過(guò)濾與分離技術(shù)在廢油中的應(yīng)用研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
廢油主要是由于石油、煤炭等在精制、運(yùn)輸、使用的過(guò)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(guò)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(huì)產(chǎn)生有毒的氣體煙霧，危害大氣環(huán)境。廢油通過(guò)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?gòu)U油對(duì)環(huán)境造成的污染，也能緩解我國(guó)目前資源緊缺的現(xiàn)狀以及減少一定的經(jīng)濟(jì)損失。過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾分離技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，其中包括對(duì)油液在使用過(guò)程中摻入的雜質(zhì)和水分的去除如廢潤(rùn)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(guò)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(lèi)等。所以就廢潤(rùn)滑油、催化裂化油漿以及煤焦油的過(guò)濾分離技術(shù)方面，綜述了廢油中過(guò)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(guò)濾與分離技術(shù)在廢油處理過(guò)程中的無(wú)污染性、高效性方面。
1 廢潤(rùn)滑油
潤(rùn)滑油因其本身在使用過(guò)程中會(huì)受到污染，污染原因一是在高溫條件下的使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生老化、變質(zhì)；二是由于器械部件摩擦下來(lái)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(shí)限必須更換。其實(shí)廢潤(rùn)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(jī)化合物均有很強(qiáng)的毒性以及致癌物，若直接廢棄，既浪費(fèi)資源，也對(duì)人類(lèi)和環(huán)境產(chǎn)生危害。近些年對(duì)廢潤(rùn)滑油的過(guò)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(jī)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(guò)濾的方法將吸附劑連同表面的物質(zhì)從油中去除。常見(jiàn)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(lái)，人們不但在工藝方法上進(jìn)行改進(jìn)，如于穎、張帆等采用沉降-蒸餾-吸附精制的方法處理費(fèi)潤(rùn)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(guò)比較實(shí)驗(yàn)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(shí)間60min的條件下，所得油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.084%，色度為4號(hào)，收率達(dá)到86.46%。目前來(lái)說(shuō)，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(guò)程中使用了硫酸，會(huì)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(rùn)滑油的抽提是指用對(duì)油中理想組分與非理想組分油溶解特性的溶劑對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行處理，以達(dá)到兩種組分分離的過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)，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(rùn)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?jǐn)?shù)15%，有機(jī)溶劑與KOH溶液質(zhì)量比為7:1，劑油比2:1，溫度45℃，時(shí)間為30min的工藝條件下，再生油的收率能夠達(dá)到83.4%，顏色為澄清淡黃色。抽提分離對(duì)溶劑的要求很高，一般很難找到一種溶劑能夠滿(mǎn)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(guò)性的膜，在濃度差、壓力差、電位差的推動(dòng)下，對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)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(wú)污染的優(yōu)勢(shì)。在對(duì)廢潤(rùn)滑油的處理中，膜的不同，能夠處理廢潤(rùn)滑油中的主要污染對(duì)象也不同，Ciora等利用無(wú)機(jī)膜處理廢潤(rùn)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(jī)膜分離潤(rùn)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(guò)濾膜管對(duì)預(yù)處理加熱至90℃的廢潤(rùn)滑油過(guò)濾，可以得到品質(zhì)較好的基礎(chǔ)油。但針對(duì)廢潤(rùn)滑油來(lái)說(shuō)，一些污染較為嚴(yán)重的廢潤(rùn)滑油會(huì)因?yàn)槠湔扯容^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(chēng)短程蒸餾，是目前在廢油處理行業(yè)中的新型過(guò)濾分離處理技術(shù)。它具有蒸餾溫度低、效率高、時(shí)間短、降低高沸點(diǎn)的物料分離成本等優(yōu)點(diǎn)。周松銳等首先采用薄膜蒸發(fā)預(yù)處理將廢潤(rùn)滑油中的水汽和汽油等輕組分去除，在通過(guò)一級(jí)和二級(jí)刮膜式分子蒸餾器分別分離出輕質(zhì)潤(rùn)滑油和重質(zhì)潤(rùn)滑油以及瀝青。然后通過(guò)白土精制，得到再生的潤(rùn)滑油符合標(biāo)準(zhǔn)。張賢明也是通過(guò)分級(jí)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(kāi)發(fā)一套帶有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的分子蒸餾設(shè)備。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)先，現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中沸點(diǎn)大于350℃的未經(jīng)轉(zhuǎn)化的烴類(lèi)，主要成分是稠環(huán)芳烴。全國(guó)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(gè)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(diǎn)，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(guó)內(nèi)工業(yè)上常用的對(duì)催化裂化油漿固體顆粒的處理主要有沉降分離法、過(guò)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(gè)方面。而自然沉降因?yàn)槠浞蛛x粒徑不理想（一般20μm以下顆粒很難去除）和耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰?；瘜W(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(guò)濾分離法
過(guò)濾分離法是通過(guò)微孔材料將油漿中的顆粒物攔截達(dá)到分離的效果，分離效果穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。杜懷明等人針對(duì)油漿中大量殘留的催化劑顆粒問(wèn)題，采用不銹鋼粉末燒結(jié)濾芯作為過(guò)濾介質(zhì)，以分餾塔380℃油漿為原料進(jìn)行研究。結(jié)果表明系統(tǒng)過(guò)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(shí)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(wú)法去除微米級(jí)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(yùn)動(dòng)，液相中的固體顆粒會(huì)在離心力的作用下與液相分離。中石化九江石化、中國(guó)石油大學(xué)在原有的過(guò)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(diǎn)，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了“旋液分離+過(guò)濾”的油漿過(guò)濾技術(shù)，進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果表明，“旋液分離+過(guò)濾”能有效的系統(tǒng)的運(yùn)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(dá)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(duì)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(duì)油漿進(jìn)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(wèn)題，但工業(yè)應(yīng)用的成本較高。
3 煤焦油
煤焦油又稱(chēng)煤膏、煤餾油、煤焦油溶液。是煤在干餾和氣化過(guò)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(duì)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(jī)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(duì)煤焦油進(jìn)行凈化處理，脫除喹啉不溶物（QI）。曾丹林，胡定強(qiáng)等對(duì)比分析了自由沉降分離法、熱溶分離過(guò)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(guò)優(yōu)化配煤質(zhì)量和改進(jìn)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(guò)濾有效地脫除煤焦油中原生QI，再對(duì)壓濾后的煤焦油進(jìn)行超臨界萃取，考察了濾布孔徑、溫度以及壓力因素對(duì)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(shí)，煤焦油中QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降到0.037%，脫除效果好，但沒(méi)有考慮溫度過(guò)高影響焦油的揮發(fā)損失。張永杰，谷小虎對(duì)此條件也進(jìn)行了研究，研究表明當(dāng)濾布目數(shù)從1000目增加到1250目時(shí)，QI含量變化不大，且因?yàn)V布目數(shù)越大，過(guò)濾需要的動(dòng)力越大，因此選用1000目濾布，并且實(shí)驗(yàn)得到溫度為75℃時(shí)較合適，兩人研究進(jìn)一步優(yōu)化了煤焦油中QI脫除工藝的條件參數(shù)。過(guò)濾溫度與油中QI含量無(wú)很大關(guān)系，但影響回收率。
3.2 煤焦油中有機(jī)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(lái)，并且經(jīng)過(guò)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(lè)樂(lè)，鄧文安等人對(duì)中低溫煤焦油減壓餾分油的柱色譜層析分離方法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)設(shè)計(jì)柱色譜層析分離對(duì)比試驗(yàn)，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(duì)高溫煤焦油進(jìn)行連續(xù)分級(jí)萃取，通過(guò)對(duì)萃取物進(jìn)行表征分析，得到了樣品中有機(jī)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(shí)驗(yàn)依據(jù)。但這些方法對(duì)煤焦油中有機(jī)物的分離過(guò)程復(fù)雜、效率較低。
4 展望
目前來(lái)說(shuō)，廢潤(rùn)滑油的過(guò)濾分離處理方法通常會(huì)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(guò)濾分離處理中溫度對(duì)QI影響較大以及在煤焦油組分的分離中過(guò)程復(fù)雜、效率較低等。過(guò)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(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決。
新形勢(shì)下，廢油的過(guò)濾與分離處理技術(shù)的發(fā)展既有很多機(jī)會(huì)也面臨很多困難，機(jī)會(huì)是由于當(dāng)今科技發(fā)展迅速，隨著人們對(duì)廢油的過(guò)濾分離技術(shù)的了解日趨成熟，會(huì)有更多的角度和層面來(lái)對(duì)其進(jìn)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(wèn)題日益緊張的狀況并沒(méi)有給予足夠的時(shí)間來(lái) 的解決廢油的處理問(wèn)題。所以，注重工業(yè)廢油在過(guò)濾與分離處理過(guò)程中的無(wú)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。
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