CN113831964A - 基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，使用碱性氧化铝和静电纺丝滤膜处理植物绝缘油，具体包括以下步骤：S1使用碱性氧化铝处理植物绝缘油；S2利用静电纺丝滤膜过滤；S3吸滤一体化，具体包括：将所述步骤S22得到的植物绝缘油真空脱水后，加入质量分数为1‑2％的碱性氧化铝，在50‑70℃条件下静待2小时，2小时后再通过静电纺丝滤膜过滤，得过滤后的植物绝缘油。碱性氧化铝本身不仅具有碱性，能够中和植物绝缘油的酸性物质﹐可以吸附蛋白质等胶状物。而静电纺丝滤膜能够提高过滤的精度。通过上述碱性氧化铝吸附剂与静电纺丝滤膜吸滤一体化方案，能够显著降低植物绝缘油酸值与介质损耗。
Description
技术领域
本发明属于植物绝缘油降酸降损处理技术领域，涉及一种基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法。
背景技术
变压器是电力系统的核心，全国有超过1700万台变压器。而变压器绝缘油就好比人体中的血液，是油浸式变压器必需绝缘物质。绝缘油的电气和化学性能将直接影响绝缘性能,从而影响变压器的运行安全。我国目前有99％的油浸式变压器采用的矿物绝缘油，而其作为一种不可再生资源，具有资源少，安全差，污染高三大痛点：矿物绝缘油仅占石油储量的2.2％，其原材料环烷基原油不可再生；其燃点仅160℃，容易导致变压器过热和短路，甚至引发燃烧爆炸；而矿物绝缘油燃烧会造成大量碳排放，每年产生碳排放高达2060万吨，严重地污染了自然环境。
在中国专利文献CN113088384A中，公开了一种基于短时超声分散技术的间歇式植物绝缘油精炼及过滤工艺，采用机械搅拌与超声分散相结合的真空过滤方式,通过合理设置超声参数,有效避免了因能量过大导致植物绝缘油裂解产生CH4、C2H4等可燃有机气体的问题；通过对干法分提过程中结晶参数的合理设置，结合短时超声分散处理，有效降低植物绝缘油中高熔点甘油酯和蜡的含量，显著提升植物绝缘油低温特性，有效提高了植物绝缘油精炼效果，简化了工艺流程，降低了生产成本，制备的植物绝缘油综合性能优良。但由于设备价格昂贵，导致生产线成本价格高昂，每次能够处理的植物油粗油量较少，因此得到实际应用还有待进一步研究与考量。
在中国专利文献CN107473418A中，公开了一种天然酯绝缘油真空滤油工艺，1)超声聚结脱水处理：在2200-3500Pa的真空条件下，以80-100r/min的机械搅拌及间歇式超声波振荡对天然酯绝缘油进行搅拌，同时进行循环聚结脱水处理，直至天然酯绝缘油中水分低于500ppm； 2)双级真空脱水处理：维持真空度在10-25Pa之间，将聚结脱水处理后的天然酯绝缘油在 40-60r/min的转速下加热至70-75℃，进行双级真空脱水处理,循环处理直至天然酯绝缘油中水分低于30ppm；3)精滤、吸附处理：在10-25Pa真空条件下将双级真空脱水处理后的天然酯绝缘油通过精滤滤芯循环过滤3-4小时，然后通过吸附滤芯循环过滤2-3小时；所述精滤滤芯和吸附滤芯孔径均采用0.5-0.75μm；4)添加剂添加及循环冷却处理：维持真空度在10-25Pa之间，将精滤、吸附处理后的天然酯绝缘油在40-60r/min的转速下加入添加剂母液，并进行短时超声波振荡处理；提高转速至80-100r/min,搅拌30min后经板式换热器循环冷却至室温；所述天然酯绝缘油酸值≤0.015mgKOH/g，水分＜6000ppm；所述步骤1)中间歇式超声波振荡采用“超声波振荡3-5min，停止8-15min”的循环模式；所述步骤4)中短时超声振荡时间为5-10min；所述步骤4)中的添加剂母液是指抗氧化剂、降凝剂或金属减活剂溶解在天然酯绝缘油中形成的混合液。但天然植物油和天然酯合成油在油的理化性质和化学成分完全不同，这种方法原理无法应用于植物绝缘油的过滤等处理。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，能够通过利用碱性氧化铝吸附剂和静电纺丝滤膜对植物绝缘油进行吸附、过滤精炼植物绝缘油，降低酸值和介质损耗。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
该基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，使用碱性氧化铝和静电纺丝滤膜处理植物绝缘油，具体包括以下步骤：
S1使用碱性氧化铝处理植物绝缘油，具体包括：
S11：将真空脱水的植物绝缘油加入到吸附容器内，添加选用质量分数为4％的100～200 目碱性氧化铝作为吸附剂；
S12：加热植物绝缘油油温达到50-70℃，以约60r/min的转速搅拌反应1.5-2.5小时，反应后，对残余碱性氧化铝过滤处理，得过滤后的植物绝缘油；
S2利用静电纺丝滤膜过滤，具体包括：
S21：所述步骤S12所得植物绝缘油通过静电纺丝滤膜过滤；
S22：在60℃的温度下，按照平均流速20L/h的速度进行过滤处理，将过滤后的植物绝缘油抽至冷却搅拌罐进行快速搅拌30～60r/min，持续约3h，将过滤后的植物绝缘油单独储存于储油罐中；
S3吸滤一体化，具体包括：
将所述步骤S22得到的植物绝缘油真空脱水后，加入质量分数为1-2％的碱性氧化铝，在 50-70℃条件下静待2小时，2小时后再通过静电纺丝滤膜过滤，得过滤后的植物绝缘油。
要得到符合国标规定的小桐子植物绝缘油(植物绝缘油)，降低它的酸值与介质损耗是使其符合行业标准是关键。而杂质对变压器油电气性能的影响非常明显,大量的悬浮颗粒在电场作用下规则排列形成导电小桥,会显著降低油击穿电压。目前大多数滤油机主要基于真空式、压力式、静电式、离心式，其中真空式基于在一定的真空状态下，水的沸点降低，在真空罐内让水分蒸发，达到脱水的目的，接着利用过滤器过滤杂质，过滤的精度主要取决于滤芯的精度，但是因为要大流量通过，所以目前基本上都采用的是钢丝网的滤芯，有的会使用化纤滤芯等，过滤精度不高，靠加热蒸发很难脱出大量水分，从理论上脱出一点大颗粒杂质，功率消耗非常大，容易氧化油品导致油品变质；压力式滤油机不能兼顾植物油流量和精度，对于压力式过滤来说，精度越高，通流量越小；静电式滤油机可以除去非常小的颗粒杂质，但效率过于低下，一半彻底过滤至少需要几天时间，不适应大规模的植物油过滤；而离心滤油机通过离心力，通过油、水、杂质三项的比重不一样分离开来，有固液分离，液液分离，需要具体针对油的成分进行调整。
碱性氧化铝是一种白色结晶性粉末，易吸潮但不潮解，熔点2050℃，沸点2980℃，相对密度3.965。硬度大，莫氏硬度8.8。并且其是电绝缘体，300℃时体积电阻率为(1.2×1013Ω.cm)。几乎不溶于水及乙醇、乙醚等非极性有机溶剂。碱性氧化铝本身不仅具有碱性，能够中和植物绝缘油的酸性物质﹐还具有颗粒小、表面积大、吸附能力强等特点，可以吸附蛋白质等胶状物。碱性氧化铝反应完毕，通过过滤即可除去，操作简单。而静电纺丝滤膜可以使流体中所有类型的污染颗粒物分别带上接近平衡的正负电荷，利用正负相吸的原理，分别携带正负电荷的颗粒相互吸附，尺寸变大的同时完成大部分电荷的平衡；通过一定的循环，即使是十分微小的颗粒也能“长大”到被收集清除，能够提高过滤的精度。
通过上述碱性氧化铝吸附剂与静电纺丝滤膜吸滤一体化方案，能够显著降低植物绝缘油酸值与介质损耗。
优选的，在所述步骤S21中，静电纺丝滤膜过滤中的静电纺丝滤膜包括有静电过滤膜片、芯管、过滤膜片叠放套装在芯管上，所述芯管的周壁设置有过滤流体的通孔；还包括有压板、正梯形台型过滤器的底座，加水清洗后通电。
优选的，所述植物绝缘油为小桐子油。
小桐子是一种广泛生长在我国热带和亚热带地区的油料作物。目前已在生物柴油方面取得较好的应用。小桐子具有诸多优势，可以在干旱贫瘠的土地上存活，易于种植，且出油率是植物绝缘油传统原料大豆和菜籽的五倍，因此小桐子油的生产成本大幅降低。而现有植物绝缘油原料大豆菜籽依赖国外进口，价格昂贵且与人争粮，导致植物绝缘油无法在国内大范围推广。由上述可见，基于小桐子油制备植物绝缘油具有重要研究意义。
已有研究表明，小桐子毛油酸值较高、颜色较深，小桐子毛油中的脂肪酸主要组成为棕榈酸(13.86％)、硬脂酸(5.09％)、油酸(32.72％)和亚油酸(43.53％)，小桐子毛油和精炼油中不饱和脂肪酸的含量超过70％，若直接作为原料会对产品品质、性能方面带来影响，因此有必要对小桐子毛油进行后续处理。此外，小桐子毛油杂质较多，纯净度不足以达到植物绝缘油标准，导致介质损耗会更快，致使油品酸败劣变。
对小桐子油采用碱性氧化铝吸附剂，与降低介质损耗分子的筛多孔材料、静电纺丝滤膜的吸滤一体化，进行吸附和过滤处理，提高了小桐子油的油品质量。
优选的，在所述步骤S1中，将小桐子植物绝缘油酸值由反应0.150mg KOH/g降至0.013mg KOH/g。
优选的，在所述步骤S1中，将老化后的植物绝缘油，美国油FR23老化，酸值由反应0.208 mg KOH/g降至0.021mg KOH/g；同时击穿电压由降酸值前的25.5kV升高至59.4kV。
优选的，在所述步骤S3中，过滤后的植物绝缘油，击穿电压＞70kV；含水量≤5ppm；含气量≤1％，体积比；油中颗粒在5μm～50μm的范围内，颗粒数每100mL不多于500个，颗粒粒径不超过50μm。
优选的，在所述步骤S12中，转速搅拌反应为2小时。
优选的，在所述步骤S3中，50℃条件下，反应2h，小桐子油处理前酸值为0.157mgKOH/g；加入质量分数为1％的碱性氧化铝处理后，酸值将至0.052mg KOH/g，酸值除去率为66.9％。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，使用碱性氧化铝和静电纺丝滤膜处理植物绝缘油，具体包括以下步骤：
S1使用碱性氧化铝处理植物绝缘油，具体包括：
S11：将真空脱水的植物绝缘油加入到吸附容器内，添加选用质量分数为4％的100～200 目碱性氧化铝作为吸附剂；
S12：加热植物绝缘油油温达到50-70℃，以60r/min的转速搅拌反应1.5-2.5小时，反应后，对残余碱性氧化铝过滤处理，得过滤后的植物绝缘油；
S2利用静电纺丝滤膜过滤，具体包括：
S21：所述步骤S12所得植物绝缘油通过静电纺丝滤膜过滤；
静电纺丝滤膜过滤中的静电纺丝滤膜包括有静电过滤膜片、芯管、过滤膜片叠放套装在芯管上，所述芯管的周壁设置有过滤流体的通孔；还包括有压板、正梯形台型过滤器的底座，加水清洗后通电；
S22：在60℃的温度下，按照平均流速20L/h的速度进行过滤处理，将过滤后的植物绝缘油抽至冷却搅拌罐进行快速搅拌30～60r/min，持续约3h，将过滤后的植物绝缘油单独储存于储油罐中；
S3吸滤一体化，具体包括：
将所述步骤S22得到的植物绝缘油真空脱水后，加入质量分数为1-2％的碱性氧化铝，在 50-70℃条件下静待2小时，2小时后再通过静电纺丝滤膜过滤，得过滤后的植物绝缘油。
在所述步骤S1中，将老化后的植物绝缘油，美国油FR23老化，酸值由反应0.208mgKOH/g降至0.021mg KOH/g；同时击穿电压由降酸值前的25.5kV升高至59.4kV。
在所述步骤S3中，过滤后的植物绝缘油，击穿电压＞70kV；含水量≤5ppm；含气量≤ 1％，体积比；油中颗粒在5μm～50μm的范围内，颗粒数每100mL不多于500个，颗粒粒径不超过50μm。
在所述步骤S12中，转速搅拌反应为2小时。
具体的，植物绝缘油为小桐子油，在步骤S11中，加热到50℃条件下，反应2h，添加选用质量分数为4％100～200目碱性氧化铝能够把小桐子植物绝缘油酸值由反应0.150mgKOH/g降至0.013mg KOH/g(植物绝缘油标准≤0.06mg KOH/g，矿物变压器绝缘油≤0.03 mgKOH/g)；
另外，在步骤S3中，加热到50℃条件下，反应2h，植物绝缘油为小桐子油，处理前酸值为0.157mg KOH/g；加入碱性氧化铝质量分数位1％处理后，酸值将至0.052mg KOH/g(达到低于0.06mgKOH/g的植物绝缘油标准)，酸值除去率为66.9％。
也可以把老化后的植物绝缘油(美国油FR23老化)酸值由反应0.208mg KOH/g降至0.021mgKOH/g。同时击穿电压由降酸值前的255kV.升高至59.4kV(国标35kV)。在上述温度下，小桐子油和老化后的植物绝缘油(美国油FR23老化)的颜色没发生明显的改变。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，例如在步骤S12中，温度在50-70℃范围内调节，搅拌反应1.5-2.5h内调节；在步骤S22中，搅拌速率在30～60r/min调节；在步骤S3中，碱性氧化铝质量分数为1-2％范围内，温度条件在50-70℃范围内调节；而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，使用碱性氧化铝和静电纺丝滤膜处理植物绝缘油，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1使用碱性氧化铝处理植物绝缘油，具体包括：
S11：将真空脱水的植物绝缘油加入到吸附容器内，添加选用质量分数为4％的100～200目碱性氧化铝作为吸附剂；
S12：加热植物绝缘油油温达到50-70℃，以60r/min的转速搅拌反应1.5-2.5小时，反应后，对残余碱性氧化铝过滤处理，得过滤后的植物绝缘油；
S2利用静电纺丝滤膜过滤，具体包括：
S21：所述步骤S12所得植物绝缘油通过静电纺丝滤膜过滤；
S22：在60℃的温度下，按照平均流速20L/h的速度进行过滤处理，将过滤后的植物绝缘油抽至冷却搅拌罐进行快速搅拌30～60r/min，持续约3h，将过滤后的植物绝缘油单独储存于储油罐中；
S3吸滤一体化，具体包括：
将所述步骤S22得到的植物绝缘油真空脱水后，加入质量分数为1-2％的碱性氧化铝，在50-70℃条件下静待2小时，2小时后再通过静电纺丝滤膜过滤，得过滤后的植物绝缘油。
2.根据权利要求1所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S21中，静电纺丝滤膜过滤中的静电纺丝滤膜包括有静电过滤膜片、芯管、过滤膜片叠放套装在芯管上，所述芯管的周壁设置有过滤流体的通孔；还包括有压板、正梯形台型过滤器的底座，加水清洗后通电。
3.根据权利要求1所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，所述植物绝缘油为小桐子油。
4.根据权利要求3所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将小桐子植物绝缘油酸值由反应0.150mg KOH/g降至0.013mgKOH/g。
5.根据权利要求2所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将老化后的植物绝缘油，美国油FR23老化，酸值由反应0.208mgKOH/g降至0.021mg KOH/g；同时击穿电压由降酸值前的25.5kV升高至59.4kV。
6.根据权利要求2所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，过滤后的植物绝缘油，击穿电压＞70kV；含水量≤5ppm；含气量≤1％，体积比；油中颗粒在5μm～50μm的范围内，颗粒数每100mL不多于500个，颗粒粒径不超过50μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S12中，转速搅拌反应为2小时。
8.根据权利要求3所述的基于碱性氧化铝与静电纺丝滤膜吸滤一体化处理方法，其特征在于，在所述步骤S3中，50℃条件下，反应2h，小桐子油处理前酸值为0.157mg KOH/g；加入质量分数为1％的碱性氧化铝处理后，酸值将至0.052mg KOH/g，酸值除去率为66.9％。
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