烛光用蜡及其制备方法
阅读说明：本技术 烛光用蜡及其制备方法 (Candle wax and preparation method thereof ) 是由 李俊诚 苗恒 钱震 周岩 菅青娥 马国清 郑会月 郭良兰 王海国 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：一种烛光用蜡及其制备方法,所述制备方法包括：(1)将费托合成产物经催化加氢得到费托精制蜡；(2)将所述费托精制蜡经蒸馏分离出馏程在300-520℃内的多个窄馏分；(3)利用一个窄馏分或多个窄馏分的混合物制备烛光用蜡。本发明工艺简单,操作灵活性强,产品种类丰富。(A candle wax and a method for making the same, the method comprising: (1) carrying out catalytic hydrogenation on the Fischer-Tropsch synthesis product to obtain Fischer-Tropsch refined wax; (2) separating a plurality of narrow fractions with the distillation range of 300-520 ℃ from the Fischer-Tropsch refined wax by distillation; (3) candle wax is prepared using a narrow cut or a mixture of narrow cuts. The invention has simple process, strong operation flexibility and rich product types.)
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种烛光用蜡及其制备方法。
背景技术
石蜡作为一种传统蜡材在蜡烛制造史上占有重要地位，但随着消费者环保意识、健康意识的提高，石蜡型蜡烛逐渐暴露出一系列问题。首先，石蜡作为石油精炼过程中的副产物，具有不可再生性；其次，石蜡型蜡烛燃烧过程中会产生黑烟，其中包含多环芳烃、金属离子、含硫化合物等有害物质，这些物质严重损害人体健康；再者，若去除石蜡中这些有害物质，所用生产工艺较为复杂。费托合成产物是一种亚甲基聚合物，是利用合成气在中温中压下经催化聚合反应得到的烷烃类混合物，经初步分离可得到费托合成稳定轻烃、液体石蜡、软蜡及费托合成蜡等，且各产物中芳烃、硫、氮等杂质含量低，是理想的环保型蜡烛原料。
用于蜡烛生产的石蜡，由于蜡烛的实际用途是多方面的，质量要求也各不相同，一般蜡烛的质量主要取决取决于石蜡原料的组分和熔点高低。以石蜡为原料生产蜡烛，将石蜡精制后，切割为熔点分别为52、54、56、58及60等几种类型，也可用不同熔点的石蜡按不同比例进行配料得到。其中灌装蜡烛(不脱杯蜡烛)要求原料蜡熔点低于55℃，对闪点有一定要求，保证燃烧的安全性(防止发生闪爆)。
专利CN101870888B提供了一种烛用蜡共混物，所述蜡共混物含有以质量计2％-40％由蒸馏操作获得的中重质蜡馏分，所述中重质蜡馏分的凝固点在76-84℃范围内且正构链烷烃含量至少为80％(wt％)。所述蜡共混物还含有60％-98％由于获得所述中重质蜡馏分相同的蒸馏操作获得的中质蜡馏分，凝固点在55-65℃范围内且正构链烷烃含量至少为80％(wt％)。
专利CN101724511A提供了一种蜡烛原料组合物及其制备方法，将费托合成精制蜡与费托合成裂化蜡按一定比例混合得到蜡烛原料，所述的费托合成精制蜡是由费托合成的粗蜡经加氢精制所得，所述的费托合成裂化蜡是由费托合成精制蜡全馏分或重馏分经加氢裂化所得。
烛光专用蜡可广泛用于各类工艺蜡烛中，产品性能可根据下游产品用途通过原料组分配比调控。用现有技术生产烛光专用蜡主要有如下缺点：
(1)传统的蜡烛制备方法是通过石油分馏组分制备而成，由于石油本身组成的复杂性，其制备蜡烛过程中往往存在工艺复杂以及燃烧的过程对环境产生污染的问题。
(2)采用费托合成精制蜡和费托合成裂化蜡组合物制备蜡烛，其中的裂化蜡需要经过高压加氢裂化操作，生产工艺操作条件苛刻且存在安全隐患。
(3)在烛用蜡共混物中，中质和重质蜡馏分混合来制备高熔点烛光用蜡，主要适用于对出油情况要求不高的烛光用蜡领域。
其他针对烛光用蜡的脱油操作，包括溶剂脱油及发汗脱油等操作，不论从环保及生产周期等方面已经变得无吸引力。
技术术语：
费托合成产物：合成气(CO和H2)在一定温度压力及催化剂作用下经F-T反应得到的烷烃类混合物，再经加氢精制除去其中的烯烃及含氧化合物等，得到的高碳饱和脂肪烃。
烛光用蜡：用于各种蜡烛的基材，使蜡的软硬性能及燃烧性能更好的专用蜡。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种烛光用蜡及其制备方法，可以得到高品质的系列烛光用蜡产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种烛光用蜡的制备方法，包括：
(1)将费托合成产物经催化加氢得到费托精制蜡；
(2)将所述费托精制蜡经蒸馏分离出馏程在300-520℃内的多个窄馏分；
(3)利用一个窄馏分或多个窄馏分的混合物制备烛光用蜡。
在一些实施例中，步骤(2)中的蒸馏方式选自常压/减压精馏、短程分子蒸馏、薄膜蒸馏或其任意组合。
在一些实施例中，步骤(2)中的蒸馏的操作压力0.1PaA(绝压)～常压。
在一些实施例中，所述窄馏分的馏程宽度为10-100℃，例如20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃。
在一些实施例中，步骤(3)中，将熔点为30-50℃的一个窄馏分或多个窄馏分的混合物直接作为低熔点烛光用蜡。
在一些实施例中，步骤(3)中，将熔点为50-65℃的一个窄馏分或多个窄馏分的混合物脱油后得到高熔点烛光用蜡。
在一些实施例中，步骤(3)中，脱油的方式为分步结晶。
在一些实施例中，所述分步结晶的步骤包括：使窄馏分在低于窄馏分熔点5-10℃的温度下结晶，在该温度下恒温1-10h(例如2h、3h、4h、6h、8h)，排出母液残留物；然后使结晶物升温发汗，最终升至熔点；最后将结晶物升温融化放料，得到烛光用蜡。
在一些实施例中，所述升温包括多个温度梯度。
一种利用上述制备方法制备的烛光用蜡，所述烛光用蜡为低熔点烛光用蜡或高熔点烛光用蜡。
在一些实施例中，所述低熔点烛光用蜡包括茶蜡或灌杯蜡。
在一些实施例中，所述高熔点烛光用蜡包括脱杯蜡或LED工艺蜡。
在一些实施例中，所述高熔点烛光用蜡的含油量在2wt％以下，针入度@25℃≤25，单位为1/10mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明克服石油蜡本身组成复杂性，生产蜡烛工艺复杂及蜡烛燃烧污染环境的缺点，采用的煤基费托精制蜡由于其具有族组成单一，正构烷烃含量大于90％，无杂质、无芳烃等特点，成为生产环保型烛光专用蜡的优良原料。
(2)本发明对费托合成蜡进行充分预处理加氢精制，可提高目标产品的品质。
(3)本发明通过将煤基费托精制蜡切割为窄馏分段，根据蜡烛的下游用途，各熔点馏分进行适当调和或结晶脱油处理，即可得到目标蜡烛用蜡，该生产方法具有工艺简单，操作灵活性强，产品种类丰富，对原料进行了充分的利用。产品性能稳定，使用本方法得到的烛光专用蜡适用于做各种蜡烛及造型，具有良好的延展性，模具适用性好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一些实施例以费托合成产物为原料，提供一种工艺简单的烛光用蜡生产方法，开发熔点范围窄、闪点高、性能稳定、成本低的茶蜡、灌杯用蜡及各种工艺烛光用蜡产品。
围绕该目标，本发明采用的技术方案是：以费托合成产物为原料，在催化剂存在下进行加氢转化，除去含氧化合物及烯烃等在后续高温精馏过程中容易变质的物质，以及其他硫、氮等影响产品颜色及味道的杂质，以免影响产品质量。加氢产物再经蒸馏，分离出馏程在350-520℃内的各馏分(C16-C32)，蒸馏方式可以是常压/减压精馏、短程分子蒸馏或薄膜蒸馏等方式中的一种或几种组合，各馏分或任意馏分的混合物根据烛光用蜡的应用方式，可进一步脱油后或不脱油直接作为烛用蜡产品，得到闪点在160℃以上，熔点在35-60℃范围的系列烛光用蜡产品。该系列产品可应用在各种工艺蜡烛配方中，罐装蜡烛(不脱杯蜡烛)、LED工艺蜡及各种工艺无烟蜡烛及无污染香蜡烛等。
例如，在一些实施例中，本发明针对低熔点烛光用蜡(例如，熔点为35-50℃)特有的用途--茶蜡或灌杯蜡(不脱杯蜡)，经过对轻质馏分(馏程范围在300-400℃范围内)分离为窄馏分，各窄馏分或其任意馏分的混合物不经脱油操作制作系列低熔点烛光蜡，生产工艺简单，成本低，满足该领域产品的应用。同时针对高熔点烛光用蜡(例如，熔点为52-65℃)的应用领域-脱杯蜡、LED工艺蜡烛等，对400-520馏分分离为窄馏分后，进行分级结晶，根据目标产品含油量的要求控制分级结晶级数完成脱油操作，最终得到各种工艺烛光用蜡产品。
实施例1
费托合成蜡经加氢精制得到费托精制蜡，有效除去费托合成蜡中烯烃、含氧化合物及氮、硫等影响产品气味、颜色等物质，费托精制蜡经薄膜蒸发器、分子短程蒸发器或者减压精馏塔中的一种方式或几种方式的组合分离出烛光蜡的有效成分300-520℃，根据需要分离馏分馏程宽度在10-100℃之间。
以薄膜蒸发器加短程蒸发器的处理方式为例：薄膜蒸发器压力控制在50pa以下，分子短程蒸馏压力控制在10Pa以下，分离出表1所示馏分：
表1
馏分(℃)
≤350
350-400
400-460
460-520
≥520
薄膜温度(℃)
170-180
短程温度(℃)
145-160
175-190
225-240
薄膜蒸发器有效除去影响闪点的轻组分及部分影响含油的异构烃组分。
短程蒸发器将费托精制蜡进行分离，其中闪点在160℃以上，熔点在30-50℃馏分，不经脱油处理可直接作为茶蜡/不脱杯的灌杯蜡等蜡烛用蜡。
闪点在180℃以上，熔点在55-65℃馏分，需要做脱油处理，含油量(丁酮中溶解度)在2wt％以下，针入度≤25(1/10mm)@25℃可作为脱杯的灌杯蜡、LED工艺电子蜡烛等蜡烛用蜡。
本发明实施例以分步结晶的方式对烛光用蜡进行脱油处理，分步结晶处理在四个不同处理阶段完成，第一处理阶段为冷却/结晶，在结晶器的表面形成晶体的成核。第二阶段在第一阶段的温度下恒温一段时间，使晶体生长在一起并在冷却表面形成固体。在结晶器的底部，通过打开底阀排出原料的残留液体部分。在第三阶段，温度缓慢升高，在固体蜡的表面发汗，排出异构组分及轻组分。最后阶段，将冷却板上蜡升温融化放出。来自结晶器的蜡产品具有比原料更低的油含量(丁酮中溶解度)及针入度。
例如，在该实施例中，将400-460℃馏分，熔点59.1℃熔融后进行分步结晶，在低于熔点5-10℃进行冷却/结晶，在该温度下恒温4h以上，排出母液残留物，残留液占原料的20-80％；然后结晶物升温发汗，为有效提高产品质量，发汗过程可以分几个温度梯度，最终升至熔点附近，使得发出物占结晶物的20-50％，最终将结晶物升温融化放料，作为烛光蜡产品。根据目标产品含油量的要求，根据熔点变化还可以进行二次结晶处理得到最终的目标产品，实验周期36-48h。目标产品的性能如表2所示。
表2
对比例1
在对比例中，对煤基费托合成蜡依次进行加氢精制及脱油操作得到脱油费托精制蜡，然后进行短程蒸馏，分馏后得到窄馏分的组分；对目标馏分或窄馏分调和组分进行发汗脱油，根据产品熔点需求，控制发汗温度，即可得到烛光蜡产品。
400-460℃馏分通过发汗工艺处理，熔融凝固后发汗，分几个温度梯度，最终升至熔点附近，最终产品占原料的56％作为烛光蜡产品，产品含油降至1％，实验周期60-72h。
可见，本发明可以显著缩短实验周期，提高生产效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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