CN111760547B - 一种天然酯绝缘油深度处理工艺与超亲水吸附剂及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然酯绝缘油深度处理工艺与超亲水吸附剂及其制备方法、应用，包括以高稳定性氧化硅吸附剂的制备工艺，以及该超亲水吸附剂的应用方式。本发明还公开了一种基于提高天然酯绝缘油耐压、介损，降低酸值、倾点、运动粘度等指标的工艺。本发明对多种市售天然酯绝缘油进行深度处理，有效降低了天然酯绝缘油中残留的极性物质和结合水，提高了天然酯绝缘油的初始指标和稳定性。超亲水吸附剂稳定性强，在去除天然酯绝缘油中多种杂质的同时，不会对油中引入新的杂质，避免油本身性质发生改变。该工艺不仅充分提升了天然酯绝缘油的各项初始性能和运行稳定性，同时处理对象范围广，工艺稳定性强，使得该工艺展现出极大的应用潜力。

Description

一种天然酯绝缘油深度处理工艺与超亲水吸附剂及其制备方法、应用

技术领域

本发明属于电气设备环保型绝缘材料合成领域，属于利用氧化硅和多种助剂合成超亲水吸附剂的工艺，涉及一种超亲水吸附剂的合成并用于天然酯绝缘油中水分深度去除的工艺，具体涉及一种利用超亲水吸附剂对天然酯绝缘油中水分进行深度处理的工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着社会各行业的不断发展，用电量在不断的上升，变电站建设规模和数量不断增加，同时随着环保相关标准和要求的不断提升，以天然酯绝缘油为基础的植物油变压器的应用得到越来越多的关注。天然酯绝缘油是将植物油经过一系列提纯等工艺转换为绝缘油，天然酯绝缘油具有燃点高，不易着火，耐水性良好，因此使用安全性较高，同时天然酯绝缘油来源为植物油，可在自然界中快速降解，即使变压器发生泄漏，也不用担心环境问题，同时天然酯绝缘油对变压器内绝缘纸具有一定的保护效果，总体而言，天然酯绝缘油将延长变压器的使用寿命。因此提高天然酯绝缘油的品质，促进其推广应用是本领域研究的热点，天然酯绝缘油中微量残留杂质是影响天然酯绝缘油运行稳定性的关键因素，因此天然酯绝缘油中微量杂质的去除也就成为了该研究领域中的难点问题。

天然酯绝缘油在使用过程中，由于局部放电和温度过高等问题，天然酯绝缘油中残留的微量杂质将会促进天然酯绝缘油的分解，提高天然酯绝缘油中导电类物质的含量，这些导电类物质将影响天然酯绝缘油的酸值、含水量的等化学指标，同时也影响天然酯绝缘油的击穿电压和体积电阻率等电气性能，从而将极大影响植物油变压器的正常稳定运行，进而影响输电过程的稳定性，因此在天然酯绝缘油投运之前，应深度去除天然酯绝缘油中的各类微量杂质。因此选用合适的吸附剂对天然酯绝缘油进行深度处理，充分提高天然酯绝缘油的各类性能，是保障天然酯绝缘油运行稳定的重要应用技术。

天然酯绝缘油在制备过程中，主要的残留杂质包括微量的导电类物质和残留的结合水，而导电类物质也属于极性物质，但发明人发现：现有高稳定性的超亲水吸附剂用于去除天然酯绝缘油中残留的导电类物质和残留的结合水，在深度处理的过程中容易引入新的杂质，难以保障天然酯绝缘油投运后维持自身性质。

发明内容

针对现有市面上各类吸附剂对天然酯绝缘油深度吸附处理方面应用的不足，本发明提出一种基于超亲水吸附剂的天然酯绝缘油深度处理的工艺，本发明所述超亲水吸附剂合成工艺，合成可以吸附天然酯绝缘油中微量导电类物质和结合水的超亲水吸附剂，将天然酯绝缘油中大部分导电性物质和结合水分离，充分提升天然酯绝缘油的绝缘性能，推广天然酯绝缘油的应用。同时，合成的超亲水具有极强的稳定性和再生性，重复利用性强，不会产生新的固体废弃物。因此，本工艺可以满足天然酯绝缘油深度处理的要求。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种超亲水吸附剂的制备方法，包括：将氧化硅采用酸浸泡、再在氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的混合溶液浸泡，干燥，煅烧，得到。

氧化硅类物质是一种亲水性极强，且稳定性极强的吸附材料，通常被用在极性物质的吸附方面，不仅具有吸附性强，吸附效率高的优势，且性质稳定，不会对被处理体系引入新的物质，避免了二次污染的发生，同时氧化硅类吸附材料再生方便，在不断反复利用的情况下，均可保持自身的吸附性能。研究发现：采用本申请的方法可制备出适合用于天然酯绝缘油深度去除其中杂质的氧化硅类吸附剂，充分降低天然酯绝缘油中的各类杂质，保障了天然酯绝缘油稳定运行。

本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的超亲水吸附剂。

本发明制备的超亲水吸附剂，可深度吸附天然酯绝缘油中各类极性物质和结合水，保证天然酯绝缘油酸值、含水量、倾点到达更高标准，从而维护天然酯绝缘油在运行过程中保持相应的电气指标。

本发明的第三个方面，提供了一种天然酯绝缘油深度处理工艺，包括：

使上述的超亲水吸附剂与待处理的天然酯绝缘油充分接触，混合2～4h，分离，得到处理后的天然酯绝缘油。

采用本发明的超亲水吸附剂可在深度处理天然酯绝缘油中各类杂质的基础上，解决吸附剂因破碎或稳定性较低而对天然酯绝缘油造成二次污染的问题，避免在吸附天然酯绝缘油中杂质的同时引入新的杂质，从而保障天然酯绝缘油的运行稳定性。

本发明的第四个方面，提供了一种超亲水吸附剂的再生方法，将吸附剂用乙醇、甲醇和水的混合溶液进行冲洗，冲洗至吸附剂表面恢复至亮白色，干燥，即得。

本发明所述天然酯绝缘油深度处理过程，在吸附剂处理能力下降时，性能恢复过程简易，不会形成新的二次污染，因此推广前景广阔。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明制备的超亲水吸附剂，可深度吸附天然酯绝缘油中各类极性物质和结合水，保证天然酯绝缘油酸值、含水量、倾点到达更高标准，从而维护天然酯绝缘油在运行过程中保持相应的电气指标；

(2)本发明所述超亲水吸附剂，可在深度处理天然酯绝缘油中各类杂质的基础上，解决吸附剂因破碎或稳定性较低而对天然酯绝缘油造成二次污染的问题，避免在吸附天然酯绝缘油中杂质的同时引入新的杂质，从而保障天然酯绝缘油的运行稳定性；

(3)本发明固体碱吸附剂制备过程无需用到极端条件或者难购买试剂，吸附剂制备过程易实现，同时深度处理过程易于控制，工艺过程规模可大可小，运行天然酯绝缘油深度处理过程易于实现；

(4)本发明所述天然酯绝缘油再生过程，对市面上多种运行的天然酯绝缘油均具有较好的吸附处理作用，且对汽轮机油、抗燃油等其它种类的油也具有优异的处理效果，处理对范围面广；

(5)本发明所述天然酯绝缘油深度处理过程，在吸附剂处理能力下降时，性能恢复过程简易，不会形成新的二次污染，因此推广前景广阔。

(6)本发明的制备方法简单、处理效率高、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是天然酯绝缘油性能恢复的设备说明图

图中：1.反应罐，2.循环泵，3.天然酯绝缘油储罐，4.油入口，5.油出口，6.分隔金属网，7.循环管路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的目的之一在于提供一种超亲水吸附剂的制备工艺。

本发明的目的之二在于提供上述超亲水吸附剂的应用方式。

本发明的目的之三在于提供一种基于超亲水吸附剂的天然酯绝缘油深度处理工艺。

本发明的目的还包括基于上述天然酯绝缘油深度处理工艺的评价工艺。

首先，本发明提供一种可高效吸附天然酯绝缘油中残留导电类物质和结合水的超亲水吸附剂，所述超亲水吸附剂通过如下过程制备：将氧化硅颗粒用100目和200目筛进行截留，选择100～200目之间的氧化硅颗粒作为超亲水吸附剂的基础材料，先用5％的盐酸，在60～80℃的条件下将氧化硅颗粒浸泡，洗净后取出，将氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的粉末按照质量比10:5:2:1:1进行混合，配置成盐浓度为5％的溶液，而后在50～80℃的条件下进行浸泡，洗净后取出进行烘干。氢氧化钠和碳酸钠主要是起水体pH和对氧化硅表面改性的作用，两者联合使用，起到一定的缓冲作用，可以维持水体pH不发生大幅度变化，乙二胺四乙酸二钠和十六烷基磺酸钠一方面起到进一步提升氧化硅表面清洁度的效果，另一方面可对氧化硅表面进行改性提升吸附剂表面极性，增加对油中极性物质的吸附效果，酒石酸钠主要是起到稳定氧化硅表面新增基团稳定性的作用。

优选的技术方案中，氧化硅颗粒为分析纯结晶二氧化硅，盐酸浸泡浓度为70℃，浸泡时间不低于4h，钠盐溶液浸泡温度为60℃，浸泡时间不低于2h，烘干温度不低于70℃，烘干时间不低于5h。

将浸泡干燥后的氧化硅，放入马弗炉内进行煅烧，升温速率为3～7℃/min，煅烧温度为600-800℃，保温时间为2-6h，冷却后取出超亲水吸附剂，放入干燥器内待用。

优选的技术方案中，煅烧速率为5℃/min，煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。

本发明所述超亲水吸附剂，用于天然酯绝缘油中各类微量残留物质和结合水的处理，由于本专利中所涉及的实验均使用同一批吸附剂来进行吸附并进行再生，因此实验结果可以证明，吸附剂除具有优异的吸附活性之外，还具有优异的机械强度和稳定性，可以反复进行使用，稳定降低的天然酯绝缘油各类影响化学性质和电气性能的各类杂质；其次，超亲水吸附剂在保证传统吸附剂吸附效果的基础上，保证经过本工艺处理后的天然酯绝缘油，不会在天然酯绝缘油中引入其它成分，不会影响天然酯绝缘油本身的电气性能；所述超亲水吸附剂的煅烧工艺可以保证在超亲水吸附剂的化学稳定性；此外，本发明所述的超亲水吸附剂，处理范围广，可处理市面上不同厂家出售的天然酯绝缘油以及抗燃油、汽轮机油等，因此可满足天然酯绝缘油的处理要求。

其次，本发明提供上述超亲水吸附剂用于天然酯绝缘油残留杂质深度处理方面的应用。

优选的技术方案中，超亲水吸附剂的应用方式为，将超亲水吸附剂放入反应器内，反应器内部设置有循环装置，循环口处设置有金属过滤网，用于隔离吸附剂，循环装置启动时，用于促进天然酯绝缘油和超亲水吸附剂接触，在反应器内进行天然酯绝缘油深度处理。

更优选的技术方案中，超亲水吸附剂的应用方式为，将吸附剂与天然酯绝缘油打开循环后进行充分接触，混合时间不低于2h，处理之后将天然酯绝缘油与超亲水吸附剂分离，从反应器底部排出收集，反应器为固定床反应器，反应器填装改性氧化硅后的容积为油储罐略近相同体积，内部高度/反应器内径为1/2.5，反应器内壁为304不锈钢制且经过抛光处理。吸附剂性能下降时，将吸附剂从反应器内取出，用50％乙醇、40％甲醇和10％水混合溶液进行冲洗，冲洗至吸附剂表面恢复至亮白色，而后60℃干燥4h。

此外，本发明提供一种基于固体碱吸附剂的运行天然酯绝缘油的再生方法，包括如下步骤：

(1)氧化硅改性：将氧化硅颗粒用100目和200目筛进行截留，用5％的盐酸，加热对氧化硅颗粒浸泡，洗净后取出，而后用氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的混合溶液进行加热浸泡，洗净后取出进行烘干；

(2)超亲水吸附剂制备：将浸泡干燥后的氧化硅，放入马弗炉内进行煅烧，冷却后取出超亲水吸附剂，放入干燥器内待用；

(3)天然酯绝缘油深度处理：将吸附剂与天然酯绝缘油打开循环后进行充分接触，混合时间不低于2h，处理之后将天然酯绝缘油与超亲水吸附剂分离，从反应器底部排出收集；

(4)天然酯绝缘油指标测定：对再生后的运行天然酯绝缘油进行倾点、酸值、含水量、体积电阻率、击穿电压进行测定。

本发明优选的技术方案中，步骤(1)中氧化硅改性：氧化硅用盐酸和混合溶液浸泡的过程中，均需保证液面完全没过氧化硅，且浸泡后，保证用除盐水冲洗，去除残留溶液。

本发明优选的技术方案中，步骤(2)中超亲水吸附剂制备：马弗炉升温速率控制为5℃/min，煅烧温度为700℃，升温至700℃后继续保温4h，冷却后的超亲水吸附剂应放在干燥器内待用，未使用时应避免与空气过多接触。

本发明优选的技术方案中，步骤(3)中天然酯绝缘油深度处理：保证超亲水吸附剂与天然酯绝缘油充分接触，而后将处理后的天然酯绝缘油从反应器底部放出，反应器底部设置有金属过滤网，使天然酯绝缘油与吸附剂分离。

本发明基于抗固体碱吸附剂的天然酯绝缘油再生工艺，包括如下步骤：

(1)氧化硅改性：将氧化硅颗粒用100目和200目筛进行截留，用5％的盐酸，在70℃条件下对氧化硅颗粒浸泡，洗净后取出，而后用氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的总盐浓度为5％的混合溶液进行加热浸泡，加热温度为60℃，洗净后取出进行烘干，烘干温度为70℃；

(2)超亲水吸附剂制备：将浸泡干燥后的氧化硅，放入马弗炉内进行煅烧，升温速率控制为5℃/min，煅烧温度为700℃，继续保温4h，冷却后取出超亲水吸附剂，放入干燥器内待用；

(3)天然酯绝缘油深度处理：打开循环装置，将吸附剂与天然酯绝缘油进行充分接触，混合时间不低于2h，处理之后将天然酯绝缘油与超亲水吸附剂分离，从反应器底部排出收集；

(4)天然酯绝缘油指标测定：对再生后的运行天然酯绝缘油进行倾点、酸值、含水量、体积电阻率、击穿电压进行测定。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

以下实施例中，反应器为固定床反应器。

实施例1

1.将氧化硅颗粒用100目和200目筛进行截留，用5％的盐酸，在70℃条件下对氧化硅颗粒浸泡4h，洗净后取出，而后用氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的总盐浓度为5％的混合溶液(其中，氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的质量比为10:5:2:1:1)进行加热浸泡，加热温度为60℃，浸泡时间为2h，洗净后取出进行烘干，烘干温度为70℃，干燥时间为5h；将浸泡干燥后的氧化硅，放入马弗炉内进行煅烧，升温速率控制为5℃/min，煅烧温度为700℃，继续保温4h，冷却后取出超亲水吸附剂，放入干燥器内待用。

2.以市面上某大豆来源的天然酯绝缘油为处理对象，启动循环后，保证吸附剂与天然酯绝缘油进行充分接触，混合时间为3h，处理之后对天然酯绝缘油进行静置沉降，使天然酯绝缘油与超亲水吸附剂分离，处理之后的天然酯绝缘油从反应器底部排出收集。

3.对经过深度处理的大豆绝缘油进行酸值(<0.06mg/g)、含水量(<200mg/kg)、黏度(<50mm²/s)、击穿电压(>35kV)、体积电阻率(>8*10⁸)、倾点(<-10^℃)等指标的测定。

表1

实施例2

1.超亲水吸附剂制备和深度处理工艺步骤同实施例1。

2.选择市面上某棕榈油来源的天然酯绝缘油为处理对象。

3.处理及分析过程同实施例1，经过深度处理的棕榈绝缘油分析数据见表2

表2

实施例3

1.吸附工艺和干燥工艺步骤同实施例1。

2.选择市面上某菜籽油来源的天然酯绝缘油为处理对象。

3.处理及分析过程同实施例1，经过深度处理的菜籽绝缘油分析数据见表3。

表3

实施例4

1.吸附工艺和干燥工艺步骤同实施例1。

2.选择市面上某葵花籽油来源的天然酯绝缘油为处理对象。

3.处理及分析过程同实施例1，经过深度处理的葵花籽绝缘油分析数据见表4。

表4

本发明主要通过构建基于超亲水吸附剂为基础的天然酯绝缘油深度处理工艺，实现了对多种市面上出售的天然酯绝缘油的深度处理工艺，该工艺可以将天然酯绝缘油中残留的极性导电类物质充分分离，进一步保证天然酯绝缘油的质量和运行稳定性，避免天然酯绝缘油在运行过程中因残留杂质而促进对油的裂解和老化，解决天然酯绝缘油稳定性的问题。且该制备工艺中，吸附工艺中所用的超亲水吸附剂均属于高稳定性吸附剂，在深度去除极性物质的同时，不会对油内引入新的杂质，同时超亲水吸附剂可以对油中的结合水进行有效深度去除，避免天然酯绝缘油在运行过程中初始的结合水对油品质造成影响。因此，该工艺提出了一套新型天然酯绝缘油深度处理模式，可以提升多种天然酯绝缘油化学性质和电气性能等指标，避免杂质残留对天然酯绝缘油在运行过程中出现提前老化的问题，同时该工艺稳定性强，可处理油的种类较多，因此该工艺具有广阔的应用前景，并且有望用于更多的天然酯绝缘油处理和应用体系。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种超亲水吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：将氧化硅采用酸浸泡、再在氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的混合溶液浸泡，干燥，煅烧，得到超亲水吸附剂；

所述酸浸泡的具体步骤为：采用5~6%的盐酸，在60~80℃下将氧化硅颗粒浸泡4~6h；

所述氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的质量比10:5~8:2~4:1~1.5:1~1.5；

所述在氢氧化钠、碳酸钠、酒石酸钠、十六烷基磺酸钠和乙二胺四乙酸二钠的混合溶液浸泡的条件为50~80℃下进行浸泡2~4h；

所述煅烧的条件为600-800℃下，保温时间2-6h。

2.如权利要求1所述的超亲水吸附剂的制备方法，其特征在于，所述氧化硅的尺寸范围在100目~200目之间。

3.如权利要求1所述的超亲水吸附剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的条件为70~90℃，烘干时间5~8h。

4.权利要求1-3任一项所述的方法制备的超亲水吸附剂。

5.一种天然酯绝缘油深度处理工艺，其特征在于，包括：

使权利要求4所述的超亲水吸附剂与待处理的天然酯绝缘油充分接触，混合2~4h，分离，得到处理后的天然酯绝缘油。

6.权利要求4所述的超亲水吸附剂的再生方法，其特征在于，将超亲水吸附剂用乙醇、甲醇和水的混合溶液进行冲洗，冲洗至吸附剂表面恢复至亮白色，干燥，即得。

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