石蠟在基礎(chǔ)溶劑中溶解性的研究

趙飛星，戴詠川，陳建軍，金英杰，楊秀迪，凌 峰

（1. 遼寧石油化工大學(xué)，化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001; 2. 貴州黔桂天能焦化有限責(zé)任公司, 貴州 六盤水 553531; 3. 中國(guó)化工昌邑石化有限公司, 山東 濰坊 261300）

石蠟在基礎(chǔ)溶劑中溶解性的研究

趙飛星1，戴詠川1，陳建軍1，金英杰1，楊秀迪2，凌 峰3

（1. 遼寧石油化工大學(xué)，化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001; 2. 貴州黔桂天能焦化有限責(zé)任公司, 貴州 六盤水 553531; 3. 中國(guó)化工昌邑石化有限公司, 山東 濰坊 261300）

針對(duì)46# 和70# 石蠟在一些基礎(chǔ)溶劑中的溶解性做了一些研究。對(duì)比了這兩種蠟溶解性的異同，討論了石蠟的溶解性與溶劑的分子量之間的關(guān)系。并得出了 46#和 70#石蠟在各溶劑中溶解性的公式。無論是對(duì)現(xiàn)代溶劑脫蠟方法和優(yōu)化溶劑，還是在對(duì)研究石蠟在各種溶劑中的溶解度都具有重要意義。

石蠟; 溶劑; 分子量; 溶解度

石蠟是從石油精制得到的一種固體烴混合物，無色或白色、近乎半透明的物質(zhì)，具有晶體結(jié)構(gòu)，無臭無味，觸摸時(shí)稍有油脂感，其熔點(diǎn)在110～150 (43～3 65.5 ℃)之間。石蠟作為一種重要的石油產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于輕 工、化工、造紙、冶金、食品、機(jī)械、交通、農(nóng)業(yè)、建筑等行業(yè)[1]。我國(guó)石蠟資源豐富，是世界石蠟資源生產(chǎn)、出口和消費(fèi)大國(guó)[2],例如沈陽原油是世界罕見的高含蠟原油，其含蠟量高達(dá)46%，大慶、南海油田、南陽的原油含蠟量也在25%以上，這樣就為中國(guó)的石蠟生產(chǎn)提供了有利的資源條件[3]。另外，我國(guó)原油含蠟量普遍偏高[4]，無論是在油品運(yùn)輸還是原油加工過程中都或多或少的出現(xiàn)蠟的沉積問題。通過對(duì)石蠟在各種出溶劑及在餾分油中溶解性的研究，無論是對(duì)石蠟的生產(chǎn)還是蠟沉積問題的解決都具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料和器材

實(shí)驗(yàn)原料為46 ℃和70 ℃的石蠟，使用的溶劑有石腦油切割后 50～100 ℃餾分及分析純的甲苯、甲乙酮和石油醚。本實(shí)驗(yàn)采用HH-501超級(jí)恒溫水域，濁點(diǎn)測(cè)定儀如圖1所示。

圖1 濁點(diǎn)測(cè)定儀Fig.1 Cloud point test cabinet

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)而言，可以采用0 ℃冷浴。本試驗(yàn)分為兩步：一是含蠟溶液制備，二是溶解溫度測(cè)量中的溫度穩(wěn)定[5]。

（1）配制實(shí)驗(yàn)試樣。

（2）含蠟溶液至少應(yīng)加熱到比預(yù)計(jì)的濁點(diǎn)溫度高14 ℃以上。

（3）然后將潔凈的試樣倒入玻璃試管，液面高度達(dá)到5.08～5.71 cm。

（4）試管口放一只密封性能好的軟木塞軟木塞垂直方向插入一只溫度計(jì)，并使溫度計(jì)位置定于鍘溫端接近管底。然后把玻璃試管放入冷浴(維持 0℃)。

（5）每當(dāng)試驗(yàn)溫度計(jì)讀數(shù)下降幾度時(shí)， 應(yīng)該迅速而小心地將試管從冷浴中移出，并檢查是否變混濁，然后再放回冷浴。

（6）當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)現(xiàn)試管底部試樣中明顯混濁時(shí)，記錄下此溫度讀數(shù)，作為濁點(diǎn).

2 結(jié)果與討論

2.1 46#石蠟在各溶劑中的溶解曲線及討論

46#石蠟是天然蠟的一種，其熔點(diǎn)為46 ℃，按照不同的質(zhì)量比使其與各基礎(chǔ)溶劑互溶，得到各比例下的溶解溫度。46#石蠟在各溶劑中的溶解曲線如圖2所示。

圖2 46#蠟在各溶劑中的溶解曲線Fig.2 The solubility lines of 46#wax in each solvent

由溶解曲線可看出，在相同溫度下 46#石蠟在各溶劑中溶解度的大小順序?yàn)椋杭妆剑臼兔眩臼X油50～100 ℃餾分＞甲苯-甲乙酮＞甲乙酮。并且在甲苯，石油醚，石腦油 50～100 ℃餾分中的溶解度隨溫度變化比較緩和，而在甲乙酮及甲苯-甲乙酮中的溶解度當(dāng)達(dá)到臨界溶解溫度時(shí)會(huì)迅速變大。

經(jīng)分析可知，46# 石蠟在這五種溶劑中的溶解度符合公式：

式中：T — 石蠟的溶解溫度，K；

a, b, c — 均為常數(shù)。

回歸分析46#蠟的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可確定常數(shù)a,b和c，并得到下列公式：

甲苯：

甲乙酮:

甲苯/甲乙酮：

石油醚：

石腦油50-100℃餾分：

以上各式的方差分析結(jié)果列于表1。

表1 46#石蠟在各溶劑中溶解公式的方差分析Table 1 The ANOVA data of 46#wax in each solvent

2.2 70#石蠟在各溶劑中的溶解曲線及討論

70#石蠟也是天然蠟的一種，其熔點(diǎn)較高，大約為70℃。相對(duì)于46#石蠟，70#石蠟在各基礎(chǔ)溶劑中所需的溶解溫度要更高。

70#石蠟在各溶劑中的溶解曲線如圖3所示。

圖3 70#石蠟在各溶劑中的溶解曲線Fig.3 The solubility lines of 70#wax in each solvent

由溶解曲線可看出，在相同溫度下 70#石蠟在各溶劑中溶解度的大小順序?yàn)椋杭妆剑臼兔眩臼X油50～100 ℃餾分＞甲苯-甲乙酮＞甲乙酮。并且在甲苯，石油醚，石腦油 50～100 ℃餾分中的溶解度隨溫度變化比較緩和，而在甲乙酮及甲苯-甲乙酮混合溶液中低溫時(shí)溶解度很低，當(dāng)達(dá)到某臨界溫度時(shí)溶解度會(huì)急劇升高，甲乙酮中的溶解度隨溫度變化尤為明顯。

經(jīng)分析可知，70# 石蠟在這5種溶劑中的溶解性也符合公式(1)。

回歸分析70#蠟的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可確定常數(shù)a, b和c，并得到下列公式：

甲苯：

甲乙酮：

甲苯/甲乙酮：

石油醚：

石腦油50～100 ℃餾分：

以上各式的方差分析結(jié)果列于表2。

2 結(jié) 論

46#石蠟和70#石蠟在這5種溶劑中的溶解性較為相似，當(dāng)溫度相同時(shí)，溶劑的平均分子量與石蠟的溶解度成正比；當(dāng)溶解度相同時(shí)，溶劑的平均分子量與溶解溫度成反比。兩種蠟在甲苯，石油醚和石腦油 50～100 ℃餾分中的溶解度隨溫度的變化比較緩和，而在甲乙酮和甲苯-甲乙酮混合液中的溶解度隨溫度變化有明顯轉(zhuǎn)折，溫度低時(shí)溶解度很小，達(dá)到臨界溶解溫度后溶解度迅速變大。綜合考慮，甲苯-甲乙酮是良好的脫蠟脫蠟溶劑。本文從不同溶劑中得到了兩種蠟的溶解性數(shù)據(jù)，并建立了一個(gè)通用的經(jīng)驗(yàn)公式供大家參考。

表2 70#石蠟在各溶劑中溶解公式的方差分析Table 2 The ANOVA data of 70#wax in each solvent

［1］ 張建雨，朱麗實(shí)，徐建航．石油蠟(1)——石油蠟的分類、性質(zhì)和用途[J]．煉油設(shè)計(jì)，1999，29(1)：53-57.

［2］ 王昀.世界石蠟生產(chǎn)及市場(chǎng)分析[J]. 國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2005，13(12):42-45.

［3］ 樊曉雅．世界石蠟發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 石油化工動(dòng)態(tài)，1999，7(2):33-37．

［4］ 朱鳴崗，田松柏.潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油溶劑脫蠟技術(shù)進(jìn)展[J]. 廣州化工，2010，38(10):60-63.

［5］Malik Al-ahmad,Tariq Al-Fariss and S.Obaid-ur-Rehman. Solubility studies on a paraffin wax in base oils[J]. Fuel,1990, 69:293-296.

Study on the Solubility of Paraffin Wax in Basic Solvents

ZHAO Fei-xing1，DAI Yong-chuan1，CHEN Jian-jun1，JIN Ying-jie1，YANG Xiu-di2，LING Feng3
（1. School of Petrochemical Engineering,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China；2. Guizhou Qiangui Tianneng Coking Co., Ltd., Guizhou Liupanshui 553531，China；3. CHEMCHINA Changyi Petrochemical Company. Shandong Weifang 261300, China）

The solubility of 46#and 70#paraffin waxes in some fundamental solvents was studied. Similarities and differences of the solubilities of these two waxes were compared. The relationship between the solubility of paraffin wax and the molecular weight of the solvent was discussed. The solubility formula of 46# and 70# paraffin wax in each solvent was obtained.

Paraffin wax; Solvent; Molecular weight; Solubility

TE 624

A

1671-0460（2015）08-1780-03

國(guó)家自然科學(xué)基金，項(xiàng)目號(hào)：21171083。遼寧石油化工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目2013039。

2015-03-06

趙飛星（1986-），男，河北邢臺(tái)人，碩士，遼寧石油化工學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)，研究方向：重質(zhì)油加工。E-mail：496702511@qq.com。

戴詠川（1968-），女，博士，研究方向：清潔燃料生產(chǎn)以及石油產(chǎn)品精制等研究工作。E-mail：ych_dasic@163.com。