废矿物油再生利用的工艺和行业现状分析

丁木生

(无锡市志云废油处理有限公司，江苏 无锡 214194)

废矿物油是指从石油、煤炭、油页岩中提取和精炼，在开采、加工和使用过程中由于外在因素作用改变了原有的物理和化学性能，不能被继续使用的矿物油[1]。

1 市场上产生的废矿物油的组成和分类

1.1 废矿物油的组成

通常市场上产生的废矿物油主要由基础油和添加剂调和而成的产品长期使用后产生的[2]。添加剂含量一般是10%左右，其作用主要是为了提高产品在减磨、润滑、密封、防蚀、冷却、清洁、防锈等方面的性能[3]，主要种类有：抗氧化剂、防锈剂、防泡剂、粘度指数改进剂、降凝剂、分散剂等。

1.2 废矿物油的主要分类

废矿物油可分为废车用润滑油、废工业润滑油和其他类型的废矿物油，废车用润滑油主要有废发动机油、废制动器油、废自动变速器油、废齿轮油和废润滑脂等。废工业润滑油包括废淬火油、废液压油、废冷冻机油和废防锈油等主要类型。其他类型废矿物油，如废白油，是白油被当作溶剂使用后产生的[4]。

2 废矿物油的产生原因和危害

2.1 废矿物油的形成原因

废矿物油通常是由矿物油在使用过程中产生的，主要的杂质是机械杂质、水分、胶质、焦炭、沥青等物质。其形成的原因主要来自以下几个方面[5]。

2.1.1 被外来杂质污染

在润滑油使用过程中，由于系统和机器外壳封闭不严导致灰尘、沙砾浸入油中，也容易被各种机械杂质污染,如金属屑末、纤维物质等。

2.1.2 吸水

机械设备的润滑系统、液压传动系统或水冷却装置不够严密等原因使水流入润滑油中。空气中的水分也可能被油吸收，吸水性一般随温度升高而增大。

2.1.3 热分解

机械设备在高温环境下运转时，润滑油会缓慢发生热分解，产生胶质和焦炭等杂质，一段时间后，润滑油将失去使用价值。

2.1.4 被燃料油稀释

内燃机润滑油由于燃料油没有充分燃烧而渗入到润滑油中，使润滑油失去原有的作用。

2.1.5 氧化

矿物油在使用过程中与空气接触会发生氧化作用，使得润滑油颜色逐渐变深，粘度越来越大。氧化程度与温度、金属磨削和燃烧产、含水量有关。温度越高，氧化效果越明显。在磨损的金属当中，铜对润滑油的催化效果很明显。金属氧化物，如氧化铁和氧化镍，在高温下对润滑油的氧化反应有很强的催化作用。水分也会使一些润滑油添加剂中的物质加快对润滑油的氧化[6]。

2.2 废矿物油的危害

2.2.1 对设备的危害

设备中的润滑油变质会生成胶质、油泥、氮硫氧化物等物质，将极大影响设备的运转性能；胶质和焦炭阻碍了润滑油的流动性，使得设备散热减慢；设备磨损增加减少了设备的使用寿命[7]。

2.2.2 对环境的危害

废矿物油是国家明确规定的危险废物，废矿物油中含有多种有毒有害的物质，如金属、苯系物、多环芳烃等[8,9]。如果将废矿物油随意倾倒至水体或土壤中，会造成严重的污染，破坏水体和土壤的生态平衡，严重威胁人类健康和动植物生长[10,11]。

3 几种常见的废矿物油的处理工艺

废矿物油通过一定的物理和化学方法处理可得到可利用的基础油。因此，废矿物油具有污染性和资源性，将其综合利用具有良好的经济效益，符合国家发展循环经济的要求，应用前景广阔。目前国内外有多种成熟的工艺，以下简要介绍了几种常见工艺[4,6]。

3.1 两种硫酸-白土精制工艺

3.1.1 蒸馏-酸洗-白土工艺

该工艺是国内以前经常使用的再生方案。首先通过蒸馏方案，分离出轻组分和水分，以及胶质等重组分，然后加入硫酸去除部分杂质，最后再用白土精制得到基础油。该工艺使用硫酸对设备有较强的腐蚀性，且产生较多的酸渣和白土渣，二次污染比较严重，需要再对酸渣和白土渣设法处置，国家已经明文禁止这种工艺的使用[1]。

3.1.2 Meinken工艺

Meinken工艺是德国Meinken公司研发，该工艺通过加快机械搅拌，使硫酸和废矿物油充分接触反应，得到的基础油质量很好，不仅提高硫酸的利用率，还减少了后续白土的使用量，既减少了成本，又减少了对环境的二次污染。

3.2 小分子烷烃精制工艺

废矿物油中的有效成分在小分子烷烃中溶解性较好，而沥青等杂质在小分子烷烃中的溶解度较低。可用小分子烷烃和废矿物油混合，分离出杂质。

3.2.1 IFP工艺

IFP工艺是由法国石油研究院研发的一种废矿物油再生技术，大致步骤是在预处理后的废矿物油中加入小分子烷烃丙烷萃取抽提，分离出大部分沥青等杂质，然后再用硫酸-白土对废油处理，最后分离杂质得到基础油。该工艺与蒸馏-硫酸-白土工艺相比，硫酸和白土的使用量都明显减少，降低了成本，提高了收率，减少了硫酸-白土法带来的二次污染。

3.2.2 Snamprogeti工艺

Snamprogeti工艺是意大利Snamprogeti S.P.A.公司研发的。该工艺先对废矿物油进行常压蒸馏分离出轻组分和水，然后加入丙烷抽提，使沥青分离出来，再经过真空蒸馏得到基础油，溶剂回收重复利用，剩余部分再一次用丙烷抽提后，真空蒸馏得到基础油。该工艺未采用硫酸和白土处理废油，是IFP工艺的改进工艺。不会产生酸渣和白土渣，产生的沥青有其他利用价值，减少了环境污染。Snamprogeti工艺由多套设备组合而成，投资大，设备复杂，流程长，适用于废矿物油的大规模处置。

3.3 极性有机溶剂精制和加氢精制工艺

极性有机溶剂精制和加氢精制工艺各有优势，两种工艺对环境无污染，有时还可以将两种工艺结合使用。

3.3.1 蒸馏-极性有机溶剂精制

该工艺首先通过蒸馏蒸出废油中水和轻组分，然后利用极性有机溶剂对废油中杂质的溶解度较高、对废油中有效成分溶解度较低的特点萃取废油中的杂质，有时还需加入少量白土进行精制，该工艺在国内也比较成熟，使用的企业较多，常用的溶剂有糠醛、N-甲基吡咯烷酮等。

3.3.2 蒸馏-加氢精制(KTI工艺)

利用氢气的还原性，在一定压力和催化剂下，使废矿物油中被氧化的杂质转化为易去除的物质，还可减少废油的不饱和度，改善油品的质量， KTI工艺就是利用这个原理。该工艺污染小，基础油收率高，产品质量很好，但该工艺的操作相对复杂，技术门槛高，投资较大，因此该工艺适合在拥有一定技术储备和资金储备的大型企业使用，国内中小企业使用较少。

KTI工艺由海湾科技公司和国际动力技术公司共同研发，主要方案是高真空蒸馏-加氢精制。该工艺主要首先通过常压蒸馏分离出水和轻质油，然后经过高真空蒸馏蒸出基础油馏分，最后对基础油馏分加氢精制得质量较好的基础油。该工艺可以有效去除废油中氮、氧、硫等杂质，收率达到80%～85%，但对设备和操作的要求较高，流程较长。

3.3.3 BERC工艺

BERC工艺是美国能源中心开发的工艺，该工艺全程未采用酸洗，采用的是溶剂精制和加氢精制方案，所用的溶剂是一种混合极性有机溶剂(正丁醇∶异丙醇∶甲乙酮=2∶1∶1)。该混合溶剂与废矿物油的比例为3∶1，混合后萃取离心去除杂质，再减压蒸馏蒸出馏分，最后通过加氢精制得到润滑油基础油，该工艺使用溶剂精制和加氢精制，对操作和设备要求都比较高。

3.4 膜分离工艺

3.4.1 震动膜技术[12]

震动膜技术是通过超频震动来使薄膜表面会产生剪切力的高效膜分离技术。该技术可以有效解决普通膜分离技术的膜污染、堵塞等问题，大大增加膜的效率，减少清洗周期，延长膜的使用寿命。该工艺能耗较低，二次污染小，连续生产周期较长，产品品质较好，是一种较好的废矿物油方案。

3.4.2 超声陶瓷膜工艺

目前去除废油中固体杂质和水分的主要方法有重力沉降、离心分离以及水力旋流等方法[13]。但是这些方法只能去除大部分水分和大颗粒的杂质，在处理细微粒固体和水滴时效果不太理想[14]。为了达到更高的分离效果，超声陶瓷膜技术被应用在废油处理工艺上[15]。虽然膜处理具有能耗低、操作方便和回收率高等优势，但是仍要面临浓差极化和膜污染等问题[16]。为了加强膜的分离效率，可以尝试的方案有增加原料处理环节、优化分离条件、反冲洗、外加力场等。在外加力场中，超声强化膜分离技术是一种高效的强化方法，超声波能够极大减轻浓差极化和膜污染引起的膜通量降低的影响，因为超声波可以通过引起膜面机械振动、声冲流和声空化来清洁膜表面的截留物质[17-19]。有研究表明[20]，超声陶瓷膜工艺的膜通量和膜孔径、温度、材质、压差以及超声振动频率有关。氧化锆膜比氧化铝膜更适用于废矿物油的油水分离。膜通量随着温度的升高而增加，虽然陶瓷膜能够耐高温，但过高的温度会带来能耗的增加，适宜温度为40 ℃。压差超过0.1 MPa时，膜通量不再随压差增大而增大，反而降低，过高的压差会造成渗透液中油含量的增加，适宜压差为0.1 MPa。超声振动频率在20～25 kHz范围时，膜通量最大，分离效率最高。以条件下对油的截留率达到99.9%。

3.5 活泼金属精制工艺(Recyclon工艺)

Recyclon工艺首先用常压蒸馏蒸出水分和轻组分，然后再加入金属钠去除废油中的氧化物和添加剂，最后再过滤生成的钠盐，滤液经过3个串联的薄膜蒸馏器蒸馏，得到不同型号的润滑油基础油。

4 废矿物油再生利用行业的现状分析

为发展循环经济和保护生态环境，国家非常重视废矿物油再生利用行业的发展，已在环保、税务等方面制定了多项政策来促使废矿物油处理行业朝着正规化、可持续化的方向发展。

废矿物油是危险废物，其收集、贮存、处置等经营活动应严格遵守《危险废物经营许可证管理办法》的规定。废矿物油经营单位必须依法从环保部门取得《危险废物经营许可证》后才可以正规化、合法化经营。

为了支持废矿物油再生利用行业的发展，促进资源综合利用和环境保护，国家在税务方面制定了如下优惠政策：(1)根据财政部、国家税务总局发布的财税[2013]105号文《关于对废矿物油再生油品免征消费税的通知》，自2013年11月1日至2018年10月31日，对以回收的废矿物油为原料生产的润滑油基础油、汽油、柴油等工业油料免征消费税。(2)根据财税[2018]144号文《关于延长对废矿物油再生油品免征消费税政策实施期限的通知》，财税[2013]105号文实施期限延长5年，自2018年11月1日至2023年10月31日止。(3)根据财政部、国家税务总局财税[2015]78号文关于印发《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》的通知，废矿物油综合利用产品润滑油基础油、汽油、柴油等工业油料增值税退税比例为50%。

随着目前国家环保政策的实施，环保观念已经深入人心，基本不会发生有个人或单位将废矿物油直接排放的现象。因废矿物油具有较高的资源利用价值，以前有部分企业私自将废矿物油以较高的价位卖给无证的处置单位。这些无证经营单位的设备、人工、加工成本较低，工艺一般比较落后，缺少二次污染防治措施，向产废单位的收购废油时有价格优势，严重干扰废矿物油再生利用的市场。随着近几年来全国环保执法力度不断加强，无证经营单位的生存空间越来越小，大部分产废单位都已遵循环保相关法规，将自身产生的废矿物油交给具有废矿物油(HW08)处理资质的单位进行处置，废矿物油再生利用行业基本已经实现无害化、资源化、合法化。在未来，有证经营的废矿物油加工企业应研发更加先进的技术，利用技术优势提高处置能力，降低生产成本，提高自身在市场上的竞争优势。