廢潤(rùn)滑油凈化技術(shù)研究進(jìn)展

  隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)規(guī)模的迅速壯大，以及汽車(chē)用量的增長(zhǎng)，我國(guó)潤(rùn)滑油需求量巨大。 全世界潤(rùn)滑油消耗量高達(dá) ５ ０００ 萬(wàn) ｔ［１］，中國(guó)潤(rùn)滑油的消耗量占全世界 １５．８％，相關(guān)資料［２－３］表明我國(guó)潤(rùn)滑油需求量預(yù)估每年以 ２％ ～ ３％的增速增加，如此大的用量不僅造成巨大的資源消耗，廢潤(rùn)滑油的產(chǎn)量也將隨之不斷增加，而由此產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題更是不容忽視。 因此，將廢潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，除去變質(zhì)成分及外來(lái)污染物后，成為再生潤(rùn)滑油［３］，無(wú)論從技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、資源利用以及經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，都是合適的選擇。 因此，對(duì)廢潤(rùn)滑油再生方法的研究顯得尤為重要，廢潤(rùn)滑油處理是當(dāng)代社會(huì)面對(duì)的重要挑戰(zhàn)。

中國(guó)是世界上**大潤(rùn)滑油消費(fèi)國(guó)［４］，在世界能源日益短缺的背景下，廢潤(rùn)滑油的再生成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。 目前，國(guó)內(nèi)外用于廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)的工藝有：減壓蒸餾［５］、加氫精制［６－７］、萃?。郏梗?、吸附［４，１０］、超臨界 ＣＯ２ 萃?。郏保保?等，然而常用的廢潤(rùn)滑油在精煉技術(shù)仍然涉及到一些相對(duì)昂貴的工藝，而且能耗高，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，因此，改進(jìn)和發(fā)展新的技術(shù)日益迫切。

１ 廢潤(rùn)滑油的概述

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（ＥＰＡ）把廢潤(rùn)滑油定義為被使用過(guò)的以及在使用過(guò)程中由于高溫、機(jī)械剪切等工況條件下產(chǎn)生了物理或化學(xué)污染物的精制礦物油或合成油。 我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局將廢潤(rùn)滑油定義為在使用過(guò)程中，由于受到雜質(zhì)污染、高溫氧化、熱分解以及添加劑損耗，導(dǎo)致其理化性能衰變到換油指標(biāo)的油。 廢潤(rùn)滑油中含有多種對(duì)人體有害的，且具有較強(qiáng)毒性或致癌性的物質(zhì)，如多環(huán)芳烴、苯多氯聯(lián)苯等有機(jī)化合物和重金屬超微粒子等，因此，如果把廢潤(rùn)滑油直接焚燒或丟棄到環(huán)境中，必定會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染［１２－１３］。

２ 廢潤(rùn)滑油再生的必要性

２０２０～ ２０２２ 年受新冠疫情的影響，我國(guó)潤(rùn)滑油表觀消費(fèi)量同比出現(xiàn)小幅度波動(dòng)，其中，２０２２ 年達(dá) ７２０ 萬(wàn) ｔ 與 ２０１９ 年基本持（如圖 １ 所示）。 美國(guó)安潔集團(tuán)副總裁邁克－索馬稱(chēng)［１４］：中國(guó)每年消耗的潤(rùn)滑油中 ９０％以上都可以回收，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，廢油再生的市場(chǎng)機(jī)會(huì)巨大。 美國(guó)石油研究院（ＡＰＩ）研究表明［１５］，與原油相比，使用廢油循環(huán)技術(shù)生產(chǎn)潤(rùn)滑油，可以節(jié)能約５０％ ～ ８０％，ＣＯ２ 排放量可減少 ５８％左右。 由此可見(jiàn)，采用合適的再生技術(shù)對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行再生利用，不僅可以減少?gòu)U潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的污染，還可以有效地緩解國(guó)家能源的緊缺狀況，改善國(guó)家的能源安全，而且可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

３ 廢潤(rùn)滑油再凈化工藝

廢潤(rùn)滑油中的主要污染物包括［１３，１６－１７］：水分、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)、油溶性及水溶性酸類(lèi)化合物、氧化物（包括醚、酯、酮、醛、過(guò)氧化物、羰基化合物等）、機(jī)械雜質(zhì)（如機(jī)械金屬磨粒、灰塵等）等。 廢潤(rùn)滑油的再凈化則是通過(guò)熱處理、過(guò)濾、脫水、絮凝、離心等工藝去除廢潤(rùn)滑油中的污染物的過(guò)程［１８－１９］。

廢工業(yè)潤(rùn)滑油通過(guò)凈化從而延長(zhǎng)了油品的使用壽命［２０］，法國(guó)道達(dá)爾認(rèn)為，再生 １ ｔ 廢潤(rùn)滑油可以節(jié)省 ７ ～ ９ ｔ 原油的開(kāi)采，可見(jiàn)廢舊潤(rùn)滑油再生利用關(guān)系到資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，意義重大。 而且，廢油再生的研究和應(yīng)用國(guó)際上已經(jīng)將１００ 年的歷史，技術(shù)比較成熟。 而我國(guó)廢潤(rùn)滑油的再生工作尚處于初級(jí)階段，有關(guān)廢油再生的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也并不完善，廢油再生的理論研究仍較薄弱，尤其是有關(guān)廢油再生的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)還很缺乏，而能從實(shí)驗(yàn)室研究走到實(shí)際應(yīng)用的具有產(chǎn)權(quán)的技術(shù)更顯不足。 因此，針對(duì)我國(guó)廢舊潤(rùn)滑油特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)合適的廢油再生理論、技術(shù)和方法，具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。 將廢潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓に囂幚恚行У爻プ冑|(zhì)成分及外來(lái)污染物后，成為再生潤(rùn)滑油，達(dá)到了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的。

３．１ 膜設(shè)備的凈化

膜技術(shù)由于其較高的選擇性、較低的能耗、易于規(guī)?；a(chǎn)以及溫和的操作條件等優(yōu)點(diǎn)，也被大量用于廢潤(rùn)滑油的再生的研究［２１－２３］。 通過(guò)這一改進(jìn)，膜技術(shù)有望克服傳統(tǒng)的廢潤(rùn)滑油處理方法產(chǎn)生二次污染、復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，而且有望提高滑油處理的效率。

Ｙｕｈｅ Ｃａｏ［２４］通過(guò)采用圖 ２ 的工藝，使用了聚醚砜（ ＰＥＳ）、聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）和聚丙烯腈（ＰＡＮ）三種超疏水性中空纖維膜過(guò)濾分離技術(shù)，再生處理廢潤(rùn)滑油。 在 ４０ ℃ ，壓力 ０． １ＭＰａ 的實(shí)驗(yàn)條件下，膜通量為 １．２ Ｌ／ （ｍ２·ｈ），潤(rùn)滑油回收率達(dá)到 ６５％，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膜技術(shù)不僅可以去除潤(rùn)滑油中金屬顆粒污染物和氧化物，還可以改善再生油的物理性能，如可以提高粘度指數(shù)和閃點(diǎn)；超疏水膜對(duì)油具有獨(dú)特的超潤(rùn)濕性特性，可以有效地獲得更高的油通量和對(duì)廢潤(rùn)滑油中極性化合物的截留率［２５］。 Ｗｅｉ Ｃｈａｎｇ［２６］使用聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）中空纖維膜工藝處理廢潤(rùn)滑油，還通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估了用不同 ＰＶＤＦ 含量對(duì)膜過(guò)濾的再生油的物理性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明膜中ＰＶＤＦ 含量增加到 １８％時(shí)，膜通量可以達(dá)到 ４７．１ Ｌ／ （ｍ２·ｈ），回收率達(dá)到 ８４．８％，截留了許多大顆粒雜質(zhì)，包括膠質(zhì)，瀝青質(zhì)，金屬顆粒物，重質(zhì)芳烴和異鏈烷烴等氧化物。 且通過(guò)一定的油品評(píng)價(jià)分析［２７］，再生油的黏度指數(shù)從 １１４．７ 提高到 １１７．１，閃點(diǎn)從１１８. ４ ℃提高到 １５２．２ ℃ ，而且水分含量降低到 ５６×１０－６，色度降低到 ０．２４，再生油的物理性能接近新油指標(biāo)。

季開(kāi)慧［２８］將陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行廢機(jī)油的再生處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷膜技術(shù)可以使廢潤(rùn)滑油的灰分降低到 ０．０６％以下，重金屬脫除率達(dá) ９４％，并代替了傳統(tǒng)的白土吸附工藝，踐行了廢潤(rùn)滑油再生技術(shù)的環(huán)保理念。

然而，膜技術(shù)的應(yīng)用仍然存在一些缺點(diǎn)，如通量和選擇性的權(quán)衡、 材 料 的 敏 感 性、 耐 污 染 能 力 等［２９］。 Ｍｏｈａｍｍａｄｉ 和Ｓａｆａｖｉ

［３０］報(bào)道，廢潤(rùn)滑油的性質(zhì)也會(huì)顯著影響膜的性能，廢潤(rùn)滑油污染度越高，膜通量則越低，因此研究一種較高的污染物截留率和膜通量的膜技術(shù) 提高膜的分離性能是必要性。 ＮｅｗＬｏｇｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．報(bào)道了一項(xiàng)基于使用膜技術(shù)處理廢潤(rùn)滑油的案例研究的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)分析表明了一個(gè)非常引人注目和潛在有利可圖的結(jié)果。 膜系統(tǒng)維護(hù)和清洗費(fèi)用高昂 ，加之膜組件的壽命約為 １．２ ａ［２７］，因此膜更換是*大的成本。

３．２ 靜電吸附濾油機(jī)

靜電濾油機(jī)高壓靜電場(chǎng)作用，使?jié)櫥椭形廴绢w粒物分別顯示正、 負(fù)電性，并在梯形電場(chǎng)作用下，帶正、 負(fù)電性顆粒物各自向負(fù)、 正電極方向游動(dòng)，中性顆粒被帶電顆粒物擠著移動(dòng)，*后將所有顆粒物都吸附在收集器上，徹底**油品中的污染物，如圖 ３ 所示。

Ｔｒａｎ 團(tuán)隊(duì)［３１］開(kāi)發(fā)了一種電荷注入式靜電濾油機(jī)，發(fā)現(xiàn)向油中注入電荷可以提高靜電濾油機(jī)的過(guò)濾速度，此外 Ｙａｎａｄａ 團(tuán)隊(duì)［３２］還研究了當(dāng)注入相同電荷量的條件下，極板間距、電壓和溫度對(duì)過(guò)濾速度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了，電極板間距越小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，過(guò)濾速度就越大；隨著電壓和溫度的增大，過(guò)濾速遞增加；浙江浙能技術(shù)研究院研究［３３］ 表明，新型靜電濾油機(jī)雖然有較高的過(guò)濾精度（小于 ０．０３％），并且可以脫除油泥等氧化物質(zhì)，但是處理效率低，并且當(dāng)油品中有明水或者含水量大于 ５００×１０－６時(shí)必須采用其他手段進(jìn)行水分脫除后，方可使用靜電吸附濾油機(jī)。

３．３ 平衡電荷濾油機(jī)

平衡電荷式濾油機(jī)的原理圖如圖 ３，其設(shè)計(jì)的思路是讓廢潤(rùn)滑油油經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾后，流向兩個(gè)支路，然后通過(guò)對(duì) ２ 個(gè)支流分別加載可控電流，使得油液中的微米／ 亞微米級(jí)顆粒污染物通過(guò)支流后會(huì)帶上接平衡的正負(fù)電荷，當(dāng)兩個(gè)支流匯合并充分混流時(shí)，分別攜帶正負(fù)電荷的污染物通過(guò)相互吸附、凝聚的方式，使污染物尺寸變大的同時(shí)完成了大部分電荷的平衡，進(jìn)而被高精度濾芯攔截，因此亞微米級(jí)顆粒污染物經(jīng)過(guò)濾系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)抱團(tuán)長(zhǎng)大后被捕捉攔截。

平衡電荷濾油機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中也有一定的應(yīng)用效果，于躍等［３４］將平衡電荷濾油機(jī)用于小浪底水電站水輪調(diào)速系統(tǒng)的在線(xiàn)過(guò)濾，有效解決了設(shè)備系統(tǒng)閥組卡澀現(xiàn)象，并且油品清潔度 ＮＡＳ１２ 級(jí)凈化至 ＮＡＳ５ 級(jí)，并且使得油箱中不再有油泥的產(chǎn)生；賴(lài)曉燕［３５］將平衡電荷濾油機(jī)應(yīng)用于火電廠透平系統(tǒng)、水電站液壓油站、在大型船用柴油機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，清潔度可以達(dá)到ＮＡＳ８ 級(jí)，且對(duì)系統(tǒng)內(nèi)形成的漆膜、油泥、膠質(zhì)有較好的清潔效果，驗(yàn)證了平衡電荷濾油機(jī)較高的過(guò)濾精度，但是其過(guò)濾效率較低，且不適用于高黏度潤(rùn)滑油的凈化。

３．４ 電吸附濾油機(jī)

電吸附濾油機(jī)是高存興團(tuán)隊(duì)［３６－３７］自主研發(fā)的，其核心是改性的濾芯新材料，通過(guò)外加的高壓電極誘導(dǎo)改性的濾芯材料產(chǎn)生強(qiáng)極性，并形成三維立體靜電場(chǎng)，使油品中的補(bǔ)強(qiáng)炭黑、有機(jī)酸、堿性氮、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、金屬鹽類(lèi)以及在使用過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)合水等極性帶電荷的物質(zhì)（即正負(fù)電子云中心不重合的共價(jià)化合物）發(fā)生定向流動(dòng)，被改性的濾芯材料捕捉、吸附，實(shí)現(xiàn)有機(jī)同相互溶物的分離，降低油品的酸值、微水含量、殘?zhí)?、灰分、重金屬含量及機(jī)械雜質(zhì)，進(jìn)而改善潤(rùn)滑油品的使用性能。

其整個(gè)凈化過(guò)程中采用“減法”工藝，不論是低黏度的液壓油、高黏度的齒輪油和密煉機(jī)轉(zhuǎn)子密封油，電吸附濾油機(jī)都可以進(jìn)行凈化處理，且電吸附濾油機(jī)不受工業(yè)潤(rùn)滑油中水分含量的影響，對(duì)水分含量＞０．５％的工業(yè)潤(rùn)滑油，脫水精度亦可達(dá)到＜３００×１０－６。 同時(shí)，電吸附濾芯對(duì)油品氧化變質(zhì)的極性物質(zhì)都可有效地剝離、去除，而不影響潤(rùn)滑油中有效成分的存在，并且沒(méi)有外加的添加劑等組分，能有效避免對(duì)環(huán)境的二次污染。 采用吸附原理而非阻攔式過(guò)濾的方式，所以不會(huì)使濾芯堵塞而影響流量，凈化效率顯著，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)備潤(rùn)滑油的循環(huán)再利用，*終使廢潤(rùn)滑油的價(jià)值*大化。

以青海某鍛造公司為例，在引入電吸附濾油機(jī)，完成了 １００余 ｔ 廢液壓油的循環(huán)再生利用，減少了 ５０％ ～ ６０％新油采購(gòu)成本； 節(jié)能 ５０％ ～ ８０％，避免了 １００ ｔ 危廢排放和對(duì)土壤等環(huán)境的污染；依據(jù)理論推算［１５］，再生 １００ ｔ 廢液壓油則減少了 ７００～ ９００ｔ 原油的開(kāi)采和使用，降低了約 ５８ ｔ ＣＯ２ 的排放；有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

４ 結(jié)語(yǔ)

廢工業(yè)潤(rùn)滑油的再生是一項(xiàng)利國(guó)利民的事業(yè)，不僅減少工業(yè)潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的污染，減少企業(yè)對(duì)潤(rùn)滑油的消耗，同時(shí)可以有效地緩解國(guó)家能源的緊缺狀況，改善國(guó)家的能源安全，而且為企業(yè)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

雖然靜電濾油機(jī)、平衡電荷式濾油機(jī)、電吸附濾油機(jī)以及膜分離技術(shù)，對(duì)廢工業(yè)潤(rùn)滑油的過(guò)濾精度都比較高，且能有效去除油液中的亞微米級(jí)顆粒物，同時(shí)對(duì)油泥、漆膜及膠質(zhì)狀污垢油有良好的去除效果。 但是靜電濾油機(jī)和平衡電荷濾油機(jī)只適用于低黏度的工業(yè)潤(rùn)滑油，且靜電濾油機(jī)只適合處理水分含量＜５００×１０－６的工業(yè)潤(rùn)滑油，而膜分離技術(shù)中膜的通透性和抗污染能力這兩個(gè)問(wèn)題有待解決和完善，但電吸附濾油機(jī)具有較高的處理效率、顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，且對(duì)廢工業(yè)潤(rùn)滑油的凈化有良好的普適性，電吸附凈化技術(shù)有著良好的應(yīng)用前景，可能是未來(lái)研究和應(yīng)用的方向。