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【摘要】本文介绍了高温导热油的发展过程、国内外现状及目前国内导热油研制生产进展,并对合成导热油的未来发展状况做出展望.
【关键词】高温 合成导热油 分类 展望
有机载热体是导热油的别称,是一种对热量进行传递的传递介质。在石油化工、化纤工业、多晶硅、航空及航天等领域都有较为广泛的应用,导热油的主要优点是加热均匀、对温度的控制准确、传热效果明显、节约能源以及输送和操作方便等。
1 导热油的国内外发展史
导热油最早于20世纪30年代初,由美国的化学公司Dow研制出Dowtherm,距现在已有80多年的历史。国外导热油的发展进程主要如下:20世纪30年代导热油被开发研制出来;50年代,美国通过深度精制工艺生产出了矿物型导热油;60年代以后,日本推出了乙基联苯系导热油以及德国推出了苄基甲苯系的导热油,之后,各个国家相继对不同种类的导热油进行了开发及生产。
我国对合成型导热油开始研制和生产始于60年代末,而70年代我国在导热油的开发与应用方面才得到了前所未有的发展,随着工业装置设备的引入,带入了导热油技术。一些工厂通过将各种不同类型添加剂加入,以改善导热油的高温性。80年代,我国的石化产业、化纤工艺产业以及化学工业得到了迅猛的发展,高温加热的需求在新工艺的要求下越来越大。90年代,随着高温导热油应用的普及,国内对导热油的优点有了更全面的认识,工业技术的日臻成熟在一定程度上扩大了导热油的应用范围。
2 导热油的分类以及对比
分类方法的不同,则对导热油的分类定义不同:按加热的使用物质的不同,导热油可以划分为气/液两相导热油以及液相导热油两个类型;按成分的不同,导热油可划分为矿物型导热油以及合成型导热油两个类型。
2.1 矿物型导热油的简介
矿物型导热油大多数是较重的石油馏分,其主要优点是具有较高的安全性、产物毒性小、可获得的原料广以及成本低廉等,但其最大的缺点是工作温度较低,一般低于300摄氏度。这是由于矿物型导热油在高温下具有较差的稳定性,一般情况下需要通过添加抗氧化剂来减少导热油的氧化裂解。矿物型导热油的制取是将原料经过加氢精制将含有高沸点芳烃脱去杂质以及稠环芳烃后,对适宜馏份进行精馏截取制得的。
2.2 合成型导热油的简介
合成型导热油根据工作温度分为中温合成导热油以及高温合成导热油。对高温合成型导热油的制取,是对基础化工原料进行合成、分离以及提纯处理。高温合成型导热油的优点是初馏点高且馏程窄,反应中高温裂化少以及高温热稳定性好等。发达国家对此类产品的应用比较广泛,而在我国,越来越多的人意识到了高温合成型导热油的优点,工业的日臻成熟使高温合成型导热油的应用前景更加广阔。
2.3 矿物型导热油与合成型导热油的综合对比
矿物型导热油在本质上是链烷烃与环烷烃的混合物,由此可见,在结构上此导热油具有与烷烃相似的长、直链化学结构,热稳定性差,在高温下化学键容易发生断裂,易氧化分解容易导致结焦结碳,这些情况的出现大大局限了矿物型导热油的使用范围。但矿物型导热油的制造成本低,工艺简单,对膨胀槽无须加压,低温粘度小,能耗小、传热效率高,一般用在对热稳定性以及工艺温度精确度没有很高的要求的加热系统中。
高温合成型导热油是经历过复杂的加工工艺后由化学单体直接进行合成出来的,是专门用于传热的有机化合物,组分单一,由于芳香烃的分子结构和原子间键的轻度具有高热稳定性,所以现存的合成油种类一般是合成芳香烃。合成型导热油的优点是密度值适当、黏度较低、能耗小、流动性能好,传热性能好,导热率高,热稳定性好,寿命周期长等等特点。
3 高温合成导热油的常见结构
发达国家对导热油的使用主要是对芳烃系合成型导热油的使用。芳烃系合成型导热油,增强了导热油的导热性以及热稳定性。常见的方式组合式有:一是联苯一联苯醚,二是氢化三联苯,三是苄基甲苯。
3.1 联苯一联苯醚
Downtherm是世界上最早使用的高温合成导热油,是联苯以及联苯醚的混合物,属于纯芳香性化合物。是以熔点70℃的联苯和熔点为29℃的联苯醚按26.5%和73.5%的比例调配而成。其特点是热稳定性好,使用温度很高(400 ℃),直到现在仍作为高温热载体广泛使用。它的主要缺点是熔点比较高,低温下粘度较大,使用不方便,渗透性强,毒性大以及气味难闻。
3.2 氢化三联苯
氢化三联苯是由不同比例的邻、间、对三联苯混合物部分加氢(饱和度为40%)而得,氢化三联苯能在更高温度下操作,闪点高达190 ℃,凝点低于-30℃,蒸发损失也小。氢化三联苯是进入中国较早的类型,是国内比较普及和具有一定知名度的高温导热油。
3.3 苄基甲苯
苄基甲苯是一种有良好的热稳定性、抗氧化性和低凝点等特性的高温合成导热油。单苄基甲苯以及二苄基甲苯都是可以做导热油的芳香烃,单苄基甲苯其凝点为-60℃以下,具有很好的耐低温特性,可在加热冷却系统中使用。二苄基甲苯具有390℃高沸点的耐热性,可用于350℃左右高温加热的液相系统。二苄基甲苯具有以下性能:
(1)分子稳定性好:单一分子结构,耐热抗氧化,裂解和结焦积炭甚少,使用寿命长。
(2)产品纯度高:含量高达98%以上,无残炭、无轻组分。
(3)热稳定性好:初馏点高、馏程窄,蒸汽压低,在使用温度350℃下呈液态,蒸发损失少,高温裂化少,热稳定性高。
(4)粘度低:运动粘度仅为氢化三联苯的1/2不到,有利于降低系统阻力,降低能耗。
(5)导热系数高:传热系数1463w/m2.k(320℃),比氢化三联苯高出15%。
(6)安全性好:沸点高(390℃),闪点高(200℃),自燃点(470℃)高,蒸汽压低,有利于安全生产和预防火灾。同时,二苄基甲苯无嗅、无毒、无害,且无致癌、致畸、致变性,有利于职工劳动保护和环境保护。
4 高温合成导热油未来展望
高温导热油是一种非常优良的热载体,在现代工业技术日臻完善的情况下取代传统加热方式是必然趋势。虽然国内矿物型导热油在发展水平上与国外接近,但高温合成导热油的技术与国外的差距仍旧很大,对高温合成导热油的生产量不能满足市场需求,一般是依靠于进口,制约了生产能力。在这样的背景下国内科研人员应力求研制出更安全、更环保、更节能、更利于工业化生产的优质高温合成导热油。
参考文献
[1] 郭玉,金洪光.国内外导热油的研究进展[J].河北化工,2008,31(6):17-19
[2] 李存明.高温合成导热油在涤纶短纤生产中的应用[J].合成纤维,2005(3):38-40
【关键词】高温 合成导热油 分类 展望
有机载热体是导热油的别称,是一种对热量进行传递的传递介质。在石油化工、化纤工业、多晶硅、航空及航天等领域都有较为广泛的应用,导热油的主要优点是加热均匀、对温度的控制准确、传热效果明显、节约能源以及输送和操作方便等。
1 导热油的国内外发展史
导热油最早于20世纪30年代初,由美国的化学公司Dow研制出Dowtherm,距现在已有80多年的历史。国外导热油的发展进程主要如下:20世纪30年代导热油被开发研制出来;50年代,美国通过深度精制工艺生产出了矿物型导热油;60年代以后,日本推出了乙基联苯系导热油以及德国推出了苄基甲苯系的导热油,之后,各个国家相继对不同种类的导热油进行了开发及生产。
我国对合成型导热油开始研制和生产始于60年代末,而70年代我国在导热油的开发与应用方面才得到了前所未有的发展,随着工业装置设备的引入,带入了导热油技术。一些工厂通过将各种不同类型添加剂加入,以改善导热油的高温性。80年代,我国的石化产业、化纤工艺产业以及化学工业得到了迅猛的发展,高温加热的需求在新工艺的要求下越来越大。90年代,随着高温导热油应用的普及,国内对导热油的优点有了更全面的认识,工业技术的日臻成熟在一定程度上扩大了导热油的应用范围。
2 导热油的分类以及对比
分类方法的不同,则对导热油的分类定义不同:按加热的使用物质的不同,导热油可以划分为气/液两相导热油以及液相导热油两个类型;按成分的不同,导热油可划分为矿物型导热油以及合成型导热油两个类型。
2.1 矿物型导热油的简介
矿物型导热油大多数是较重的石油馏分,其主要优点是具有较高的安全性、产物毒性小、可获得的原料广以及成本低廉等,但其最大的缺点是工作温度较低,一般低于300摄氏度。这是由于矿物型导热油在高温下具有较差的稳定性,一般情况下需要通过添加抗氧化剂来减少导热油的氧化裂解。矿物型导热油的制取是将原料经过加氢精制将含有高沸点芳烃脱去杂质以及稠环芳烃后,对适宜馏份进行精馏截取制得的。
2.2 合成型导热油的简介
合成型导热油根据工作温度分为中温合成导热油以及高温合成导热油。对高温合成型导热油的制取,是对基础化工原料进行合成、分离以及提纯处理。高温合成型导热油的优点是初馏点高且馏程窄,反应中高温裂化少以及高温热稳定性好等。发达国家对此类产品的应用比较广泛,而在我国,越来越多的人意识到了高温合成型导热油的优点,工业的日臻成熟使高温合成型导热油的应用前景更加广阔。
2.3 矿物型导热油与合成型导热油的综合对比
矿物型导热油在本质上是链烷烃与环烷烃的混合物,由此可见,在结构上此导热油具有与烷烃相似的长、直链化学结构,热稳定性差,在高温下化学键容易发生断裂,易氧化分解容易导致结焦结碳,这些情况的出现大大局限了矿物型导热油的使用范围。但矿物型导热油的制造成本低,工艺简单,对膨胀槽无须加压,低温粘度小,能耗小、传热效率高,一般用在对热稳定性以及工艺温度精确度没有很高的要求的加热系统中。
高温合成型导热油是经历过复杂的加工工艺后由化学单体直接进行合成出来的,是专门用于传热的有机化合物,组分单一,由于芳香烃的分子结构和原子间键的轻度具有高热稳定性,所以现存的合成油种类一般是合成芳香烃。合成型导热油的优点是密度值适当、黏度较低、能耗小、流动性能好,传热性能好,导热率高,热稳定性好,寿命周期长等等特点。
3 高温合成导热油的常见结构
发达国家对导热油的使用主要是对芳烃系合成型导热油的使用。芳烃系合成型导热油,增强了导热油的导热性以及热稳定性。常见的方式组合式有:一是联苯一联苯醚,二是氢化三联苯,三是苄基甲苯。
3.1 联苯一联苯醚
Downtherm是世界上最早使用的高温合成导热油,是联苯以及联苯醚的混合物,属于纯芳香性化合物。是以熔点70℃的联苯和熔点为29℃的联苯醚按26.5%和73.5%的比例调配而成。其特点是热稳定性好,使用温度很高(400 ℃),直到现在仍作为高温热载体广泛使用。它的主要缺点是熔点比较高,低温下粘度较大,使用不方便,渗透性强,毒性大以及气味难闻。
3.2 氢化三联苯
氢化三联苯是由不同比例的邻、间、对三联苯混合物部分加氢(饱和度为40%)而得,氢化三联苯能在更高温度下操作,闪点高达190 ℃,凝点低于-30℃,蒸发损失也小。氢化三联苯是进入中国较早的类型,是国内比较普及和具有一定知名度的高温导热油。
3.3 苄基甲苯
苄基甲苯是一种有良好的热稳定性、抗氧化性和低凝点等特性的高温合成导热油。单苄基甲苯以及二苄基甲苯都是可以做导热油的芳香烃,单苄基甲苯其凝点为-60℃以下,具有很好的耐低温特性,可在加热冷却系统中使用。二苄基甲苯具有390℃高沸点的耐热性,可用于350℃左右高温加热的液相系统。二苄基甲苯具有以下性能:
(1)分子稳定性好:单一分子结构,耐热抗氧化,裂解和结焦积炭甚少,使用寿命长。
(2)产品纯度高:含量高达98%以上,无残炭、无轻组分。
(3)热稳定性好:初馏点高、馏程窄,蒸汽压低,在使用温度350℃下呈液态,蒸发损失少,高温裂化少,热稳定性高。
(4)粘度低:运动粘度仅为氢化三联苯的1/2不到,有利于降低系统阻力,降低能耗。
(5)导热系数高:传热系数1463w/m2.k(320℃),比氢化三联苯高出15%。
(6)安全性好:沸点高(390℃),闪点高(200℃),自燃点(470℃)高,蒸汽压低,有利于安全生产和预防火灾。同时,二苄基甲苯无嗅、无毒、无害,且无致癌、致畸、致变性,有利于职工劳动保护和环境保护。
4 高温合成导热油未来展望
高温导热油是一种非常优良的热载体,在现代工业技术日臻完善的情况下取代传统加热方式是必然趋势。虽然国内矿物型导热油在发展水平上与国外接近,但高温合成导热油的技术与国外的差距仍旧很大,对高温合成导热油的生产量不能满足市场需求,一般是依靠于进口,制约了生产能力。在这样的背景下国内科研人员应力求研制出更安全、更环保、更节能、更利于工业化生产的优质高温合成导热油。
参考文献
[1] 郭玉,金洪光.国内外导热油的研究进展[J].河北化工,2008,31(6):17-19
[2] 李存明.高温合成导热油在涤纶短纤生产中的应用[J].合成纤维,2005(3):38-40