废润滑油陶瓷膜超滤再生技术的应用研究

季开慧，马西功，田 雪，崔志军

(1.中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101；2.江苏赛瑞迈科新材料有限公司，江苏 泰州 225300)

随着我国经济的快速发展，润滑油的需求量大大增加。预计2020年将达到712万t/a[1-2]。润滑油需求量增大同时，废润滑油产量也将大大增加。我国废润滑油产量占润滑油总量的45%以上。

润滑油是减少摩擦和磨损的重要手段之一，一般由基础油和添加剂两部分组成，其中基础油决定润滑油的基本性质，而添加剂用来弥补和改善基础油性能方面的不足。

润滑油使用过程中，当基础油受污染、添加剂损耗或润滑油老化时，其润滑性能不再保持而产生“废润滑油”。废润滑油中许多含氯、硫、磷、稠环芳烃等有机化合物和一些重金属离子，这些杂质虽然量很少，但大多数具有毒性或致癌性，不加以处理而直接排放无疑会造成一定的环境污染。废润滑油渗入土壤中可导致植物死亡以及部分污染的微生物灭绝；流入水源中会使水生动植物因缺氧而死亡，并造成水质污染，甚至对人类及其它生物造成致命的伤害[3-4]；另外直接燃烧废润滑油也会污染空气。

其实废油并不废，用过的润滑油中真正变质的只是其中的很小一部分的烃类[5]。如果将废油中变质组分除去，从而生产出高质量的基础油，并添加与天然油同样的添加剂配方，则可以生产出高质量的高档油品，且再生油量可与几十个润滑油厂产量总和相媲美。因此无论是节能环保还是创造经济效益方面都拥有极为广阔的发展前景。

1 废润滑油再生技术现状

以下是国内常用的几种再生工艺及其优缺点：

(1)初蒸馏—酸洗—白土精制工艺。

该工艺流程简单、设备费用低，但再生油品质量差，收率低，油品酸值不合格，且有大量酸液、酸渣污染环境。

(2)沉降—酸洗—白土蒸馏工艺。

采用高温白土蒸馏后颜色较好，工艺简单，但此工艺存在收率低、设备腐蚀较重、炉管易堵塞等问题。

(3)蒸馏—乙醇抽提(或糠醛精制)工艺。

该工艺收率高、质量好，但工艺流程和设备复杂，投资偏高，投资回收期长。

可以看出国内废油再生产业仍以落后的、污染大、回收率低的酸-白土或蒸馏-白土工艺为主导。这些工艺均以白土为吸附过滤核心来除去废油中的灰分和残炭等杂质，但白土易吸水，吸水后白土毛细孔被堵塞，需要将白土烘干至5%以下而且不能完全烘干否则会造成毛细孔破坏，且白土用量针对不同废油还有不同的要求，白土吸附后还需要进一步过滤掉吸附剂，这样就加大了工艺复杂程度和生产成本且产生的滤渣会对环境造成二次污染。

2 废润滑油陶瓷膜工艺简介

陶瓷膜作为一种新型的分离材料，近年来在过滤、分离等领域得到了广泛的应用。南京工业大学膜科学技术研究所对陶瓷膜净化钢铁工业冷轧乳化液废水进行了研究。Chen等人采用Manbralox 0. 2、0. 5、0. 8 μm的陶瓷膜在美国墨西哥海湾油田等地进行了陶瓷膜处理采出水的中试研究。赵宜江等将氢氧化镁吸附与陶瓷膜微波过程相结合对活性染料废水脱色处理，在特定条件下脱色率可达98%以上[6-8]。将陶瓷膜过滤分离技术应用于废润滑油再生处理中，较传统技术相比具有很大的节能潜力，同时可以降低润滑油的损失，减少脱色白土的用量。

图1是陶瓷膜对废润滑油过滤研究的设计路线。该工艺路线为“废润滑油→预加热→无机膜过滤→减压蒸馏”。废润滑油经预热到90～105℃，脱除少量水分(约3%)。加热至110～120℃，进入闪蒸罐，脱去废油中轻烃，进入装有陶瓷膜的设备进行错流过滤，非渗透液即高机杂燃料油外甩，作为沥青调和组分。废润滑油过滤除去油泥和固体杂质的无灰分、机杂的渗透液(约90%)进一步加热后进入减压蒸馏装置。减压塔侧线馏分作为废润滑油加氢装置的原料。减压塔塔底可做为沥青调和组分、焦化原料，或调燃料油。

图1 废润滑油再生技术预处理工艺流程图
Fig.1 Flow of regenerating waste lubricating oil

该工艺中蒸馏技术属于成熟技术，影响产品油产量及品质的关键在于过滤装置能否将废油中的固体杂质剔除。为验证陶瓷膜在废润滑油预处理技术上应用的可行性，本文选取了新疆废润滑油进行陶瓷膜过滤实验。

3 废润滑油陶瓷膜过滤试验

3.1 试验装置流程

试验装置流程如图2所示。

图2 陶瓷膜净化试验装置流程示意图Fig.2 Flow of ceramic membrane purification test device

如图2所示，储存于“原料罐”中的废润滑油，经进料泵泵送至循环过滤系统。含杂质的废润滑油进入过滤装置后进入陶瓷膜的管程，净化后的废润滑油(渗透澄清液)通过陶瓷膜进入壳程，送至下游管线，以便进一步减压蒸馏。管程非渗透液则不断循环，与新鲜原料混合后(循环液)回入陶瓷膜管程，循环进行渗透处理。在处理过程中，随着循环液浓度逐渐上升，膜管壳程压差逐渐增加，待压差达到设定值以上时，系统浓缩液外排阀根据压差逐渐开启，少量高机杂燃料油外甩。

3.2 试验结果分析

通过激光粒度分析仪对过滤前后的样品进行分析。分析结果见表1。

表1 新疆废机油陶瓷过滤装置前后主要性质Table 1 Xinjiang waste lubricating oil properties before and after ceramic membrane ultrafiltration

由表1可知，经过陶瓷膜过滤后，对废机油内的残炭、灰分、机杂、金属元素等杂质都有较好的脱除效果，其中对于机杂的脱除率在95%以上，对总金属的脱除率在94.6%以上。

3.3 工艺条件考察

3.3.1 浓缩比考察

浓缩比很大程度上可以反映处理收率，浓缩比越高收率越高，但浓缩比过高会影响膜通量，所以，寻找最佳浓缩比是陶瓷膜处理技术的重点。

在基准条件下，进行新疆废机油浓缩实验，浓缩比与渗透速率的关系如图3所示。

图3 新疆废润滑油浓缩曲线(不加柴油)Fig.3 Enrichment curves of Xinjiang waste lubricating oil(No diesel)

由图3可以看出，在浓缩初始阶段，膜管通量为10 kg/m2·h，随着浓缩比的增加，膜管通量呈逐渐下降趋势，这是因为随着浓缩反应的进行，系统内物料中杂质颗粒浓度会逐渐增加，过滤阻力增大致使膜管渗透速率下降。此外，由图还可知，当浓缩比达80%以上时，膜管仍具有较高渗透通量3.8 kg/m2·h，使用无机膜处理新疆废润滑油时具有较好的稳定性。

3.3.2 流速考察实验

图4为新疆废机油在基准条件下，不同膜面流速的膜通量对比图。

图4 新疆废润滑油流速实验(加10%柴油)Fig.4 Flow velocity test of Xin Jiang waste lubricating oil(Add 10% diesel)

由图4可以看出，随着膜内流速由基准流速V m/s逐渐升至V+3 m/s过程中，膜通量呈逐渐增加趋势，分别为5.8、6.3、6.7和6.8 kg/m2·h，证明较高流速有助于提高膜通量，但同时也会造成运行能耗的增加。

3.4 无机膜清洗实验

实验后使用专用清洗剂SRMK-02对废润滑油污染膜管进行再生清洗，清洗6 h后膜管使用清水标定，标定通量为与基准通量曲线能够吻合，即清洗再生率为100%，说明清洗剂SRMK-02对废润滑油污染膜管具有很好的清洗再生性能。

图5 清洗曲线Fig.5 Cleaning curves

4 结论

通过以上试验分析，可以得出以下结论：

(1)陶瓷膜过滤技术能够使废润滑油中固体灰分含量降低到0.15%以下，具有优异的过滤能，较传统的白土吸附技术极大的简化了废润滑油预处理过程的工艺，降低了生产成本并提高了产品的质量和过滤效率。

(2)陶瓷膜过滤技术能够脱除废润滑油中89.97%以上的重金属，滤后重金属离子含量少，实现了废润滑油再生技术的环保、无污染的工艺设计理念。

(3)陶瓷膜过滤技术具有的高效、环保、工艺简单和成本低等特点，使其在废润滑油再生技术上具有很大优势，如果实现工业化，将会带来显著的环保收益和经济效益。

(4)浓缩比的升高有助于提高产率但同时也会降低处理能力，流速的提高有助于提高膜的处理能力但也会造成功耗的增加，实际工业应用中应当综合考虑，确定最佳的设计参数。