CN102899124A - 一种变压器油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合成变压器油及其制备方法，使用二甲基硅油作为基础油，通过分子蒸馏、精密过滤和吸附等后处理工艺提高了二甲基硅油的纯度，提高了所述二甲基硅油的物理、化学和电气性能，使得所述二甲基硅油能够满足国际标准关于硅油变压器油的各项技术指标要求。

Description

一种变压器油及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油技术领域，具体涉及一种合成变压器油及其制备方法。

背景技术

变压器的分类方式很多，如果按照冷却介质分类，可以分为干式变压器、油浸变压器和充气变压器。油浸变压器的结构紧凑，冷却效果好，在相似功效的条件下，产品投资更低，性能更加可靠。变压器油主要有两个作用：其一是在变压器绕组与绕组、绕组与铁芯及油箱之间起绝缘作用；其二是变压器油受热后产生对流，对变压器铁芯和绕组起散热作用。

矿物油型变压器油是应用最广泛的一种，但它存在高低温性能不能兼顾的缺点，闪点通常低于150℃，存在火灾隐患。PCB型变压器油是20世纪30年代开始使用的难燃性变压器油，但由于多氯联苯的致癌特性，已经被大多数国家禁用。由于硅油变压器油优异的高低温性能、高闪点（大于300℃）、热稳定性和化学稳定性好、生理惰性等优点，在发达国家得到了广泛的应用。以美国为例，1972年DOWCorning公司首先将硅油用于变压器；1974年第一台小功率变压器问世；到1986年即有3万多台投入使用。硅油变压器在30多年的使用周期中，还没发现因硅油变压器油的质量问题而导致变压器损坏的现象。另外，统计表明，硅油变压器的损坏率仅为非硅油变压器的五分之一。在欧洲的工厂和高层建筑物，在东南亚、中东各国的高层住宅、居民区、地铁等的配电变压器都已普遍使用二甲基硅油作绝缘油。

近年来，我国高速城际列车得到高速发展，其中的关键设备之一车载变压器均采用进口的硅油变压器。国内的高速列车生产商开始和变压器生产商合作开展硅油变压器的国产化工作。另外，为了应对全球能源危机，我国也在大力发展和推广风力发电产业。我国的风力发电设备制造商开始与发达国家合作开发大功率（兆瓦级）的风力发电设备，此类大型风力发电设备如果建造在陆地上，基本上都采用硅油变压器。

硅油变压器油有比较成熟的国际或国外标准，比如ASTM D4652、IEC60836、JISC2320等。其中ASTM D4652的标准是最领先的。国际上主要的几个有机硅生产商美国的道康宁、日本的信越、德国的瓦克等公司均能生产硅油变压器油。我们国家还没有硅油变压器油的国家标准或行业标准，也没有硅油变压器油的研究报道。

发明人研制的硅油变压器油能满足国际先进标准的质量指标要求，可以填补国内的技术空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种符合国际标准的变压器油及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种变压器油，包括：25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

本发明还提供了一种变压器油的制备方法，包括：

将二甲基二氯硅烷水解物、六甲基二硅氧烷和酸性催化剂混合，在10～60℃下发生聚合反应，除去反应产物中的催化剂后得到粗品；

将所述粗品通过分子蒸馏分离去除未反应的二甲基二氯硅烷水解物、六甲基二硅氧烷和低分子量的硅油，得到基础油；

将所述基础油经过过滤和吸附处理后得到25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

优选的，所述六甲基二硅氧烷占二甲基二氯硅烷水解物的重量百分比为2～8%。

优选的，所述催化剂的添加量占二甲基二氯硅烷水解物和六甲基二硅氧烷总重量的2～10%。

优选的，所述酸性催化剂为质量浓度大于95%的浓硫酸。

一种变压器油的制备方法，包括：

将反应原料与封端剂与碱性催化剂混合，在100～130℃下发生聚合反应，除去反应产物中的催化剂后得到粗品；所述反应原料为八甲基环四硅氧烷或二甲基环硅氧烷混合物；

将所述粗品通过分子蒸馏分离去除未反应的原料、封端剂和低分子量硅油，得到基础油；

将所述基础油经过过滤和吸附处理后得到25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

优选的，所述封端剂为通式为MDnM的甲基硅油，其中n≥2。

优选的，所述封端剂与所述反应原料按质量比为（2～8）×（1+0.5n）%，其中n≥2。

优选的，所述碱性催化剂的添加量占反应原料和封端剂质量总和的质量比为0.01%~5%。

优选的，所述碱性催化剂为氢氧化钾、四甲基氢氧化铵或两者的硅醇盐。

本发明还提供了一种硅油变压器油的后处理工艺，包括：后处理工艺装置由过滤器、真空罐、吸附罐、储油罐或硅油变压器油箱连接成闭路循环系统。

优选的，包括：

在循环系统中有加热装置，能够将油品加热到120℃以上；

过滤器中的滤芯采用不锈钢网、树脂、陶瓷、滤纸、化学纤维、玻璃纤维等材质；

吸附罐中装填固体吸附剂，吸附剂包括活性白土、活性氧化铝、硅藻土、硅胶、活性碳、分子筛等，可以选择上述一种或几种吸附剂混合使用。

本发明提供了一种变压器油及其制备方法，使用二甲基硅油作为基础油，通过分子蒸馏、精密过滤和吸附等后处理工艺提高了二甲基硅油的纯度，提高了所述二甲基硅油的物理、化学和电气性能，使得所述二甲基硅油能够满足国际标准关于硅油变压器油的各项技术指标的要求。

附图说明

图1本发明实施例提供的后处理工艺装置流程图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

酸法聚合工艺实例

反应原料与规格：

（1）二甲基二氯硅烷水解物，25℃运动粘度5～20mm²/s

（2）六甲基二硅氧烷，沸程99～102℃

催化剂：

浓硫酸，浓度≥95%

物料配比：

六甲基二硅氧烷与二甲基二氯硅烷水解物的质量比为2～8%，优选4～6%；催化剂的加量为反应物总量的2～10%，优选4～8%。

聚合反应温度：10～60℃，优选20～50℃

聚合反应时间：2～12小时，优选6～8小时

聚合工艺过程：在1000L搪瓷釜中，加入800kg二甲基二氯硅烷水解物和六甲基二硅氧烷的混合料、40公斤浓硫酸，在搅拌和30℃温度下，平衡反应8小时，停搅拌，静置分层，除掉酸水，油层为粗产物。先将粗产物用碱水清洗至中性，再用活性碳脱色、过滤得到聚合产物，此聚合产物为蒸馏工艺的原料。

碱法聚合工艺实例

反应原料与规格：

（1）八甲基环四硅氧烷（D₄，纯度≥98%）或DMC

（2）封头剂MD_nM（n≥2，纯度≥95%）

催化剂：

氢氧化钾或其硅醇盐

四甲基氢氧化铵或其硅醇盐

物料配比：

封头剂与D₄（或DMC）的质量比为（2～8）×（1+0.5n）%，优选（4～6）×（1+0.5n）%，催化剂使用氢氧化钾或其硅醇盐时，加量按氢氧化钾计算为反应物总量的0.2～5%，优选0.5～2%；催化剂使用四甲基氢氧化铵或其硅醇盐时，加量按四甲基氢氧化铵计算为反应物总量的0.01～1%，优选0.05～0.5%。

聚合反应温度：100～130℃，优选110～120℃

聚合反应时间：2～12小时，优选6～8小时

聚合工艺过程：在1000L搪瓷釜中，加入800kg D₄（或DMC）和MD₂M的混合料、暂时性催化剂四甲基氢氧化铵0.5kg，开启搅拌，升温至115℃温度，平衡反应8小时，然后再升温至130℃～150℃分解催化剂1～2小时。将反应物料降温后过滤得聚合产物，此聚合产物为蒸馏工艺的原料。

蒸馏工艺

上述聚合产物中含有未反应完全的原料和低分子量的聚合产物，需要通过蒸馏的方法将其分离，才能获得硅油变压器油的基础油。在常规的甲基硅油制备过程中，蒸馏工艺采用减压蒸馏或精馏的方法分离轻馏分，这种方法必须将物料加热到沸腾的温度，由于被蒸馏物在气液两相的组成不同而达到分离的目的。由于硅油变压器油属于低粘度高闪点的甲基硅油，要制备理化指标合格的硅油变压器油，需要将聚合产物在300℃以上的高温条件下长时间加热，导致能耗高和甲基硅油的裂解，严重影响最终产品的性能。

分子蒸馏是一种特殊的高真空蒸馏技术，分子蒸馏的分离过程是建立在不同物质的挥发度不同的基础油上，分离操作在低于物料沸点条件下进行。本发明采用分子蒸馏技术分离聚合产物，克服了常规蒸馏工艺的缺陷，将蒸馏温度降低到300℃以下，物料在高温下的停留时间为常规蒸馏的1%以下，获得了各项理化指标合格的硅油变压器油基础油。本发明采用的分子蒸馏技术可以是单个分子蒸馏器，也可以是2个以上的分子蒸馏器串联，蒸馏物料可以采取间歇式或连续式在分子蒸馏单元中进行1次或多次循环分离。分子蒸馏器可以采用釜式分子蒸馏器、降膜式分子蒸馏器、刮膜式分子蒸馏器、离心式分子蒸馏器或其它结构形式的高真空薄膜蒸发器。分子蒸馏的温度为150℃～300℃，优选200℃～280℃，极限残压小于1000Pa，优选小于100Pa，蒸馏进料速度根据分子蒸馏器的蒸发面积而定，蒸发面积越大，进料速度可以越快，以达到提高效率的目的。

蒸馏工艺实例

蒸馏装置：

采用三级串联，第一级，蒸发面积为1m²的降膜式分子蒸馏器；第二级，蒸发面积为1m²的刮膜式分子蒸馏器；第三级，蒸发面积为1m²的离心式分子蒸馏器。

蒸馏工艺条件：

物料预热温度120℃，进料速率50kg/h，第一级蒸发器残压200Pa，蒸发温度150℃，第二级蒸发器残压20Pa，蒸发温度200℃，第三级蒸发器残压5Pa，蒸发温度250℃。

表1聚合产物蒸馏处理前后的主要理化技术指标见下表:

项目	25℃运动粘度	闪点	酸值	水份
					蒸馏前	29.85mm2/s	242℃	0.14mgKOH/g	233ppm
蒸馏后	50.21mm2/s	316℃	0.002mgKOH/g	18ppm

后处理工艺

通过上述蒸馏工艺获得的硅油变压器油基础油的各项物理化学指标能达到ASTM D4652或IEC60836的技术指标要求，但是电气性能指标（包括击穿电压、体积电阻、介质损耗）不能满足标准要求。专利CN101441926公开了一种变压器硅油处理工艺及其装置，原油从油桶抽出后经过滤器过滤杂质，然后进入真空净油罐，在真空净油罐内采用真空加热喷雾干燥法的方法对原油进行脱水、脱气处理，若原油经检查耐压等试验不合格，再次从真空净油罐经过滤器到真空净油罐，如此往复过滤直至硅油各项试验检测合格为止。此方法能去除变压器油中的水分、气体和固体杂质，可以提高油品的电气性能指标。由于硅油变压器油在制备或使用过程中会受到溶胶类极性杂质的污染，此类杂质的颗粒直径很小，一般为1～100纳米，无法通过过滤或真空加热喷雾干燥法的方法去除，它主要影响油品电气性能中的体积电阻和介质损耗两个技术指标。本发明提供了一种硅油变压器油的后处理工艺，不仅可以用于制备电气性能满足ASTM D4652或IEC60836标准要求的绝缘油，还可以用于硅油变压器的注油以及受到污染的硅油变压器油的再生处理。

典型的后处理工艺装置简图如图1所示。

过滤器可以简化为一级，也可以增加为多级，过滤器中的滤芯可以采用不锈钢网、树脂、陶瓷、滤纸、化学纤维、玻璃纤维等材质，初级过滤器滤芯孔径小于100μm，优选小于20μm，精密过滤器滤芯孔径小于10μm，优选小于5μm。吸附罐和真空罐的位置还可以互换。真空罐除了采用真空加热喷雾干燥器外，还可以采用分子蒸馏器进行油品的脱水脱气处理。吸附罐中装填固体吸附剂，吸附剂可以是活性白土、活性氧化铝、硅藻土、硅胶、活性碳、分子筛等，可以选择上述一种或几种吸附剂复配。吸附剂的颗粒大小可以小至纳米级，也可以是一般的粉末或大颗粒状固体。

以上对本发明提供的一种合成变压器油及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体案例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种变压器油，其特征在于，包括：25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

2.一种变压器油的制备方法，其特征在于，包括：

将二甲基二氯硅烷水解物、六甲基二硅氧烷和酸性催化剂混合，在10～60℃下发生聚合反应，除去反应产物中的催化剂后得到粗品；

将所述粗品通过分子蒸馏分离去除未反应的二甲基二氯硅烷水解物、六甲基二硅氧烷和低分子量的硅油，得到基础油；

将所述基础油经过过滤和吸附后得到25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述六甲基二硅氧烷占二甲基二氯硅烷水解物的重量百分比为2～8%。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂的添加量占六甲基二硅氧烷和二甲基二氯硅烷水解物总重量的2～10%。

5.根据权利要求2~4任意一条所述的制备方法，其特征在于，所述酸性催化剂为质量浓度大于95%的浓硫酸。

6.一种变压器油的制备方法，其特征在于，包括：

将反应原料与封端剂与碱性催化剂混合，在100～130℃下发生聚合反应，除去反应产物中的催化剂后得到粗品；所述反应原料为八甲基环四硅氧烷或二甲基环硅氧烷混合物；

将所述粗品通过分子蒸馏分离去除未反应的物料和低分子量硅油，得到基础油；

将所述基础油经过过滤和吸附后得到25℃运动粘度为27.5mm²/s～52.5mm²/s的二甲基硅油。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述封端剂为通式MD_nM的甲基硅油，其中n≥2。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述封端剂与所述反应原料按质量比为（2～8）×（1+0.5n）%，其中n≥2。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂的添加量占反应原料和封端剂质量总和的质量比为0.01%~5%。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂为氢氧化钾、四甲基氢氧化铵或两者的硅醇盐。

11.一种硅油变压器油的后处理工艺，其特征在于，包括：后处理工艺装置由过滤器、真空罐、吸附罐、储油罐或硅油变压器油箱连接成闭路循环系统。

12.根据权利要求11所述的后处理工艺，其特征在于，包括：

在循环系统中有加热装置，能够将油品加热到120℃以上；

过滤器中的滤芯采用不锈钢网、树脂、陶瓷、滤纸、化学纤维、玻璃纤维等材质；

吸附罐中装填固体吸附剂，吸附剂包括活性白土、活性氧化铝、硅藻土、硅胶、活性碳、分子筛等，可以选择上述一种或几种吸附剂混合使用。

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