废润滑油范文（精选8篇）
废润滑油 第1篇
由于石油资源的逐渐枯竭及废润滑油对环境产生的污染日趋严重, 因此对废润滑油进行回收再利用不仅对环境保护有着重要的意义, 而且还会带来巨大的经济效益。废润滑油再生处理技术的发展主要经历了酸土法、无酸法、加氢法等3个过程, 目前比较先进的工艺是蒸馏-加氢工艺, 同时该工艺也是目前最环保、经济性最高、可操作性最好的废油再生工艺, 并且在实际生产中也取得了良好的经济效益[3,4]。
本工作利用FDS-1加氢催化剂 (以γ-Al2O3为载体, Ni-Mo为活性组分) , 采用蒸馏-加氢工艺对工业废润滑油进行再生, 考察了反应温度、反应压力等工艺条件对加氢精制效果的影响。通过与国内比较常用的溶剂法处理废润滑油所得的再生油进行对比, 加氢所得再生油的各项性能指标均较佳。
1 实验部分 (1)
1.1 设备及仪器
表1列出了实验所用主要设备及仪器的名称、型号及生产厂家。
1.2 再生工艺
采用废润滑油蒸馏-加氢再生工艺先对预处理后的废润滑油进行常减压蒸馏, 然后进行加氢精制 (见图1) 。其中加氢处理就是将原料中非理想组分转化为理想组分的化学过程。在此过程中发生的反应主要有芳烃饱和、环烷烃的开环、烷烃和烃基长侧链的加氢异构化以及加氢脱除硫、氮等杂原子等一系列的反应。
1.3 废润滑油性质
将预处理后的废润滑油进行实沸点蒸馏, 各馏分质量分数列于表2。废润滑油及其馏分油 (废润滑油经常减压蒸馏后得到的润滑油馏分, 收率为86.12%) 的主要性能参数列于表3。
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1.4 工艺条件
在氢油比 (体积比, 下同) 为400∶1, 空速为1.2 h-1的条件下, 分别考察反应压力和反应温度对加氢效果的影响。反应温度取值260, 290, 320, 350℃, 反应压力取值4, 5, 6, 7, 8 MPa。
2 结果与讨论
2.1 废润滑油蒸馏性质分析
由表2可见, 废润滑油所含主要成分仍为润滑油, 而且多属低于450℃的馏分。因此, 实验切取350~450℃的润滑油馏分, 对其进行加氢精制。废润滑油中的水分及轻质油的含量非常少, 但却有一定的回收价值。剩余的重质油馏分 (质量分数约占12.59%) 为黑色且黏度较大的胶质、沥青质等, 这些重质油馏分可以通过催化裂化等方式继续再生, 也可用作生产沥青的原料。由表3可见, 随着废润滑油中的水分和轻质油蒸出后, 馏分油的黏度增加, 同时其色度有所降低且闪点提高, 这说明通过实沸点蒸馏除去了部分胶质和沥青质等非理想组分;通过实沸点蒸馏后含硫量增加, 这说明未除去硫化物, 随着水分以及轻质油组分的减少, 单位体积废油中的含硫量增加。实沸点蒸馏能有效地分馏出润滑油馏分, 但分馏出的润滑油馏分仍含有一部分非理想组分, 需作进一步的精制处理。
2.2 加氢精制反应温度和压力对再生油性质的影响
2.2.1 黏度及黏度指数
图2和图3分别示出了在不同温度和压力条件下加氢精制所得再生油在40, 100℃条件下测得的黏度。
由图2可见, 反应温度相同时, 当反应压力由4 MPa升至5 MPa时, 再生油的黏度降低最为明显, 随着压力继续增大, 黏度降低不太明显;反应压力相同时, 随着反应温度的升高, 再生油的黏度先降低后略有增加, 其主要原因是当压力一定时, 随着温度的增加, 加氢程度进一步加深, 因此黏度降低, 但当温度过高时又会使再生油发生部分碳化, 使其黏度增加。以反应压力为5 MPa, 反应温度为320℃时的加氢效果较佳, 此时再生油的黏度 (40℃) 为48.2 mm2/s。
由图3可见, 随着加氢温度和压力的变化, 再生油100℃下的黏度变化不明显, 这主要是因为黏度随温度升高而减小, 最终趋近一个极限值, 且各种油品的极限黏度非常接近[5]。
黏度指数用以表征油品的黏温性质, 其值越大, 黏温性越好[6]。图4示出了在不同温度和压力条件下加氢精制所得再生油的黏度指数。
由图4可见, 当反应温度一定时, 随着反应压力的增大, 加氢深度增加。当反应压力由4 MPa增大至8 MPa时, 黏度指数增加最为明显, 继续增大反应压力, 黏度指数则变化不太明显。另外, 随着反应压力的增加, 对设备的要求会趋于苛刻, 因此综合考虑反应压力以5 MPa为宜。
由图4还可见, 当反应压力一定时, 随着反应温度的升高, 黏度指数先增加后略有降低, 这是由于随着反应温度的升高, 加氢反应的深度增加, 再生油的黏度指数增大, 但当反应温度过高时, 芳烃加氢饱和深度降低, 不饱和烃容易发生聚合反应, 使稠环化合物缩合生焦, 部分重组分碳化[7], 从而破坏了再生油的品质, 其黏度指数降低。同时催化剂上产生积炭, 严重影响催化剂的活性, 缩短其使用寿命, 进而影响再生油的质量, 因此加氢反应的反应温度不宜过高, 以320℃为宜。
2.2.2 色度
对润滑油基础油而言, 一般精制程度越高, 其烃的氧化物和硫化物脱除越干净, 得到的油品颜色越浅, 即色度越低。图5示出了在不同温度和压力条件下加氢精制所得再生油的色度 (GB6540) 。
由图5可见, 当反应温度一定时, 随着反应压力的增大, 再生油的色度逐渐降低, 且当反应压力由4 MPa增至5 MPa时, 色度降低最明显;当反应压力一定时, 随着反应温度的升高, 色度先减小后略有增大, 这是因为温度过高时会使一些不饱和烃发生聚合反应, 使稠环化合物缩合生焦, 部分重组分碳化, 进而影响再生油的色度。以反应压力为5 MPa, 反应温度为320℃时的加氢效果较佳, 此时再生油的色度为2.9号。
2.2.3 含硫质量浓度
图6示出了在不同温度和压力条件下加氢精制所得再生油的含硫质量浓度。
由图6可知, 当反应压力一定时, 随着反应温度的升高, 再生油含硫质量浓度降低, 说明高温有利于加氢脱硫反应的进行, 且反应温度由290℃升至320℃时, 再生油含硫质量浓度降低明显;在反应温度一定时, 当反应压力由4 MPa增至5 MPa时, 再生油含硫质量浓度减小, 继续升高反应压力, 再生油含硫质量浓度基本不变。可见, 反应温度对加氢脱硫反应起主要作用, 最佳反应温度为320℃, 此时再生油的含硫质量浓度为103 mg/L。
2.2.4 闪点
通常情况下用油品的闪点判定油品的蒸发性和安全性。润滑油的挥发性直接影响着其闪点, 挥发性越大, 闪点越低, 反之亦然[8]。图7示出了在不同温度和压力条件下加氢精制所得再生油的闪点。
由图7可见, 当反应温度一定时, 随着反应压力的增大, 再生油的闪点逐渐降低, 且当反应压力由4 MPa增至5 MPa时, 闪点降低最为明显, 因此反应压力以5 MPa为宜, 此时再生油的闪点为210℃;当反应压力一定时, 随着反应温度的升高, 闪点逐渐降低, 但降低不明显。
3 结论
利用FDS-1加氢催化剂, 采用蒸馏-加氢工艺对工业废润滑油进行再生, 考察了反应温度及反应压力对加氢精制效果的影响。结果表明, 加氢精制最佳工艺条件为氢油体积比400∶1, 反应温度320℃, 反应压力5 MPa, 空速1.2 h-1。在此条件下, 所得再生油的黏度 (40℃) 为48.2 mm2/s, 黏度指数为117, 色度为2.9号, 含硫质量浓度为103 mg/L, 闪点为210℃。
参考文献
废润滑油 第2篇
中国废润滑油市场状况及其再利用分析
一、中国废润滑油市场容量、潜力分析 随着我国经济的快速发展,中国的废润滑油再生市场发展迅速.中国总体润滑油市场容量(不含OEM)为486.8万t,中国废润滑油市场容量为335.94万t.京津冀地区总体润滑油市场容量(扣除OEM)为50.33万t,废润滑市场容量为37.38万t,其中北京市废润滑油市场容量为9.24万t,天津市废润滑油市场容量为6.21万t,河北省废润滑油市场容量为21.93万t.
作 者：曲飞宇 作者单位：北京正略钧策企业管理咨询有限公司刊 名：新材料产业英文刊名：ADVANCED MATERIALS INDUSTRY年，卷(期)：“”(3)分类号：关键词：
QNF系列废润滑油再生系统 第3篇
QNF系列废润滑油再生系统, 采用专用“脱色除臭剂”, 消除废油中极性微粒间的电荷, 使之聚成大颗粒的杂质, 将油中胶质、沥青、微粒杂质等析出。它的真空脱气脱水系统和废气滤清系统, 能有效地除去油中的水分和有害气体, 采用耐腐蚀、耐高温、机械强度高、使用寿命长的高精度过滤系统, 先进的导热油加热系统, 具有升温快、油温稳定、加热均匀等特点。装置结构紧凑、布局合理、操作简单, 可一机多用, 满足各种个性化客户的要求。
QNF系列产品用于对各种废旧工厂用润滑油、轧钢润滑油等进行再生脱色还原处理, 亦可处理其他矿物类废油, 处理后的油品净化效果明显直观。
QNF系列产品相关技术参数:日处理废油3000~12 000 kg, 回收率70~95% (根据油品污染情况) , 工作压力≤0.4~0.6 MPa, 真空度-0.06~-0.095 MPa, 导热油温度200℃。
废润滑油再生技术应用现状 第4篇
对废油的处置方法有以下几种:丢弃、道路油化、焚烧、脱重金属后作为燃料、再生成为润滑油[1]。其中把废润滑油进行回收再生有着十分重要的意义,首先是节约能源,提高有限的石油资源的利用率,其次是有利于防止环境污染,避免土壤、水域受污染以及维护生态平衡等。
由于废油再生的社会意义已在全世界得到广泛的认识,国外许多国家在法律上规范和支持废润滑油的再生行业,使废润滑油的回收和再生逐步走向规模化,使得无污染工艺得到开发和改进;而我国的废润滑油再生行业到目前为止政策和法律的规范和支持力度不够,导致我国废润滑油再生企业的规模小、技术落后[2],前景不容乐观。
1 废润滑油再生工艺概述
废润滑油主要来自于内燃机及工业生产,润滑油在使用的过程中由于高温及空气的氧化作用,会逐渐老化变质,再加上摩擦部件上磨下来的金属粉末、呼吸作用及其它原因而进入油中的水分和杂质,这些变质部分和杂质不仅污染了润滑油,而且还导致了润滑油的性能劣化,使润滑油失去作用成为废润滑油。所谓废润滑油,一般是指使用一段时间后某些指标超过润滑油标准的油或油品质量有明显改变,而其中真正变质的只有百分之几,如果将这些变质的成分除去,就可以得到与天然油生产的质量相当的基础油来。
根据润滑油变质机理和变质程度,废润滑油再生技术可分为再净化工艺,再精制工艺以及再炼制工艺[3]。
1.1 废润滑油再净化工艺
该方法适用于那些使用条件不苛刻,使用时间不太长,而且其基本理化性质一般没有太大变化的废油。可以通过沉降、离心分离和过滤来脱除水分和机械杂质后可按原来用途使用。国内外在这方面也有大量的研究,如日本曾报道,将废机械油送入离心机高速离心,脱去水杂。美国有一项专利报道,将废油加热后送入旋风流动的容器,使水及汽油汽化,与机械油分离,脱去水及汽油的废油再经过一个过滤器滤去机械杂质。韩国的SOK YONG HO(KR)在1989年申请了“油压真空过滤装置”的韩国专利等。
1.2 废润滑油再精制工艺
当润滑油经长时间的运行使用后,由于工作和环境的条件,使得润滑油的各种指标发生严重的劣化变质,使用性能急剧下降,单纯的采用物理过程来净化再生已然达不到再生的目的,此时必须采用化学方法来精制再生。再精致工艺用来处理一些没有混入轻质油品也没有混入必须蒸馏才能分离的杂质的废油,因此不包含蒸馏、加氢等设备复杂的单元操作。废润滑油再精制加工工艺朝有两个不同的发展方向,即有酸污染的再生工艺和无酸环保再生工艺。
1.3 废润滑油再炼制工艺
再炼制工艺是指在废油再生的流程中加入蒸馏及精致或补充精致的在内的再生工艺,有传统的蒸馏—硫酸—白土工艺及现代的薄膜蒸发—加氢或白土工艺。再炼制工艺最为复杂,可加工原料范围较宽,各国都有大量的事实证明,再炼制工艺能生产高质量的产品[4]。处理工艺包括:酸—白土工艺、无酸—白土工艺、加氢工艺等。
2 国内外典型的废润滑油的再生工艺
世界范围内的废油再生工艺都经历了从有酸再生到无酸再生的过程。有酸再生是指在整个的再生过程中或多或少都使用到酸,虽然有酸工艺成本较低,再生油的品质也可以作为基础油再次使用,但随着环保意识在人们思想中的不断加深及人们为环境污染所付出的代价越来越沉重,这种极具二次污染的再生方法逐渐被摒弃,取而代之的无酸再生法成为当今废油再生的主流。
2.1 有酸再生工艺
最典型的有酸再生工艺是以Meinken开发的硫酸精制工艺以及从中衍生出来的一系列工艺,有:沉降—酸洗—白土工艺,沉降—酸洗—碱洗—白土工艺,蒸馏—酸洗—白土工艺,沉降—蒸馏—酸洗—白土工艺,这些工艺主要是对劣化程度比较深的污染废油进行再生,再生后油质一般都比较好,可以达到基础油的标准。该工艺硫酸用量及酸洗温度有文献可做参考 [5]。目前国内约有2/3的厂家采用这种工艺,该工艺流程较为简单、设备费用较低,可以适用于任何类型的废油,硫酸加入量因油而异。但是这些工艺明显的不足是产生比较严重的二次污染,如产生大量的酸性气体二氧化硫及大量的难以处理的酸渣、酸水、白土渣等,危害操作人员身心健康、腐蚀设备、污染环境,处于被淘汰的地位。
因为我国的废油种类繁多,无法使某一种再生工艺适用于大部分的废油,若能很好地处理有酸再生工艺所产生的废物,这些方法还是比较适合我国国情的。
2.2 无酸再生工艺
废润滑油无酸再生技术主要有Kleen、KTI、HyLube、REVIVOIL、Recyclon工艺、超滤、离心分离、分子蒸馏、絮凝处理和溶剂精制工艺等。
Kleen、KTI、HyLube、REVIVOIL工艺均以蒸馏-加氢技术为主线,其中Kleen工艺采用常压闪蒸以脱除水和轻质尾馏分,然后减压抽提燃油,通过两台薄膜蒸发器减压蒸馏获得燃油和重质尾馏分,另外也采用了广泛的加氢处理技术,通过煤油汽提塔获得煤油,最后获得基础油。
KTI(国际动力学技术公司)工艺主要过程是将减压蒸馏与加氢精制相结合,用于除去大部分杂质和添加剂,该工艺得到的再生油品质量优良,但是反应条件比较苛刻,要求不超过250℃的温度,加氢成本高。
HyLube工艺简述如下:(1)预处理。在高温高压环境中,使富含沥青质和金属的重质油与润滑油及轻组分分离。(2)催化加氢。在第一反应室里去除预处理中未能完全去除的金属,并起到初步脱硫作用;第二个反应室里,使加氢反应快速进行,同时起到完全脱硫脱氮的作用;(3)成品分离和产物处理及回用。废油通过该工艺的处理可转化为高质量润滑油基础油,再生基础油可满足Ⅱ类基础油要求,收率可达70%左右,还会产生高十六烷值和低硫柴油。
REVIVOIL蒸馏—加氢工艺的工艺流程是:(1)废油进入预闪蒸塔以去除废油中的水和轻沸物后进入真空蒸馏塔中分馏出沥青残余物和汽油;(2)经脱出沥青残渣的中间产品为润滑油馏分,与氢气混合后进入加氢精制反应器进行反应。该步骤减少或去除废油中剩余的金属和非金属杂质、残炭、有机酸以及其他包含氯、硫和氮的混合物;(3)将加氢反应产物进行闪蒸,从塔底分离出的精制润滑油被送入汽提—干燥系统,经进一步脱出酸性气后,得到精制润滑油基础油。该工艺得到润滑油的收率达72.63%,得到沥青收率达12%。
以上方法得到的再生油品质高,对环境也没有污染,世界上最大的最现代的废油再炼制装置均采用此类工艺。然而这些工艺的成本很高,适合大批量生产,仅此一点就限制其在我国的推广使用。
Recyclon工艺同样是环保的再生技术,其中使用到活泼碱金属—钠,利用其非常活泼的化学反应能力,与废油中的各种极性物质、有机分子中的杂元素、废油中的各种变质产物反应,可代替硫酸精制、溶剂精制、加氢精制。钠的活泼性既有利于再生反应的一面,又有很大的弊端使得该技术的应用的到阻滞。金属钠若是以块状与废油反应,则反应只在块状钠的表面进行,内部未反应的钠无法参加到反应中去,因此钠在使用前都要做成细分散状态,粒度要小于100μm,以小于30μm为宜。该方法的反应条件比较缓和,但对钠的操作处理条件要求比较苛刻,因此该方法在工业生产中也未使用。
溶剂精制法在我国研究较为多一些,目前使用最多的溶剂是糠醛与NMP,虽然精致效果较好,但溶剂本身存在一些问题,如糠醛:溶解能力小、用量大、溶剂的回收能耗大、热稳定性较差等;NMP:设备腐蚀严重、溶剂依赖进口,价格昂贵。另外由于溶剂精制的条件限制,蒸馏过程与精制过程需要的能耗较大、时间较长。
而单独使用絮凝、超滤、离心分离这些方法得到的再生油并不能到基础油的标准,只能降档使用。所以这些方法大都与其他工艺结合使用,或用于再生低档油。
3 结 语
废油再生是提高有限资源利用率的一个很有效的方法,是一项利国利民的事业,无论从节约石油资源角度,还是从环境保护角度,都应当大力发展废润滑油再生事业。我国再生油源分散,废油品种多但数量少、质量不稳定,无法满足原料的供给,因此无法建立大型的集中加工再生厂,只能走中小型、间歇式生产的路子。正因为如此,外国的一些先进技术,如无二次污染的HyLube蒸馏-加氢工艺、REVIVOIL蒸馏-加氢工艺并不适合在我国使用。而且目前国内关于废油回收再生的法律规范和力度不够,导致国内的小型加工厂只注重自己眼前的利润,对长远利益不加考虑,环境保护的意识很淡薄。所以这类小型加工厂往往采用的都是最经济实用的有酸工艺,产品的质量和收率虽然不太高,但其成本低获得的经济利润相当可观。虽然国内也开发了无酸工艺,但由于成本投资过高,操作条件较苛刻,因此并未在国内实现工业化生产。针对国内的这种情况,我们要做的有:加强废油再生体制的法律支持;改造现有的二次污染严重的再生工艺,减少酸渣排放量;开展适合我国国情的无酸再生工艺研究。既可满足生产者的经济追求,又能满足节约能源保护环境的需要,将我国的废润滑油再生工业逐步引导至生产者与环境保护之间双赢的局面。
摘要：近年来我国的润滑油消耗量大幅增长,随之也产生了大量的废润滑油,这些废油的处理方法得到广大科研工作者的关注。本文概述了国内外常见的再生技术,可为开发适合我国国情的再生技术提供有益信息,并为新技术的发展起到促进的作用。
关键词：废润滑油,再生,技术
参考文献
[1]戴钧樑.废润滑油再生[M].北京:中国石化出版社,1999:1-5.
[2]张春光,赵渊杰,邓永生,等.废润滑油再生技术现状及行业发展思路[J].润滑油,2008,23(2):14-17.
[3]杨宏伟,费逸伟,胡建强.国内外废润滑油的再生[J].润滑油,2006,21(6):9-11.
[4]任天辉,王大璞.废润滑油再生加工技术[J].中国资源综合利用,2000(3):8-12.
废润滑油回收利用技术研究进展 第5篇
润滑油使用过程中,工作环境温度高且加上空气的氧化作用,会逐渐形成酸性氧化物、胶质,或聚合成聚合物或者在金属催化作用下分解; 另外机械部位之间摩擦产生的金属颗粒,机械运行时进入油中的水分和燃油、燃烧不完全产生的积碳、或来自外界的泥尘混入,不仅仅污染了润滑油,且加速润滑油的氧化变质,导致其闪点降低、水分增多、粘度下降、机械杂质增多、酸值增大,各项指标都不符合要求,此时必须更换新油。因此,随着润滑油用量的增加( 如表1 所示) ,全世界每年都产生大量的废润滑油,如何处理这些废润滑油也成为人们越来越关注的问题。
现代润滑油的基础油95% 为矿物油,而矿物油在自然状态下很难降解。况且,在润滑油调和过程中,加入了各种改善润滑油性能的添加剂,占润滑油量的10% ~ 30% 。添加剂中含有大量的氯、硫、磷元素及重金属元素,再加上机器磨损的缘故,更多重金属元素混入油中,尤其是铜、铅、镉等对将人体和动物都有很大的危害[2]。有研究发现在曲轴箱废油中存在140 多种多环芳烃化合物,其为油中混入的杂质和燃烧不完全的油产生的,都具有致癌性[3]。
1 废油热值利用
1. 1 直接燃烧
此法是不加任何处理直接作为燃料,将对环境造成二次污染。润滑油闪点高不易燃烧,且废油中所含的添加剂及污染物在燃烧后产生很多的灰分和有害物质,不利于燃烧系统,需要经常清洁处理,烟道气的处理也困难。文献[4]指出,燃烧未经处理的废润滑油,烟气中的重金属微粒要比烧普通柴油浓度高出22 ~ 37 倍,对人体健康危害很大。
1. 2 转化为燃油
将废油经过热解或催化裂解制得燃油,不仅可以解决废油中氯、硫、磷、重金属危害的问题,而且热值比直接用废油做燃料得到更好的利用。Bhaskar等[5]研究了几种负载氧化铁催化剂Fe/Si O2,Fe/Al2O3,Fe/Si O2- Al2O3对废油转化为燃料的脱硫效果,在试验条件下,Fe/Si O2效果最好; 结果表明,硫含量从1 640 ppm降低到了90 ppm。Amnat等[6]利用硫酸化的氧化皓催化裂化废润滑油得到液体燃料。Balat[7]以氧化铝为催化剂,热解废机油制得类似汽油的燃料,其辛烷值为96,高于汽油的89。Ucar等[8]用废润滑油分别和客车轮胎及卡车轮胎进行共热解,得到的热解油和商品柴油相比,组分更轻( 闪点更低) ,但比重和粘度更高。Lam等[9]的研究中提到用微波加热法裂解废机油,得到的液体油中Cu、Ni、Pb、Zn、Fe金属元素含量降低93% ~ 97% ,Cd含量降低46% ,Cr含量降低32% 。
2 再精制为基础油
使用后废油的主要成分并未改变,经精制去除不良组分或将其转化,提取出并未变质的成分,则可得到与原基础油性质接近甚至更好的再生油。废油中75% ~ 99% 的成分都是好的,若能完全提取,既减少了污染又增加了效益。
简单的物理精制方法有沉降、离心、过滤等,可以去除废油中一些机械杂质、部分水分。但是简单的物理精制方法无法完全去除废油中的杂质,精致效果差,不能满足日益提高的润滑油标准要求; 另一方面,润滑油品使用条件愈加苛刻,其中加入了多种添加剂,如清净剂分散剂、粘度指数改进剂等,以提高润滑油的性能和使用期限,这导致废油更加难以简单的再生。因此,必须用更好的精制方法,提取出有用的成分,将不好的组分如水分,燃油,酸性氧化物,胶质,炭粒等去除或转化,才能得到符合条件的基础油。
2. 1 硫酸- 白土精制再生工艺
硫酸工艺是最早的精制废油工艺,并由此衍生出沉降- 酸洗- 白土工艺,沉降- 酸洗- 碱洗- 白土工艺,蒸馏- 酸洗-白土工艺,沉降- 蒸馏- 酸洗- 白土工艺等。这些工艺虽能够生产较好的基础油,但硫酸耗量大,因此对设备的腐蚀严重;处理过程产生大量难处理的酸渣,白土渣,对环境造成严重二次污染。在国外,硫酸工艺已逐渐被淘汰,国内也不提倡此法,但仍有很多的国内小工厂采用此工艺。
2. 2 减压蒸馏- 溶剂精制
处理过程分两步。先通过减压蒸馏去除水分,轻质油及沥青,绝大部分含金属元素添加剂( 沸点一般高于润滑油馏分) ,获得一定纯度的润滑油馏分。但其闪点、粘度、酸值等仍不符合规格要求,还需进一步处理。第二步再用溶剂对所得馏分进行精制,萃取液中的溶剂可回收循环使用,萃余液即精制后的再生油。所选用的溶剂需要有较好的选择性,它与基础油不相溶,但可以溶解芳香烃、胶质等,溶剂须有良好的化学稳定性和合适的沸点从而利于回收利用。糠醛、NMP[10]等都可满足需求,可去除胶质,酸性氧化物等不良成分,从而提取品质较好的基础油。
此工艺缺点是,减压蒸馏需要高的操作真空度。精馏过程温度高,油品易发生裂解,导致再生油闪点偏低,且高沸物易发生焦结。溶剂用量大,回收溶剂耗热大,萃取剂糠醛易氧化,而NMP有水存在时易发生分解,也存在对设备腐蚀的问题[11]。为了克服糠醛易氧化的缺点,颜新潮[12]改用糠醇处理废真空泵油和内燃机油,废油回收率超过90% 。
2. 3 絮凝工艺
润滑油中都加一定量的清净分散剂,以使不溶于油的杂质和已生成漆膜和积碳的小颗粒以胶体形式均匀分散在油中,防止其进一步沉积聚集形成油泥。当废油蒸馏时,在热处理作用下清净分散剂的作用被破坏,这些胶体状态的微粒就凝聚沉降并附着于换热管及蒸馏塔的塔板上结焦生垢。絮凝工艺能破坏胶体,促使废油中的不良组分沉降,达到与油分离的目的。
絮凝剂的加入量、絮凝温度和时间都影响絮凝效果。常用的无机絮凝剂有浓硫酸、煅烧纯碱溶液、磷酸三钠溶液等,这些絮凝剂可以显著降低废油中灰分、残炭、沥青质和机械杂质含量[13],但无机絮凝剂对废油的精制深度不够,一般在预处理过程使用。
董元虎等[14]利用硅酸钠溶液处理发动机油,再生油中灰分、机械杂质、粘度等都达到SF15 W/30 汽油机油的指标要求。专利200610070222. 6 中利用氢氧化钠及过氧化氢溶液、氯化铝溶液对废润滑油进行精制,所回收油符合相关标准。孙晓峰[15]等开发了一套沉降- 粗过滤- 絮凝- 二级过滤- 真空脱水-精滤的废润滑油再生装置,并探讨了沉降时间及絮凝剂加入量的影响。张贤明[16]等研究了一种含氨基的絮凝剂对废油的再生作用,该絮凝剂起压缩双电层作用、沉淀物网捕作用和吸附架桥作用,得到的再生油酸值、残炭、机械杂质含量显著降低,但指标尚未达到新油标准。
2. 4 抽提絮凝工艺
抽提絮凝则是利用小分子极性溶剂对基础油和极性氧化物的溶解性不同而使水分、胶质、沥青质、添加剂去除,改善油品品质。经抽提絮凝处理过的油,虽未能完全去除胶质和金属化合物,仍有少量残留,但处理后油品灰分下降、金属含量下降,后续的蒸馏处理时不会在釜内结焦。
2. 4. 1 气体溶剂
关于气体溶剂方面,国外Rincon等研究比较多,所用气体主要为丙烷和乙烷。考察了丙烷抽提压力为30 ~ 60 kg/cm2及温度为20 ~ 140 ℃ 时,对氧化物及金属化合物的去除效果。试验证明,压力对金属化合物的去除无影响,但氧化去除率随压力增大而升高。当丙烷为液态时,温度对油提取率无影响,但温度升高,去除金属及氧化物的效率提高; 当丙烷为超临界流体时,温度升高,油的提取率降低; 当丙烷为气体时,基本无抽提作用; 最佳的工艺条件是压力30 kg/cm2温度90 ℃[17]。
经此预处理后再减压蒸馏所得的再生油品质与SN150 相近,但炉内结焦明显减少,不足之处是氧化物含量高于标准,可通过加氢改善[18]。而乙烷抽提随压力及温度变化规律与丙烷类似,其最佳工艺条件为压力100 kg/cm2、温度40 ℃ ,得油率72% ,经减压蒸馏后再生油性质均达新油标准,优于丙烷抽提油[19]。
2. 4. 2 液体溶剂
Reis等做了一系列研究,比较了各种烃类,醇类,酮类对废油的去除油泥效果。发现小于或等于C3 的醇类,酮类与基础油几乎不相溶,因此不能单独使用; 大于四个碳原子的几个醇、酮溶剂絮凝效果较好,去污泥率较高; 随着碳原子数的增加,温度的升高,溶剂去除污泥能力下降[20]。另一研究中探讨了溶剂絮凝能力与溶剂及聚合物分子间的溶解度参数 δ 之间的关系,发现两者之间溶解度参数差别越大,则越容易絮凝。因此解释了剂油比增加则污泥去除量增加这一现象[21]。此外,作者还研究了复合溶剂组成对分离过程的影响,并根据去污泥率高低,建议工业精制废油比例为废油∶正己烷∶异丙醇= 0. 25∶0. 20∶0. 55。中试的工艺路线为: 絮凝- 萃取- 溶剂回收- 减压蒸馏- 矾土过滤,此工艺可获得与基础油性质接近的再生油[22]。
Rincon等[23]对五种溶剂( 异丙醇、正丁醇、正戊醇、丁酮及正戊酮) 的萃取效果进行了研究比较,发现油产率随剂油比的增加而增加,增加到某一程度,则产率几乎不变; 油的产率、金属元素、氧化物含量均与醇酮类别关系不大,而随碳原子数的增大而增大; 整体上,醇对聚合物的去除效果较酮好。Mohammed等[24]研究了六种溶剂( 正己烷、正丁醇、石油醚、正己醇、氯仿、丙酮) 对废油的絮凝效果,得出结论和Reis相似: 正丁醇的去除污泥率最高; KOH的加入能显著提高污泥沉降速率; 在几种吸附剂( 杏仁颗粉末、胡桃壳、蛋白土、酸性活化白土) 中,酸性活化白土有最好的精制油效果; 最佳溶剂-吸附剂组合为正丁醇- 酸性活化白土。
国内杨鑫等[25]做了类似的研究,比较了几种四碳醇同分异构体的絮凝效果,得出叔丁醇为溶剂时产率最高的结论,并对叔丁醇处理油的各种影响因素展开了系列研究。杨鑫等在此基础上,分别以正丁醇[26]、异丙醇、正丙醇[27]为萃取剂,加入絮凝剂乙二胺或单乙醇胺[28]进行了废油再生,所得油性质均大大改善,基本可达HVI150 基础油指标,但重金属元素和酸值不达标,基础油色号也偏深。
2. 5 短程蒸馏工艺
短程蒸馏是在高真空度下,液膜中分子受热蒸发逸出,经过较短的距离( 但远大于分子平均自由程) 在冷凝面快速冷凝,从而实现液体混合物高效分离的技术。因其高真空,操作温度远低于沸点,蒸馏时间短等优点,适合分离高沸点,高分子量,高粘度或对温度敏感的混合物,该法适合于废润滑油的分离。周松锐[29]采用二级刮膜蒸发器对废油进行再生,废油的得率为75% ,再生油达到新油标准规格。US2012 /0205289A1[30]中研发了多级刮膜蒸发器再生废润滑油技术,US2011025975A1[31]中也研发了一种三级刮膜式蒸发器用来再生废油。
短程蒸馏工艺技术的不足是: 一些传质和传热理论方面的技术问题,在配备真空设备及传热材质方面存在技术难题需要解决[32]; 且刮膜蒸发器中冷凝器为内置,刮膜转子无法加底部轴承而直接从顶上垂下,无法处理粘度很大的物料,否则转子底部产生较大震动,影响刮膜效果[33]。
2. 6 加氢精制
氢气在一定的压力和催化剂作用下,使油品中的含硫、氧、氮、氯元素的化合物转变为硫化氢、水和氨气、氯化氢除去,同时饱和烯烃和二烯烃、部分饱和芳烃从而达到改善油品组成、质量的目的。
加氢精制经常作为废油再生处理的最后步骤,在此之前可通过其他工艺预先出去大多数机械、金属杂质、氧化物、胶质、沥青质等,一方面防止杂质覆盖在催化剂表面导致催化剂中毒失效,另一方面只需较小的加氢程度即可达到相同的精制效果。
废油加氢精制一般属于较苛刻的补充精制,加氢压力3 ~8 MPa,温度280 ~ 370 ℃ ,氢气耗量约为40 ~ 50 m3/ m3油[34]。Hylube工艺和Revivoil工艺都采用加氢工艺,不仅不污染环境,节约能源,产率高,且生产出的高质量润滑油能达到II类基础油标准。刘建锟等[35]将废油进行减压蒸馏,切割350 ~ 520 ℃之间的馏分,用FHL - 10 催化剂加氢,得到油可达200ZN基础油标准。此工艺中仍需解决的问题是减少蒸馏过程中结焦问题,以及减少催化剂中毒问题。美国的CEP公司[36]利用刮膜蒸发器- 加氢精制工艺不仅能产出II类基础油,通过在蒸馏中去除残余添加剂、严格控制所提供热量以及加入化合物剂量的方法较少焦结问题,并将对催化剂有毒害作用的化合物聚合成高分子物质,使沉降在刮膜蒸发器中的底部沥青产物与基础油分割开来,从而有效减少了催化剂中毒,延长了催化剂寿命至11 ~ 12 月。
此外,膜技术、分子筛技术再生油也有一些研究,如Psoch等[37]用不同孔径的陶瓷膜错流再生废油。采用的工艺条件是: 温度60 ℃ ,错流流速4 ~ 4. 5 m/s,膜压力为300 k Pa时,能降低55% ~ 75% 的废油灰分。膜技术清洁无污染,但存在膜易堵塞的问题以及油品粘度大[38]、处理容量等问题。Majano等[39]利用分子筛去除废矿物油中的氧化物,并分析了不同温度、处理时间、固体含量、油类型等的影响。
3 结语
废润滑油 第6篇
关键词：机动车辆,废润滑油,再生,环境
1 引言
近年来, 广东省的废润滑油产生量巨大, 而机动车辆是其中主要的产生源之一。按照《国家危险废物名录》, 机动车辆所产生的废润滑油属于HW08废矿物油, 如果不能得到妥善的回收和处理, 排放到环境中将对水体、大气、土壤等造成严重的污染, 同时, 从润滑油劣化机理分析, 绝大部分所谓废润滑油并未真正报废, 油品的变质只是其中部分烃类, 约占10%~25%, 其余大部分烃类组成仍是润滑油的主要粘度载体和有效成分[1], 如果将这些废油作为无用的废物倒掉或直接烧掉, 将造成能源的极大浪费。本文将通过分析机动车废润滑油的成分和性质, 研究废润滑油常用的回收利用技术以及回收过程中应注意的环保问题。
2 废润滑油的成分和性质
机动车辆废润滑油的主要危险特性为毒性和可燃性, 本研究选取了典型废润滑油对其的黏度、开口闪点、灰分、残炭、水分、机械杂质等性质进行了检测, 结果见表1。此次检测结果与其他学者的研究结果基本一致[2], 具有较好的代表性。
润滑油在使用的过程中由于高温、空气氧化等原因, 逐渐老化变质, 再加上机械部件摩擦产生的金属粉末、从环境中进入的水分、杂质等, 造成润滑油等污染、氧化, 根据表1可见, 废润滑油中含有相当数量的灰分、残炭、水分及机械杂质。为研究废润滑油中的杂质成分, 本研究选取了某4S店的汽车废机油对其中的杂质元素进行了化验 (结果详见表2) 。
废润滑油中的S成分较为复杂, 可能来自原油中含有的硫化物以及润滑油在生产过程中添加的含硫润滑剂等。而Fe、Cr、Pb、Cu、Al和Ni属于磨损金属元素;Si、B和Na可以归纳为污染元素, 如Si是由于空气滤清器不严密吸入的灰尘脏物或来自于油中的消泡剂, B和Na是由于发动机冷却系统的泄漏混入了防冻剂, 而Mg、Ca、P、Zn和Mo是添加剂元素[3]。但一般来说, 废润滑油中的杂质和水分含量仅约占10%~25%, 而其余大部分烃类组成仍是有效成分, 通过处理工艺将废润滑油中的主要杂质和水分去除, 就可以实现再生利用。
3 废润滑油再生利用工艺技术及可能产生的环境问题
废矿物油利用和处置的方式主要有再生利用、焚烧处置和填埋处置。由于机动车辆所产生的废润滑油中含油率高, 容易回收, 因此, 宜采取再生利用的方式。废润滑油再生利用方法有:高温裂解法、酸-白土法、蒸馏法等。其中, 酸-白土法是用浓硫酸与油中的不良成分发生反应, 生成酸渣, 经沉淀后与油分离, 此时, 油呈酸性, 再用白土处理, 就可得到酸值小, 安定性好的油品, 但使用硫酸后, 部分油将发生脂化, 废油回收收率低, 而且副产的酸性废渣及其它副产品, 造成二次污染, 因此, 《废矿物油回收利用污染控制技术规范》 (HJ607-2011) 中规定不应使用硫酸/白土法再生物油。高温裂解法是靠温度与压力的作用来实现石油裂化, 即利用高温使柴油一类的大分子烃, 受热分解裂化成为汽油一类的小分子烃, 在热裂解条件下, 烃类主要发生分解与缩合二类反应;热裂解收率较高, 但能耗高, 产品中含有较多不饱和烃, 稳定性不好, 同时, 高温裂解过程中所发生的缩合反应, 会使加热炉的管道中严重结焦, 因此, 在废油再生技术上基本不采用高温裂解。目前, 回收废润滑油比较成熟的方法为高温蒸馏法, 即利用废油中有机物沸点不同, 通过蒸馏的方式将物质分离, 一般是将废油通过预处理去除部分机械杂质和水分后, 再通过蒸馏, 低沸点的有机物先从塔顶蒸馏出来, 高沸点留在釜底。这种蒸馏工艺简单、安全可靠、投资少, 装置灵活性强。
废润滑油在蒸馏过程中从蒸馏釜上部出来的气体经冷凝器冷凝后, 会产生不凝气, 不凝气中的主要成分是低碳烃和硫化氢等, 如果不妥善处理, 则会对周边形成污染, 特别是恶臭, 常常会引起周边群众的投诉。对于不凝气, 一般采用燃烧或吸附、氧化、光解等措施处理后高空排放。同时, 废润滑油在贮存和回收过程中也会产生无组织废气, 除了加强收集处理措施外, 需设置一定的卫生防护距离。废润滑油蒸馏回收在预处理过程会产生废水, 此股废水中COD含量一般在10000mg/L以上, 且石油类含量很高, 需采取隔油、气浮、芬顿、生化等多级处理措施才能确保达标排放。再生过程中产生的固体废物包括预处理过程产生的废油渣、蒸馏产生的渣油等, 均属于危险废物, 应按照《危险废物贮存污染控制标准》 (GB18597-2001) 等相关标准设置专门的临时贮存场, 并委托给有资质的单位处理, 以防止产生二次污染。
4 结语
数据显示, 2014年底广东省机动车保有量超过2431万辆, 按平均每辆机动车每半年更换一次润滑油, 每次更换4L (废油密度平均按0.89g/cm3计) , 则机动车辆每年产生的废润滑油就可达17.3×104t以上。而按照目前厂家的回收经验看, 采用蒸馏法再生废润滑油的回收率一般均在80%以上, 可再生得超过13×104t的基础油或燃料油, 远高于从原油中提炼油的效率。回收后的油品一般只要添加适当的添加剂或进一步精炼即可继续使用, 且产品品质较好。因此, 设立专门回收再生机动车辆产生的废润滑油回收厂家非常有必要, 并可以预期具有很好的发展前景, 但在再生利用过程中需采取严格的环保措施, 防止产生二次污染。
参考文献
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废润滑油少酸或无酸再生处理方法 第7篇
1 废油再生处理少酸或无酸工艺
随着国外环境保护要求的日益苛刻, 油品任意抛弃或作为燃料燃烧均受到限制, 从而为废润滑油再生处理工业创造了发展的机会。相关的废油回收再生处理的法律法规及政策是实现废油回收产业化和规模化的有效方法和根本保证。近几年, 国内各行业也开展了相关的废油再生处理的研究工作, 并取得了一定的成果[1,2,3,4,5,6]。
1.1 废油再生处理的单元操作
旋鼓分离是利用一个连续不断地作旋转运动的转鼓, 当其表面上的任一部分运转到机器的某一部位时, 就可进行相应的工序, 转鼓旋转一周, 各工序循环一次, 可形成连续生产。超微过滤分离器是一种高效、高精度的油品净化设备。国外早期用于航空煤油、液压油等领域, 其净化质量可以达到美国API 1581标准, 过滤精度可以达到5μm。
絮凝技术是针对国外20世纪70年代出现的溶剂萃取、减压蒸馏、加氢精制等工艺的不足而提出的。这是废润滑油再生处理工艺改革中出现的一种无污染工艺, 可以有利于和蒸馏白土等组合成新的工艺流程, 适用于集中性的废油再生处理。絮凝工艺避免了使用硫酸—白土法的弊病, 彻底根除了硫酸对环境的污染, 较好地除去了油品中的氧化产物。世界上一些国家很快地用这种方法取代了传统的废油再生处理工艺。
渗滤柱法的先进技术在于选用一种高品位的固体吸附剂———颗粒状白土吸附剂, 用于油品的精制 (除酸、脱色等) , 当吸附剂处于饱和状态时, 不需更换, 可以采用一种特殊的手段使其“活化” (即恢复活性) 。活化过程可以在原渗滤柱中进行, 活化后的吸附剂等同于原吸附剂的吸附活性, 吸附剂可以恢复活性使用近百次。
白土高温接触无酸再生处理工艺是近年来开发的无酸精制工艺, 其特点是取消了硫酸精制工艺。经该工艺再生处理的油品质量较好, 存在的问题是白土用量较大 (>10%) , 处理时温度较高, 较大量的废白土仍需进行处理等。
1.2 废油再生处理的硫酸—白土改进型工艺
国外早期也沿用了硫酸—白土精制工艺, 该工艺目前在国外并未全部淘汰, 有些国家仍然在使用。但是, 即使是和我们相似的硫酸—白土工艺, 在国外也有所改进, 如联邦德国哈尔特尔Meinken工厂的Meinken工艺改变了硫酸混合工艺, 采取了强力搅拌混合器, 减少了硫酸消耗量和酸渣量。令人头痛的酸渣与废白土混合物被送去水泥厂作燃料, 从而消除了酸渣的污染。
法国石油研究院 (IFP) 开发的IFP (丙烷抽提) 工艺属于少酸再生处理工艺, 首先将废油进行预处理脱除水分, 然后用丙烷抽提废油以除去废油中的白土消耗量显著减少, 再生处理油收率提高10%。蒸馏—酸洗—白土精制工艺可适用于任何类型的废油。该流程较为简单、设备费用较低, 再生处理油的收率一般在80%以下。该工艺容易形成废酸渣和废白土、废水的二次污染。沉降—酸洗—白土蒸馏工艺的主要特点在于将蒸馏和白土精制合并为一个工序, 和蒸馏一酸洗—白土精制工艺比较, 减少了一个加热高峰, 节约了热能。沉降—蒸馏—酸洗—钙土精制工艺亦是蒸馏—酸洗—白土精制工艺的变异, 该工艺可以减少白土用量, 且生成的石油磺酸钙有助于提高内燃机油的质量。
1.3 废油再生处理的加氢工艺
国外采用加氢精制处理废油的典型工艺为Snamprogetti工艺。意大利的Snamprogetti S.P.A.公司将IFP工艺进一步发展为常压蒸馏—丙烷抽提—加氢精制, 此法与采用硫酸精制方法相比, 收率要高得多。该法是一种无酸处理工艺, 在再生处理过程中, 不会形成二次污染。
Kleen工艺采用常压闪蒸以脱除水和轻质尾馏分, 然后加压抽提燃油, 通过两台薄膜蒸发器减压蒸馏获得燃油重质尾馏分, 另外也采用了广泛的加氢处理技术, 通过煤油汽提塔获得煤油, 最后获得基础油。但条件要求比较高, 仅适用于大规模处理。
美国的KTI (国际动力学技术公司) 工艺主要过程是将减压蒸馏与加氢精制相结合, 用于除去大部分杂质和添加剂, 该工艺的技术为预处理—薄膜蒸馏—加氢精制, 但是反应条件比较苛刻, 该法属于无污染工艺。蒸馏—加氢精制工艺是美国埃克森公司开发出的一种废润滑油回收工艺, 该工艺的显著优势是没有废物处理问题, 同时还具有收率高、产品质量好等特点, 但其设备投资高, 并且需要合适的氢气来源。
预处理—蒸馏—加氢精制工艺是一种无酸处理工艺。方法是先将废润滑油加热蒸馏, 以分馏出润滑油馏分和残渣, 然后将润滑油馏分进行加氢处理, 加氢油经闪蒸脱轻油后, 得到润滑油基础油, 该方法无废物处理问题。美国能源部能源中心开发的BERC (混合溶剂) 工艺, 即用混合溶剂 (正丁醇, 异丙醇, 甲乙酮) 对废油进行萃取—离心除去杂质, 去溶剂精制油再减压分馏后再加氢精制或白士精制
1.4 废油再生处理的其它工艺
蒸馏—乙醇抽提—白土精制工艺亦取消了硫酸精制, 其特点是采用乙醇对废油进行抽提, 将含氧化合物抽提出来, 再用白土精制。但由于乙醇选择性太强, 并未起到溶剂精制作用, 而将矛盾后移, 加重了白土精制的作用, 增加了白土用量, 减少了应得的润滑油收率。
蒸馏—溶剂精制—白土精制工艺先用蒸馏法除去废油中的轻组分, 然后再用溶剂和白土进行精制。其主要特点是无酸精制, 不存在酸渣处理问题。它能去掉大部分胶质、沥青质和添加剂, 减少了白土用量。Recyclon工艺系用细粉状金属钠与废油混合反应除去油中氧化物和添加剂, 工艺采用常压蒸馏塔除去反应产物, 再采用3个薄膜分子蒸馏塔即获得目的产品。
2 废油再生处理的前景展望
综上所述各种处理废油的再生处理工艺各有特点, 但国外工艺正在朝着无污染或少污染、环保的方向发展。国内工艺目前还处于以硫酸—白土处理为主的水平, 二次污染比较严重。因此如何开发出适合我国国情的既环保又经济的废油再生处理新工艺是亟待解决的问题。另外, 在废油回收利用方面应加强立法, 杜绝废油被随意排放而污染环境。
参考文献
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废润滑油 第8篇
关键词：废润滑油,资源化再生,离群点挖掘,局部属性熵,局部加权k-密度
随着石油资源的逐渐减少和人们对环保要求的日益提高,废润滑油的回收再生利用越来越受到高度重视,废润滑油的再生率一般可达50%以上[1]。然而,废润滑油资源化再生处理属于一个相对较新的工艺,在生产过程中该工艺一直没有一套适合新疆本地区的有效理论设定值。因此,面对生产过程中已经产生的海量数据,笔者采用基于局部加权k-密度的离群点数据挖掘算法对资源化废润滑油再生处理工艺过程数据进行数据挖掘,寻找出资源化废润滑油再生处理工艺参数优化预测规律,为现场提供一个有效的理论参考值。
1 相关工作
离群点挖掘的任务是在海量数据中发现特殊的、感兴趣的、稀疏和隐含的孤立模型[2]。传统的离群数据挖掘算法在处理高维数据时,可能会遇到“维数灾难”的问题。计算时间随着维数的增加呈指数增长[3,4]。
文献[5]提出了一个基于关键属性子空间的离群聚类算法来解决此类问题,然而,在这个算法中用户不能提前准确地估计哪些属性应该被去除,使得检测离群点可能远离实际离群点。文献[6]提出了基于局部信息熵的加权子空间离群点检测算法SPOD,该算法相对较复杂,同时也还需要预设参数。文献[7]提出了一个基于概念格的离群点挖掘算法,但是建立概念格却非常复杂,在LOCI算法[8]中,多粒度偏差因子的概念被提出。这个方法的计算复杂度最小,但仍然需要考虑整个数据集,且还需要两次扫描。
2011年文献[9]提出了基于局部加权k-密度离群点挖掘算法(LWKD),该算法通过自动设置属性加权向量、去除费时的简化计算、拒绝重复计算邻域,来提高算法效率。
2 基于局部加权κ-密度离群点挖掘算法
基于SPOD算法,LWKD算法一方面通过属性异常度减少人为因素来自动设置属性加权值,另一方面删除不需要重新计算邻域Nk(P)'的步,以使算法更加合理和有效。
在SPOD算法中[6],令Ai代表对象p的一个属性,Nk(P)是p的邻域,如果属于属性Ai的p的局部属性熵不小于邻域Nk(p)中的局部属性熵的平均值,那么Ai被认为一个离群点属性,在LWKD算法中,属性异常度被用来衡量属性Ai的下一步离群度。属性Ai上的对象p的属性异常度定义为:
在式(1)中,符号LEAAi(p)定义为属性Ai上的数据点p的局部属性熵;AvgLEAAi(P)定义为邻域Nk(p)中局部属性熵的平均值。这说明如果LADAi(p)比1大则Ai是邻域Nk(p)中的一个离群点属性,LADAi(p)越大,数据点p的离群度越深。
在LWKD算法中属性权向量被重新定义,对每一个数据点p,属性权向量为p=<ωA1 (p),ωA2(P),ωA3(p),…>,ωAi(p)为属性Ai上数据点p的属性权,定义为:
在式(2)中,如果LADAi (P)≥1,则Ai是一个离群属性,数据点p的权值自动设为属性异常度,权值直接显示属性Ai上数据点的离群度。如果LADAi(p)<1,属性权为1。
在LWKD算法中,不需要计算的邻域Nk (p)t步被删除,相关值如局部加权距离、局部加权k-距离、局部加权k-密度和局部加权离群因子均被重新定义。
令Nk(p)为数据点p的邻域,ΠAi (P)为数据点p在属性Ai上的投影,ωAi(p)为属性权,对于在邻域中的任一个数据点q,其与数据点p的局部加权距离定义为:
根据k-距离的测量,在邻域Nk(P)中的最大局部加权距离定义为数据点p的局部加权k-距离:
基于密度和距离的关系,邻域Nk (p)中数据点p的局部加权k-密度定义为:
局部加权离群因子是邻域Nk (p)中数据点p的测量离群度,邻域Nk(P)中数据点p的局部离群因子定义为:
LWOF值越大,这个点成为离群点的可能性就越大,反之亦然。
3 算法描述
LWKD算法的输入为:数据集D、邻域基数k和离群门限因子t;输出为离群点。算法具体如下:
a.取数据集D中除p点以外的任一数据点q计算p、q之间的距离ωDist(p,q);
b.生成数据点p的邻域Nk(P);
c.令L=Nk(p),计算局部属性熵LEAAi(p);
d.在邻域Nk(P)中计算属性熵平均值AvgLEAAi(p);
e.根据LADAi(p)=LEAAi(p)/AvgLEAAi (p)得到局部属性异常度;
f.设置属性权,如果LADAi (p)≥1那么ωAi (p)=LADAi (p),如果LADAi (p)<1则ωAi(p)=1;
g.计算邻域Nk(p)中任一点q～p的局部加权距离;
h.取其最大值为p的局部加权k-距离;
i.利用ωDen (p)=1/ωKDist(p)获得p点的局部加权k-密度;
j.计算局部加权离群因子LWVOF(p);
k.如果LWOF(p)>t,输出离群点。
4相关实验
实验平台配置如下:AMD Athlon(tm) 64 X2Dual Core Processor 3600+1.91 GHz/2GB,Windows XP SP3,代码用Visual C++(6.0)实现,由新疆某油品公司提供近两年的相同组分废润滑油资源化处理的生产数据作为源数据,主要包含:系统真空压力、原料油流量、加热炉温度、精馏塔进口温度和各产品出口温度,实验用的离散数据集通过在源数据库上的预处理得到,预处理[10]过程简单总结为:
a.建立数据集向量,主要包括系统真空压力、原料油流量、加热炉温度、精馏塔进口温度和6个产品出口温度;
b.从源数据库中选出200个回收率在85%以上的数据集作为属性集。
实验目标是测试LWKD算法的准确性和快速性,SPOD算法用来与其作对比。在这两个算法中参数k=7、t=1.3,另外,SPOD算法需要设置离群属性权值λ=1.5,实验数据集的数量为1 000,属性数为200。表1、2分别显示了针对真空压力,而采用SPOD和LWKD算法挖掘的加热炉温度前15个离群点。
实验结果显示,虽然离群因子的值不同,但只有一个不同的离群点。不同的离群点在表格中用下划线标出,这种差别不仅与SPOD中的预设参数λ有关,也与数据集的分布有关。
算法精度采用下式进行评价:
实验结果对比表明,LWKD的精度远高于SPOD算法。以资源化再生处理工艺中的真空压力和加热炉的温度挖掘精度为例,如图1所示。同时,LWKD算法的所花费的时间也有明显降低,以系统真空压力、加热温度、原料流量和6线产品温度的挖掘耗时为例,如图2所示。这是由于采用了自动设置属性加权向量,去除了费时的简化计算,不需要逐步重复计算邻域,减少了人为影响的缘故。
5 LWKD算法数据挖掘
通过以上实验表明,LWKD算法相对于SPOD算法,无论在精度上还是在快速性上都具有很大的优势。因此,对于废润滑油资源化再生工艺过程中的系统真空压力、原料油流量、加热炉温度、精馏塔进口温度和6个产品线的出口温度,依次采用LWKD算法进行挖掘,获得的结果如下:
6 结束语
针对废润滑油资源化再生处理工艺过程中参数的优化问题,提出一种基于局部加权k-密度离群点的数据挖掘算法,即在历史数据中采用基于密度的离群点检测方法,以高回收率的数据集为主观属性,实现对生产数据高维数据集的离群点检测,并在备份数据中去除检测出的离群点,得到主要生产工艺参数的取值范围。实验结果表明,算法有效可行,得到的结果也在企业得到了验证,下一步,将针对不同组分的废润滑油资源化处理工艺参数优化进行更深层次的研究。随着现场生产工艺的日趋成熟,数据的逐步积累及算法的逐步完善,挖掘结果中取值范围的精度还会进一步提高,进而回收率也会有所上升。
参考文献
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