[发明专利]制备烃类相变材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备烃类相变材料的方法。该方法在普通发汗工艺的基础上，在发汗过程中利用气流通过蜡层携带出液态组分以强制分离固态组分和液态组分，同时利用溶解在原料中的可分解物质产生的气体在蜡层中形成微小气泡，也有利于液态组分的快速排出，从而使发汗这种无溶剂分离方法可以制备烃类相变材料产品。本发明方法具有设备投资低、生产过程简单且操作费用低、安全、节能、无溶剂污染等优点。

技术领域

本发明属于专用蜡生产技术领域，特别是涉及制备烃类相变材料的方法。

背景技术

相变材料（Phase Change Material，简称PCM）在熔化或凝固过程中温度变化不大，但在很小的温度区间内吸收或释放的潜热却相当大，这种特性使其在恒温、储能等方面有广泛的应用。一般要求相变材料有适当的相变温度和较大的相变潜热。

根据相变温度的不同，一般可将相变材料分为高温相变材料、中温相变材料和低温相变材料。根据化学组成的不同，一般可将相变材料分为无机相变材料和有机相变材料。根据储能过程中材料相态变化的不同，一般可将相变材料分为固―气相变材料、液―气相变材料、固―液相变材料、固―固相变材料。烃类相变材料是常用的有机类、中低温区的固―液相变材料。

石油蜡是原油经过经脱蜡、脱油、精制和成型等过程加工后制得的各类蜡产品的总称，包括液体石蜡、皂用蜡、石蜡和微晶蜡。石蜡一般含有C₂₀～C₅₀的正构烷烃、异构烷烃和少量环烷烃等组分，通常熔点为50℃～74℃，固态下具有粗大的片状结晶结构。微晶蜡一般由C₃₀～C₆₀的异构烷烃和少量正构烷烃、环烷烃组成，通常滴熔点为65℃～92℃，固态下具有比石蜡更细小的针状结晶结构。

与异构烷烃和环烷烃相比，正构烷烃的相变潜热要大。随着正构烷烃链长的增加，其熔点增高，常见正构烷烃的熔点为-20～100℃。由于混合烃的熔点是其组成的各种组分的综合反映，因而可以认为烃类的熔点在-20～100℃范围内任意可调，这正是烃类相变材料的最大优势。同时该温度区域也是人们日常生活中最常接触的范围，并且烃类的化学性质稳定、无腐蚀性、不污染环境，因而作为相变材料时具有无可比拟的优势。但商品石油蜡含有异构烷烃和环烷烃等组分，且碳数分布较宽，直接用作相变材料时潜热较小（一般低于200J/g），相变区间较宽。因此，石油蜡必须经提纯以提高正构烷烃含量并降低碳数分布宽度才能用作烃类相变材料。

在石油蜡生产工艺方面，常用的分离加工手段有蒸馏、溶剂分离、发汗分离等。

蒸馏是利用不同烃类的沸点不同达到分离提纯的目的，减小蒸馏的沸程可以有效降低产物碳分布的宽度，但对提高正构烷烃含量影响不大，同时由于蒸馏过程需要将原料加热到沸点以上，消耗大量的能量。而且熔点在70℃以上的烃类的沸点在500℃（常压）以上，采用蒸馏方法进行分离时效率大大下降。

溶剂分离方法是利用正构烷烃与异构烷烃在选择性溶剂（丙酮、苯和甲苯混合物；或丙酮、甲苯；或甲乙酮、甲苯）中溶解度不同的性质进行分离的，可以有效提高产物中的正构烷烃含量，但对碳分布宽窄的影响不大，同时溶剂分离生产设备投资大；生产过程中需要大量使用溶剂，回收溶剂需要消耗大量的能量；溶剂中含有苯系物，会对环境造成影响；溶剂易燃，容易造成生产事故。

发汗分离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。石油蜡中各种组分的分子量和结构的不同都会使其熔点不同。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。所以发汗分离方法即能降低产物碳分布的宽度又能提高正构烷烃含量。