第３２卷第６期 Ｖ０ｌ＿３２ ＮＯ．６ 重庆工商大学学报（自然科学版） Ｊ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔ Ｓｅｉ Ｅｄ） ２０１５年６月 Ｊｕｎ．２０１５ ｄｏｉ：１０．１６０５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０５８Ｘ．２０１５．０００６．００８ 分子蒸馏工艺条件对废润滑油再生油品性能的影响木 董玉，张贤明，吴云，赖文佳，肖进凯 （重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆４０００６７） 摘 要：应用分子蒸馏法再生废润滑油，以残炭、黏度、酸值作为表征再生油品性能的指标，考察了不同 工艺条件下得到的再生油品的性能；实验结果表明：随着温度升高，再生油品的残炭含量、黏度、酸值都呈现 出整体上升的趋势，综合考虑应将分子蒸馏温度控制在１８０ ｃＣ左右；随着压力升高，再生油品的残炭含量、黏 度、酸值均呈现出下降的趋势，因此分子蒸馏压力应控制在５０ Ｐａ以下；当分子蒸馏温度为１８０ ｑＣ，分子蒸馏 压力为５０ Ｐａ时，得到再生油较之废润滑油原料，不仅外观上有明显变化，其残炭含量、酸值也大幅下降，再 生效果显著。 关键词：废润滑油；分子蒸馏；操作参数；性能 中图分类号：０６２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－０５８Ｘ（２０１５）０６—００４３—０５ 润滑油在运行时，不仅会因为灰尘、金属屑、水分等外界污染物侵入而逐渐老化变质，且因其工作环境 具有温度高、密封性高的特点，润滑油中的烃类物质易发生氧化反应，形成羟基酸、羧基酸及醛酮类劣化产 物，各类劣化产物之间也会发生相互作用，产生沥青、皂类、沥青质等化合物。这些劣化产物会使得润滑油 的颜色加深、形成油泥；还会破坏油膜、降低润滑性能、腐蚀金属部件、增大机械磨损甚至造成设备堵塞¨ 。 这些问题将会对机械设备的正常运行构成威胁，缩短设备的使用寿命。若将不能满足使用功能的润滑油直 接丢弃或燃烧，不仅是对资源的严重浪费，也是对环境的严重污染。因此，对废润滑油的再生利用是解决上 述矛盾的有效途径 。 刮膜式分子蒸馏技术是一种高效的非平衡蒸馏技术，具有工作温度低、分离效率高、环境污染小等优 点，目前广泛应用于各类化工产业中［３－５］。由于该技术能够有效避免其他再生手段所造成的产品品质损伤 大、工艺流程复杂、排放二次污染物等问题，因此是理想的废润滑油再生替代工艺技术 。然而在现有的 工程应用及学术研究中，探讨分子蒸馏工艺条件与再生油性能关系的报道较少。鉴于此，以废润滑油为实 验原料，通过单因素实验设计，选取黏度、残炭、酸值为再生油品的功能性指标，考察了分子蒸馏操作参数对 这些功能性指标的影响，并对其影响原理进行初步分析。 １ 实验部分 １．１材料与仪器 废润滑油，重庆某汽车维护修理厂提供，主要性能指标见表１；石油醚、甲苯、丙酮、正庚烷，以上试剂均 收稿日期：２０１４－１１—１８；修回日期：２０１４－１２－２８． 基金项目：重庆市应用技术开发重点项目（ｅｓｔｅ２０１４ｙｙｋｆＢ９０００２）；重庆市教委科技资助重点项目（ＫＪＺＨ１４２１０）；重庆工商 大学研究生创新型科研项目（ｙｊｓｅｘｘ２０１４—０５２—３６） 作者简介：董玉（１９８９．），女，硕士研究生，从事环保关键技术及装备研究． 重庆工商大学学报（自然科学版） 第３２卷 为分析纯，均购于上海化学试剂有限公司。 ＤＥＡ—ＤＺＬ一５分子蒸馏器；ＳＹＤ一２６４石油酸值测定仪，依据ＧＢ／Ｔ ２６４一ｌ９９ｌ测定石油产品的酸值； ＳＹＤ一２６５Ｂ石油产品运动黏度测定器，依据ＧＢ／Ｔ ２６５－－１９８８测定石油产品的４０℃运动黏度；ＳＹＤ一１７１４４石 油产品残炭测定器，依据ＧＢ／Ｔ ２６８—１９８７测定石油产品的残炭值。 １．２实验方法 １．２．１原料预处理方法 将２０ ｋｇ废润滑油置于容器中在室温下温沉降４８ ｈ，脱除油液中的游离水、油泥及其他固体杂质。沉降 完成后，选取容器中的上部油液作为实验原料。将实验原料预热至１２０ ｏＣ，送入薄膜蒸发器中进行蒸馏，以 脱除原料中的水分及汽油、溶剂油等轻质组份。 １．２．２工艺条件对再生产品性能的影响实验方法 （１）温度的影响。针对收集的废润滑油性质，并结合前期实验结果，设定进料流量为３ ｍＬ／ｍｉｎ、系统压 力为５０ Ｐａ，将起始温度设定为１５０ ｃｃ。通过温度调节装置控制分子蒸馏器的反应温度，以ｌＯ ｑＣ为间隔，对 废润滑油进行再生处理。以残炭、黏度（４０℃）、酸值作为主要的性能指标，依据相关标准对再生得到的基础 油进行检测。 （２）压力的影响。针对收集的废润滑油性质，并结合前期实验结果，设定进料流量为３ ｍＬ／ｍｉｎ、系统温 度为１８０ ｃｃ，通过压力调节装置控制分子蒸馏器的压力，以１Ｏ Ｐａ为间隔，对废润滑油进行再生处理。以残 Ｉ炭、黏度（４０℃）、酸值作为主要的性能指标，依据相关标准对再生得到的基础油进行检测。 ２结果与讨论 ２．１ 温度对再生油品性能的影响 ２．１．１ 温度对再生油品残炭的影响 从图１中，可以明显看到随着温度的增加，分子蒸馏得到的再生油品其残炭含量总体呈增长的趋势；在 １８０ ｏＣ时，得到的再生油品其残炭含量最低。当分子蒸馏温度低于１８０ ｏＣ时，残炭含量的随温度增加的趋势 较平缓；而当分子蒸馏温度高于１８０℃时，残炭含量的随温度增加的趋势显著增强。产生这种现象的原因， 依据分子蒸馏的分离原理可分析为，随着分子蒸馏温度的增加，废润滑油中的以胶质、沥青质、多环芳烃为 代表重质组份其分子内能有所增加，获得足够能量的重质分子能够与废润滑油中的轻质烃类一起，顺利的 从分子蒸馏器内加热面逸出并到达冷凝面，继而进入再生油品中 ’ｍ 。残炭含量能够反应再生油品的品质 及精制程度，因此，为确保再生油的品质，分子蒸馏的温度应控制在１８０～２１０ ｏＣ左右。 ２．１．２温度对再生油品黏度的影响 从图２中，可以明显看到随着温度的增加，分子蒸馏得到的再生油品其黏度呈增长的趋势；当分子蒸馏 温度低于１８０℃时，黏度随温度增加呈快速增长的趋势；而当分子蒸馏温度高于１８０ ｏＣ时，黏度随温度增加 的趋势逐渐减缓。这表明，随着温度的升高，再生油中长链烃、沥青质、多环芳烃等重质组份的含量逐渐增 大；由于废润滑油成分复杂，温度升高到一定程度后，小范围内的温度波动对废润滑油中重质组份的分离并 没有显著影响。在未加任何功能性油品添加剂的前提下，油品的黏度越大，流动性越差，其润滑产生的油膜 强度越高 ，再生油品的润滑性能越强，然而考虑再生油品的精制程度以及再生过程中能耗，应将分子蒸馏 温度控制在合理的范围内。 ２．１．３温度对再生油品酸值的影响 从图３中，可以明显看到随着温度的增加，分子蒸馏得到的再生油品其酸值总体呈增长的趋势；在 １８０ ｃＣ时，酸值的增长曲线中出现折点，此时得到的再生油其酸值较低；而当分子蒸馏温度高于１８０℃时，酸 值随温度增加的趋势显著增强。在分子蒸馏器内，温度的增加不仅能够为废润滑油中已经存在的酸性劣化 产物提供足够的能量使其能顺利地逃逸到冷凝面，混入再生有品种；也能够促进废润滑油中的烷烃、环烷 第６期 董 玉，等：分子蒸馏工艺条件对废润滑油再生油品性能的影响 ∞ ４５ ∞．一墨０ 一∞目道∞ 烃、芳香烃，酮醛类物质再次发生氧化反应，产生以羧基酸、羟基酸为代表的各类酸性物质，继而增加了再生 油品中酸性物质的含量，使其酸值增大。酸性物质作为润滑油劣化产物的一种，其含量的多少通常用酸值 来表征，酸值越小，油品的品质越高。因此，为确保再生油的品质，分子蒸馏的温度不应过高。 ２．２压力对再生油品性能的影响 ２．２．１ 压力对再生油品残炭的影响 从图４为不同压力下再生油品残炭含量的变化情况。由图４可见，随着压力的增加，分子蒸馏得到的再 生油品其残炭含量呈缓慢下降的趋势；当分子蒸馏压力在４０～７０ Ｐａ之间时，单位压力梯度内，残炭含量迅 速降低；当分子蒸馏压力大于７０ Ｐａ时，单位压力梯度内，残炭含量下降速率逐渐减慢。由分子蒸馏的分离 原理可知，随着分子蒸馏压力的增加，系统内轻质组分的平均自由程缩短，单位时间内抵达冷凝面的轻质组 分数量减少，轻质馏分收率降低，使得胶质、沥青质、芳香烃等重质馏分伴随着轻质馏分进入到再生馏分的 含量逐渐减少，使得再生馏分残炭含量下降。此外，压力的升高将会使得分子蒸馏切割段向低温馏分区移 动，蒸馏切割段缩短，降低稠环芳烃、重质石油烃等高温馏分区产物在再生馏分中的含量，引起再生油残炭 含量的下降。 Ｏ３０ Ｔ Ｎ誉０．２５ 目目、 舞 ∞鳃 ∞勰 （：蔽 蛔越 Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ ００．２０ Ｍ ｎ ∞吣 删 咯 、＿，０．１５ Ｏ．１Ｏ ｌ６０ １７０ ｌ８０ １９０ ２００ ２１０ ２２０ １６０ １７０ １８０ １９０ ２００ ２１０ ２２０ ， ℃ 图１ 不同温度下再生油品残炭含量的变化 图２不同温度下再生油品酸值的变化 １６０ １７０ １８０ １９０ ２０ｏ ２１０ ２２０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８Ｏ ９０ ｔ， ｐ／Ｐａ 图３不同温度下再生油品酸值的变化 图４不同压力下再生油品残炭含量的变化 ２．２．２压力对再生油品黏度的影响 从图５为不同压力下再生油品残炭含量的变化情况。由图５可见，随着分子蒸馏压力的升高，再生油品 的黏度整体呈下降趋势；当分子蒸馏压力在４０—７０ Ｐａ之间时，随着压力的增长，再生油品的黏度快速下降； 而当分子蒸馏压力在７０～９０ Ｐａ之间时，随着压力的增长，再生油品的黏度下降速率减慢。由分子蒸馏分离 原理可知，随着压力的升高，分子平均自由程缩短，轻质组分由蒸发面运动至冷凝面的难度增大，分子蒸馏 切割段向低温馏分区移动，轻质馏分的产出率降低。因此，随着压力的升高，再生馏分中不仅低碳石油烃、 鼹∞∞４６ 重庆工商大学学报（自然科学版） Ｔ Ｎ第３２卷 如 ｇ山『 烷烃等轻质组分的含量逐渐降低，伴随着轻质组分进入到再生馏分中的胶质、沥青质、芳烃、石油烃等重质 弭 站 组分的含量也逐渐降低，继而引起再生馏分黏度下降。 ２．２．３压力对再生油品酸值的影响 从图６为不同压力下再生油品酸值的变化情况。由图６可见，随着分子蒸馏压力的升高，再生油品的酸 值整体呈下降趋势；当分子蒸馏压力在４０～６Ｏ Ｐａ之间时，随着压力的增长，再生油品的酸值快速下降；而当 分子蒸馏压力在６０－９０ Ｐａ之间时，随着压力的增长，再生油品酸值下降的速率减慢。由分子蒸馏的分离原 理可知，随着分子蒸馏压力的增大，系统内轻质组分的平均自由程缩短，单位时间内抵达冷凝面的轻质组分 数量减少，轻质馏分收率降低，伴随着轻质组分进人到再生馏分中的胶质、沥青质、羟基酸、羧基酸、芳香烃 等重质组份的含量减少，继而引起再生馏分的酸值降低。此外，在系统压力增加的过程中，使得分子蒸馏的 切割段逐渐由高温馏分段向低温馏分段移动，使多位于高温馏分区的稠环芳烃、醛酮类劣化产物等酸性氧 化产物进入到再生馏分中的几率降低，使得再生馏分的酸值下降。 一墨０ 姆甾 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ∞ 如 ∞ ０３５ Ｏ３０ ４Ｏ ５０ ６０ ７０ ８Ｏ ９Ｏ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ｐ／Ｐａ ｐ／Ｐａ 图５ 不同压力下再生油品黏度的变化 图６不同压力下再生油品酸值的变化 ２．３理想操作条件下分子蒸馏再生油品的性能分析 依据上述的实验结果进行综合分析，可知分子蒸馏温度为１８０ 时，得到的再生油品品质较理想。在分子 蒸馏温度为１８０ ｃｃ时，调节分子蒸馏压力，可得到一系列性质各异的润滑油，结合对再生油外观的考虑，认为在 分子蒸馏压力为５０ Ｐａ时，得到的再生油（图７右侧）相对比较理想。对在理想操作条件下（分子蒸馏温度：１８０ ，分子蒸馏压力：５０ Ｐａ）得到的再生油分别进行检测，具体数据见表１。由表１可知，废润滑油经过分子蒸馏 技术再生后，不仅外观得到了明显改善，其酸值、残炭、闪点等性能指标也发生了明显变化，再生效果显著。 表１不同油品的理化指标 废润滑油 再生油 图７废润滑油油样与再生油对比图 第６期 董 玉，等：分子蒸馏工艺条件对废润滑油再生油品性能的影响 ４７ ３ 结 论 （１）应用分子蒸馏法再生废润滑油，通过温度的单因素实验，可以发现随着温度升高，再生油品的残炭 含量、黏度、酸值都呈现出整体上升的趋势。以残炭、黏度、酸值为再生油的功能性指标，考虑再生油品的综 合性能，应将分子蒸馏温度控制在１８０ 左右。 （２）应用分子蒸馏法再生废润滑油，通过压力的单因素实验，可以发现随着压力升高，再生油品的残炭 含量、黏度、酸值都呈现出下降的趋势。以残炭、黏度、酸值为再生油的功能性指标，考虑再生油品的综合性 能，分子蒸馏压力应小于５０ Ｐａ。 （３）分子蒸馏再生废润滑油的理想工艺条件：分子蒸馏温度１８０℃，分子蒸馏压力５０ Ｐａ。在此操作条 件下，得到的再生油较之废润滑油原料，不仅在外观上有明显变化，其残炭含量、酸值也大幅下降，再生效果 显著。 参考文献： ［１］ＲＩＮＣＯ Ｊ，ＣＡＮＩＺＡＲＥＳ Ｐ，ＧＡＲＣＩＡ Ｍ Ｔ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｗａｓｔｅ—ｏｉｌ Ｖａｃｕｕｍ・ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｂｙ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｄｅｎｓｅ Ｐｒｏ Ｐａｎｅ［Ｊ］。Ｉｎｄ Ｅｎｇ Ｃｈｅｍ Ｒｅｓ，２００７，４６：２６６・２７２ ［２］ＫＵ Ｐ Ａ，Ｍ？，ＫＩ Ａ Ｐ，ＭＵＲＺＩＮ Ｄ Ｙ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ Ｕｓｅｄ Ｌｕｂｅ Ｏｉｌｓ Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅ：Ａ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，８８（１０）：１７８０—１７９３ ［３］自字，张炳南，高昌保，等．分子蒸馏过程技术研究及其应用进展［Ｊ］．化工装备技术，２００９，３０（１）：９－１２ ［４］王倩倩，傅忠君，孙红翠．化工分子蒸馏设备及应用技术［Ｊ］．现代化工，２０１１，３６：３８５．３８８ ［５］陈建华，黄少烈，朱宝璋．分子蒸馏技术在天然药物分离纯化中的应用［Ｊ］．Ｃｈｉｎ ＪＭＡＰ，２００６，２３（２）：１４３１—１４３５ ［６］王志祥，林文，于颖．分子蒸馏设备的现状及其展望［Ｊ］．化工进展，２００６，２５（３）：２９２，２９６ ［７］吴云，董玉，张贤明，等．短程蒸馏条件对废润滑油再生馏分色度的影响［Ｊ］．化工进展，２０１４，３３（５）：１３１２—１３１６ ［８］周松锐，尹英遂，王嫒媛，等．短程蒸馏技术在废润滑油再生工艺中的应用［Ｊ］．化工进展，２００６，２５（１１）：１３７１．１３７４ ［９］周松锐．废润滑油再生分子蒸馏窄分技术应用研究［Ｊ］．现代化工，２０１０，３０（２）：６６—６９ ［１０］樊雪英，王林．废润滑油分子蒸馏管线结垢原因分析及解决措施［Ｊ］．化工进展，２０１２（ｓ１）：３６７．３６９ ［１１］戴钧梁．废润滑油再生［Ｍ］．３版．北京：中国石化出版社，２０００ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｏｉｌ ｆｒｏｍ Ｗａｓｔｅ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ Ｏｉｌ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ＤｏＮＧ Ｙｕ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｍｉｎｇ，ＷＵ Ｙｕｎ，ＬＡＩ Ｗｅｎ－ｊｉａ，ＸＩＡｏ Ｊｉｎ－ｋａｎ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｗａｓｔｅ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｙ ｏｆｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｌｕｂｒｉｃａｎｔ ｏｉｌ ｉｓ ｔａｋｅｎ ｂｙ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｉｌ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｃｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ， ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ａｃｉｄ ｎｕｍｂｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ，ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ａｃｉｄ ｎｕｍｂｅｒ ａｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｔ １８０℃．Ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｓｈｏｗｓ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｓ ａ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｕｎｄｅｒ ５０ Ｐａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｌｕｂｒｉｃａｎｔ ｏｉｌ，ｔｈｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｉｌ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ １ ８０℃，５０ Ｐａ，ｈａｓ ｉｄｅａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｗｉｔｈ ｉｄｅａｌ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｄｅｒｅａｓｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ａｃｉｄ ｎｕｍｂｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅ ｌｕｂｒｉｃａｎｔ ｏｉｌ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
