CN112552978B - 一种烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用，属于导热油领域。本发明提供了一种烷基萘高温导热油基础油，包括以下重量百分数的组分：20～30％的烷基萘、50～65％的烷基四氢萘和15～20％的聚α烯烃(PAO)。本发明中，长链取代的烷基萘和四氢萘，沸点更高，可以提高切割温度，也可以直接用作特种润滑油，如变压器油、冷冻机油等；三种化合物的组合，兼顾了高沸点和低凝点。本发明提供的高温导热油基础油常温下为浅黄、黄色或浅橙色透明液体，初馏点为380℃；倾点<‑40℃；0℃黏度为225～238cSt，‑20℃黏度为2680～2790cSt；粘度指数为95～100。

Description

一种烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及导热油技术领域，尤其涉及一种烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用。
背景技术
烷基萘是一种性能优异的高温导热油，广泛应用于众多工业领域，在有机热载体家族中占重要地位。国内外具有代表性的烷基萘导热油，主要有日本KSK-330(甲基萘、二甲基萘等混合物)、燕山石化YD-340(四氢萘等)、河北省化工研究院N D-330(三异丙基萘)等，主流体温度分别为330℃、340℃和330℃。随着工业的高速发展，对导热油的要求日趋严苛，迫切需要提高烷基萘导热油主流体温度，以满足用户需求。与萘环连接的烷基对化合物的性能具有重要影响。粘度、倾点和挥发性等依赖烷基链的长度和数量。取代基烷基链过长，分子量较大，沸点较高的烷基萘，其黏度和倾点也随之增大增高，影响使用时的泵送性能等。有些技术采用链接苯基、苄基来解决这个问题(CN201210075739.X、CN01810421.5)，油品0℃黏度约248cSt，使用温度350℃，但是仍存在使用温度低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用。本发明制得的烷基萘高温导热油基础油使用温度高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种烷基萘高温导热油基础油，包括以下重量百分数的组分：20～30％的烷基萘、50～65％的烷基四氢萘和15～20％的聚α烯烃；
所述烷基萘的结构如式I所示：
Figure BDA0002829311650000011
式I中，m和n独立地为0～4的整数，且m+n≤4；R同时为C7H13或C9H17。
所述烷基四氢萘的结构如式II所示：
Figure BDA0002829311650000021
式II中，R'为C7H13或C9H17，且当式I中R同时为C7H13时，所述式II中R'为C7H13，当式I中R同时为C9H17时，所述式II中R'为C9H17；
p为1或2；且
所述聚α烯烃的结构如式III所示：
Figure BDA0002829311650000022
式III中，a为2～4；b为8或10。
优选的，所述的烷基萘高温导热油基础油包括以下重量百分数的组分：20％的烷基萘、65％的烷基四氢萘和15％的聚α烯烃。
优选的，所述的烷基萘高温导热油基础油包括以下重量百分数的组分：23％的烷基萘、59％的烷基四氢萘和18％的聚α烯烃。
优选的，所述的烷基萘高温导热油基础油包括以下重量百分数的组分：30％的烷基萘、50％的烷基四氢萘和20％的聚α烯烃。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基萘高温导热油基础油的制备方法，包括以下步骤：
将四氢萘、萘和第一催化剂混合，得到混合物；
将烯烃滴加到所述混合物中，再加入第二催化剂后进行反应，得到所述烷基萘高温导热油基础油；所述烯烃为1-癸烯或1-十二烯。
优选的，所述反应的温度为50～60℃，时间为5～6小时。
优选的，所述烯烃与萘的摩尔比为(5～12):1；所述四氢萘与萘的摩尔比为(2～4):1；总催化剂包括所述第一催化剂和第二催化剂，所述总催化剂与萘的摩尔比为(1.2～2):1，。
优选的，所述第一催化剂和第二催化剂均为三氯化铝，所述第一催化剂和第二催化剂的质量比为1:2，所述第二催化剂均分为两次加入。
优选的，所述反应后还包括依次进行的冷却、用氢氧化钠溶液洗涤、水洗、干燥、过滤、蒸除低馏分和脱色。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基萘高温导热油基础油或上述技术方案所述制备方法制得的烷基萘高温导热油基础油作为调制有机热载体的应用。
本发明提供了一种烷基萘高温导热油基础油，包括以下重量百分数的组分：20～30％的烷基萘、50～65％的烷基四氢萘和15～20％的聚α烯烃(PAO)。本发明中，长链取代的烷基萘和四氢萘，沸点更高，可以提高切割温度，三种化合物的组合，兼顾了高沸点和低凝点，可以直接用作特种润滑油，如变压器油、冷冻机油等。本发明提供的高温导热油基础油常温下为浅黄、黄色或浅橙色透明液体，初馏点为380℃；倾点<-40℃；0℃黏度为225～238cSt，-20℃黏度为2680～2790cSt；粘度指数为95～100。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基萘高温导热油基础油的制备方法，包括以下步骤：将四氢萘、萘和第一催化剂混合，得到混合物；将烯烃滴加到所述混合物中，再加入第二催化剂后进行反应，得到所述烷基萘高温导热油基础油；所述烯烃为1-癸烯或1-十二烯。本发明中，萘在发生烷基化反应时，生成取代基数量不同的异构体，形成复杂混合物，这些化合物的分子量由连在萘环上的烷基数量决定，可以分为单烷基萘(MAN)、双烷基萘(DAN)和多烷基萘(PAN)三类，每一类组分的含量可以根据目标产物性质的具体要求，通过蒸馏或是混合来调整。比如，双烷基萘在高温下具有较低的挥发性，而多烷基萘在更高的温度或是近似真空下具有极低的挥发性；四氢萘的烷基化与萘相似。本发明提供的制备方法简便快捷，不需要单独制备各组分，不需要多次后处理，“一锅煮”的方式简洁高效。
进一步地，本发明中反应的温度为50～60℃，α-烯烃在催化剂条件下反应时，如果反应温度过高，歧化产物会增多，因此，控制反应在较低温度下进行，微量的歧化产物对目标产品的使用性能不产生影响，不必除去，减压蒸馏蒸除其中低沸点的短链烷基萘以及α-烯烃裂解产生的小分子烯烃即可。
附图说明
图1为本申请实施例1～3制得的烷基萘高温导热油基础油的红外谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种烷基萘高温导热油基础油，包括以下重量百分数的组分：20～30％的烷基萘、50～65％的烷基四氢萘和15～20％的聚α烯烃；
所述烷基萘的结构如式I所示：
Figure BDA0002829311650000041
式I中，m和n独立地为0～4的整数，且m+n≤4；R同时为C7H13或C9H17。
所述烷基四氢萘的结构如式II所示：
Figure BDA0002829311650000042
式II中，R'为C7H13或C9H17，且当式I中R同时为C7H13时，所述式II中R'为C7H13，当式I中R同时为C9H17时，所述式II中R'为C9H17；
p为1或2；且
所述聚α烯烃的结构如式III所示：
Figure BDA0002829311650000043
式III中，a为2～4；b为8或10。
本发明对所述式I和式II中的各取代基的取代位点没有特殊的限定。
在本发明中，所述的烷基萘高温导热油基础油优选包括以下重量百分数的组分：20％的烷基萘、65％的烷基四氢萘和15％的聚α烯烃或
23％的烷基萘、59％的烷基四氢萘和18％的聚α烯烃或
30％的烷基萘、50％的烷基四氢萘和20％的聚α烯烃。
在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均优选为本领域市售商品。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基萘高温导热油基础油的制备方法，包括以下步骤：
将四氢萘、萘和第一催化剂混合，得到混合物；
将烯烃滴加到所述混合物中，再加入第二催化剂后进行反应，得到所述烷基萘高温导热油基础油；所述烯烃为1-癸烯或1-十二烯。
本发明将四氢萘、萘和第一催化剂混合，得到混合物。本发明对所述混合的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到混合物后，本发明将烯烃滴加到所述混合物中，再加入第二催化剂后进行反应，得到所述烷基萘高温导热油基础油；所述烯烃为1-癸烯或1-十二烯。
在本发明中，所述反应的温度优选为50～60℃，时间优选为5～6小时。在本发明中，所述反应的过程中主要发生四氢萘的烷基化、萘的烷基化以及烯烃的聚合。
在本发明中，所述烯烃与萘的摩尔比优选为(5～12):1；所述四氢萘与萘的摩尔比优选为(2～4):1；总催化剂包括所述第一催化剂和第二催化剂，所述总催化剂与萘的摩尔比优选为(1.2～2):1。
在本发明中，所述第一催化剂和第二催化剂均优选为三氯化铝，所述第一催化剂和第二催化剂的质量比优选为1:2，所述第二催化剂优选均分为两次加入。
在本发明中，所述反应后优选还包括依次进行的冷却、用氢氧化钠溶液洗涤、水洗、干燥、过滤、蒸除低馏分和脱色。
在本发明中，所述冷却优选为自然冷却至室温。
在本发明中，所述氢氧化钠溶液洗涤的作用为中和催化剂三氯化铝。
在本发明中，所述水洗优选为洗涤至中性。
在本发明中，所述蒸除低馏分的温度优选为380℃。
本发明对所述干燥、过滤和脱色的具体方式没有特殊的限定，具体的如，采用无水硫酸镁干燥，利用白土脱色。
本发明还提供了另一种所述的烷基萘高温导热油基础油的制备方法，包括以下步骤：将所述烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃混合。本发明对所述烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可，具体的，如烷基萘参照《酸性离子液体催化多烷基萘的高效合成及其润滑性能研究》(李磊，2019，太原理工大学)中的方法制得，烷基四氢萘参照CN201210075739.X中的方法制得，聚α烯烃参照《癸烯聚合制备高黏度聚-烯烃合成油》(李洪梅等，石油炼制与化工，2019，9(59)：81～85)中的方法制得。
本发明还提供了上述技术方案所述的烷基萘高温导热油基础油或上述技术方案所述制备方法制得的烷基萘高温导热油基础油作为调制有机热载体的应用。本发明对所述应用没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的使用方法即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的烷基萘高温导热油基础油及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.1mol萘、0.2mol四氢萘和0.04mol三氯化铝加入搅拌釜中，充分搅拌下滴加0.5mol1-癸烯；分两次加入剩余0.08mol三氯化铝；升温至50℃反应5小时；冷却，加入1wt％氢氧化钠溶液；水洗至中性；无水硫酸镁干燥过夜，过滤；380℃蒸除低馏分；白土脱色，得到烷基萘导热油，为质量含量分别为20％、65％和15％的烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃(PAO)的混合物。初馏点380℃；倾点-43℃；0℃黏度225cSt，-20℃黏度2680cSt；粘度指数95。
对实施例1制得的烷基萘导热油进行红外谱图表征，结果如图1所示。
在搅拌釜中加入97g实施例1制得的烷基萘导热油，升温至110℃，搅拌1h；加入1g清净剂烷基苯磺酸钙，1g抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚(T501)，搅拌至完全溶解；降温至60℃，加入1g防锈剂二壬基萘磺酸钡(T705)，搅拌1h，得到导热油，得到导热油酸值为0.04mgKOH/g。
实施例2
将0.1mol萘、0.3mol四氢萘和0.06mol三氯化铝加入搅拌釜中，充分搅拌下滴加0.9mol1-十二烯；分两次加入剩余0.12mol三氯化铝；升温至55℃反应5.6小时；冷却，加入1wt％氢氧化钠溶液；水洗至中性；无水硫酸镁干燥过夜，过滤；380℃蒸除低馏分；白土脱色，得到烷基萘导热油。为质量含量分别为23％、59％和18％的烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃(PAO)的混合物。初馏点380℃；倾点-41℃；0℃黏度230cSt，-20℃黏度2776cSt；粘度指数100。
对实施例2制得的烷基萘导热油进行红外谱图表征，结果如图1所示。
实施例3
将0.1mol萘、0.4mol四氢萘和0.07mol三氯化铝加入搅拌釜中，充分搅拌下滴加1.2mol1-十二烯；分两次加入剩余0.13mol三氯化铝；升温至60℃反应6小时；冷却，加入1wt％氢氧化钠溶液；水洗至中性；无水硫酸镁干燥过夜，过滤；380℃蒸除低馏分；白土脱色，得到烷基萘导热油。为质量含量分别为30％、50％和20％的烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃(PAO)的混合物。初馏点380℃；倾点-41℃；0℃黏度238cSt，-20℃黏度2790cSt；粘度指数100。
对实施例3制得的烷基萘导热油进行红外谱图表征，结果如图1所示，从图1中，可以解析出三种产物(烷基萘、烷基四氢萘和聚α烯烃)的特征峰，证明产物中同时存在三种化合物。
以图1中实施例1为例，解析如下：实施例1中的谱图中3001cm-1，3043cm-1归属为Sp2C-H拉伸振动(烷基萘)；1605cm-1，1574cm-1归属为萘环(烷基萘)；1375cm-1归属为CH3弯曲振动(烷基萘)；800～1100cm-1归属为萘环碳，二取代；721cm-1归属为-(CH2)x-，x>4，摆动(烷基萘)；
实施例1中的谱图中，3001cm-1，3043cm-1，2951cm-1，2917cm-1，2850cm-1，归属为Sp2C-H拉伸振动(烷基四氢萘)；1501cm-1,1459cm-1,1431cm-1归属为CH2弯曲振动(烷基四氢萘)；1243cm-1归属为CH3弯曲振动(烷基四氢萘)；800～1100cm-1归属为四氢萘环碳，二取代；721cm-1归属为-(CH2)x-，x>4，摆动(烷基四氢萘)；
实施例1中的谱图中，2951cm-1，2917cm-1，2850cm-1归属为Sp2C-H拉伸振动(PAO)；1459cm-1归属为CH2弯曲振动(PAO)；1375cm-1归属为CH3弯曲振动(PAO)；721cm-1归属为-(CH2)x-，x>4，摆动(PAO)。
由图1可知，制得的烷基萘导热油中烷基萘和烷基四氢萘以双取代为主，烷基萘或烷基四氢萘的同分异构体，性能差别小，且对后续的应用影响不大，所以没有对各同分异构体进行单独定性分离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烷基萘高温导热油基础油，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：20～30％的烷基萘、50～65％的烷基四氢萘和15～20％的聚α烯烃；
所述烷基萘的结构如式I所示：
Figure FDA0003188843100000011
式I中，m和n独立地为0～4的整数，且m+n≤4；R同时为C7H13或C9H17；
所述烷基四氢萘的结构如式II所示：
Figure FDA0003188843100000012
式II中，R'为C7H13或C9H17，且当式I中R同时为C7H13时，所述式II中R'为C7H13，当式I中R同时为C9H17时，所述式II中R'为C9H17；
p为1或2；且
所述聚α烯烃的结构如式III所示：
Figure FDA0003188843100000013
式III中，a为2～4；b为8或10。
2.根据权利要求1所述的烷基萘高温导热油基础油，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：20％的烷基萘、65％的烷基四氢萘和15％的聚α烯烃。
3.根据权利要求1所述的烷基萘高温导热油基础油，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：23％的烷基萘、59％的烷基四氢萘和18％的聚α烯烃。
4.根据权利要求1所述的烷基萘高温导热油基础油，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：30％的烷基萘、50％的烷基四氢萘和20％的聚α烯烃。
5.权利要求1～4任一项所述的烷基萘高温导热油基础油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将四氢萘、萘和第一催化剂混合，得到混合物；
将烯烃滴加到所述混合物中，再加入第二催化剂后进行反应，得到所述烷基萘高温导热油基础油；所述烯烃为1-癸烯或1-十二烯。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为50～60℃，时间为5～6小时。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述烯烃与萘的摩尔比为(5～12):1；所述四氢萘与萘的摩尔比为(2～4):1；总催化剂包括所述第一催化剂和第二催化剂，所述总催化剂与萘的摩尔比为(1.2～2):1。
8.根据权利要求5或7所述的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂和第二催化剂均为三氯化铝，所述第一催化剂和第二催化剂的质量比为1:2，所述第二催化剂均分为两次加入。
9.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述反应后还包括依次进行的冷却、用氢氧化钠溶液洗涤、水洗、干燥、过滤、蒸除低馏分和脱色。
10.权利要求1～4任一项所述的烷基萘高温导热油基础油或权利要求5～9任一项所述制备方法制得的烷基萘高温导热油基础油作为调制有机热载体的应用。
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