吳云，董玉，張賢明，陳國(guó)需

（1重慶工商大學(xué)廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067；2解放軍后勤工程學(xué)院解放軍后勤工程學(xué)院化學(xué)工程與技術(shù)博士后流動(dòng)站，重慶 401311）

潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中會(huì)因物理、化學(xué)或人為等因素導(dǎo)致其性質(zhì)發(fā)生劣變，產(chǎn)生如水、氧化物、炭黑、有機(jī)酸和機(jī)械雜質(zhì)等污染物質(zhì)而無(wú)法繼續(xù)使用，成為廢潤(rùn)滑油[1]，若將廢潤(rùn)滑油直接燃燒或排放，不僅將造成石油資源的極大浪費(fèi)，而且會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，廢潤(rùn)滑油的再生利用是解決上述問(wèn)題的有效途徑。

刮膜式分子蒸餾技術(shù)是一種高效的非平衡蒸餾技術(shù)，具有切割溫度低、蒸發(fā)效率高、密閉性好、生產(chǎn)過(guò)程能耗少等優(yōu)點(diǎn)，目前已用于多種物系的分離，并取得了很好的應(yīng)用效果[2-7]。由于該技術(shù)能夠有效避免其他再生手段所造成的產(chǎn)品品質(zhì)損傷大、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，因此十分適合作為廢潤(rùn)滑油再生的替代工藝技術(shù)[8-9]。但是在工程應(yīng)用中，人們對(duì)于分子蒸餾操作參數(shù)與基礎(chǔ)油再生產(chǎn)品品質(zhì)間的關(guān)系仍不十分清楚，目前的研究對(duì)此也鮮有相關(guān)報(bào)道。色度是決定再生基礎(chǔ)油價(jià)值高低的重要因素，如何通過(guò)調(diào)節(jié)分子蒸餾操作參數(shù)來(lái)改善再生產(chǎn)品色度，并優(yōu)化分子蒸餾運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是工程上需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。鑒于此，本文作者通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察了分子蒸餾操作參數(shù)對(duì)不同類型廢潤(rùn)滑油再生基礎(chǔ)油色度的影響，并對(duì)其影響原理進(jìn)行初步分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用3種不同類型廢潤(rùn)滑油中的2種來(lái)自汽車修理廠收集的廢內(nèi)燃機(jī)油和廢液壓油，另一種來(lái)自廢油處理廠收集的混合型廢潤(rùn)滑油，3種廢潤(rùn)滑油的主要理化性質(zhì)見表1。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

自行研制的二級(jí)分子蒸餾裝置（圖1），其主要單元配件為：DZ-020型刮膜式分子蒸餾柱，有效蒸發(fā)面積 0.20m2；CT-050型冷阱，有效冷凝面積0.50m2；DZ-010型刮膜式分子蒸餾柱，有效蒸發(fā)面積0.10m2；CT-030型冷阱，有效冷凝面積0.30m2；EHOS-1電加熱載體系統(tǒng)，加熱功率 1.0kW，溫控精度±0.50℃，升溫范圍20～250℃；ZJ-30型羅茨真空泵；ZX-70型旋片真空泵。

表1 不同類型廢潤(rùn)滑油原料理化指標(biāo)

UV-2450紫外可見分光光度計(jì)，日本島津公司；SYD-0165減壓餾程測(cè)定儀，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；SYD-265B黏度儀，武漢格萊莫檢測(cè)設(shè)備有限公司；SYD-3536克利夫蘭開口閃點(diǎn)儀，上海雷韻試驗(yàn)儀器制造有限公司；SYD-268殘?zhí)績(jī)x，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；SYD-511B機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定儀，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理方法

將20kg廢潤(rùn)滑油80℃加溫沉降 10h，以1μm濾袋精細(xì)過(guò)濾。濾液預(yù)熱至120℃，送入精餾塔C01精餾（圖1）。C01為經(jīng)過(guò)改進(jìn)的填料精餾塔，適合高黏度廢潤(rùn)滑油的精餾，用以脫除其中的溶劑油等輕組分；其中EX01為C01的再沸器，冷凝器EX02集輕柴油，冷凝器EX03捕集汽油及水分。

1.2.2 工藝條件對(duì)再生產(chǎn)品色度影響實(shí)驗(yàn)方法

圖1 二級(jí)分子蒸餾工藝流程示意圖

一級(jí)分子蒸餾單元由DZ020系統(tǒng)組成，二級(jí)分子蒸餾單元由DZ010系統(tǒng)組成，均采用導(dǎo)熱油加熱和水冷凝。分子蒸餾段流程為：泵P01將原料輸送至分子蒸餾柱 DZ01中進(jìn)行第一級(jí)餾分切割；第一級(jí)輕組分作為第一級(jí)產(chǎn)品，極少量不能被內(nèi)冷器捕獲的輕組分進(jìn)入冷阱EX01被冷凝；重組分作為分子蒸餾柱DZ02的原料進(jìn)行第二級(jí)餾分切割，第二級(jí)輕組分作為第二級(jí)產(chǎn)品，重組分成為蒸餾殘?jiān)?/p>

（1）溫度的影響 實(shí)驗(yàn)開始后，在進(jìn)料流量為60kg/h、一級(jí)真空度為10Pa情況下，通過(guò)冷熱混流閥調(diào)節(jié)一級(jí)分子蒸餾單元溫度，對(duì)不同類型原料油分別進(jìn)行處理，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持二級(jí)單元操作溫度在 250℃。并用分光光度計(jì)對(duì)再生基礎(chǔ)油的透光率進(jìn)行檢測(cè)，以表征產(chǎn)品色度，測(cè)定時(shí)以石油醚作為參比[10]。

（2）真空度的影響 在進(jìn)料流量為 60kg/h、一級(jí)單元溫度為 220℃情況下，通過(guò)電磁閥調(diào)節(jié)一級(jí)分子蒸餾單元真空度，對(duì)不同類型原料油分別進(jìn)行處理，并檢測(cè)再生基礎(chǔ)油的透光率。

（3）進(jìn)料流量的影響 在一級(jí)單元溫度為220℃、一級(jí)真空度為10Pa情況下，通過(guò)流量控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)料流量，對(duì)不同類型原料油分別進(jìn)行處理，并檢測(cè)再生基礎(chǔ)油的透光率。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)再生基礎(chǔ)油透光率和收率的影響

以透光率作為表征再生產(chǎn)品色度的定量指標(biāo)，透光率越高，則產(chǎn)品色度越低，反之則越高。圖 2為不同的一級(jí)分子蒸餾單元操作溫度下一級(jí)再生油透光率及產(chǎn)品收率的變化情況。由圖2可見，隨著操作溫度的升高，一級(jí)再生基礎(chǔ)油的透光率均呈下降趨勢(shì)。其中，液壓再生基礎(chǔ)油的透過(guò)光率隨溫度的下降幅度最大，內(nèi)燃機(jī)再生基礎(chǔ)油的透光率隨溫度下降幅度最小，混合再生基礎(chǔ)油則介于兩者之間。造成這一現(xiàn)象的原因在于，隨著一級(jí)操作溫度升高，一級(jí)再生基礎(chǔ)油的切割段將向高溫餾分區(qū)移動(dòng)，由于油品中的一些主要成色物質(zhì)，如瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、稠環(huán)芳烴及氧化物多分散在高溫餾分中[11-12]，溫度升高使高溫餾分中的成色物質(zhì)不斷進(jìn)入一級(jí)餾分中，導(dǎo)致一級(jí)再生油透光率下降。對(duì)于以廢內(nèi)燃機(jī)油為原料的一級(jí)再生油，由于原料的中餾點(diǎn)高，當(dāng)操作溫度升高時(shí)，其一級(jí)切割段在中餾點(diǎn)至終餾點(diǎn)間的移動(dòng)速度慢，高溫餾分進(jìn)入一級(jí)切割段較少，因此透光率變化幅度較??；對(duì)于以廢液壓油為原料的一級(jí)再生油，由于原料的中餾點(diǎn)較低，當(dāng)操作溫度升高時(shí)，一級(jí)切割段在中餾點(diǎn)至終餾點(diǎn)間的移動(dòng)速度快，高溫餾分中進(jìn)入一級(jí)切割段較多，透光率變化幅度較大；由于廢混合油的中餾點(diǎn)介于兩者之間，其透光率隨溫度的變化幅度也介于兩者之間。3種一級(jí)再生基礎(chǔ)油的收率均呈上升趨勢(shì)，這是由于溫度升高導(dǎo)致其拔出率增加的緣故。

圖2 不同溫度下一級(jí)再生油透光率及收率變化情況

圖2還顯示，內(nèi)燃機(jī)一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在 224℃左右，液壓一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在 212℃左右，混合一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在210℃左右。這說(shuō)明，對(duì)于一級(jí)再生油，廢內(nèi)燃機(jī)油一級(jí)操作溫度應(yīng)控制在 220～225℃為宜，廢液壓油和廢混合油則應(yīng)控制在 210～215℃為宜。

圖3為不同的一級(jí)操作溫度下二級(jí)再生油透光率及產(chǎn)品收率的變化情況。由圖3可見，隨著操作溫度的升高，二級(jí)再生油的透光率均呈逐漸上升趨勢(shì)，且變化幅度大致相同。隨著操作溫度升高，高溫餾分中的成色物質(zhì)部分進(jìn)入到一級(jí)餾分中，使得二級(jí)再生油透光率呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。另外，3種二級(jí)再生油的收率均呈下降趨勢(shì)，這與一級(jí)操作溫度升高導(dǎo)致一級(jí)切割段分配率升高，二級(jí)切割段的分配率下降有關(guān)。

圖3還顯示，內(nèi)燃機(jī)二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在 228℃左右，液壓二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在 208℃左右，混合二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在218℃左右。這說(shuō)明，對(duì)于二級(jí)再生油，廢內(nèi)燃機(jī)油的一級(jí)操作溫度應(yīng)控制在 225～228℃為宜，廢液壓油應(yīng)控制在205～210℃為宜，廢混合油應(yīng)控制在215～220℃為宜。

圖3 不同溫度下二級(jí)再生油透光率及收率變化情況

圖4 不同真空度下一級(jí)再生油透光率及收率變化情況

2.2 真空度對(duì)再生基礎(chǔ)油透光率和收率的影響

圖4為不同的一級(jí)真空度下一級(jí)再生油透光率及產(chǎn)品收率的變化情況。由圖4可見，隨著真空度的升高，一級(jí)再生基礎(chǔ)油的透光率均呈逐漸上升趨勢(shì)，其中，液壓再生基礎(chǔ)油的透過(guò)光率隨溫度的上升幅度最大，內(nèi)燃機(jī)再生基礎(chǔ)油的透光率隨溫度上升幅度最小，混合再生基礎(chǔ)油則介于兩者之間。這是由于，真空度升高使一級(jí)切割段向低溫餾分區(qū)移動(dòng)，一級(jí)餾分的成色物質(zhì)減少，餾分油透光率升高，這與溫度的影響結(jié)果相反。3種一級(jí)再生基礎(chǔ)油的收率均呈下降趨勢(shì)，這是由于真空度升高導(dǎo)致其拔出率減少所致。

圖4還顯示，內(nèi)燃機(jī)一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的真空度在12.5Pa左右，液壓一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的真空度在20Pa左右，混合一級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)真空度在17.5Pa左右。這說(shuō)明，對(duì)于一級(jí)再生油產(chǎn)品，廢內(nèi)燃機(jī)油的一級(jí)真空度應(yīng)控制在12～13Pa為宜，廢液壓油應(yīng)控制在20Pa左右為宜，廢混合油應(yīng)控制在17～18Pa為宜。

圖5 不同真空度下二級(jí)再生油透光率及收率變化情況

圖5為不同的一級(jí)真空度下二級(jí)再生基礎(chǔ)油透光率及收率的變化情況。由圖5可見，隨著真空度的升高，二級(jí)再生基礎(chǔ)油的透光率均呈緩慢下降趨勢(shì)，且變化幅度大致相同，其原因與溫度的影響類似，結(jié)果相反。3種二級(jí)再生油的收率呈上升趨勢(shì)，這與一級(jí)真空度升高使一級(jí)切割段分配率有所下降，二級(jí)切割段的分配率有所升高有關(guān)。

圖5還顯示，內(nèi)燃機(jī)二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的真空度低于10Pa，液壓二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度在 16Pa左右，混合二級(jí)再生油收率和透光率曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的真空度在15Pa左右。這說(shuō)明，對(duì)于二級(jí)再生油，廢內(nèi)燃機(jī)油的一級(jí)真空度應(yīng)控制在10Pa左右為宜，廢液壓油應(yīng)控制在16Pa左右為宜，廢混合油應(yīng)控制在15Pa左右為宜。

2.3 進(jìn)料流量對(duì)再生基礎(chǔ)油透光率和收率的影響

圖6 不同進(jìn)料流量下一級(jí)再生油透光率及收率變化情況

圖6為不同的進(jìn)料流量下一級(jí)再生油透光率及收率的變化情況。由圖6可見，隨著進(jìn)料流量的增加，一級(jí)再生油的透光率呈先緩慢下降后急速下降趨勢(shì)，變化幅度大致相同，其原因可能與進(jìn)料量增大引起壁面液體流動(dòng)形態(tài)改變有關(guān)。根據(jù)許松林等[13]的研究，進(jìn)料流量會(huì)對(duì)刮膜式分子蒸餾的刮膜形態(tài)產(chǎn)生影響，隨著流量增大，液膜形態(tài)會(huì)逐漸由膜狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫€狀分布和點(diǎn)狀分布，導(dǎo)致傳質(zhì)阻力增加，分離效率降低，高低溫餾分分離不完全，特別是當(dāng)進(jìn)料流量超過(guò)裝置設(shè)計(jì)流量60kg/h后，由于分離效能嚴(yán)重受阻，各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)隨之急速下降。3種一級(jí)再生油收率的變化趨勢(shì)與透光率基本一致，其原因可能也與進(jìn)料量增大導(dǎo)致分離效率下降有關(guān)。

圖7為不同的進(jìn)料流量下二級(jí)再生油透光率及收率的變化情況。由圖7可見，隨著進(jìn)料流量的增加，二級(jí)再生油的透光率呈緩慢下降趨勢(shì)，但變化幅度較一級(jí)再生油更小，原因可能是由于高溫餾分對(duì)分離效率降低所引起的分離不完全表現(xiàn)不敏感。另外，二級(jí)再生基礎(chǔ)油收率的變化趨勢(shì)與透光率基本一致，其原因也基本相同。因此，對(duì)于刮膜式分子蒸餾而言，在兼顧產(chǎn)量的前提下，應(yīng)盡量維持較低流量。

3 結(jié) 論

圖7 不同進(jìn)料流量下二級(jí)再生油透光率及收率變化情況

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)刮膜式分子蒸餾操作參數(shù)對(duì)不同類型廢油進(jìn)行處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著一級(jí)操作溫度的升高，一級(jí)再生油的透光率呈下降趨勢(shì)，二級(jí)再生油的透光率呈上升趨勢(shì)。綜合一級(jí)、二級(jí)餾分情況來(lái)看，廢內(nèi)燃機(jī)油的一級(jí)操作溫度應(yīng)控制在225℃左右，廢液壓油應(yīng)控制在210℃左右，廢混合油應(yīng)控制在215℃左右為最佳。

（2）隨著真空度的升高，一級(jí)再生油的透光率呈上升趨勢(shì)，二級(jí)再生油的透光率呈下降趨勢(shì)，綜合一級(jí)、二級(jí)餾分情況來(lái)看，廢內(nèi)燃機(jī)油的真空度應(yīng)控制在12Pa左右，廢液壓油應(yīng)控制在18Pa左右，廢混合油應(yīng)控制在16Pa左右為最佳。

（3）隨著進(jìn)料流量的增加，一級(jí)再生油和二級(jí)再生油的透光率和收率均呈緩慢下降趨勢(shì)。因此，對(duì)于刮膜式分子蒸餾，應(yīng)在不影響產(chǎn)能的情況下，盡量維持較低流量。

[1]Rinco J，Canizares P，Garcia M T. Improvement of the waste-oil vacuum-distillation recycling by continuous extraction with dense propane[J]. Ind. Eng. Chem. Res.，2007，46：266-272.

[2]許松林，鄭弢，徐世民，等. 精制 L-乳酸的分子蒸餾工藝研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2004，l8（2）：246-249.

[3]Cvengro J，Kotas J. Fractionation of oligomers of linear alphaolefins in a molecular evaporator[J]. Journal of Synthetic Lubrication，1993，9（4）：275-287.

[4]Cvengro J，F(xiàn)ilistein V. Separation in a PCB-contaminated mineral oil system[J]. Environmental Engineering Science，1999，16（1）：15-20.

[5]應(yīng)安國(guó). 刮膜分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用及其過(guò)程模型的研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2005.

[6]胡孝勇，張心亞，沈慧芳，等. 采用分子蒸餾設(shè)備分離聚氨酯預(yù)聚物中游離TDI的研究[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2005，19（2）：197-201.

[7]Xu X B，Jacobsen C，Nielsen N S，et al. Purification and deodorization of structured lipids by short path distillation[J].European Journal of Lipid Science and Technology，2002，104（11）：745-755.

[8]周松銳，尹英遂，王媛媛，等. 短程蒸餾技術(shù)在廢潤(rùn)滑油再生工藝中的應(yīng)用[J]. 化工進(jìn)展，2006，25（11）：1371-1374.

[9]楊村，馮武文，于宏奇. 分子蒸餾技術(shù)與綠色精細(xì)化工[J]. 精細(xì)化工，2005，22（5）：321-323.

[10]張賢明，焦昭杰，李川，等. 廢潤(rùn)滑油絮凝脫色試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境污染與防治，2007，29（11）：809-815.

[11]黃為民，祖德光，石亞華，等. 加氫處理的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油光安定性影響因素的研究[J]. 石油學(xué)報(bào)：石油加工，2000，16（4）：31-37

[12]會(huì)東，韓志群，王仁安. 加氫處理潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油光照沉淀的研究[J].石油學(xué)報(bào)：石油加工，2003，19（3）：72-77.

[13]郭凱，員玫，許松林. 刮膜式分子蒸餾中液體流動(dòng)形態(tài)的研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2009，23（2）：187-192.