塔板上,结垢生焦。因此,有必要采取比机械分离更有效的方法进行蒸馏前的废油预处理。絮凝及抽提絮凝就是这样的方法。

常见的预处理方法及其主要原理介绍如下：

(1)沉降方法及原理

沉降是从油中除去机械杂质和水分的最简单方法,利用油与机械杂质和水分的密度差进行分离,当油中悬浮的机械杂质及水分颗粒的直径在0.05～10μ m时,其沉降速度服从斯托克斯定律,用下式表示：

式中,W0为机械杂质及水分颗粒的沉降速度,m/s;D为机械杂质及水分颗粒的直径,m;d1为机械杂质及水分颗粒的密度,kg/m3;d2为油的密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2;η为油的绝对黏度 ,Pa◦s。

由上式可见,机械杂质和水分的密度越大、颗粒越大、油与机械杂质和水分的密度差越大,就越易沉降;而油的黏度越大,沉降也就越困难。所以对于黏度较大的油要适当加温以降低其黏度,从而加快沉降速度。但即使对于黏度较大的油,也不宜把温度加到80℃～90℃以上。这是因为油在80℃以下时,黏度随温度变化较快,在80℃以上时黏度随温度变化较慢;而温度太高,反而会增加油的自动氧化速度。油自动氧化速度一般是温度每升高10℃左右就增加一倍,所以加温到90℃以上的温度,从加快沉降速度上获得的好处有限,而在油的氧化变质上比较严重。而且当油中含有水分时,加热至100℃以上,就会由于水的汽化使油激烈翻腾。这时机械杂质根本不能沉降,甚至原来已沉降下去的机械杂质还会被翻起来。

常用重力沉降分离的最小粒径为30～40μ m;用离心沉降分离的最小粒径为5～10μ m。更小的颗粒则用电除尘、超声波除尘等分离方法。

(2)离心方法及原理

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时,由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重,下沉越快,反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关,并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。像红血球大小的颗粒,直径为数微米,就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。

此外,物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的,绝对的。扩散与物质的质量成反比,颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的,有条件的,要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比,颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等,它们在溶液中成胶体或半胶体状态,仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢,而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力,才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。

离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,加快液体中颗粒的沉降速度,把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。

常见的离心设备有：过滤式离心分离设备和沉降式离心分离设备。

(3)絮凝方法及原理

以胶体形态分散在油中的杂质粒子带有同类电荷 (正电荷或负电荷),因而粒子间有两种作用力：相斥的电性力和相引的万有引力。每个粒子的周围都有一个一定半径的球形引力场。为使分散的粒子能够结合,也就是实现凝聚,必须使这些粒子之间的距离缩小到小于其引力场半径,而这只有在使这些粒子丧失其所带电荷的情况下才有可能做到。加入絮凝剂就是为了中和这些粒子的电荷。

絮凝剂所起的作用主要是一种物理化学作用,而不是化学反应。絮凝所除去的东西是分散在废油中的固体杂质,包括炭粒子、金属磨屑以及深度氧化产生的沥青质与沥青酸。当然,有些碱性絮凝剂同时还有化学中和作用,能使废油的酸值下降。

抽提絮凝是选用低分子量的极性溶剂,稀释废油。一部分溶解于废油中的相对分子质量高的物质与分散于其中的固体粒子一起沉淀出来。因为这些物质在低分子量极性溶剂中的溶解度很小。经抽提絮凝处理过的油,灰分下降、金属含量下降,但未能完全除去金属及生灰化合物,仍有显著量的存留。不过已能保证不在以后的蒸馏设备中结焦,因此也作为蒸馏前的预处理步骤。

常用的絮凝剂种类有：无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类。铝盐以硫酸铝、氯化铝为主,铁盐以硫酸铁、氯化铁为主。有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型：①聚胺型-低分子量阳离子型电解质;②季铵型-分子量变化范围大,并具有较高的阳离子性;③丙烯酰胺的共聚物-分子量较高,可以是几十万到几百万甚至几千万,均以乳状或粉状的剂型出售,使用上较不方便,但絮凝性能好。