過濾與分離技術(shù)在廢油中的應(yīng)用研究
行業(yè)動態(tài)
廢油主要是由于石油、煤炭等在精制、運輸、使用的過程中產(chǎn)生的。廢油中有約5%～10%的成分為不能利用的物質(zhì)，剩下的90%～95%通過處理可以再利用。廢油目前處置方法主要包括焚燒和再生等方法。廢油直接焚燒，會產(chǎn)生有毒的氣體煙霧，危害大氣環(huán)境。廢油通過回收處理后再利用，或者從廢油中提取出可以再利用的物質(zhì)，不但可以減少廢油對環(huán)境造成的污染，也能緩解我國目前資源緊缺的現(xiàn)狀以及減少一定的經(jīng)濟損失。過濾分離技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤炭、金屬、生物、電子等工業(yè)領(lǐng)域。過濾與分離技術(shù)大致可分為方法的研究、介質(zhì)的研究和設(shè)備的研究。過濾與分離現(xiàn)已成為環(huán)境領(lǐng)域中較廣泛也是較為重要的處理方法之一。根據(jù)目前廢油中過濾分離技術(shù)的應(yīng)用特點，其中包括對油液在使用過程中摻入的雜質(zhì)和水分的去除如廢潤滑油的吸附分離技術(shù)、膜分離技術(shù)等，油液在煉制反應(yīng)后殘余的固體催化劑的去除如催化裂化油漿的過濾分離、旋流分離等以及從油液中提取出可以再利用的物質(zhì)如煤焦油中的梯度脫洗法分離出稠環(huán)芳烴類等。所以就廢潤滑油、催化裂化油漿以及煤焦油的過濾分離技術(shù)方面，綜述了廢油中過濾與分離技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了今后應(yīng)著重于研究過濾與分離技術(shù)在廢油處理過程中的無污染性、高效性方面。
1 廢潤滑油
潤滑油因其本身在使用過程中會受到污染，污染原因一是在高溫條件下的使用過程中會產(chǎn)生老化、變質(zhì)；二是由于器械部件摩擦下來的金屬粉末、外界混入的雜質(zhì)、水分等影響油液的清潔度。另外，油液本身有使用壽命，故在用到一定時限必須更換。其實廢潤滑油中變質(zhì)的成分只有百分之幾，主體仍為基礎(chǔ)油。但變質(zhì)的廢油中通常含有氯、硫、芳烴等有機化合物均有很強的毒性以及致癌物，若直接廢棄，既浪費資源，也對人類和環(huán)境產(chǎn)生危害。近些年對廢潤滑油的過濾分離處理方法主要有吸附分離技術(shù)、溶劑抽提分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、分子蒸餾技術(shù)等。
1.1 吸附分離技術(shù)
吸附的機理是利用吸附劑將油中的瀝青、膠體等雜質(zhì)吸附在表面，再用過濾的方法將吸附劑連同表面的物質(zhì)從油中去除。常見的方法有蒸餾-白土工藝、蒸餾酸洗-白土工藝、蒸餾-硫酸工藝等。近年來，人們不但在工藝方法上進行改進，如于穎、張帆等采用沉降-蒸餾-吸附精制的方法處理費潤滑油，分別以單一白土、硅酸鎂/硅酸鈉/白土復(fù)配藥品（質(zhì)量比1:1:2）為吸附劑，通過比較實驗結(jié)果表明，復(fù)配吸附的效果較好，在復(fù)配藥品添加量為12%，溫度130℃，時間60min的條件下，所得油的質(zhì)量分數(shù)為0.084%，色度為4號，收率達到86.46%。目前來說，吸附分離技術(shù)中多數(shù)工藝?yán)缯麴s-硫酸工藝等在廢油處理的過程中使用了硫酸，會腐蝕設(shè)備，產(chǎn)生危害環(huán)境的酸性氣體等。
1.2 溶劑抽提分離技術(shù)
廢潤滑油的抽提是指用對油中理想組分與非理想組分油溶解特性的溶劑對廢潤滑油進行處理，以達到兩種組分分離的過程。目前較為常用的溶劑有糠醛、苯酚等，助溶劑主要有環(huán)氧氯丙烷、乙醇胺等。李璐等利用糠醛、環(huán)氧氯丙烷和助劑糠醛組成的雙溶劑，通過實驗，糠醛較佳工藝條件下劑油比1.5（體積），雙溶劑在相同條件下的劑油比為1.0，而且油品質(zhì)量更好。此外，楊瑩，李慧等以環(huán)乙烷-異丙烷混合溶劑為萃取劑、KOH溶液為絮凝劑，用萃取、絮凝的方法處理廢潤滑油，研究表明確定:在環(huán)己烷與異丙烷的質(zhì)量比為1:2，KOH質(zhì)量分數(shù)15%，有機溶劑與KOH溶液質(zhì)量比為7:1，劑油比2:1，溫度45℃，時間為30min的工藝條件下，再生油的收率能夠達到83.4%，顏色為澄清淡黃色。抽提分離對溶劑的要求很高，一般很難找到一種溶劑能夠滿足抽提能力好、化學(xué)安定性好、耐酸、耐堿以及刺激性小等要求。
1.3 膜分離技術(shù)
膜分離選用有選擇透過性的膜，在濃度差、壓力差、電位差的推動下，對廢潤滑油進行分離，提純的技術(shù)。與其他的傳統(tǒng)技術(shù)相比較膜分離具有節(jié)能無污染的優(yōu)勢。在對廢潤滑油的處理中，膜的不同，能夠處理廢潤滑油中的主要污染對象也不同，Ciora等利用無機膜處理廢潤滑油，處理后發(fā)現(xiàn)油中灰分和金屬雜質(zhì)明顯降低。Miyagi等采用一種聚合物有機膜分離潤滑油，能夠降低油中氧化物和極性物質(zhì)。謝雄采用一體式的不銹鋼金屬過濾膜管對預(yù)處理加熱至90℃的廢潤滑油過濾，可以得到品質(zhì)較好的基礎(chǔ)油。但針對廢潤滑油來說，一些污染較為嚴(yán)重的廢潤滑油會因為其粘度較大等原因影響膜分離的效果。
1.4 分子蒸餾技術(shù)
分子蒸餾技術(shù)又稱短程蒸餾，是目前在廢油處理行業(yè)中的新型過濾分離處理技術(shù)。它具有蒸餾溫度低、效率高、時間短、降低高沸點的物料分離成本等優(yōu)點。周松銳等首先采用薄膜蒸發(fā)預(yù)處理將廢潤滑油中的水汽和汽油等輕組分去除，在通過一級和二級刮膜式分子蒸餾器分別分離出輕質(zhì)潤滑油和重質(zhì)潤滑油以及瀝青。然后通過白土精制，得到再生的潤滑油符合標(biāo)準(zhǔn)。張賢明也是通過分級蒸餾根據(jù)不同的需要切割基礎(chǔ)油，又根據(jù)此種工藝開發(fā)一套帶有遠程監(jiān)控系統(tǒng)的分子蒸餾設(shè)備。實現(xiàn)了現(xiàn)場優(yōu)先，現(xiàn)場和中控室的兩極控制。
2 催化裂化油漿（FCC）
催化裂化油漿是渣油在催化裂化過程中沸點大于350℃的未經(jīng)轉(zhuǎn)化的烴類，主要成分是稠環(huán)芳烴。全國每年產(chǎn)生的催化裂化油漿約為800×104t，催化裂化油漿的分離分為兩個方面:一是油漿中固體催化劑顆粒和油漿的分離；二是脫去油漿中的膠紙、瀝青等。
2.1 催化裂化油漿的固體顆粒分離
油漿中含有的主要固體顆粒是以硅酸鋁晶體為主的催化劑，平均粒徑約為10～20μm，堆密度為0.8～0.9g/cm3。因其顆粒小、密度較油漿相近的特點，從油漿中將固體顆粒分離比較困難，影響后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量。目前國內(nèi)工業(yè)上常用的對催化裂化油漿固體顆粒的處理主要有沉降分離法、過濾分離法、旋流分離法等。
2.1.1 沉降分離法
沉降分離法主要可分為自然沉降和化學(xué)沉降兩個方面。而自然沉降因為其分離粒徑不理想（一般20μm以下顆粒很難去除）和耗時長等缺點已逐漸被淘汰。化學(xué)沉降法是在油漿中加入化學(xué)沉降助劑可降低油漿含固量，加速沉降，提高效率。
2.1.2 過濾分離法
過濾分離法是通過微孔材料將油漿中的顆粒物攔截達到分離的效果，分離效果穩(wěn)定、適應(yīng)性強。杜懷明等人針對油漿中大量殘留的催化劑顆粒問題，采用不銹鋼粉末燒結(jié)濾芯作為過濾介質(zhì)，以分餾塔380℃油漿為原料進行研究。結(jié)果表明系統(tǒng)過濾效率在95%以上，油漿中灰分含量從2000～3000μg/g降低到100μg/g以下。實踐表明，此方法適用常規(guī)工藝的生產(chǎn)密度小、外甩量大的催化裂化油漿，而且無法去除微米級的顆粒物。
2.1.3 旋流分離法
旋流分離法原理是固液兩相在旋流器內(nèi)呈高速螺旋運動，液相中的固體顆粒會在離心力的作用下與液相分離。中石化九江石化、中國石油大學(xué)在原有的過濾分離和旋流分離的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)催化裂化原漿的特點，聯(lián)合開發(fā)了“旋液分離+過濾”的油漿過濾技術(shù)，進行工業(yè)應(yīng)用試驗。結(jié)果表明，“旋液分離+過濾”能有效的系統(tǒng)的運行周期，降低催化裂化油漿密度、固體顆粒、膠紙和瀝青的效果好，固體顆粒去除率可以達到95%。此種方法效率高，但設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備投資大，沖洗困難。
2.2 脫劑油漿的的組分分離
對油漿中膠紙瀝青的分離一般采取減壓蒸餾和溶劑萃取的方法。減壓蒸餾是根據(jù)沸程對油漿進行分離。減壓蒸餾成本低，但拔出率有限。溶劑萃取常用的有糠醛單溶劑抽取、雙溶劑抽取和超臨界抽取3種方法。單溶劑抽取和雙溶劑抽取只能分離出飽和烴和芳香烴。超臨界流體萃取分餾能較好地解決油漿分離問題，但工業(yè)應(yīng)用的成本較高。
3 煤焦油
煤焦油又稱煤膏、煤餾油、煤焦油溶液。是煤在干餾和氣化過程中得到的一種黑色或黑褐色粘稠狀液體，是一種組成非常復(fù)雜的混合物，工業(yè)中對煤焦油的研究主要有兩方面:一是脫除煤焦油中的喹啉不溶物（QI）；二是從煤焦油中分離出有機物組分。
3.1 煤焦油中喹啉不溶物（Q）的脫除
高溫煤焦油含大量的瀝青，而瀝青是制備碳素材料的主要原材料。為獲得高性能的碳素材料，需對煤焦油進行凈化處理，脫除喹啉不溶物（QI）。曾丹林，胡定強等對比分析了自由沉降分離法、熱溶分離過濾法以及高溫離心分離法在煤焦油中喹啉不溶物的脫除效率，提出了在配煤煉焦環(huán)節(jié)通過優(yōu)化配煤質(zhì)量和改進工藝等措施降低QI含量，經(jīng)處理后QI含量可小于0.1%。王方杰，王永剛等研究了煤焦油中喹啉不溶物的脫除以及制備超凈瀝青的方法，首先基于壓力過濾有效地脫除煤焦油中原生QI，再對壓濾后的煤焦油進行超臨界萃取，考察了濾布孔徑、溫度以及壓力因素對煤焦油中QI脫除效率的影響，得出在濾布孔徑1250目、溫度125C、壓力0.5MPa時，煤焦油中QI質(zhì)量分數(shù)可降到0.037%，脫除效果好，但沒有考慮溫度過高影響焦油的揮發(fā)損失。張永杰，谷小虎對此條件也進行了研究，研究表明當(dāng)濾布目數(shù)從1000目增加到1250目時，QI含量變化不大，且因濾布目數(shù)越大，過濾需要的動力越大，因此選用1000目濾布，并且實驗得到溫度為75℃時較合適，兩人研究進一步優(yōu)化了煤焦油中QI脫除工藝的條件參數(shù)。過濾溫度與油中QI含量無很大關(guān)系，但影響回收率。
3.2 煤焦油中有機物組分的分離
張雪等利用梯度脫洗法將煤焦油軟瀝青中的稠環(huán)芳烴分離出來，并且經(jīng)過GC/MS分析出軟瀝青中的稠環(huán)芳烴環(huán)數(shù)多是3-5，基于以上研究，在原有的4組分分離方法的基礎(chǔ)上，吳樂樂，鄧文安等人對中低溫煤焦油減壓餾分油的柱色譜層析分離方法進行改進，通過設(shè)計柱色譜層析分離對比試驗，將煤焦油減壓餾分油有效分離成飽和分、芳香分、極性組分和正庚烷瀝青質(zhì)，且含量分別為13.28%，35.10%，33.15%，18.21%。此外，姚婷，宗志敏等人采用超聲輻射技術(shù)并結(jié)合索氏萃取技術(shù)，對高溫煤焦油進行連續(xù)分級萃取，通過對萃取物進行表征分析，得到了樣品中有機物各組分的分布規(guī)律，為提高高溫煤焦油的附加值利用提供了實驗依據(jù)。但這些方法對煤焦油中有機物的分離過程復(fù)雜、效率較低。
4 展望
目前來說，廢潤滑油的過濾分離處理方法通常會產(chǎn)生二次污染、處理效果不佳，催化裂化油漿可分離顆粒尺寸有限、設(shè)備復(fù)雜、難以沖洗，煤焦油的過濾分離處理中溫度對QI影響較大以及在煤焦油組分的分離中過程復(fù)雜、效率較低等。過濾與分離技術(shù)在廢油中的應(yīng)用已經(jīng)有很多成果以及相關(guān)的工藝方法，但總體上仍然存在著許多問題需要進一步研究和解決。
新形勢下，廢油的過濾與分離處理技術(shù)的發(fā)展既有很多機會也面臨很多困難，機會是由于當(dāng)今科技發(fā)展迅速，隨著人們對廢油的過濾分離技術(shù)的了解日趨成熟，會有更多的角度和層面來對其進行分析和研究。而困難是目前地球資源匱乏、污染嚴(yán)重、環(huán)境和能源問題日益緊張的狀況并沒有給予足夠的時間來 的解決廢油的處理問題。所以，注重工業(yè)廢油在過濾與分離處理過程中的無污染性、高效性，將是當(dāng)前研究的主要方向，也是十分必要和迫切的。
