CN111100601A - 一种生产相变储能蜡的方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产相变储能蜡的方法，包括：将费托合成蜡原料经加氢反应精制得到费托精制蜡；将所述费托精制蜡进行初步分离得到多个馏分；从所述多个馏分中选择一个目标馏分进行发汗处理得到相变储能蜡；其中，所述发汗处理采用的发汗装置具有列管式换热器结构。本发明对原料处理工艺简单，生产成本低，通过采用改进的发汗工艺，可以提高固液分离效率并改善分离效果，最终提高产品品质。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种生产相变储能蜡的方法。
背景技术
相变储能技术可以解决能量供给在时间和空间上失衡的矛盾，可以提高能源利用率和保护环境。相变材料是指利用自身物态变化时能够吸收或放出大量热能的材料。相变储能蜡是相变储能材料中的一种，它能够有效地避免无机类相变材料的过冷现象和相分离现象，克服无机类相变材料无法多次重复使用等缺点。能够用于航空航天、太阳能利用、电力系统调峰、工业余热回收、建筑物供暖及家用电器等众多领域。
一种现有的技术方案以常三线蜡为原料，通过溶剂脱蜡，实沸点精密切割的生产工艺，生产出20#、25#、30#及35#低熔点相变蜡产品，相变焓大于120J/g。还有一种技术方案采用煤基合成蜡作为原料，通过分子短程蒸馏得到不同相变焓值的精制蜡产品，添加NNO得到稳定的相变蜡产品，包括相变温度为40±3.5℃，51±3.5℃，56±3.5℃的低熔点相变蜡产品，其相变焓指标依次为不小于110J/g、140J/g及160J/g。
在一种以发汗工艺生产节能用相变蜡材料的工艺中，原料为减压渣油经脱沥青质、脱蜡制得的蜡膏，由于石油本身组成的复杂性，以及相变储能材料的环保性要求，使得石油蜡制备相变蜡对原料的加工工艺要求严苛，成本高。同时发汗工艺一般用于处理馏程范围较窄的馏分蜡或商品蜡，且该方法经两段发汗，将第一段发汗的蜡上品作为原料，经过第二段发汗后得到目标产品，目标产品收率低，延长了产品生产周期。
直接采用分子短程蒸馏技术分离相变蜡馏分，分子蒸发本身的分离工艺使得分离的产品碳数集中度不高；而采用实沸点精密分离对精馏装置的硬件成本要求较高。
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。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种工艺简单的生产相变储能蜡的方法，以费托精制蜡为原料开发相变焓值高、性能稳定、成本低的相变蜡产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种生产相变储能蜡的方法，包括：
将费托合成蜡原料经加氢反应精制得到费托精制蜡；
将所述费托精制蜡进行初步分离得到多个馏分；
从所述多个馏分中选择一个目标馏分进行发汗处理得到相变储能蜡；
其中，所述发汗处理采用的发汗装置具有列管式换热器结构。
进一步地，所述费托精制蜡中的正构烷烃含量大于90wt.％。
进一步地，所述多个馏分的馏程范围为20-50℃。
进一步地，所述多个馏分包括350-400℃、400-430℃、430-460℃、460-490℃及490℃以上馏分中的一个或多个馏分。
进一步地，初步分离所述费托精制蜡的分离装置选自减压精馏塔、减压精馏塔组、带侧线的减压精馏塔、分子短程蒸发器或薄膜蒸发器。
进一步地，初步分离所述费托精制蜡时的操作压力为0-1000pa，操作温度为120-330℃。
进一步地，在所述发汗装置中，中间传热介质在管程，目标馏分在壳程。
进一步地，所述发汗处理包括将所述目标馏分融化后加入发汗装置，首先将所述目标馏冷却凝固后再进行程序升温。
进一步地，所述程序升温过程中的升温速率不断减小。
进一步地，在所述程序升温过程中强制气流通过蜡层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明以费托精制蜡作为原料，正构烷烃含量大于90wt.％，族组成单一，无芳烃，无杂质，较石油蜡为原料生产相变蜡对原料处理工艺简单，生产成本低；
2、本发明采用一段改进工艺发汗，发汗装置结构与列管式换热器相近，管程是中间传热介质，壳程中是发汗原料，管程同时作为蜡层中上下贯穿的通道，在升温发汗过程中有利于液态的快速排出，并在升温时采用强制气流通过蜡层，提高了固液分离效率并改善分离效果，最终提高了产品品质；
3、导热油作为中间传热介质，可进行稳定的加热和精确的温度调节，有利于发汗工艺温度的准确控制；导热系数较大、比热高、热效率高，能循环使用，并一次可加热到使用温度，易于实现工业化，经济效益好，同时拥有较低的凝固点和较高的沸点，对发汗原料的适应性强。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明针对现有技术的不足，首先优选费托精制蜡为原料。一般来讲，相变材料的质量指标包括适合的相变温度和较高的相变焓值，其次再考虑其它影响因素。焓变量是指单位质量的相变材料在相变过程中吸收或放出的热量，也叫相变潜热。原料油正构烃含量越高，馏程越窄，其焓值越大。因此针对该性质本发明所选费托精制蜡作为原料，族组成单一，正构烷烃含量大于90％，无芳烃，无杂质，成为生产相变蜡的优良原料。
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。费托精制蜡组分中主要是正构烷烃，其余基本为异构烷烃，基本不含环烃和芳烃。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，所以对制备相变蜡材料而言，发汗脱油工艺在生产过程和产品性能两方面都有优势。
费托蜡碳数分布较宽，直接用作相变蜡材料相变区间较宽且相变潜热较小。因此费托蜡必须经分离并提纯以降低碳数分布宽度并提高正构烃含量才能用作相变蜡材料，而将费托蜡直接分离出2-5个碳组分对设备硬件要求较高，因此本发明首先将加氢精制后的费托蜡(费托精制蜡)经初步分离得到馏程范围在20-50℃的馏分，再将目标馏分经改进的发汗工艺处理，进一步降低碳数分布并提高正构烃含量后最终得到相变蜡产品。
其中改进的发汗装置采用列管式换热器结构，蜡的发汗过程中，液态组分是顺着结晶部分逐渐排出的，由于熔点70℃以上的费托馏分蜡致密的晶体结构，对液态组分形成的滤流阻力较大(且随着馏分蜡熔点的提高晶体结构更加致密对液态的阻力更大)，仅靠重力自然分离过程的普通发汗方法分离效果不佳，通常采用延长发汗时间来达到提高目标产品质量的目的。本发明发汗装置中列管作为蜡层上下贯穿的通道，在升温发汗过程中，降低了滤流阻力，有利于液态组分的快速排出，提高固液分离效率及分离效果。这些措施有效的降低了产物碳数分布的宽度并提高了正构烷烃含量，使产物的性能能够满足相变蜡材料的技术要求。
在本发明提出的生产相变储能蜡的方法中，首先将费托精制蜡分离出馏程范围在20-50℃(例如馏程范围为30℃、25℃、40℃、45℃等)的馏分，将目标馏分经改进后的发汗脱油工艺处理，进一步降低碳数分布及异构烃含量后得到相变蜡产品。其中改进的发汗工艺方法是在馏分蜡熔融后装入发汗装置，该发汗装置采用列管式换热器结构，立式放置，其中管程走的是导热油(作为中间传热介质)，壳程走的是发汗原料，通过程序控温装置控制导热油的升降温速率，将发汗原料降温至预定温度完全凝固，并在升温过程中强制气流通过蜡层，此时加热列管作为蜡层中上下贯穿的通道，有利于液态组分的快速排出，提高固液分离效率及分离效果。费托精制蜡经先分离后发汗处理的方法可以生产出满足技术要求的相变蜡产品，该方法具有工艺操作简单，对装置要求低且产品灵活性高等优点。
费托精制蜡初步分离出馏程范围在20-50℃的各馏分段，包括350-400℃、400-430℃、430-460℃、460-490℃及490℃以上馏分，分离装置可以是减压精馏塔、减压精馏塔组、带侧线的减压精馏塔、分子短程蒸发器或薄膜蒸发器，操作压力为0-1000pa，操作温度在120-330℃。
将熔融的目标馏分蜡装入改进的发汗装置中，导热油作为中间传热介质走管程；作为发汗原料的目标馏分在壳程，通过程序控温装置控制导热油的升降温速率，将发汗原料降温至预定温度完全凝固，在升温发汗过程中，列管作为蜡层上下贯穿的通道，加快液态组分的排出，同时在升温过程中强制气流通过蜡层，升温至指定温度并恒温收集蜡下油，蜡上产品作为最终产品，采用该方法可以实现相变温度在5-90℃任意相变蜡的生产。
实施例1
以400-430℃馏分为原料，将该馏分蜡加热融化后装入到发汗装置中，通过自然降温至常温并恒温2h后，在程序降温装置中以5℃/h速率降温至0℃，并恒温2h，开始程序升温，以10℃/h速率升温至35℃，恒温2h；以5℃/h速率升温至43℃，恒温2h；以1℃/h速率升温至50℃，恒温12h；以1℃/h速率升温至54℃，恒温24h；收集蜡下油，收率28％；剩余蜡上产品即为相变蜡产品，产品熔点59±1℃，焓值≥180KJ/kg。
实施例2
以460-490℃馏分为原料，将该馏分蜡加热融化后装入到发汗装置中，通过自然降温至常温并在程序降温装置中以5℃/h速率降温至0℃，并恒温2h后，开始程序升温，以15℃/h速率升温至30℃恒温1h，以10℃/h速率升温至50℃恒温1h，以5℃/h速率升温至55℃恒温2h，以5℃/h速率升温至60℃恒温2h，以1℃/h速率升温至68℃恒温12h，以1℃/h速率升温至70℃恒温24h，收集蜡下油，收率32％；在发汗过程中强制气流通过蜡层，剩余蜡上产品即为相变蜡产品，产品相变温度72±1℃，焓值≥200KJ/kg。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生产相变储能蜡的方法，其特征在于，包括：
将费托合成蜡原料经加氢反应精制得到费托精制蜡；
将所述费托精制蜡进行初步分离得到多个馏分；
从所述多个馏分中选择一个目标馏分进行发汗处理得到相变储能蜡；
其中，所述发汗处理采用的发汗装置具有列管式换热器结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述费托精制蜡中的正构烷烃含量大于90wt.％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个馏分的馏程范围为20-50℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个馏分包括350-400℃、400-430℃、430-460℃、460-490℃及490℃以上馏分中的一个或多个馏分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，初步分离所述费托精制蜡的分离装置选自减压精馏塔、减压精馏塔组、带侧线的减压精馏塔、分子短程蒸发器或薄膜蒸发器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，初步分离所述费托精制蜡时的操作压力为0-1000pa，操作温度为120-330℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述发汗装置中，中间传热介质在管程，所述目标馏分在壳程。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发汗处理包括将所述目标馏分融化后加入发汗装置，首先将所述目标馏冷却凝固后再进行程序升温。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述程序升温过程中的升温速率不断减小。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述程序升温过程中强制气流通过蜡层。
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