廢潤滑油凈化技術研究進展

  隨著我國經濟的快速發展，工業規模的迅速壯大，以及汽車用量的增長，我國潤滑油需求量巨大。 全世界潤滑油消耗量高達 ５ ０００ 萬 ｔ［１］，中國潤滑油的消耗量占全世界 １５．８％，相關資料［２－３］表明我國潤滑油需求量預估每年以 ２％ ～ ３％的增速增加，如此大的用量不僅造成巨大的資源消耗，廢潤滑油的產量也將隨之不斷增加，而由此產生的環境問題更是不容忽視。 因此，將廢潤滑油經過適當的工藝處理，除去變質成分及外來污染物后，成為再生潤滑油［３］，無論從技術、環境保護、資源利用以及經濟的角度來看，都是合適的選擇。 因此，對廢潤滑油再生方法的研究顯得尤為重要，廢潤滑油處理是當代社會面對的重要挑戰。

中國是世界上**大潤滑油消費國［４］，在世界能源日益短缺的背景下，廢潤滑油的再生成為了一個亟待解決的問題。 目前，國內外用于廢潤滑油再生技術的工藝有：減壓蒸餾［５］、加氫精制［６－７］、萃取［９］、吸附［４，１０］、超臨界 ＣＯ２ 萃取［１１］ 等，然而常用的廢潤滑油在精煉技術仍然涉及到一些相對昂貴的工藝，而且能耗高，對環境會產生嚴重的二次污染，因此，改進和發展新的技術日益迫切。

１ 廢潤滑油的概述

美國環境保護署（ＥＰＡ）把廢潤滑油定義為被使用過的以及在使用過程中由于高溫、機械剪切等工況條件下產生了物理或化學污染物的精制礦物油或合成油。 我國國家技術監督局將廢潤滑油定義為在使用過程中，由于受到雜質污染、高溫氧化、熱分解以及添加劑損耗，導致其理化性能衰變到換油指標的油。 廢潤滑油中含有多種對人體有害的，且具有較強毒性或致癌性的物質，如多環芳烴、苯多氯聯苯等有機化合物和重金屬超微粒子等，因此，如果把廢潤滑油直接焚燒或丟棄到環境中，必定會造成嚴重的環境污染［１２－１３］。

２ 廢潤滑油再生的必要性

２０２０～ ２０２２ 年受新冠疫情的影響，我國潤滑油表觀消費量同比出現小幅度波動，其中，２０２２ 年達 ７２０ 萬 ｔ 與 ２０１９ 年基本持（如圖 １ 所示）。 美國安潔集團副總裁邁克－索馬稱［１４］：中國每年消耗的潤滑油中 ９０％以上都可以回收，經濟效益相當可觀，廢油再生的市場機會巨大。 美國石油研究院（ＡＰＩ）研究表明［１５］，與原油相比，使用廢油循環技術生產潤滑油，可以節能約５０％ ～ ８０％，ＣＯ２ 排放量可減少 ５８％左右。 由此可見，采用合適的再生技術對廢潤滑油進行再生利用，不僅可以減少廢潤滑油對環境的污染，還可以有效地緩解國家能源的緊缺狀況，改善國家的能源安全，而且可產生良好的經濟效益。

３ 廢潤滑油再凈化工藝

廢潤滑油中的主要污染物包括［１３，１６－１７］：水分、膠質及瀝青質、油溶性及水溶性酸類化合物、氧化物（包括醚、酯、酮、醛、過氧化物、羰基化合物等）、機械雜質（如機械金屬磨粒、灰塵等）等。 廢潤滑油的再凈化則是通過熱處理、過濾、脫水、絮凝、離心等工藝去除廢潤滑油中的污染物的過程［１８－１９］。

廢工業潤滑油通過凈化從而延長了油品的使用壽命［２０］，法國道達爾認為，再生 １ ｔ 廢潤滑油可以節省 ７ ～ ９ ｔ 原油的開采，可見廢舊潤滑油再生利用關系到資源節約和環境保護，意義重大。 而且，廢油再生的研究和應用國際上已經將１００ 年的歷史，技術比較成熟。 而我國廢潤滑油的再生工作尚處于初級階段，有關廢油再生的相關基礎數據也并不完善，廢油再生的理論研究仍較薄弱，尤其是有關廢油再生的自主知識產權的技術還很缺乏，而能從實驗室研究走到實際應用的具有產權的技術更顯不足。 因此，針對我國廢舊潤滑油特點，研究開發合適的廢油再生理論、技術和方法，具有重要理論意義和實用價值。 將廢潤滑油經過適當的工藝處理，有效地除去變質成分及外來污染物后，成為再生潤滑油，達到了節約能源和保護環境的目的。

３．１ 膜設備的凈化

膜技術由于其較高的選擇性、較低的能耗、易于規模化生產以及溫和的操作條件等優點，也被大量用于廢潤滑油的再生的研究［２１－２３］。 通過這一改進，膜技術有望克服傳統的廢潤滑油處理方法產生二次污染、復雜、成本高等缺點，而且有望提高滑油處理的效率。

Ｙｕｈｅ Ｃａｏ［２４］通過采用圖 ２ 的工藝，使用了聚醚砜（ ＰＥＳ）、聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）和聚丙烯腈（ＰＡＮ）三種超疏水性中空纖維膜過濾分離技術，再生處理廢潤滑油。 在 ４０ ℃ ，壓力 ０． １ＭＰａ 的實驗條件下，膜通量為 １．２ Ｌ／ （ｍ２·ｈ），潤滑油回收率達到 ６５％，并且實驗結果表明，膜技術不僅可以去除潤滑油中金屬顆粒污染物和氧化物，還可以改善再生油的物理性能，如可以提高粘度指數和閃點；超疏水膜對油具有獨特的超潤濕性特性，可以有效地獲得更高的油通量和對廢潤滑油中極性化合物的截留率［２５］。 Ｗｅｉ Ｃｈａｎｇ［２６］使用聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）中空纖維膜工藝處理廢潤滑油，還通過實驗評估了用不同 ＰＶＤＦ 含量對膜過濾的再生油的物理性能的影響，實驗結果表明膜中ＰＶＤＦ 含量增加到 １８％時，膜通量可以達到 ４７．１ Ｌ／ （ｍ２·ｈ），回收率達到 ８４．８％，截留了許多大顆粒雜質，包括膠質，瀝青質，金屬顆粒物，重質芳烴和異鏈烷烴等氧化物。 且通過一定的油品評價分析［２７］，再生油的黏度指數從 １１４．７ 提高到 １１７．１，閃點從１１８. ４ ℃提高到 １５２．２ ℃ ，而且水分含量降低到 ５６×１０－６，色度降低到 ０．２４，再生油的物理性能接近新油指標。

季開慧［２８］將陶瓷膜過濾技術進行廢機油的再生處理，實驗結果表明，陶瓷膜技術可以使廢潤滑油的灰分降低到 ０．０６％以下，重金屬脫除率達 ９４％，并代替了傳統的白土吸附工藝，踐行了廢潤滑油再生技術的環保理念。

然而，膜技術的應用仍然存在一些缺點，如通量和選擇性的權衡、 材 料 的 敏 感 性、 耐 污 染 能 力 等［２９］。 Ｍｏｈａｍｍａｄｉ 和Ｓａｆａｖｉ

［３０］報道，廢潤滑油的性質也會顯著影響膜的性能，廢潤滑油污染度越高，膜通量則越低，因此研究一種較高的污染物截留率和膜通量的膜技術 提高膜的分離性能是必要性。 ＮｅｗＬｏｇｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．報道了一項基于使用膜技術處理廢潤滑油的案例研究的經濟評價，經濟分析表明了一個非常引人注目和潛在有利可圖的結果。 膜系統維護和清洗費用高昂 ，加之膜組件的壽命約為 １．２ ａ［２７］，因此膜更換是*大的成本。

３．２ 靜電吸附濾油機

靜電濾油機高壓靜電場作用，使潤滑油中污染顆粒物分別顯示正、 負電性，并在梯形電場作用下，帶正、 負電性顆粒物各自向負、 正電極方向游動，中性顆粒被帶電顆粒物擠著移動，*后將所有顆粒物都吸附在收集器上，徹底**油品中的污染物，如圖 ３ 所示。

Ｔｒａｎ 團隊［３１］開發了一種電荷注入式靜電濾油機，發現向油中注入電荷可以提高靜電濾油機的過濾速度，此外 Ｙａｎａｄａ 團隊［３２］還研究了當注入相同電荷量的條件下，極板間距、電壓和溫度對過濾速度的影響，實驗結果表明了，電極板間距越小，產生的磁場強度越大，過濾速度就越大；隨著電壓和溫度的增大，過濾速遞增加；浙江浙能技術研究院研究［３３］ 表明，新型靜電濾油機雖然有較高的過濾精度（小于 ０．０３％），并且可以脫除油泥等氧化物質，但是處理效率低，并且當油品中有明水或者含水量大于 ５００×１０－６時必須采用其他手段進行水分脫除后，方可使用靜電吸附濾油機。

３．３ 平衡電荷濾油機

平衡電荷式濾油機的原理圖如圖 ３，其設計的思路是讓廢潤滑油油經過粗過濾后，流向兩個支路，然后通過對 ２ 個支流分別加載可控電流，使得油液中的微米／ 亞微米級顆粒污染物通過支流后會帶上接平衡的正負電荷，當兩個支流匯合并充分混流時，分別攜帶正負電荷的污染物通過相互吸附、凝聚的方式，使污染物尺寸變大的同時完成了大部分電荷的平衡，進而被高精度濾芯攔截，因此亞微米級顆粒污染物經過濾系統后，實現抱團長大后被捕捉攔截。

平衡電荷濾油機在實際生產中也有一定的應用效果，于躍等［３４］將平衡電荷濾油機用于小浪底水電站水輪調速系統的在線過濾，有效解決了設備系統閥組卡澀現象，并且油品清潔度 ＮＡＳ１２ 級凈化至 ＮＡＳ５ 級，并且使得油箱中不再有油泥的產生；賴曉燕［３５］將平衡電荷濾油機應用于火電廠透平系統、水電站液壓油站、在大型船用柴油機潤滑油系統，清潔度可以達到ＮＡＳ８ 級，且對系統內形成的漆膜、油泥、膠質有較好的清潔效果，驗證了平衡電荷濾油機較高的過濾精度，但是其過濾效率較低，且不適用于高黏度潤滑油的凈化。

３．４ 電吸附濾油機

電吸附濾油機是高存興團隊［３６－３７］自主研發的，其核心是改性的濾芯新材料，通過外加的高壓電極誘導改性的濾芯材料產生強極性，并形成三維立體靜電場，使油品中的補強炭黑、有機酸、堿性氮、膠質、瀝青質、金屬鹽類以及在使用過程中產生的結合水等極性帶電荷的物質（即正負電子云中心不重合的共價化合物）發生定向流動，被改性的濾芯材料捕捉、吸附，實現有機同相互溶物的分離，降低油品的酸值、微水含量、殘炭、灰分、重金屬含量及機械雜質，進而改善潤滑油品的使用性能。

其整個凈化過程中采用“減法”工藝，不論是低黏度的液壓油、高黏度的齒輪油和密煉機轉子密封油，電吸附濾油機都可以進行凈化處理，且電吸附濾油機不受工業潤滑油中水分含量的影響，對水分含量＞０．５％的工業潤滑油，脫水精度亦可達到＜３００×１０－６。 同時，電吸附濾芯對油品氧化變質的極性物質都可有效地剝離、去除，而不影響潤滑油中有效成分的存在，并且沒有外加的添加劑等組分，能有效避免對環境的二次污染。 采用吸附原理而非阻攔式過濾的方式，所以不會使濾芯堵塞而影響流量，凈化效率顯著，實現了工業設備潤滑油的循環再利用，*終使廢潤滑油的價值*大化。

以青海某鍛造公司為例，在引入電吸附濾油機，完成了 １００余 ｔ 廢液壓油的循環再生利用，減少了 ５０％ ～ ６０％新油采購成本； 節能 ５０％ ～ ８０％，避免了 １００ ｔ 危廢排放和對土壤等環境的污染；依據理論推算［１５］，再生 １００ ｔ 廢液壓油則減少了 ７００～ ９００ｔ 原油的開采和使用，降低了約 ５８ ｔ ＣＯ２ 的排放；有顯著的環境效益和經濟效益。

４ 結語

廢工業潤滑油的再生是一項利國利民的事業，不僅減少工業潤滑油對環境的污染，減少企業對潤滑油的消耗，同時可以有效地緩解國家能源的緊缺狀況，改善國家的能源安全，而且為企業產生了良好的經濟效益。

雖然靜電濾油機、平衡電荷式濾油機、電吸附濾油機以及膜分離技術，對廢工業潤滑油的過濾精度都比較高，且能有效去除油液中的亞微米級顆粒物，同時對油泥、漆膜及膠質狀污垢油有良好的去除效果。 但是靜電濾油機和平衡電荷濾油機只適用于低黏度的工業潤滑油，且靜電濾油機只適合處理水分含量＜５００×１０－６的工業潤滑油，而膜分離技術中膜的通透性和抗污染能力這兩個問題有待解決和完善，但電吸附濾油機具有較高的處理效率、顯著的環境效益和經濟效益，且對廢工業潤滑油的凈化有良好的普適性，電吸附凈化技術有著良好的應用前景，可能是未來研究和應用的方向。