废机油再生技术进展*

何长轩，蒋玲玲，雷登丽，包朝霞，宋艳敏，邓玮容

(1 重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331；2 重庆万盛煤化工有限责任公司，重庆 400805；3 川庆钻探有限公司井下作业公司，四川 成都 650001)

1 废机油的来源及危害

随着我国经济的快速增长，汽车和船舶等行业得到了高速发展，我国对机油的需求量也逐渐增多，废机油的处理问题也随之而生。废机油是指在各种车辆、船舶等机械的使用过程中，被换下来的受到杂质污染、氧化或热分解作用后的废润滑油。废机油中含有大量杂质成分，会加速机械设备的磨损，对设备造成严重的腐蚀。废机油中的废酸以及重金属等物质会使人产生贫血、恶心等症状，甚至会影响人的神经系统。研究表明[1]，500 g废机油可污染1000 t清水，相当于污染7人一年左右的用水量。据不完全统计[2]，我国每年产生废机油约3000万吨，处理方式较为粗放，回收利用率极低，仅有20%左右。废机油倒掉或焚烧既浪费资源又造成了严重的环境污染，甚至对人体健康产生危害；充分合理的利用废机油再生制备成精制机油或炼制成燃料油，则既能缓解我国石油短缺的矛盾又能促进环保变废为宝，创造出可观的经济效益。因此，废机油的再生与利用显得非常重要。本文综述废机油的国内外技术进展，为相关学者对废机油的加工处理提供参考。

2 废机油再生工艺

美国是对废机油进行回收再生利用起步最早的国家，最早的废油再生技术为硫酸-白土工艺。硫酸-白土工艺主要对废内燃机油进行回收再生，再生率达到18%。由于硫酸-白土工艺的再生率低、污染大等因素，国内外在此工艺技术上进行了进一步研究。国外研发了蒸馏-白土再生、化学脱金属-加氢等工艺[3]，而我国经过飞速发展后，最终在全国形成一种以中国石化销售公司下属厂为骨干的采用硫酸-白土再生装置的全面废油再生系统，而后还研发出薄膜蒸馏-糠醛精制-白土工艺等工艺[4]。21世纪以来，由于国内外石油资源的紧张局势，各国学者不得不在前人的研究基础上进行了研究改良，以得到更加具有经济效益的回收再生工艺。例如，将用于硬脂酸单甘油酯生产的分子蒸馏应用到了废机油处理上；将薄膜蒸馏-加氢技术进行完善，形成了新型的膜分离技术等。以下对近年来国内外主要的废机油再生技术进行介绍和总结，以期为废机油新技术的开发与利用提供思路与借鉴。

2.1 酸碱精制工艺

最早的废机油再生工艺是硫酸-白土工艺，其工艺原理是首先将废机油进行预处理，去除掺杂其中的水分和机械杂质，再加入硫酸对废机油里的非烃物质和部分烃类物质进行溶解或反应，最后由白土进行吸附分离，最终得到再生油。

郭长利[5]用硫酸-白土精制工艺对废机油进行了再生实验研究以生产合格的润滑油基础油。实验中选用了酸值为0.1～0.3 mgNaOH/g的机床油等废机油为原料，90%～96%浓度的硫酸精制30 min后再采用白土进行吸附，最终反应得到的再生基础油可用于各类机械油的生产。实验结果还表明该工艺可根据产物的精制要求相应的调整硫酸浓度和用量，从而满足各种再生工艺。

刘音等[6]在对废机油进行预处理和常减压蒸馏后，加入质量分数为4.5%的酸溶剂(含1.5%质量分数的络合剂)进行酸洗，然后在40 ℃下用1%质量分数为40%的NaOH水溶液进行碱洗，最后加入3%的白土，在小于120 ℃的温度下搅拌25～30 min，得到再生油。实验结果表明，再生油的酸值从4.35 mgKOH/g降到了0.0695 mgKOH/g，有着较高的脱酸率。

硫酸-白土工艺炼制后的再生油油质一般较好，可达到基础油的标准，但此工艺对环境污染较大，还会浪费大量白土，生成大量三废。为了减小环境污染以及后继处理工序，由硫酸-白土工艺衍生出一系列更加优良的工艺，例如：沉降-酸洗-白土工艺、沉降-酸洗-碱洗-白土工艺、蒸馏-酸洗-白土工艺、沉降-蒸馏-酸洗-白土工艺等等。

2.2 溶剂精制工艺

溶剂精制工艺是一项十分成熟的废机油再生技术，该技术首先利用常压蒸馏或减压蒸馏将废机油中的理想组分粗分出来，然后加入一定的溶剂与粗产物混合进行萃取后，分离出理想组分，再加入白土补充精制。传统的溶剂主要有糠醛、苯酚、N-甲基吡咯烷酮。

苏佩汝等[7]研究选用N—甲基吡咯烷酮作精制萃取溶剂，探究废机油溶剂精制的各项工艺参数，实验发现，在剂油体积比为1.8∶1、反应温度为95 ℃、精制时间为30 min的反应条件下，得到的精制油性能最好，能做基础油使用，且回收率可达64.9%。

李燕等[8]收集了废机油并采用异丙醇为萃取剂进行溶剂萃取—白土精制再生研究。实验中对几种废油在剂油质量比为3∶1、萃取温度为60 ℃下进行萃取，然后在185 ℃下使用10%油质量的白土进行精制，得到再生油，且回收率可达55%以上。研究表明，各种再生油黏度等性能基本满足润滑油基础油HVI105标准。

Ouyang Ping等[9]研究了废机油再生时采用粉煤灰/溶剂萃取的组合工艺。实验选用了酸值为2.892 mgKOH/g的废机油和12%质量分数的电厂粉煤灰，以950 r/min的搅拌速度在90 ℃下搅拌60 min，最终能得到酸值为1.502 mgKOH/g的再生油。在前述工艺基础上，选用不同种类的溶剂，在50 ℃的反应温度下萃取30 min，结果表明质量比1∶1的异丙醇与异丁醇作为溶剂时，能使酸值降到0.13 mgKOH/g。研究还发现，粉煤灰对废润滑油有良好的吸附效果，溶剂萃取—粉煤灰吸附工艺比粉煤灰吸附—溶剂萃取工艺对废润滑油的再生效果更好。

杨茜雯等[10]以二甲基亚砜和N,N-二甲基酰胺所制备的复合溶剂对车用废润滑油进行了精制研究。DMSO为主溶剂、配比10%的DMF为助溶剂时，在110 ℃下反应30 min，得到的再生油的回收率可达86.7%；DMF为主溶剂、配比10%的DMSO为助溶剂时，在70 ℃下反应30 min，得到的再生油回收率可达89.3%。二者所得的精制油性能好，各项指标均能达到润滑油基础油HVI105的标准。

溶剂精制是利用的萃取原理，所采用的萃取剂为常压下的液体，当萃取剂改用超临界流体时溶剂精制又叫超临界流体技术。超临界流体技术是一项有着巨大发展潜力的前沿技术，该技术是利用超临界流体在临界温度和临界压力时粘度低、扩散系数大、溶解能力强的特点，使用超临界流体对废机油进行萃取，从而将废油中的有效成分和杂质进行分离。

Jesusa Rincon等[11]采用乙烷的超临界流体对废润滑油进行了再生研究，结果表明产率与乙烷的状态有关。对于液态乙烷，产率在一定压力下与温度无关，呈气态时随压力的增加而增加，随温度的增加而降低，其中金属化合物的分离不随着压力而变化，但随温度的增加而增加；氧化物在低压时更易分离，但会随温度的增加而增加。

溶剂精制工艺具有操作简单、成本低、产量高、产品质量好等优点，该工艺虽易腐蚀设备，且易造成管道堵塞，但仍是我国目前最常用的废机油再生方法。而超临界流体技术能耗低、产物易于分离、操作易于控制，集精馏和液液萃取的特点于一体，在萃取过程中是相对挥发度和分子间亲和力同时作用，故可分离一些常规方法难以分离的物系。但是，超临界萃取技术的设备投资费用以及操作费用都较大。

2.3 加氢精制工艺

加氢精制工艺的工作原理是首先将废机油通过简单蒸馏除去其中的一些轻质组分得到馏分，再将氢气与馏分一起通过化学反应将其中的烯烃、含硫、含氮、含氧等化合物转化为相应的烃类及易除去的H2S、NH3和H2O，最后经过简单的分离得到纯净的产物。加氢精制工艺是目前较为先进的废油再生技术之一，典型的加氢精制工艺有KTI工艺、Kleen工艺、Hylub工艺、Revivoil工艺以及Prop工艺。

孙国权等[12]以废润滑油预处理后小于510 ℃的馏分为原料，在小型加氢反应装置上进行加氢处理与补充精制的组合工艺研究，最后得到精制再生油。实验所用催化剂为中石化抚顺石油化工研究院开发的蒸馏预处理—加氢催化剂，反应压力为(基准+5) MPa，反应温度为在(基准+20)℃/(基准+10)℃、氢油体积比800等条件下，废润滑油可再生成的润滑油基础油，精制油的色度达到+30号。

柳云骐等[13]选用大孔氧化铝和ZSM-5分子筛为载体，用Ni和Mo改性制备出降凝催化剂，在固定床反应器上以360 ℃的反应温度、5 MPa的反应压力、1 h-1的体积空速、500∶1的氢油体积比的条件下对废润滑油进行再生，得到的再生油的粘度等参数大大改善。

刘建锟等[14]采用自主研发的加氢催化剂和吸附剂对废润滑油进行处理，350～520 ℃的废润滑油馏分为原料，进行加氢精制处理，并探究了不同反应温度下对产品的性质的影响。实验结果表明，在(基准-30)～(基准+20) ℃的反应温度下，均能得到优良的产品，且产品回收率可达98%以上。

加氢精制工艺提高了废机油的回收率，并且精制油品质较高，不会产生大量废弃白土，因而加氢精制工艺使用越来越广泛。但是，加氢精制工艺需要在高温高压下完成，反应原料不能二次使用，故投资成本较高，对设备要求苛刻，不适用于经济不发达的国家。

2.4 分子蒸馏工艺

分子蒸馏又称作短程蒸馏，是一种在高真空条件下利用各种物质的平均自由程差异来分离物质的新型分离技术，属于非平衡蒸馏技术。

Zhaomei Meng等[15]研究了分子蒸馏分离废油的影响因素，发现在预处理时加热至170 ℃后，在70 Pa、20 ℃下进行蒸馏，得到再生油。此方法废油回收率可达50%以上，实现了资源的合理利用。

董玉[16]同样研究了不同分子蒸馏对废油再生油品性能的影响。废油在经过预处理后，加热至120 ℃送入薄膜蒸发器中蒸馏，通过改变其反应温度和压力，找寻其中的规律。实验研究表明：在采用单因素实验时再生油的残炭量、黏度以及酸值均随温度的增加而增加，随压力的增加而减小。在180 ℃、50 Pa的优选蒸馏压力下，得到的再生油性能最好。

Fu Zhong等[17]进行了废润滑油分子蒸馏分离的研究，在120～180 r/min转速下搅拌，250 ℃反应温度以及1 pam压力下，将废润滑油进行连续分子蒸馏分离，可得到了柴油、蜡油以及一部分基础油，这些油品均符合国家标准。

总之，分子蒸馏工艺操作条件简单、分离程度大、产品收率高、无酸碱试剂和白土的加入，不会对环境造成污染。但是该方法对设备要求较高，使得前期投资大，且设备生产能力有限，不能大规模进行处理。

2.5 膜处理技术

膜处理技术是一项高效节能的新型分离技术，在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域广泛开发和应用，该技术是让废机油在外力推动下透过膜，利用膜的选择透过性，让部分物质透过或截留下来，使废机油中的物质得以有效的分离，并能针对某些物质进行精馏提纯。

钟道悦[18]结合我国废油再生行业的现状和发展趋势，研发了一种利用无机陶瓷膜分离和活性白土精制结合的技术处理废机油，得到有着良好理化性能指标的再生油。但由于废油的粘度大，其中的杂质数量多，成分复杂，造成膜的通透性降低，或造成膜污染，使膜不能多次重复使用。

马奕炜等[19]利用CO2作为降粘剂，采用超临界流体技术和膜处理技术相结合的工艺处理废油。利用CO2来溶解润滑油，不仅降低油品的粘度，还可减少消耗的能量，再采用膜分离技术进行过滤，实现了废油的净化和再利用。

膜处理技术绿色环保，分离效率高，减少了废油在处理过程中的损失，大大提高了再生率。但由于在多次使用后膜的通透性能会降低等原因，会造成再生油成本较高。

3 结 语

废机油的再生是一项利国利民的事业，不仅能减少废机油对环境的污染，还能缓解我国石油资源匮乏的现状，带动国民经济。硫酸-白土工艺技术最成熟，但该工艺对白土需求量很大，会生成严重的三废问题，对环境有着极大的污染，故该工艺逐渐被溶剂精制和加氢处理所替代。溶剂精制与加氢处理对环境污染小，分离效果好，但加氢处理能耗较高，投资成本高，不适用于发展中国家。超临界萃取的萃取过程在高压下进行，所以对设备以及整个管路系统的耐压性能要求较高，设计和制造大型的高压萃取设备具有一定难度，安全保障问题也较突出。新兴的分子蒸馏技术生产能力有限，因此不适合大规模生产应用；膜分离技术中膜的通透性和抗污染能力这两个问题有待解决和完善。几种废油再生利用工艺中，分子蒸馏、膜分离技术以及超临界流体技术都有着良好的前景，可能是未来研究的主要方向。