CN1040995C - 再精炼废油的方法 - Google Patents

Abstract

一种再精炼废油的方法，其中废油(A₁)先用碱性试剂(A₂)进行预处理(A)，然后经第一预闪蒸处理(B)以去除其中含有的水(B₁)和大部分挥发性馏分(B₂)，最后进行分馏处理和提纯处理以去除高聚物和重金属，在单个的填充型塔(21)中进行上述处理，以获得一种或多种再精炼油馏分。借助于旋风分离器(23)，从塔(21)的底部分离出高聚物和重金属，以及很重很粘的油馏分。然后将再精炼油(C₃)进行脱色处理(D)，用作生产润滑油的基础油。

Description

再精炼废油的方法

本发明涉及一种高产率且低污染的再精炼废润滑油的方法。在该特定技术领域中，术语“再精炼”指的是将从发动机和从其它工业用途中排出的废油和废脂肪转变为基础油。在与合适的添加剂混合之后，这样的基础油可作为新的润滑油，其定性特征完全比得上直接通过石油精炼所得到的油。

二十世纪六十年代，出现了第一个用于再精炼废油的工厂，主要为了解决因废油的土地或水处理而引起的严重的生态问题。在此后的一些年中，一方面由于消费的增加，另一方面，由于一次精炼的直馏油的成本的提高，使得再精炼油具有日益提高的重要位置，甚至作为原料。现在，不仅就可得到性可言，而且就成本而言，再精炼油都和直接从石油获得的油不相上下。

对再生油日益增加的经济上的兴趣使得政府机构对其收集和浓缩问题更为关注，创办了联合会以收集废油，所有的使用者必须向它提供废油。这种趋势迄今仍在充分发展，事实上，在欧共体国家中，润滑油的年消耗量总计大约4百万吨，相应的理论上可回收的废油的量等于大约2百50万吨，只有1百50万吨所述的废油实际上被收集并送至再精炼中心，其余量的废油以非控制方式被排出，于是当然有害于环境。

众所共知的并在技术上采用的基本上有两种方法可进行废油的再精炼：硫酸方法和丙烷方法。在这两种方法中，首先去除废油中所含的水，然后分别用硫酸或丙烷提纯，以除去存在的其它杂质。后者主要包括油添加剂中所含的高分子量化合物，以及或者直接来源于金属部件磨损的金属，或者间接来源于燃料或油添加剂中的金属，例如石油中的铅。

硫酸方法是第一个被认识和采用的，但现在正在减少使用，因为它会引起值得重视的污染问题。所述方法基本上包括下述步骤，如图1的方块图所示：A-在中度真空下预闪蒸废油A1，以分离由水A2和轻烃A3(瓦斯油)组成的头馏分，由脱水油A4组成的尾馏分。B-用20-25wt％的浓硫酸处理脱水油A4，以得到提取物，然后倾析具有高分子量的化合物，并且倾析重金属；以及

—将经纯化和酸化的油B3与具有高含量含油馏分的酸渣B2相分离；C—中和油B3，并用石灰和脱色土的混合物C1对其进行脱色；以及

—过滤所述油，获得脱色的中性油C3并且回收吸收了高浓度含油馏分的废土C2；D—高温减压蒸馏油C3，从塔顶分离出工艺水和瓦斯油D1，并且从塔的侧面出口将再精炼油D2分离成为粘度不同的馏分；从塔底注入过热蒸汽；E—用脱色土E1对油进行最后脱色，得到润滑油基础油E3，回收吸收了高浓度含油馏分的废土E2。

图1还表示出流入和流出各个单个方块的流体质量，以废油A1的入口流量为100。这表明硫酸工艺的最终产率甚至未达到60％。

实际上，在酸渣B2中含有相当量的油，但不易从中回收。所述渣的组成实际上相当不同，并且包括，除硫酸和烃化合物之外，具有高分子量的聚合物，硫的、氯的、氮的和磷的有机或无机化合物，以及重金属例如铬，铜，锌，铁，镍和铅。

生态上消除这种类型的废物的解决方案(在现有工厂中仍然采用)是以废物或硅石排出。常在用石灰中和酸渣之后进行排出，但这样做会大量增加排放物的体积和排放费用，因为对每公斤酸渣，需要0.4-0.5公斤的石灰。也不宜使用焚烧技术，因为需要建立和操作复杂和昂贵的设备来净化烟。

主要由于因排放酸渣而造成的污染损害(体积较小，但其危害都不亚于通过直接排放废油而造成的损害)，在市场上一旦出现了利用丙烷的第二种已知方法，便迅速停止了利用硫酸的新再精炼工厂的建立。

第二种方法的方块图如图2所示，其描述方式类似于对上述硫酸方法的描述，在此情况下，也指出了流入和流出单个方块的不同流量，以送入的A1流量为100。在丙烷方法中，酸处理步骤整个地被用液体丙烷提纯的操作B所取代。

事实上，所述烃易被液化，液相密度低。当与废油混合时，丙烷作为稀释剂和流化剂，使第一液体馏分B1与第二液体馏分B2相分离。该第一液体馏分B1具有高粘度，含有高聚合物和重金属，通常用“沥青”表示。该第二液体馏分B2仅仅包括纯化的和脱水的油。当然，提供液体馏分B2的脱丙烷处理以及循环回收的丙烷的装置。

通过热处理，用脱色土C1进行连续的过滤步骤C，结果不仅回收了废土C2，而且回收了气态馏分C3，它包括小部份含在B2中的瓦斯油。其余瓦斯油与脱色油C4一起排出，并在后续的蒸馏步骤D中以D1形式回收。蒸馏步骤D和最终脱色步骤E与前所述完全相同，参见硫酸方法。

丙烷方法显著改进了硫酸方法，不仅是产率提高至大约68％，而且污染显著地降低了。尽管如此，此方法仍有一些不便。首先，由于其爆炸性，使用丙烷对工人造成安全问题，而且，尽管有上述的脱丙烷操作，沥青B1的重馏分中仍含有痕量的丙烷。在可能有兴趣的领域如筑路和建筑领域中，甚至少量的丙烷也是以妨碍使用这样的沥青。事实上，丙烷的存在趋于显著地增加沥青的可燃性。一方面当形成沥青质路面时，难于处理它们，另一方面，阻止了它在最有兴趣的建筑领域的应用，即形成密封涂层。事实上，用这种沥青形成的密封涂层不能如通常所做的那样进行熔焊而没有火险。

结果，在丙烷方法中，从各个方面来看，沥青应被认为是废品。通过先用瓦斯油进行稀释，使其具有充分的流动性，然后一般用作具有高热值但具有高污染率的燃料。它一般用在淬火炉中，该淬火炉中已经提供了特殊的设备以排烟，并且也易于消除这种沥青中所存在的污染物。

最后，从能量观点来看，丙烷方法比硫酸方法更可取，不仅根据电能消耗，而且根据生产工艺蒸汽和加热油的燃料消耗。

近年来，开发了第三种类型的方法，其中，在传统的脱水步骤之后，将废油送至薄膜蒸馏工艺。在所述连续方法中，废油被送至热蒸塔的轴转筒(rotor)中，从所述转筒，将它们喷在塔的内壁上，通过流进所述塔的衬里内的导热液体，使塔的内空保持在高温下。

和塔壁相接触，油的轻的可蒸发馏分立即变为气相，而重馏分仍为液体，并且进入塔的底部。然后收集蒸发馏分，并在后续的分馏塔中分馏成为所要求的馏分。

该连续方法具有高产率，但有一系列缺陷限制其发展。首先，需要预处理以提纯废油，以便持续操作相当长的时间，而不必提供额外的清洁操作；特别地，转筒的存在使得该方法的污物堵塞非常难处理，周期性的清洗很昂贵。其次，所述方法需高投资和运行费用，这在经济上无法与丙烷方法相竞争。最后，由于不得不限制薄膜蒸馏塔的高度(这是因为为了清洗需要完全拉出转筒)，如果进料流量很大时，需要使用几个并联的塔，这就使得设备的规模很大。

本申请的发明人提出一种再精炼废油的工艺的目的在于，减少或完全放弃使用难于排放或对环境有害或对人身安全有危险的试剂；采用简单和小型的设备，不增加生产成本，降低能耗；在完全静态的设备中进行操作，其中的单个组件不包括任何典型的废油处理中极易造成污物堵塞问题的移动部件；并且，最后，提高已知工艺的仍然不能令人满意的产率，不仅提高再生油的数量和质量，而且提供其付产品的利用的可能性，以带来经济上的利益，使所述工艺具有更大的优势。

按照本发明，为达到所述目的，该类型的再精炼废油方法中，所述废油首先进行预闪蒸处理，以除去其中所含的水和大部份挥发性馏分，进行提纯处理以除去高聚合物和重金属，进行蒸馏分馏处理，以获得一种或多种馏分油，用作润滑油基础油，最后进行脱色处理，该方法的特征在于：

—所述蒸馏分馏处理在单个的填充型塔中进行；

—所述提纯处理以三个连续步骤进行：第一步骤预处理，在所述预闪蒸处理之前，加入强碱试剂，使之与油混合；第二步骤，在蒸馏分馏处理之前，倾析来自预闪蒸处理的油；第三步骤，从所述分馏塔的底部排出含有所述高聚物和重金属的重液体馏分。

为了更清楚地说明本发明的再精炼方法的进一步的特征和优点，下面将根据附图，详细地描述一个优选的实施该方法的装置，其中：

图1是一个方块图，说明已知类型的硫酸再精炼方法；

图2是一个方块图，说明已知类型的丙烷再精炼方法；

图3是一个方块图，说明本发明的再精炼废油的方法；

图4是一个实施本发明方法的装置图，其中碱性试剂添加步骤和预闪蒸步骤被更详细地说明；以及

图5是一个实施本发明方法的装置图，其中蒸馏分馏步骤和分离含有高聚合物和重金属的重馏分步骤被更详细地说明。

本发明的再精炼废油的方法不同于已知方法，因为它显著地简化了提纯处理，并且将所有的蒸馏处理(在已知方法中，它们是在几个串联的塔中进行的)以及分离含有高聚物和重金属的重馏分的操作，合并在一个单独的塔中。而且，最后的分离是通过位于蒸馏塔底部的旋风分离器进行，蒸馏塔不要求使用任何可动部件，于是不会发生由于所处理材料的高粘度和特殊组成所引起的污物堵塞的问题。

图3是一个说明本发明方法主要步骤的方块图。象类似的说明前述已知工艺的图1和图2一样，该图指明了流入和流出单个方块的流体质量，以废油A1的送入流量为100。

如上所述，提纯废油去除高聚物和重金属的处理包括用碱性试剂进行预处理A。为此目的，优选的试剂是 ，在预闪蒸处理之前，将 加到A2中，并与油A1混合。所述预处理并不直接作用于上述污染物上，但是一方面有助于皂化其中所含的脂肪酸，促使其沉淀，另一方面中和以键合和游离形式存在的氯。脂肪酸的皂化，除有利于通过倾析将其除去，于是改善系统的流动性，还破坏其挥发性，于是阻止了所述酸在蒸馏塔中的气化，而这种气化的结果是直接地污染了油，或者通过污染部件而最终污染其上的油。氯的中和还保护了设备，避兔了腐蚀的危险现象，延长了它的工作寿命。

后续的预闪蒸处理B涉及—如已知技术的工艺中那样—分离含油的水流B1和瓦斯油流B2。在送至后续步骤之前，来源于预闪蒸处理的脱水油B3要静置一段时间，足以使皂化或者絮凝部份倾析出来。

经上述处理的油流送至热脱沥青处理和蒸馏分馏处理C，蒸馏分馏处理C同时涉及含有瓦斯油的轻相C1的分离和含有高聚物和重金属的重相C2的分离，并且油分馏成为具有不同密度的三种馏分C3。将由此获得的这三种适于通过汽提处理进行提纯的馏分送至最后的脱色处理D(它本身是已知的)，向其中送入脱色土流D1，并从中移出废土流D2，因此得到再精炼油的主流D3，产率高达大约72％。如再加一个步骤，即回收吸收在废土D2中的油，产率甚至能提高到75％。另一种方法是，再精炼油D3的脱色可以用氢气处理进行，在技术上也是众所周知的。

参考图4和图5中表示的设备，详细地描述方块A，B和C中的工艺步骤。

图4说明方块A和B。通过泵1将废油A1送入预闪蒸塔2中。碱性试剂A2也送入所述泵的出口中，通过计量泵3控制流量。如上所指明，所述试剂优选地包括 ，以30％的溶液加入，其量应使废油在塔2的出口处的PH值在10和13之间，优选地在11.8和12.2之间。于是，通过位于塔2的出口处的PH控制装置4，自动调节泵3的流量。

废油A1和试剂A2进入线混合器5充分混合，接着在热交换器6中预热至大约120°-140℃的温度。该热交换器由蒸汽管线VAP供热。

将预闪蒸塔2保持在中等真空度下，等于大约200mmHg。借助于一个与蒸汽管线VAP相连的喷射泵7来保持该真空度。然后将送入塔2中的流A3分离成为含有水和瓦斯油的蒸气相，和含有脱水油和污染物的液相。通过水冷冷凝器8a将蒸气相冷凝并送至重力分离器9。来自喷射泵7的蒸汽在冷凝器8b中冷凝之后，也进入该分离器9。

分离器9从两个已述的液流B1和B2中分离出不冷凝的气相GAS，将其送至高温燃烧炉，以焚毁其中存在的任何气态污染物。略被油污染的水流B1，连同其它装置中排出的工艺水，一起送至生态净化装置中。这实际上是本发明方法中的唯一的废产物，废水不超过送入料重量的4％，对其正常排除不会造成任何特殊的问题。极好质量的瓦斯油B2，因为油未用污染试剂进行处理，可以送入正常的商业燃料渠道。

最后通过冷却圈10冷凝的塔底产物B3，通过泵11送入收集罐12中。计算好罐12的尺寸和入口出口管线的位置，使B3流在其中的停留时间为至少48小时。以此方式，用 处理而皂化的脂肪酸和其它絮凝部份能够在罐12的底部倾析，通过排出管13定期地将其排出，夹带着一定量的杂质。

图5表示对脱水油流B3进行的热脱沥青和蒸馏分馏处理。首先在甲烷气体炉20中，将所述油加热至大约300℃的温度。然后将油送至分馏塔21的底部，其中真空度保持为至少10-20mmHg(在塔顶)。由均与VAP管线相连的主喷射泵22a和串接的二个次级喷射泵22b和22c来保持真亮度。更精确地，经加热的和部份气化的油被送至旋风分离器23的顶部，该旋风分离器位于塔21的下部，包括一个围绕一个大中心管同下盘旋的开螺旋(open-spvial)通道，大中心管连接了塔的底部和其邻接的上部。

在塔21的入口处，流B3几乎完全气化，旋风分离器23使得气相从液相中完全彻底地分离出来，液相中含有很重的油馏分和所有的污染物，污染物包括高聚物和重金属。液相C2，常称为“沥青”，通过泵24送至收集罐。

从旋风分离器23中释放出来的气相，沿塔21向上移动，遇到四个顺序排列的填料层25，这些填料层位于各个集液板26之上这些填料板，以已知的方式，允许升向顶部的气相通过，并留存已冷凝的液体。本发明的分馏塔21如此设计，使进入流分馏成为主要含有工艺蒸汽和瓦斯油的头馏分，三个具有不同密度的再精炼油的中间馏分(标记为C3/I，C3/II和C3/III，可用于不同的商业用途)，以及已经描述过的尾馏分C2。

为得到该结果，填料应具有很低的流动阻力(每层填料至多为5-10mmHg)，以及高的气体/液体接触表面。为了获得极好的结果，使用金属填料，包括并排的，叠加的，折状的金属板，形成盘旋弯曲的通道使蒸汽上升，其平均尺寸为1至几个厘米。这种类型的填料，由不锈钢制成，由Glitsch Italiana，Campoverdedi Aprilia(Latina)，Italy，制造，市售商标为GEMPACK。

在顶部集液板26a，即位于第一层填料25下面的集液板上收集的液体馏分，通过泵27a，重新流入恰位于所述集液板下的塔区，并且，在水交换器28冷却之后，它被送至塔21的顶部。超过回流需要的部份作为瓦斯油在C1中收集，连同在前面预闪蒸步骤中分离的流B2，可投放市场。

在两个下层集液板26b和26c上收集的液体馏分分别通过循环泵27b和27c，重新流入恰在所述集液板下的塔区。超过回流需要的这两个液体馏分的部份，分别被送至具有三个不同区间的汽提塔29的不同区间中，在底部集液板26d上收集的液体馏分也直接流入这三个区间中的一个。在汽提塔的三个区间中，通过与来自VAP管线并在炉20中过热的水蒸汽逆流接触，这三个液体馏分被进一步提纯。

在汽提塔29中收集的液体馏分，通过泵30b，30c和30d，经空气冷却器31后，最终送至收集罐。

来自主喷射泵22a和来自次级喷射泵22b和22c的流，含有工艺蒸汽，不冷凝的气体和瓦斯油蒸气，在水冷凝器32中冷凝，然后收集进入重力相分离器33。在分离器33中，将从塔21的顶部逸出的瓦斯油相从工艺水相和不冷凝的气相中分离出来。瓦斯油送进C1，在可能地进行了去污染处理之后，水流34再循环至蒸汽产生蒸发器；而不冷凝的气体送入GAS，然后进入燃烧炉以消除任何可能的污染气体。

这样获得的再精炼油馏分，重油C3/I，中油C3/II，轻油C3/III，被送入最终的脱色装置，以公和的方式，将所述油用脱色土或氢气进行脱色处理，使之适合于市场要求。

由于不存在溶剂和事实上含有，作为污染物的载体，很重很粘的油馏分(亮库存油)，沥青油C2可以市售，以经济上有利的方式，形成沥青质的路面，使之具有特殊的高弹性和消音特性。

本发明的再精炼废油的工艺，和已知技术相比特别地有利。事实上，除能用相当简单的装置进行实施，从而减少安装费用之外，由于碱性提纯预处理和设备中完全没有可动部件，还减少了对周期性维护的需求。

至于运行成本，本发明的方法具有很高的竞争力，参见下面的比较表。该表报告了消耗品的成本，以及处理废料所需的费用。可以看出，它是硫酸工艺所要求成本的25％，是丙烷工艺所要求成本的60％。

最后，本方法中所产生的废料只包括在预闪蒸步骤中从油中分离出的水。所述水的量很小，是初始送入料A1的大约4％。就排出问题而言，如上所述，无论如何没有造成生态问题。

                          表

产品(每吨废油)	工艺类型
		消耗品：天然气电流添加剂试剂丙烷酸氮气脱色土纸，过滤器等欲排出：废土酸渣	硫酸    丙烷    本发明
SM3   160.2   215.8      98.61Kwh     75.6   102        58.53US$     3.44   4.9         2Kg       -       -        17Kg       -       5         -Kg      178.3    -         -Kg      2.5    2.5        2.35Kg      88.9   119.4      81.5US$     2.08     1         2Kg     239.87  190.67    131Kg     356.25    -         -
	总费用		US$    200     100        60
(每吨废油)产率总费用
		58.2％  68.79％   72％
	US$    344     145        83
		(生成每吨再精炼油)参考价：—天然气—电流—试剂—丙烷—酸—氮气—脱色土—排出废土—排出酸渣
US$/Sm3 0.18US$/Kwh  0.095US$/Kg   0.16US$/Kg   0.45US$/Kg   0.12US$/Kg   0.37US$/Kg   0.25US$/Kg   0.056US$/Kg   0.28

Claims (12)

1.一种再精炼废油的方法，其中所述废油(A1)经第一预闪蒸处理(B)以去除其中含有的水(B1)和大部分的挥发性馏分(B2)，经提纯处理以去除高聚物和重金属，经蒸馏分馏处理(C)以获得一种或多种可用作润滑油基础油的油馏分，最后经脱色处理(D)，其特征在于：

—所述蒸馏分馏处理(C)在单个的填充型塔(21)中进行；

—所述提纯处理以三个连续步骤进行：第一步骤预处理(A)，在所述预闪蒸处理(B)之前，加入强碱试剂(A2)并与油(A1)相混合，第二步骤，在蒸馏分馏处理(C)之前，倾析来自预闪蒸处理(B)的油(B3)；第三步骤，从所述分馏塔(21)的底部排出含有所述高聚物和重金属的重液体馏分(C2)。

2.按照权利要求1的方法，其中所述填充型分馏塔(21)是一个四级塔，总的流动阻力不超过40mmHg。

3.按照权利要求1的方法，其中所述填充型分馏塔(21)是一个四级塔，总的流动阻力不超过20mmHg。

4.按照权利要求1的方法，其中所述塔(21)中的填料(25)包括并排的，叠加的，折状的金属板。

5.按照权利要求1的方法，其中来自预闪蒸处理(B)的油(B3)被送入位于分馏塔(21)的下部的旋风分离器(23)中，该油在该旋风分离器中被分离为气态馏分和含有高聚物和重金属的重液体馏分(C2)，气态馏分被送至塔(21)的上部，而重液体馏分被排出。

6.按照权利要求1的方法，其中所述分馏塔(21)，甚至在装有旋风分离器的塔下部，均没有活动部件。

7.按照权利要求1的方法，其中所述强碱试剂(A2)是 。

8.按照权利要求7的方法，其中所述试剂(A2)的引入量足以使来自预闪蒸步骤的脱水油的PH值在10至13之间，优选地，在11.8和12.8之间。

9.按照权利要求1的方法，其中所述倾析在罐(12)中进行，罐(12)位于预闪蒸塔(2)和分馏塔(21)之间，停留时间为至少48小时。

10.按照权利要求1的方法，其中从分馏塔(21)排出的经蒸馏的油馏分(C3/I，II，III)，在进行脱色处理(D)之前，在汽提塔(29)中进行处理。

11.按照权利要求1的方法，其中所述脱色处理(D)用脱色土(D1)进行。

12.按照权利要求1的方法，其中所述脱色处理(D)是氢气处理。

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