废矿物油再生工程规划与设计

陈金思，周基建，邓文展，陈 勇

安徽华神工程技术有限公司，安徽 合肥 230061

废矿物油是因受污染、氧化、光和热等外在因素作用导致改变了原有的理化性能，不能继续使用的矿物油。废矿物油或含矿物油废物含有重金属、苯系物、多环芳烃等，都具有毒性，部分废矿物油还具有易燃性[1]。我国将废矿物油列入《国家危险废物名录（2021年版）》，其废物类别为HW08。废矿物油再生工程与一般炼化项目相比，二者在规划设计方面既有共性，又有各自特点。目前废矿物油行业标准、规范对再生利用环节缺乏明确的技术规定，工程规划与设计的难点较多。文章以处理规模为3万～9万t/a的废矿物油综合利用工厂的设计、验收及运行管理为例，总结了废矿物油再生工程规划与设计要点，供行业相关人员参考。

1 废矿物油再生技术及行业现状

1.1 废矿物油再生行业现状

废矿物油与含矿物油废物源于石油开采、天然气开采、精炼石油产品制造及非特定行业。根据废矿物油来源，可将废矿物油分为废车用润滑油、废工业润滑油及其他类型废矿物油，废车用润滑油和废工业润滑油占比超过80%[2]。

通过对各省市危险经营许可证颁布情况公示数据的分析可知，截至2019年6月，我国生态环境保护行政主管部门共计发放危险废物经营许可证2630张，其中废矿物油经营许可证523张，核准的总处理能力为1070万t/a。年处置3万t以上的企业有89家，1万t以下的有300家，134家处于1万～3万t，企业平均处理能力为2万t。根据《中国固体废物处理行业分析报告》（E20研究院，2020版），2019年我国废矿物油再生行业市场规模为439亿元。

1.2 废矿物油再生技术及应用

润滑油由基础油（80%～90%）和添加剂（10%～20%）组成，矿物油质变过程伴随着复杂的化学、物理变化，变质组分主要是极性化合物[3]。润滑油在使用过程中，基础油组分略有下降，废矿物油中的过氧化物、胶质沥青质、有机物、酸、水分、机械杂质等含量明显增加。尽管废矿物油中基础油比例有所降低，但大部分基础油组分保留完好，如采用适当的方法将废矿物油中污染物、杂质等分离，废矿物油中80%以上的基础油可再利用[4]。基础油主要通过石油炼制获得，每吨原油仅能炼制出300kg基础油，与直馏基础油相比，使用再生基础油可减少CO2排放量40%[5]。因此，废矿物油再生利用具有重要意义，我国已出台了一系列政策、标准，鼓励开展废矿物油综合利用。

我国废矿物油再生技术发展大致分为3个阶段：

（1）起步阶段（1997年以前），多采用再净化方法。

（2）发展阶段（1997—2016年），以《废润滑油回收与再生利用技术导则》（GB/T 17145—1997）实施为标志，此阶段多采用再净化、再精制或者二者组合工艺技术。

（3）提标阶段（2016年至今），以《废矿物油综合利用行业规范条件》（2016年1月1日实施）施行为标志，再精制、再炼制被广泛应用，再净化仅作为预处理措施。废矿物油再生技术如表1所示。

表1 废矿物油再生技术

2 规划选址与总图布置

2.1 规划选址

废矿物油再生利用工程规划选址除了要符合项目所在地总体规划、产业政策及危险废物污染防治规划，还应符合《危险废物贮存污染控制标准》（GB 18597—2001）及《废矿物油综合利用行业规范条件》的规定，综合考虑地质条件、地下水位、风向、防洪排涝、安全、环境目标等要素，通过比选确定最佳选址方案。在没有进行环境影响评价之前，根据废矿物油再生工程规模及污染物控制水平，可按如表2所示经验数据选择环境防护距离。废矿物油再生工厂用地边界与地表水体距离应大于150m，场地位于大气环境保护目标的常年最大风频的下风向，场地防洪设计标准（重现期）为50年。

表2 废矿物油再生工厂环境防护距离

2.2 总图布置

废矿物油再生工厂的总图布置应符合《石油化工企业设计防火标准》（2018年版）（GB 50160—2008）、《建筑设计防火规范》（2018年版）（GB 50016—2014）、《工业企业总平面设计规范》（GB 50187—2012）及《化工企业总图运输设计规范》（GB 50489—2009）的规定。工艺装置火灾类别是总图布置的重要依据，在缺乏设计基础资料的情况下，可按照如下方法判别：

（1）废矿物油为丙B类液体，但其操作温度（330～385℃）超过其闪点（210～250℃），应视为乙B类液体，因此废矿物油再生工艺装置火灾类别通常为乙类。

（2）含矿物油的废物通常为固态或半固态，一般采用热解方法回收矿物油，热解温度为200～550℃，热解产物为矿物油、不凝气及残渣，不凝气主要由C1～C4烃类组成，该组分含量达到90%，其中甲烷含量高达42.13%，不凝气属于甲B可燃气体，热解装置火灾类别通常为甲类［6］。

3 工程设计要点

3.1 产品方案及质量标准

废矿物油或含油废物经资源化加工可制取润滑油基础油、燃料油、燃料气、渣油、干馏渣等，产物可对外销售或作为下游企业生产原料。《废矿物油综合利用行业规范条件》第二十四条规定，再生润滑油基础油、再生燃料油的产品质量标准，参照中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司相关产品主要指标执行。产品相关标准包括《废润滑油薄膜蒸发再生润滑基础油》（HG/T 5679—2020）、中国石油天然气集团公司企业标准《通用润滑油基础油》（Q/SY 44—2009）、《燃料油》(SH/T 0356—1966)等。目前从废矿物油再生产品标准执行情况来看，这些标准没有强制约束力，缺乏广泛执行基础，主要体现在以下四个方面：

（1）标准中指标体系不能适应废矿物油再生品种的多样性。

（2）再生基础油与矿物基础油执行统一指标，不符合废矿物油再生行业的实际。

（3）再生燃料油的指标数量少、质量要求低，再生燃料油很难进入终端市场。

（4）缺乏废矿物油再生副产物（品）的质量指标或规定。因此，工程设计应充分考虑产品方案和标准衔接问题，尤其重视产品出路或去向。

3.2 工艺流程与技术方案

液态废矿物油综合利用的一般工艺流程如下：接收→储存→脱酸→沉降→过滤→蒸馏脱水→减压蒸馏→精馏→补充精制→产品。废矿物油加工过程包含净化、精制及炼制等工序，其中减压蒸馏和补充精制是关键工序。减压蒸馏是高真空蒸馏，一般有分子蒸馏、薄膜蒸发、减压蒸馏等方法；补充精制是确保产品质量的重要手段，通常包括溶剂、络合等精制或加氢炼制方法。减压蒸馏和补充精制的各种方法均有规模化应用，设计中可根据各种方法的利弊筛选适用的工艺技术。

考虑到废矿物油来源的不确定，一般设计两条平行的生产线，一条再生润滑油基础油，另一条再生燃料油，原因是部分废矿物油的轻油组分较高，再生基础油生产线也副产一定比例轻组分，这两部分可合并加工成为燃料油。工程设计中应根据废矿物油来源、成分及数量合理确定设计规模，在没有废矿物油基础数据的情况下，再生基础油和燃料油生产线设计规模的比例可选2∶1或3∶1。

3.3 废矿物油接收与储存

液态废矿物油常用钢质罐储存，固态或半固态含矿物油废物可储存于油泥池中，废矿物油储存周期为7～10d，即可满足工艺生产装置的稳定运行。但考虑到废矿物油来源的季节性、不确定性，废矿物油的储存周期往往提高至20～30d，如大型油库清罐废矿物油达数千吨，通常要求在1周内转运完毕，要求废矿物油再生企业应具备足够的接收、转运、储存能力。

对于液态废矿物油转运系统，其运输车辆与储罐之间建议设置检测罐，检测罐有效容积为50～100m³，对每批废矿物油进行检测、计量，同时对来料起到缓冲、分流作用，避免不同来源、成分的废矿物油混存而影响后续加工。固态或半固态的含油废物建议采用油池储存，储油池为地下或半地下式，有利于保温，全池防渗和卸料部位密封是设计重点。

3.4 工艺设计

废矿物油来源广泛，成分混杂，没有稳定的成分及元素组成，潜在的安全、爆炸风险较大，生产装置需确保安全。工艺设计中通常考虑两段蒸馏，即常减压蒸馏、高真空蒸馏，这样有利于分段提取废矿物油的组分。常减压蒸馏以脱水脱氢（水、轻油等）为目的，高真空蒸馏以提取基础油（馏分油）为目的。将减压蒸馏塔的馏出油按馏程分成2～3个馏分，分别进入中间罐，各馏分蒸馏温度和真空度分别设置、调节，以防止馏分返混。

热油泵为废矿物油循环提供动力，属于高温、连续工作的关键设备，犹如人体血液循环系统中的心脏。通常选用卧式高温热油泵，其安装、维修方便。通用热油泵的耐受温度在300℃以下，如工作介质温度更高，则需定制。

渣油主要来自沉淀、过滤及釜底残余物，其含油率达16%～26%，可采取干馏方法进一步综合利用，即在无氧条件下将渣油加热至350～400℃，油气经冷凝后转化为燃料油、可燃气。渣油也可送焚烧处置。

不凝气是蒸馏工序副产物，由C1～C4烃类组成，主要成分是甲烷，类似天然气。结合3万t/a废矿物油再生装置运行情况，不凝气产量达585t/a（约41.36万m³），不凝气通过管道输送至加热炉作为辅助燃料，可为全厂节约能量8%。

3.5 热能利用

行业准入条件规定，废矿物油提炼再生润滑基础油综合能源消耗应低于900kW·h/t，电力折标煤系数0.1229kgce/（kW·h）（当量值），则综合能耗为 110.61kg/t。在确保产品质量和安全生产的前提下，优化工艺设备及参数配置是系统节能的重点设计任务之一。可采取的热能梯级利用措施如下：

（1）减压蒸馏设备的热量回收，作为原料预热、脱水的补充热量，能将常温原料加热至80℃以上。

（2）不凝气热值达8500kcal/Nm³，密度约为0.707kg/Nm³，回收及热能利用效果显著。

（3）蒸馏工序副产渣油量占废矿物油量的8%～12%，温度为250～300℃，渣油再利用及其热能回收也是节能设计难点。

近年来，部分企业在热能利用方面取得了一些进展，但工艺系统节能水平仍有待提高。

3.6 防渗设计

厂区污染防治区域划分为重点污染防治区、一般污染防治区、非污染防治区。重点污染防治区是指位于地下或半地下的生产功能单元，产生污染物或危险废物，且污染物泄漏后不容易被及时发现和处理的区域或部位。建议在满足消防、安全生产条件的前提下，重点污染区的设施应集中布置，污染区与非污染区分开布置。工厂分区及防渗设计要求如表3所示。

表3 废矿物油再生工厂防渗分区及设计要求

4 展望和建议

我国废矿物油再生利用技术日趋成熟，关键设备和系统集成能力取得了较大的进步，废矿物油再生产业规模和市场份额不断壮大。但从废矿物油再生行业的实际出发，我国废矿物油利用产业发展环境欠佳，技术水平参差不齐，与欧美国家相比尚存在一定差距，进一步提升行业管理水平和产业技术标准是今后废矿物油再生行业高质量发展的前提条件。具体建议如下：

（1）《废润滑油回收与再生利用技术导则》（GB/T 17145—1997）的规定与行业实际偏差较大，对废矿物油收集、贮存、再生、利用等环节约束力不大，该导则亟待修订。

（2）突出废矿物油的资源属性，加强废矿物油再生效率和再生品质量管理。

（3）畅通废矿物油的规范转移途径，进一步放开跨省、跨区转移管控限制。