بازیافت روغن مستعمل زمانی به تولید روغن پایه باکیفیت منجر می شود که آلاینده های محلول و معلق، ترکیبات اکسیدشده و فلزات ناشی از مواد افزودنی به صورت مرحله ای حذف شوند. در مسیرهای مدرن، پس از آب گیری و جداسازی ذرات، تصفیه روغن موتور به روش تقطیری و تقطیر تحت خلا یا استخراج حلالی برای تغلیظ برش روغن پایه انجام می شود و سپس هیدروتریتینگ یا هیدروژناسیون، ترکیبات گوگردی، نیتروژنی، اکسیژنه و بخشی از فلزات را کاهش می دهد.
شیرین سازی بیشتر برای حذف ترکیبات نامطلوب و کاهش خورندگی، بو، رنگ و ناپایداری به کار می رود. انتخاب کاتالیست، فشار هیدروژن، دما، سرعت فضایی و نسبت هیدروژن به خوراک، مستقیما بر کیفیت محصول و عمر کاتالیست اثر دارد.
فرآیند هیدروژناسیون و نقش آن در ارتقای کیفیت روغن بازیافتی
هیدروژناسیون در واحدهای تصفیه مجدد، یک عملیات کاتالیستی است که خوراک روغن مستعمل را در حضور هیدروژن از بستر کاتالیستی عبور می دهد. در فرایندهای مرتبط با دستگاه تصفیه روغن سوخته صنعتی، پیش از ورود خوراک به راکتور، آب، ذرات جامد، آسفالتن ها و بخشی از ترکیبات سنگین باید حذف شوند؛ زیرا این مواد باعث افت فشار و غیرفعال شدن سریع کاتالیست می شوند.
در هیدروتریتینگ روغن های مستعمل، کاتالیست های پایه آلومینا با فاز فعال نیکل-مولیبدن یا کبالت-مولیبدن استفاده می شوند. فرآیند هیدروژناسیون شامل موارد زیر است:
- مکانیزم واکنش های هیدروژناسیون در تصفیه دوم روغن
- حذف گوگرد
- بهبود شاخص گرانروی
مکانیزم واکنش های هیدروژناسیون در تصفیه دوم روغن
در واکنش هیدروگوگردزدایی، ترکیبات آلی گوگرددار روی سطح کاتالیست واکنش داده و گوگرد آن ها عمدتا به شکل سولفید هیدروژن جدا می شود. در هیدرونیتروژن زدایی نیز ترکیبات نیتروژنی تحت واکنش با هیدروژن به محصولات ساده تر تبدیل می شوند و نیتروژن عمدتا به آمونیاک منتقل می شود. هم زمان، پیوندهای غیراشباع هیدروکربن ها با هیدروژن اشباع می شوند.
این واکنش ها مقدار ترکیبات واکنش پذیر را کاهش داده و روغن را در برابر اکسیداسیون مجدد پایدارتر می کنند. انتخاب صحیح از میان انواع کاتالیست اهمیت زیادی دارد؛ زیرا انتخاب پذیری و عملکرد کاتالیست بر شدت و بازده واکنش های هیدروژناسیون اثر می گذارد و افزایش بیش ازحد شدت فرایند می تواند مصرف هیدروژن و هزینه عملیاتی را بالا ببرد.
حذف گوگرد، نیتروژن و فلزات سنگین تحت فشار هیدروژن
گوگرد و نیتروژن به ترتیب عمدتا از مسیر HDS و HDN حذف می شوند. ترکیبات فلزی مانند نیکل، آهن و سایر فلزات ناشی از فرسایش قطعات موتور یا مواد افزودنی نیز می توانند روی کاتالیست رسوب کنند. در هیدرودمتالیزاسیون، ترکیبات آلی فلزی شکسته شده و فلز در سطح کاتالیست یا بخش محافظ راکتور باقی می ماند.
به همین دلیل، استفاده از Guard Bed پیش از کاتالیست اصلی اهمیت دارد. این بخش بار فلزی و ذرات باقی مانده را کاهش می دهد و از مسمومیت زودهنگام کاتالیست فعال جلوگیری می کند. ظرفیت نگهداری فلزات، یکی از عوامل تعیین کننده طول عمر بستر کاتالیستی است.
بهبود شاخص گرانروی (VI) و رنگ روغن پایه نهایی
شاخص گرانروی نشان می دهد ویسکوزیته روغن با تغییر دما چه مقدار تغییر می کند. هیدروتریتینگ با کاهش ترکیبات ناپایدار، اشباع بخشی از آروماتیک ها و حذف مواد قطبی اکسید شده می تواند کیفیت روغن پایه را بهبود دهد. رنگ روغن نیز با کاهش ترکیبات اکسیدشده، مواد رزینی و مولکول های رنگ زا روشن تر می شود. البته هیدروژناسیون جایگزین جداسازی برش های نامناسب نیست؛ اگر تقطیر خلا به درستی انجام نشود، حتی کاتالیست فعال نیز نمی تواند به تنهایی محصولی با مشخصات پایدار ایجاد کند.
روش شیرین سازی در فرآیند بازیافت روغن مستعمل و تصفیه آن
شیرین سازی با هدف کاهش ترکیبات نامطلوب واکنش پذیر، به ویژه گونه های گوگردی، انجام می شود. در طراحی های صنعتی، این مرحله می تواند به صورت فرآیند شیمیایی، جذب سطحی یا هیدروتریتینگ انتخابی اجرا شود و روش مناسب به نوع آلاینده و مشخصات خوراک بستگی دارد.
در روش های شیمیایی قدیمی، اسید سولفوریک و خاک رنگبر برای حذف ترکیبات نامطلوب استفاده می شد؛ اما تولید اسیدتار و خاک آلوده، هزینه دفع پسماند و افت بازده روغن را افزایش می دهد. فناوری های جدیدتر به سمت فرآیندهای هیدروژنی و ترکیبی حرکت کرده اند، زیرا امکان تولید روغن پایه با خلوص بالاتر و پسماند جامد کمتر را فراهم می کنند.
مقایسه فنی و اقتصادی دو روش شیرین سازی و هیدروژناسیون
|
معیار |
هیدروژناسیون |
شیرین سازی |
| هدف اصلی | حذف عمیق گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و بخشی از فلزات | کاهش ترکیبات نامطلوب و بهبود رنگ و پایداری |
| ماده فعال | هیدروژن و کاتالیست فلزی | بسته به فناوری، اسید، جاذب یا ماده شیمیایی |
| کیفیت محصول | معمولا بالاتر در صورت آماده سازی صحیح خوراک | وابسته به شدت و نوع تصفیه |
| کنترل فلزات | موثرتر با پیش تصفیه و بستر محافظ | محدود در روش های معمول |
| پسماند | عمدتا کاتالیست مصرف شده و جریان های جانبی | در روش اسیدی و خاکی قابل توجه |
| سرمایه گذاری | بالاتر به دلیل راکتور، کمپرسور و تجهیزات ایمنی | معمولا پایین تر در روش های ساده |
| هزینه عملیاتی | وابسته به هیدروژن، کاتالیست و انرژی | وابسته به مصرف مواد شیمیایی |
| مناسب برای | تولید روغن پایه با مشخصات کیفی بالاتر | خوراک با آلودگی کنترل شده و نیاز به تصفیه مشخص |
نتیجه گیری
بازیافت مهندسی روغن مستعمل باید براساس ترکیب واقعی خوراک طراحی شود، نه صرفا انتخاب یک روش تصفیه. آب گیری و حذف ذرات، پیش شرط حفاظت از تجهیزات هستند؛ تقطیر خلا یا استخراج حلالی، برش روغن پایه را از مواد سنگین و آلاینده جدا می کند؛ و هیدروژناسیون، ترکیبات گوگردی و نیتروژنی، بخشی از فلزات و مواد ناپایدار باقی مانده را هدف قرار می دهد.
شیرین سازی می تواند برای کاهش ترکیبات نامطلوب و بهبود رنگ و پایداری مفید باشد، اما روش های اسیدی پسماند بیشتری تولید می کنند. در مقابل، هیدروتریتینگ سرمایه گذاری و کنترل عملیاتی بیشتری می خواهد، ولی در صورت استفاده از کاتالیست مناسب، بستر محافظ و شرایط بهینه، روغن پایه با کیفیت بالاتری تولید می کند. برای انتخاب و اجرای راهکار مناسب تصفیه و بازیافت روغن مستعمل، نیرونماد می تواند راهکار مهندسی متناسب با مشخصات خوراک و هدف تولید را ارائه کند.
سوالات متداول
1. روش شیرین سازی چه نقشی در بهبود عمر کارکرد روغن بازیافتی دارد؟
کاهش ترکیبات گوگردی و مواد واکنش پذیر، سرعت تشکیل محصولات اکسیداسیون و اسیدی شدن روغن را پایین می آورد. در نتیجه، روغن پایه تصفیه شده پایداری حرارتی و اکسیداسیونی بهتری پیدا می کند. بااین حال، عمر کارکرد روغن فقط به شیرین سازی وابسته نیست و مقدار فلزات، بقایای افزودنی ها، شاخص گرانروی و کیفیت نهایی هیدروتریتینگ نیز تعیین کننده هستند.
2. اصلی ترین مزیت روش هیدروژناسیون نسبت به روش اسیدی سنتی در بازیافت روغن مستعمل چیست؟
مهم ترین مزیت هیدروژناسیون، حذف عمیق تر ترکیبات هترواتمی و کاهش آلاینده ها بدون اتکا به تولید اسیدتار و خاک آلوده است. در روش اسیدی، بخشی از آلودگی به جریان پسماند منتقل می شود و مدیریت این پسماند هزینه بر است؛ اما در هیدروتریتینگ، واکنش های کاتالیستی می توانند گوگرد و نیتروژن را به ترکیبات جداشدنی مانند H2S و NH3 تبدیل کنند.
3. آیا کیفیت روغن حاصل از بازیافت روغن مستعمل با روغن پایه اولیه (بکر) برابر است؟
در صورت استفاده از فرآیند چندمرحله ای شامل پیش تصفیه، تقطیر مناسب و هیدروتریتینگ، روغن پایه بازیافتی می تواند از نظر بسیاری از شاخص های فیزیکی و شیمیایی به روغن پایه بکر نزدیک شود. با این حال، برابری کامل کیفیت تضمین شده نیست و باید مشخصاتی مانند ویسکوزیته، VI، رنگ، گوگرد، نیتروژن، فلزات، نقطه ریزش و پایداری اکسیداسیونی روی محصول نهایی آزمایش شود. نوع روغن مستعمل و میزان تخریب اولیه آن نیز مستقیما بر کیفیت محصول نهایی اثر می گذارد.
من متخصص مهندسی مکانیک هستم و چندین سال در حوزه تصفیه روغن و تجهیزات صنعتی تجربه دارم. هدف من از نوشتن مقالات در «نیرو نماد» این است که دانش فنی را به شکل کاربردی و قابل استفاده برای حرفهایها و علاقهمندان به اشتراک بگذارم.
