一种蜡类相变材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种蜡类相变材料的制备方法。该方法在升温发汗过程前在蜡层表面均匀铺满金属颗粒，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层，携带出液态组分，加快了固态组分和液态组分的分离速度，并增强了固态组分和液态组分的分离效果。本发明专利技术在普通发汗方法的基础上，增加强制固态组分和液态组分分离的过程，使发汗这种无溶剂脱油方法可以生产出蜡类相变材料产品。本发明专利技术方法具有装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染等优点。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术属于特种蜡生产
，特别是涉及一种蜡类相变材料的制备方法。

技术介绍

相变材料（PhaseChangeMaterial，简称PCM）在熔化或凝固过程中温度变化不大，但在很小的温度区间内吸收或释放的潜热却相当大，这种特性使其在恒温、储能等方面有广泛的应用。一般要求相变材料有适当的相变温度和较大的相变潜热。二十世纪八十年代初，美国将相变材料应用于航空航天领域并取得良好的应用效果，随后广泛应用于军事领域。八十年代末，相变材料开始应用于民用方面，一些产品已在美国和欧洲市场销售。
根据相变温度的不同，一般可将相变材料分为高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料。根据化学组成的不同，一般可将相变材料分为无机相变材料和有机相变材料。根据贮能过程中材料相态变化的不同，一般可将相变材料分为固―气相变材料、液―气相变材料、固―液相变材料、固―固相变材料。恒温、储能过程中常用的是固―液、固―固两种相变材料。蜡类相变材料是常用的有机中、低温固―液相变材料。
石油蜡是原油经过经脱蜡、脱油、精制和成型等过程加工后制得的各类蜡产品的总称，包括液体石蜡、石蜡和微晶蜡。石油蜡是含有正构烷烃、异构烷烃和环烷烃等组分的混合物。
与异构烷烃和环烷烃相比，正构烷烃的相变潜热要大。随着正构烷烃链长的增加，其熔点增高，常见正构烷烃的熔点为-20～100℃。由于石油蜡的熔点是其组成的各种组分的综合反映，因而可以认为石油蜡的熔点在-20～100℃范围内任意可调，这正是石油蜡用作相变材料的最大优势。同时该温度区域也是人们日常生活中最常接触的范围，并且石油蜡化学性质稳定、无腐蚀性、不污染环境，因而石油蜡用作相变材料具有无可比拟的优势。但普通商品石油蜡含有异构烷烃和环烷烃等组分，且碳数分布较宽，直接用作相变材料时潜热较小，相变区间较宽。
石油蜡必须经提纯以提高正构烷烃含量并降低碳数分布宽度才能用作相变材料。在石油蜡生产工艺方面常用的石油蜡分离加工手段主要有蒸馏、发汗脱油、溶剂脱油等。
蒸馏是利用不同分子量烃类的沸点不同达到分离提纯的目的，减小蒸馏的沸程可以有效降低产物碳分布的宽度，但对提高正构烷烃含量影响不大，同时由于蒸馏过程需要将石油蜡加热到沸点以上，消耗大量的能量。
溶剂脱油方法是利用正构烷烃与异构烷烃在溶剂中的溶解度不同达到分离提纯的目的，可以有效提高产物中的正构烷烃含量，但对碳分布宽窄的影响不大，同时溶剂脱油生产设备投资大；生产过程中需要大量使用溶剂，回收溶剂需要消耗大量的能量；溶剂中含有苯系物，会对环境造成影响；溶剂易燃，容易造成生产事故。
发汗脱油方法是利用蜡中各种烃类组分熔点不同的性质进行分离提纯的。石油蜡中各种组分的分子量和结构的不同都会使其熔点不同。同为正构烷烃时，分子量较大的正构烷烃的熔点较高，而分子量较小的正构烷烃的熔点较低；分子量相同时，异构烷烃和环烷烃的熔点要低于正构烷烃，且异构程度越高熔点就越低。所以发汗脱油即能降低产物碳分布的宽度又能提高正构烷烃含量。
与蒸馏分离方法相比，由于各种烃类的熔点温度远低于沸点温度，所以发汗分离过程的能耗远低于蒸馏分离；与溶剂分离方法相比，发汗分离过程不使用溶剂，所以发汗分离过程对环境无影响。而且发汗法即能降低产物碳分布的宽度又能提高正构烷烃含量，所以对制备蜡类相变材料而言，发汗脱油分离过程在生产过程和产品性能两方面都有优势。
普通的发汗脱油过程主要包括以下步骤：（1）准备工作：垫水，用水充满发汗装置皿板下部空间；（2）装料：原料加热至熔点以上呈液态时装入发汗装置；（3）降温结晶：将原料以不大于4℃/h的降温速率缓慢冷却到其熔点以下10～20℃。在冷却过程中，熔点最高的组分先以粗的纤维状晶体形态结晶出来，随着蜡层温度继续降低，其它组分按熔点由高到低的顺序依次结晶形成固体；（4）升温发汗：当蜡层温度达到预设的降温终止温度之后，放掉垫水；再将原料缓慢地加热到预设的发汗终止温度。在升温发汗过程中，各种组分按熔点由低到高的顺序先后熔化成液态并流出（蜡下），最后得到的蜡层剩余物（蜡上）就是高熔点、低含油的蜡；（5）粗产品收集：升温发汗过程结束后继续升高温度，以熔化取出蜡上，即为粗产品；（6）产品精制、成型、包装：精制过程通常采用白土精制：将粗产品熔化后升温至预定温度，加入白土并恒温搅拌至预定时间后过滤；再经成型、包装即为目的产品。
对普通发汗脱油方法，在升温发汗过程中固态组分（较高熔点的蜡）和液态组分（油和较低熔点的蜡）两类组分虽然分别处于固体和液体两种相态，但是也很难完全分离。为使最终产品的含油量符合要求，通常采用延长发汗时间并提高发汗终止温度的方法，但这样会导致生产周期长且产品收率下降。
普通发汗脱油工艺可以生产熔点在40℃～60℃的皂蜡和低熔点石蜡，不适宜生产熔点在70℃以上的蜡产品。有试验表明，普通发汗脱油工艺生产熔点在70℃以上的产品时，发汗后期蜡上的碳分布宽度和正构烷烃含量与收率无关，即蜡上的碳分布宽度不随收率的下降而下降，正构烷烃含量也不随收率的下降而提高，所以普通发汗分离工艺不适宜制备熔点在70℃以上的蜡类相变材料。目前仅有部分厂家使用发汗脱油工艺生产皂蜡和低熔点的石蜡等普通产品。
多年来，发汗脱油工艺在生产设备和工艺方面得到了一些发展，如CN89214332（立式方形多段隔板发汗罐）、CN98233254.8（石蜡发汗罐）、CN201320127680.4（管式石蜡脱油装置）等，在发汗脱油生产设备上作了改进；CN91206202（一种高效石蜡发汗罐）在发汗脱油工艺上作了改进。但这些改进仍不能生产熔点在70℃以上的蜡类相变材料。
与溶剂脱油工艺相比，发汗脱油工艺具有投资少、生产过程简单且操作费用低等优点；更重要的是，发汗脱油工艺是目前已知用于工业规模生产石蜡产品的唯一无溶剂脱油方法。在提倡绿色低碳、环保节能的今天，采用发汗脱油工艺生产熔点在70℃以上的蜡类相变材料的需求更加迫切。

技术实现思路

针对现有技术的不足，本专利技术提供一种蜡类相变材料的制备方法，具体地说是以商品石蜡为原料，采用发汗装置，在普通发汗方法的基础上，在冷却降温过程中的适当温度增加高温恒温阶段，并增加在冷却过程结束后的低温恒温阶段和升温发汗过程的恒温阶段；在冷却过程结束后在蜡层表面均匀铺满混合的金属颗粒，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层，携带出处于液态组分，从而加快了固态组分与液态组分的分离速度，并增强了固态组分与液态组分的分离效果，使发汗脱油这种无溶剂脱油方法可以生产出熔点在70℃以上的蜡类相变材料产品。
本专利技术的一种蜡类相变材料的制备方法，包括以下内容：
（1）在发汗装置中垫水；
（2）以商品石蜡为原料，加热熔化后装入发汗装置；
（3）以1.0℃/h～3.0℃/h的速率将蜡层降温至适当温度，高温恒温一段时间；再以0.5℃/h～2.5℃/h的速率降温至原料熔点以下5℃～20℃的降温终止温度，并低温恒温一段时间；
（4）排出发汗装置中的垫水；然后以0.5℃/h～2.5℃/h的速率升温，蜡层达到预定温度后恒温一段时间，然后停止发汗；其中在升温过程中强制气流通过蜡层；
（5）收集蜡上；
（6）蜡上经精制、成型、包装后即得到蜡类相变材料产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜡类相变材料的制备方法，包括以下内容：（1）在发汗装置中垫水；（2）以商品石蜡为原料，加热熔化后装入发汗装置；所述商品石蜡的熔点为60～74℃；（3）以1.0℃/h～3.0℃/h的速率将蜡层降温至适当温度，高温恒温一段时间；再以0.5℃/h～2.5℃/h的速率降温至原料熔点以下5℃～20℃的降温终止温度，并低温恒温一段时间；（4）排出发汗装置中的垫水；然后以0.5℃/h～2.5℃/h的速率升温，蜡层达到预定温度后恒温一段时间，然后停止发汗；其中在升温过程中强制气流通过蜡层；（5）收集蜡上；（6）蜡上经精制、成型、包装后即得到蜡类相变材料产品。

【技术特征摘要】
1.一种蜡类相变材料的制备方法，包括以下内容：
（1）在发汗装置中垫水；
（2）以商品石蜡为原料，加热熔化后装入发汗装置；所述商品石蜡的熔点为60～74℃；
（3）以1.0℃/h～3.0℃/h的速率将蜡层降温至适当温度，高温恒温一段时间；再以0.5℃/h～2.5℃/h的速率降温至原料熔点以下5℃～20℃的降温终止温度，并低温恒温一段时间；
（4）排出发汗装置中的垫水；然后以0.5℃/h～2.5℃/h的速率升温，蜡层达到预定温度后恒温一段时间，然后停止发汗；其中在升温过程中强制气流通过蜡层；
（5）收集蜡上；
（6）蜡上经精制、成型、包装后即得到蜡类相变材料产品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述商品石蜡的熔点为66～74℃。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中原料降温结晶以后、而在步骤（4）升温发汗过程前，在蜡层的表面均匀铺满10～100目，优选20～50目的固体颗粒。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒的密度为大于4g/cm3，优选为6～12g/cm3。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒选自锌、铁、铜、铅及其合金中的一种或几种。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒选择两种以上的不同密度的固体颗粒，密度相邻的两种固体颗粒材质的密度差为1～5g/cm3。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的强制气流通过蜡层是采用在蜡层上方增加气压和/或蜡层下方降低气压，使蜡层上下形成压力差实现的，所述的压力差为0.1～5.0个大气压，优选为0.2～2....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑锋，王会民，王立言，赵亮，吴颖，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11