[發明專利]一種蠟類相變材料的生產方法

有效

• 申請號: 201410825741.3
• 申請日: 2014-12-28
• 公開（公告）號: CN105802666B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 孫劍鋒;孫國權;韓勁松;吳穎;劉紓言;陳明
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C10G73/36
• 分類號: C10G73/36;C10G73/42;C09K5/06
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技術領域

本發明屬于特種蠟生產技術領域，特別是涉及一種蠟類相變材料的生產方法。

背景技術

相變材料（Phase Change Material，簡稱PCM）在熔化或凝固過程中溫度變化不大，但在很小的溫度區間內吸收或釋放的潛熱卻相當大，這種特性使其在恒溫、儲能等方面有廣泛的應用。一般要求相變材料有適當的相變溫度和較大的相變潛熱。二十世紀八十年代初，美國將相變材料應用于航空航天領域并取得良好的應用效果，隨后廣泛應用于軍事領域。八十年代末，相變材料開始應用于民用方面，一些產品已在美國和歐洲市場銷售。

根據相變溫度的不同，一般可將相變材料分為高溫相變材料、中溫相變材料和低溫相變材料。根據化學組成的不同，一般可將相變材料分為無機相變材料和有機相變材料。根據貯能過程中材料相態變化的不同，一般可將相變材料分為固―氣相變材料、液―氣相變材料、固―液相變材料、固―固相變材料。恒溫、儲能過程中常用的是固―液、固―固兩種相變材料。蠟類相變材料是常用的有機中、低溫固―液相變材料。

石油蠟是原油經過煉制加工后從含蠟餾分油中制得的各類蠟產品的總稱，包括液體石蠟、石蠟和微晶蠟。液體石蠟常溫下為液態，通常石蠟的熔點為52℃～74℃，微晶蠟的熔點為65℃～90℃。商品石油蠟是多種碳數的正構烷烴、異構烷烴、環烷烴等的烴類混合物，其碳數分布較寬，正構烷烴含量較低。

與異構烷烴和環烷烴相比，正構烷烴的相變潛熱要大。隨著正構烷烴鏈長的增加，其熔點增高，常見正構烷烴的熔點為-20～100℃。由于石油蠟的熔點是其組成的各種組分的綜合反映，因而可以認為石油蠟的熔點在-20～100℃范圍內任意可調，這正是石油蠟用作相變材料的最大優勢。同時該溫度區域也是人們日常生活中最常接觸的范圍，并且石油蠟化學性質穩定、無腐蝕性、不污染環境，因而石油蠟用作相變材料具有無可比擬的優勢。但普通商品石油蠟含有異構烷烴和環烷烴等組分，且碳數分布較寬，直接用作相變材料時潛熱較小，相變區間較寬。

石油蠟必須經提純以提高正構烷烴含量并降低碳數分布寬度才能用作相變材料。在石油蠟生產工藝方面常用的石油蠟分離加工手段主要有蒸餾、溶劑脫油、發汗等。

蒸餾是利用不同烴類的沸點不同達到分離提純的目的，減小蒸餾的沸程可以有效降低產物碳分布的寬度，但對提高正構烷烴含量影響不大，同時由于蒸餾過程需要將石油蠟加熱到沸點以上，消耗大量的能量。

溶劑脫油方法是利用正構烷烴與異構烷烴在溶劑中的溶解度不同達到分離提純的目的，可以有效提高產物中的正構烷烴含量，但對碳分布寬窄的影響不大，同時溶劑脫油生產設備投資大；生產過程中需要大量使用溶劑，回收溶劑需要消耗大量的能量；溶劑中含有苯系物，會對環境造成影響；溶劑易燃，容易造成生產事故。

發汗方法是利用蠟中各種烴類組分熔點不同的性質進行分離提純的。石油蠟中各種組分的分子量和結構的不同都會使其熔點不同。同為正構烷烴時，分子量較大的正構烷烴的熔點較高，而分子量較小的正構烷烴的熔點較低；分子量相同時，異構烷烴和環烷烴的熔點要低于正構烷烴，且異構程度越高熔點就越低。所以發汗即能降低產物碳分布的寬度又能提高正構烷烴含量。

與蒸餾分離方法相比，由于各種烴類的熔點溫度遠低于沸點溫度，所以發汗分離過程的能耗遠低于蒸餾分離；與溶劑分離方法相比，發汗分離過程不使用溶劑，所以發汗分離過程對環境無影響。而且發汗法即能降低產物碳分布的寬度又能提高正構烷烴含量，所以對生產蠟類相變材料而言，發汗分離過程在生產過程和產品性能兩方面都有優勢。

普通的發汗過程主要包括以下步驟：（1）準備工作：墊水，用水充滿發汗裝置皿板下部空間；（2）裝料：原料加熱至熔點以上呈液態時裝入發汗裝置；（3）降溫結晶：將原料以不大于4℃/h的降溫速率緩慢冷卻到其熔點以下10～20℃。在冷卻過程中，熔點最高的組分先以粗的纖維狀晶體形態結晶出來，隨著蠟層溫度繼續降低，其它組分按熔點由高到低的順序依次結晶形成固體；（4）升溫發汗：當蠟層溫度達到預設的降溫終止溫度之后，放掉墊水；再將原料緩慢地加熱到預設的發汗終止溫度。在升溫發汗過程中，各種組分按熔點由低到高的順序先后熔化成液態并流出（蠟下），最后得到的蠟層剩余物（蠟上）就是高熔點、低含油的蠟；（5）粗產品收集：升溫發汗過程結束后繼續升高溫度，以熔化取出蠟上，即為粗產品；（6）產品精制、成型、包裝：精制過程通常采用白土精制：將粗產品熔化后升溫至預定溫度，加入白土并恒溫攪拌至預定時間后過濾；再經成型、包裝即為目的產品。