异丙醇/KOH混合溶剂萃取废润滑油的研究

李 慧，杨 莹，高维平

(1.吉林化工学院化工与生物技术学院，吉林吉林132022;2.东北师范大学化学学院，吉林长春130024)

近年来，国内经济迅猛发展，机动车辆的使用也急剧增加，使得润滑油的消费量快速增长，中国是仅次于美国和俄罗斯的世界第三大消费国.据统计，2003年中国润滑油的消费量达440万吨，约占世界润滑油消费量的11%左右，首次超过俄罗斯成为仅次于美国的世界第二大润滑油消费国［1］.2011年我国润滑油的实际消费量达710万吨，预计2020年将达到720万吨/年，如此巨大的消费量使得废润滑油资源回收再利用问题不容忽视［2］.

目前，国内润滑油的再生工艺普遍采用硫酸-白土精制工艺，该工艺不但硫酸用量大，精制过程中产生黏稠黑色酸渣，同时产生大量有刺激气味的气体，严重污染环境，另外还存在着生产周期长，能源消耗量大，设备腐蚀严重等问题［3］.近几年，溶剂精制工艺是硫酸-白土精制工艺最可行的替代工艺，该工艺最大的优点是不会产生二次污染，再生油品质好，可以达到基础油的利用标准［4］.国内学者专门研究了四碳醇与三碳醇作为萃取溶剂抽出废润滑油中的基础油馏分，通过考察正丙醇与异丙醇的极性与粘度参数以及对再生油产率的影响，确定异丙醇是最适宜的萃取剂［5-6］.国外研究短链的醇、酮、烷烃等有机溶剂萃取工艺颇为常见，Jesusa Rincon等人［7-8］研究了异丙醇、2-丁醇，2-戊醇，甲基乙基酮、甲基丙基酮五种有机溶剂对回收润滑油基础油产率以及质量的影响，当考虑聚合物添加剂等物质时，醇比酮的效果更好.有机溶剂醇作为萃取剂的回收废旧润滑油的方法已适应了越来越高的工业化需求以及环保要求，对我国而言，更是非常重要的废旧润滑油回收与利用的工业化发展之路.

本实验选用异丙醇有机溶剂作为萃取剂，氢氧化钾溶液作为絮凝剂，萃取-絮凝工艺联合萃取废润滑油中的基础油馏分，确定最适宜的工艺流程，利用单因素实验优化废油再生的工艺条件，得到性能优良的润滑油基础油.

表1 主要实验仪器

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

主要仪器及试剂见表1.

续表1

表2 实验试剂

1.2 实验流程

实验流程见图1.

图1 实验流程图

2 实验结果与讨论

2.1 再生工艺条件优化

2.1.1 KOH浓度对回收油酸值的影响

固定m(KOH)m(有机溶剂)=17，剂油质量比3 1，精制温度45℃，精制时间30 min，考察KOH溶液浓度对再生油酸值的影响，如图2所示.

图2 不同的KOH溶液浓度对再生油酸值的影响

由图2可以看出随着KOH浓度的增加，再生油的酸值呈下降趋势，说明KOH有效地中和其中的有机酸，KOH浓度达到15%之后，趋势变化平缓，过高的KOH浓度对设备具有腐蚀性及对环境造成污染，因此确定KOH浓度为15%.

2.1.2 KOH溶液与有机溶剂的质量比对回收油酸值的影响

固定KOH浓度为15%，剂油质量比为31，精制温度45℃，精制时间30 min，考察不同的KOH溶液与有机溶剂的质量比对再生油酸值的影响.如图3所示:随着KOH溶液质量的增加，再生油的酸值呈先下降后上升的趋势，当KOH溶液的质量比较大时，加入到废油中的水分也增加，造成废油乳化，其中水相离散为许多微粒分散于有机相液体中，成为乳状液，阻止KOH溶液中和油样中的有机酸形成钾盐，发生乳化的废油蒸馏出的产品油颜色淡，酸值很高，不适合做润滑油基础油.当质量比为1 7开始，酸值呈现上升趋势，表明乳化现象逐渐消失，因此选择KOH溶液与有机溶剂的最佳质量比为1 7.

图3 不同的KOH溶液与有机溶剂的质量比对再生油酸值的影响

2.1.3 剂油比对再生油性质的影响

固定KOH浓度15%，KOH溶液与有机溶剂的质量比1 7，精制温度45℃，精制时间30 min，考察不同剂油比对再生油性质的影响.由图4及图5可以看出:再生油的粘度随剂油比的增加先减少后增加，这是因为基础油的组成一般包括烷烃、环烷烃、芳烃、环烷基芳烃、胶质、沥青质等，其中烷烃的粘度最小，环烷烃、芳烃、环烷基芳烃、胶质、沥青质的粘度依次增加，随着剂油比开始增加，烷烃、环烷烃的溶解度增加，当剂油比达到3 1时，理想组分最多，粘度减到最小，同时粘度指数达到最大值，剂油比继续增加，芳烃等非理想组分溶解度开始增加，粘度逐渐增加.因此，确定最佳的剂油质量比为3 1.

图4 不同的剂油质量比对再生油粘度(40℃和100℃)的影响

图5 不同的剂油质量比对再生油粘度指数的影响

2.1.4 精制温度对回收油性质的影响

固定KOH浓度15%，KOH溶液与有机溶剂的质量为1 7，剂油比3 1，精制时间30 min，考察不同精制温度对再生油性质的影响.如图6所示.

图6 不同的精制温度对再生油粘度(40℃和100℃)的影响

随着精制温度的升高，再生油的粘度先增大后减小，这是因为随着温度升高，开始溶解大部分理想组分(烷烃、环烷烃)，粘度首先呈下降趋势，粘度指数呈上升趋势.随着温度的进一步升高，精制程度变深，溶解部分非理想组分(多环短侧链芳烃、胶质)，导致粘度上升，粘度指数下降.当精制温度达到45℃时，回收油的粘度最小，粘度指数最大，如图7所示，此时精制效果最佳.温度过高，会使再生油的颜色变深，同时增加设备的热负荷.因此，确定最佳的精制温度为45℃.

图7 不同的精制温度对再生油粘度指数的影响

2.1.5 精制时间对回收油收率的影响

固定KOH浓度15%，KOH溶液与有机溶剂的质量比1 7，剂油比3 1，精制温度45℃，考察不同精制时间对再生油收率的影响.如图8所示，精制时间在30 min之前，收率上升较快，因为在这段时间内有机溶剂逐渐溶解废油中的理想组分(烷烃和环烷烃)，同时絮凝剂逐渐絮凝氧化产物(有机酸等)、碳粒、胶质等.30 min之后，有机溶剂达到饱和状态，同时絮凝剂絮凝沉降杂质的速度变缓，因此产率增加速度平缓.在工业化生产中，精制时间过长会增加生产成本和生产周期，最后确定最佳精制时间为30 min.

图8 不同的精制时间对再生油收率的影响

2.2 再生油质量分析

表3是废润滑油的性能参数对照表.

表3 废润滑油及再生油的性能参数对照表

续表3

由表3可以得出:与废润滑油相比，通过萃取-絮凝方法得到的再生油各项性能指标有了很大的改善:由于通过该工艺去除了一些固体杂质和重组分物质，减小了再生油的密度;去除了大部分轻组分，再生油闪点提高了52℃，达到HVI150基础油的标准;去除了胶质、蜡等物质，改善了基础油的低温流动性，使再生油的凝点达到了－17℃，达到HVI150基础油要求的凝点不大于－9℃的标准;去除了粘温性能较差的多环短侧链芳香烃、稠环芳烃、胶质以及沥青质等组分，再生油的粘度指数达到133.70，满足HVI150基础油不低于200的标准;由于KOH溶液在絮凝沉降杂质的同时也具有中和酸性物质的作用，使得再生油的酸值降低到0.024 8 mgKOH/g，接近HVI150基础油不大于0.02 mgKOH/g的标准;该精制方法还具有较好的脱除残留添加剂能力，与废油相比，再生油中金属元素铁、钙、锌和铅质量分数均降低了，KOH溶液作为絮凝剂能破坏金属盐添加剂在废油中的平衡，通过物理化学作用中和杂质粒子的电荷，使金属盐类添加剂结合凝聚，在外力作用下絮凝沉降，使金属元素锌和钙的质量分数下降显著.

3 结 论

采用异丙醇有机溶剂为萃取剂，KOH溶液为絮凝剂，通过单因素试验法优化出最佳的工艺条件为:KOH浓度为15%，KOH溶液与有机溶剂的质量比为1 7，剂油质量比为3 1，精制温度为45℃，精制时间为30 min.

该工艺条件下，得到再生油性能参数如下:密度为0.8228 kg/m3，闪点224 ℃，凝点 －17 ℃，40 ℃粘度18.70 mm2/s，100 ℃粘度 4.20 mm2/s，粘度指数133.70，酸值 0.024 8 mgKOH/g，金属含量其中Ca5.5ppm，Fe24.13ppm，Zn22.49，Pb 11.38ppm.与废润滑油相比，再生油的性能指标有了很大的改善，基本达到HVI150润滑油性能指标的标准.

［1］ 刘建芳，赵源，顾卡丽，等.废润滑油再生技术与研究进展［J］.武汉工业学院学报，2010，29(3):38-43.

［2］ 冯金，马章杰，赵庆祥，等.废润滑油再生工艺分类与研究进展［J］.化学工程师，2013(6):54-59.

［3］ 孙红翠，傅忠君，王倩倩.国内外废润滑油得再生工艺技术［J］.石油规划设计，2011，22(4):17-21.

［4］ 李璐，郭大光，莫亚楠.废润滑油再生工艺的研究［J］.辽宁石油化工大学学报，2008，28(4):20-23.

［5］ 杨鑫，陈立功，李新亮，等.四碳醇溶剂精制再生废润滑油的研究［J］.石油炼制与化工，2012，43(2):76-79.

［6］ 杨鑫，陈立功，朱丽业，等.基于三碳醇溶剂精制再生废润滑油［J］.石油加工，2012，28(6):1031-1036.

［7］ Jesusa Rincon，Pablo Canizares，Maria Teresa Garcia.Regeneration of Used Lubricant Oil by Polar Solvent Extraction［J］.Ind Eng Chem Res，2005，44(12):4373-4379.

［8］ Jesusa Rincon，Pablo Canizares，Maria Teresa Garcia.Waste Oil Recycling Using Mixtures of Polar Solvents［J］.Ind Eng Chem Res，2005，44(20):7854-7859.