合成蜡技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、合成蜡

我国科技人员经过刻苦攻关，在CO+H2合成蜡技术研究方面取得新进展。这一由中科院长春应化所与青岛金王集团有限公司等共同承担的“由CO+H2经F-T合成技术的研究又引起高度重视，这种F-T合成蜡作为一种特殊用途的化工原料，以往需要从国外进口。我国青岛金王集团有限公司是以生产蜡制品为主的企业，每年需要进口F-T蜡大约有一万吨，随着金王公司生产规模的不断扩大，预计5年以后每年需要F-T蜡5万吨。在这种情况下金王集团公司提出需要尽快解决高选择性生产F-T蜡技术的问题。从2000年10月开始，长春应化所组织科研人员开展了“由合成气(CO+H2)反应合成蜡”研究科技攻关，他们在大量的实验工作基础上选出了铁系催化剂，通过考察不同助剂(K、Cu、Si、Ai等)对铁系催化剂的调变作用，以及考察反应温度、空速、反应压力、原料气配比因素对由CO和H2经F-T反映合成的影响，开发出了具有较高选择性稳定性的铁催化剂及优化出最佳工艺条件，该催化剂通过了100小时稳定性实验。从而在不到一年的时间里，完成了由合成气(CO+H2)经F-T反应合成蜡的相关技术，为今后实现工业生产奠定了基础。

2、石蜡

由于各个油田的情况不同，蜡的性质也会各异，在常规的原油开采过程中，除蜡的方法主要为：机械方法、热力学方法及化学方法等。近年来，人们又摸索出一些新的除蜡方法。

有一种间接的除蜡方法，可利用太阳能进行二次采油。它是在井口将采出的原油加热，再将一部分加热了的原油注回油层中去，从而降低了油层中剩余原油的黏度，使这部分原油易于开采、泵送和处理加工。首先，科技人员利用太阳能（也可以利用地热等其他低价能量）加热原油储罐内密闭的换热盘管中的循环工作液体，工作液体将热能传递给储罐中的原油；然后，再将已加热的原油泵入油层，加热油层中的剩余原油，使其黏度下降，提高原油采收率。需要指出的是，这种储油罐通常位于一口或多口生产井附近，用于临时储存从油井输出的原油。

在现阶段，我国的油井大多数还使用传统的刮蜡器方法除蜡，费时又费工，效率低下。而国外一些油田，目前已开始采用商品化的细菌制品，控制油井结蜡。在生产实践中，人们将固态的或液态的细菌制品注入到适合的油井井底，使细菌在那里生长繁殖并不断地氧化原油中的蜡质组分，同时产生有机酸等中间代谢产物，减少原油中的蜡质含量，增加蜡质组分在原油中的溶解度，从而达到控制油井结蜡的目的。

由含蜡馏分油或渣油经加工精制得到的一类石油产品，包括石蜡、地蜡、液体石蜡、石油脂等。目前，石油蜡占蜡的总耗量的90％，其余为动植物蜡（如蜂蜡、羊毛蜡等，主要组成为高级脂肪酸和醇化合成的酯类）。

第二节 产品工艺特点或流程

1、石蜡

石蜡是石油经分馏后，包含在润滑油馏分中的各种高分子饱和烃类的混合物。是白色至黄色、略呈半透明、无臭无味的固体。石蜡是结晶性的矿物蜡，主要由固态正构烷烃所组成，还有一定量的固态异构烷烃、环烷烃和少量芳烃。

石蜡生产工艺流程示意图

石蜡在工农业生产中的用途广泛，主要用于造纸及纸制品加工(包装用蜡纸)、蜡烛、上光蜡制品、橡胶制品、火柴、蜡笔、化妆品、油膏、电器绝缘和食品防潮等方面。

2、提纯地蜡

提纯地蜡也称微晶蜡，其结晶很细，是从石油减压蒸馏残渣中提取出来的分子量比较高的烃蜡。其主要成分是C40～C66的高分子量的有支链的异构烷烃、带长链的环烷烃、少量C38～C50的直链正构烷烃和极少量芳烃。

提纯地蜡生产工艺流程示意图

提纯地蜡和石蜡的主要区别在于石蜡的亲油性比较差，提纯地蜡的亲油性特别强。另外，提纯地蜡的化学稳定性比石蜡差，地蜡质地比较坚韧，有较好的延展性、可塑性、黏附力及较高的抗拉强度。地蜡能与多种有机溶剂或油类相混合，形成细腻良好的油膏体。提纯地蜡被广泛用于冷霜、发蜡等化妆品，皮鞋油等上光蜡制品和药膏体产品生产中。提纯地蜡还可作为良好的电绝缘材料、防水防潮材料和纸张、织物等浸涂材料。

3、聚乙烯蜡及氧化聚乙烯蜡

聚乙烯蜡是纯乙烯在催化剂及高温高压下聚合而成的分子量在2 000～4 000之间的白色、长碳链并带有支链的固体烃，它是一种用途很广的合成蜡。聚乙烯蜡经适度氧化后，具有一定的酸值，即成为氧化聚乙烯蜡。

聚乙烯蜡及氧化聚乙烯蜡能与很多的动物蜡、植物蜡、矿物蜡及多种合成蜡相混溶。聚乙烯蜡及氧化聚乙烯蜡可用于皮鞋油、地板蜡、家具蜡、蜡烛、蜡笔、印刷油墨、浓缩颜料、化妆品、热熔胶、纸张涂层及水果保鲜等许多方面。

4、费歇尔—托普希蜡

费歇尔—托普希蜡简称费一托蜡，是由CO和氢合成石油时的副产品烃蜡经再加工精制而得的各种不同熔点规格的商品费—托蜡。费—托蜡是由高分子量的长链正构烷烃和很小一部分带有短支链的异构烷烃所组成。费—托蜡广泛用于皮鞋油、地板蜡、汽车蜡、化妆品、油漆、油墨、热熔胶、蜡烛、蜡笔和电气绝缘等方面。

5、氢化蓖麻油蜡

氢化蓖麻油蜡也叫蓖麻蜡，它是蓖麻油经催化氢化而制得的蜡状固体。必要时经过脱色精制，得白色的商品蓖麻蜡。

蓖麻蜡广泛用于皮鞋油、地板蜡等上光蜡制品生产中，耐高温的润滑脂、蜡烛、复写纸、油膏、油墨、化妆品、热熔胶、电气绝缘、塑料和橡胶制品脱模剂、皮革、纸张及织物的涂层等方面。

6、S蜡

S蜡是蒙旦蜡经铬酸、硫酸深度氧化后所制得的酸型蜡。其主要成分为C26～C28的高碳蜡酸，含量约占85％(质量分数)，尚含有15％未反应的蜡酯。

S蜡适用于各种乳化型上光蜡制品，脂溶性染料基质、塑料润滑剂、纺织和造纸工业用蜡乳液、复写纸、精密铸造等方面。但其最重要的用途是作为OP蜡、o蜡、E蜡等一系列合成蜡的中间原料。

7、OP蜡和O蜡

OP蜡和O蜡都是S蜡的衍生物，OP蜡和O蜡吸油性和亲油性好。

OP蜡和O蜡生产工艺流程示意图

OP蜡和O蜡被广泛用于皮鞋油、地板蜡、家具蜡、汽车蜡等上光蜡产品的生产，尤其适用于溶剂型硬膏体的上光蜡产品的生产。还可用于复写纸和作为塑料的润滑剂。

8、E蜡

E蜡是以S蜡为基础原料而合成的酯蜡，是S蜡与乙二醇酯化而成的产品。

E蜡的生产工艺流程示意图

随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，矿物蜡和合成蜡制品的用量会日益增加，应用将更广泛。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

日化行业广泛使用巴西棕榈蜡、川蜡和褐煤蜡等天然蜡，这些蜡类具有熔点高、硬度大、光泽好、揩擦光亮度高和吸油量大等优点。以这些蜡为原料生产的上光剂等日化产品质量高，受到了广大用户的青睐，但是这些蜡价格均较昂贵，使生产厂家经济效益受到影响。解决此矛盾的有效途径是开发质高价优的新一代乳化型OP合成蜡，以替代巴西棕榈蜡、川蜡和褐煤蜡等，使其应用于各种上光剂时，与巴西棕榈蜡、川蜡和褐煤蜡具有同等效果。

国外研究与生产合成蜡的生产厂家主要有美国联合化学公司(Allied Chemical Corporation)、德国Hoechst公司、德国巴斯夫(BASF)公司、韦伯(Veba Chem Corporation)公司、日本三洋化成(株)、日本三井石油化学工业株式会社、日本石油化学、日本三菱化成、安原油脂等公司。研究成功并得到应用的主要合成蜡类产品有酯蜡、蒙旦蜡的衍生物、酰胺蜡、聚氧乙烯脂肪酸脂、费—托合成蜡(Fischer—Tropsh)、端基带有羟基或其它基团的烯烃聚合物、含氟蜡和硅蜡等等。我国合成蜡的研究与开发则处于起步阶段，从品种和数量方面远远落后于其它国家。因此，该领域的研究与开发任务非常艰巨，但前景诱人。新一代乳化型OP合成蜡具有熔点高、硬度大、光泽好、揩擦光亮度高和吸油量大等与巴西棕榈蜡、川蜡和褐煤蜡相似的许多优点，而且价格较低。新一代乳化型OP合成蜡可以用于制造液体鞋油、自亮皮加克油、自亮汽车上光剂、液体地板蜡、皮革涂饰剂等免擦上光剂产品。除此之外，也可以用于制造纺织物的柔软剂和整理剂、塑料橡胶加工助剂、热熔胶粘结剂、染料分散剂、脱模剂等。

1、试验部分

1）试验原材料

长链烃类(石油蜡或合成高分子蜡)：工业品；活性氧化物：自制合成品；助剂；传统催化剂；催化剂：WAX一2自制合成品；活性添加剂；精制剂。

2）试验工艺流程

合成新一代乳化型OP合成蜡原则流程如图所示。

合成新一代乳化型OP合成蜡原则流程围

经过预处理的工业品长链烃类、活性氧化物、助剂、合成催化剂和助催化剂等放入反应器I，在一定的条件下反应一定的时间，转入反应器Ⅱ与活性添加剂反应，反应器Ⅱ中的未转化物料循环至反应器I进一步反应，反应器Ⅱ反应产物经过精制成型等工序可得成品乳化型OP合成蜡。

2、结果与讨论

1）新型WAX—2型催化剂与其它催化剂的比

较催化剂可以降低反应所需的活化能，因此可以显著提高反应的反应速度。催化剂在化学反应过程中具有重要的作用，需要仔细筛选催化剂。在相同的反应条件下，考察了新型WAX—2型催化剂与其它催化剂对反应的影响。试验结果表明，新型WAX—2型催化剂具有无毒、无味、不产生三废、可以大幅度提高反应速度，制备出性能优异的乳化型OP合成蜡。因此，最后确定新型WAX—2型催化剂为本反应最佳催化剂。

2）反应温度

以WAX一2为催化剂，催化剂加入量为2％，反应时间为7 h，考察了反应温度对产品酸值的影响。考察结果见图。

反应温度对产品性能的影响

由图2可以看出，产品酸值随着反应温度的提高而增加。温度较低时，产品酸值随着温度的增加而增加，但增加幅度较小。当温度上升到140℃以后，随着温度的升高产品酸值增加幅度增大。

根据阿仑尼乌斯(S．Arrhenius)公式：

式中：K——反应速度常数；

Z——频率因子：

E——反应的活化能；

R——摩尔气体常数；

T——反应温度。

由上式可以看出，提高反应温度T，可以提高反应速度常数K，使反应速度提高，故产品酸值增大，但反应温度过高，产品颜色将会加深，增加后处理难度。

3）反应时间

以WAX—2为催化剂，加入量为2％，反应温度为140℃，考察了反应时间对产品酸值的影响，考察结果见图。

反应时间对产品酸值的影响

从图3看出，随着反应时间的延长，产品酸值逐渐增加，当反应时间超过5h以后，产品的酸值增加缓慢。所以，反应时间不宜超过6h，反应时间太长，酸值增加较小，并且会使产品颜色加深，故应在保证产品质量的基础上尽量缩短反应时间。

3、乳化型OP合成蜡主要性能

乳化型OP合成蜡的主要性能指标是根据用户使用要求，经过反复调整最终确定的，因此完全可以满足日化行业的要求。乳化型OP合成蜡主要性能指标见表1。

上述乳化型OP合成蜡的质量标准适用于广大普通用户。对于一些对乳化型OP合成蜡有特殊要求的用户，为了适应其产品特殊配方，通过对乳化型OP合成蜡的质量指标进行必要的调整，可以满足用户的特殊要求。

4、在日化方面的应用

我国日化行业大量使用巴西棕榈蜡、川蜡和褐煤蜡等昂贵的天然蜡，生产自亮型免擦皮鞋油、皮夹克油、地板蜡和汽车蜡等上光剂产品。由于新一代乳化型OP合成蜡具有熔点高、硬度大、光泽好、乳化性能好、揩擦光亮度高和吸油量大等许多优点，所以深受广大用户的欢迎。用新一代乳化型OP合成蜡制备的自亮型液体上光剂具有液体流动性好、喷涂均匀方便、节约喷涂时间、不粘污手指、涂膜干后自亮等优点。




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