CN101230304B - 一种环保型变压器油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环保型变压器油及其制备方法。它是以植物油及其下脚料为原料，经碱炼、脱水、酯化醇解、终止中和、洗涤精制、减压蒸馏、脱色过滤和调合入0.1～5.0wt％抗氧剂、0.1～5.0wt％降凝剂制得。其中高级脂肪酸单酯含量为5～95wt％，一取代、二取代及三取代高级脂肪酸甘油酯含量为5～95wt％。环保型变压器油外观为淡黄色透明液体，50℃时运动粘度为2～8mm²/s，击穿电压为40～90KV/2.5mm，介电常数为2.3～3.2，该环保型变压器油不含硫，无毒害，自然分解性高，可减少环境污染。

Description

一种环保型变压器油及其制备方法

技术领域

本发明涉及环保型变压器油及其制备方法，具体说是涉及以植物油及其下脚料为原料的环保型变压器油及其制备方法。

背景技术

现今，全世界使用的润滑剂，除一部分机械正常消耗掉及部分回收利用外，其余都直接地流入环境，仅欧共体每年就有60万吨润滑剂流入环境中。流入环境的润滑剂严重污染着陆地、江河和湖泊，既造成自然资源的损失，又影响生态环境和生态平衡。

而随着石油资源的逐渐短缺的环保要求的日益严格，人们又重新重视动植物油脂作为润滑材料的开发应用，并希望通过化学方法改善它的热氧化安定性和低温性能，能成为未来代替矿物润滑油的重要润滑材料。

变压器油在变压器中的作用主要是绝缘和散热。矿物基变压器油是一个很复杂的含有各种碳氢化合物-称作“烃类”的混合物。另外，还含有硫、氮、氧等元素。作为矿物润滑油的原料，一般取自石油中沸点高于300℃或350℃的馏分，或相当于烃类分子中，主要碳原子数约为20～40的各种烃类。在变压器的制造和使用过程中不可避免的会出现泄漏现象，这些不能自然降解和毒害作用对环境的污染是极其严重的。我们所研制的环保型变压器油正是在上述前提下，从资源和环境两个方面为更好的实现可持续发展战略做出贡献。

绿色润滑油与传统矿物油的物理化学性质不同，传统润滑油添加剂都是针对矿物油而设计的，而绿色润滑油与矿物油在添加剂的感受性上有很大差异，且基础油与添加剂的作用机理也有所不同。绿色润滑油要求添加剂低毒性、低污染、可生物降解，而传统的添加剂分子设计主要从满足润滑油的使用性能角度出发，很少考虑到环保和健康等因素。添加剂的加入对基础油本身的生物降解性能会有所影响，尤其会对基础油降解过程中的活性微生物或酶有危害作用，从而影响基础油的生物降解率。所以研制适用于绿色润滑油的添加剂是实现绿色润滑油实际应用的重要前题，而这一工作在世界范围内还刚刚起步。德国″Blue Angel″组织对绿色润滑油的添加剂作了以下规定：无致癌物、无致基因诱变、畸变物；不含氯和亚硝酸盐；不含金属(除钙外)；最大允许使用7％的具有潜在可生物降解性的添加剂(OECD302B法测定，生物降解率＞20％)；还可添加2％不可生物降解的添加剂，但必须是低毒性的；对可生物降解添加剂则无限制(根据OECD301A-E)。

绿色环保型变压器油的技术性能指标与矿物基变压器油相比，在以下几个方面有所改进：

①介电常数提高30％，绝缘击穿电压约提高15％；

②粘度降低30％，热传递效率约提高20％；

③不含硫，无污染，自然分解性能高；

④着火点在200℃以上，使用安全。

其它性能指标完全符合矿物变压器油的国家标准GB2536-90。

发明内容

本发明目的是提供一种植物油基的环保型变压器油及其制备方法，该变压器油与传统的矿物油基变压器油相比，除绝缘击穿电压高，介电性能优良，粘度低，热传递效率高外，还具有不含硫，无污染，自然分解性能高，着火点在200℃以上，使用安全的特点。

本发明技术方案以植物油包括蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕桐油、棕榈仁油、大豆油、亚麻籽油、菜籽油等的压榨油、浸出油及油脂加工业的下脚料(油脚、皂脚)和碳原子数为2～5的低级醇为原料生产环保型变压器油。它含有高级脂肪酸酯和抗氧剂、降凝剂，其特征在于所说的高级脂肪酸酯中含有通式(I)的组份A和通式(II)的组份B，

ROO-R⁰            (I)

其中R是碳原子数为12～23的烷烃或烯烃，R⁰是碳原子数为2～5的烷基，

其中R是碳原子数为12～22的烷烃或烯烃，可以是相同的基团，也可以是不同的基团。组份A的含量为5～95wt％，组份B的含量为5～95wt％。抗氧剂的加入量为环保型变压器油总重量的0.1～5.0wt％，降凝剂的加入量为环保型变压器油总重量的0.1～5.0wt％。环保型变压器油外观为淡黄色透明液体，40℃时运动粘度为2～8mm²/s，击穿电压为40～90KV/2.5mm，介电常数为2.8～3.2，且不含硫，无毒害，自然分解性高。

本发明环保型变压器油的制备方法，包括碱炼、脱水、酯化醇解、终止中和、洗涤精制、减压蒸馏、脱色过滤和配入抗氧剂、降凝剂。植物油经碱炼、脱水除掉油脂中的游离脂肪酸和水份，以减少酯化醇解反应过程中对催化作用的影响，控制酸值≤0.002mgKOH/g，含水量≤0.01％。酯化醇解工艺条件为：油醇摩尔比1∶3～9，反应压力为常压，反应温度为60～150℃，反应时间为1～8小时。酯化醇解的化学反应方程式如下：

其中R是碳原子数为12～22的烷烃或烯烃，可以是相同的基团，也可以是不同的基团，R⁰是碳原子数为2～5的烷基。酯化醇解反应的催化剂及用量为甲醇钠或NaOH或KOH，用量为油脂重量的0.1～5.0wt％；固体超强碱，用量为油脂重量的1～25wt％；无机杂多酸，用量为油脂重量的1～25wt％。洗涤精制、减压蒸馏过程分离副产物甘油，回收过量的低碳醇，除掉水份与低分子挥发物，采用填料塔进行真空蒸馏，真空蒸馏时绝对压力为0.5～10mmHg，温度至150℃。脱色过滤所用脱色剂为活性白土、无水氯化钙、分子筛、活性炭，用量为油脂重量的10～80wt％，脱色温度30～150℃，脱色时间10～120分钟。所得产物中加入抗氧剂、降凝剂进行调合，制得本发明环保型变压器油。

本发明酯化醇解反应过程中使用的固体超强碱催化剂为水滑石、类水滑石及其煅烧物，成份为{Mg₆(CO₃)[Al(OH)₆]₂(OH)₄4H₂O}。

本发明酯化醇解反应过程中使用的无机杂多酸催化剂为SO₄ ^2-/WO_3-TiO₂或S₂O₈ ^2-/TiO₂/MCM-41。

本发明环保型变压器油中添加的抗氧剂是叔丁基羟茴香醚(HBA)、2，6-二叔丁基对甲酚(BHT)、3，4，5-三羟基苯甲酸丙酯(没食子酸丙酯PG)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)。

本发明环保型变压器油中添加的降凝剂是α-烯烃共聚物、聚α-烯烃。

本发明环保型变压器油的制备过程与已有技术相比，具有工艺简单、操作方便、产品质量稳定、生产工艺过程无污染，既能取得良好的经济效益，又能减少环境污染的优点。绿色环保型变压器油的使用，既保护环境，减少污染，又降低电能损耗，同时带动周边农村经济的发展，提高农民的经济收入，综合社会效益显著。

具体实施方式

现结合实例对本发明作进一步详细描述：

实例1

原料为植物油包括蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕榈油、棕榈仁油、大豆油、亚麻籽油、菜籽油等的压榨油、浸出油及油脂加工业的下脚料(油脚、皂脚)经碱炼、脱水处理，检测酸值≤0.002mgKOH/g，含水量≤0.01％，与碳原子数为2～5的低级醇按下述比例投入反应釜，在60～150℃温度下回流反应1～8小时，终止中和、洗涤精制后用填料塔进行真空蒸馏，真空蒸馏时绝对压力为0.5～4mmHg，温度至150℃，分离副产物甘油，回收过量的低碳醇重复使用，除掉水份与低分子挥发物，最后用油脂重量10～80wt％的活性白土、无水氯化钙、分子筛、活性炭复配脱色剂，在30～150℃温度条件下，搅拌10～120分钟脱色处理，用压滤机趁热过滤，将所得产物与其重量0.1～5.0wt％的抗氧剂和其重量0.1～5.0wt％的降凝剂混合均匀，制得本发明环保型变压器油。

植物油：100份

低碳醇：20～100份

甲醇钠或NaOH或KOH：0.1～5.0份

上述所有的份额均为重量份额。

实例2

原料为植物油包括蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕榈油、棕榈仁油、大豆油、亚麻籽油、菜籽油等的压榨油、浸出油及油脂加工业的下脚料(油脚、皂脚)经碱炼、脱水处理，检测酸值≤0.002mgKOH/g，含水量≤0.01％，与碳原子数为2～5的低级醇按下述比例投入反应釜，在60～150℃温度下回流反应1～8小时，终止中和、洗涤精制后用填料塔进行真空蒸馏，真空蒸馏时绝对压力为0.5～4mmHg，温度至150℃，分离副产物甘油，回收过量的低碳醇重复使用，除掉水份与低分子挥发物，最后用油脂重量10～80wt％的活性白土、无水氯化钙、分子筛、活性炭复配脱色剂，在30～150℃温度条件下，搅拌10～120分钟脱色处理，用压滤机趁热过滤，将所得产物与其重量0.1～5.0wt％的抗氧剂和其重量0.1～5.0wt％的降凝剂混合均匀，制得本发明环保型变压器油。

植物油：100份

低碳醇：20～100份

固体超强碱：1～25份

上述所有的份额均为重量份额。

实例3

原料为植物油包括蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕榈油、棕榈仁油、大豆油、亚麻籽油、菜籽油等的压榨油、浸出油及油脂加工业的下脚料(油脚、皂脚)经碱炼、脱水处理，检测酸值≤0.002mgKOH/g，含水量≤0.01％，与碳原子数为2～5的低级醇按下述比例投入反应釜，在60～150℃温度下回流反应1～8小时，终止中和、洗涤精制后用填料塔进行真空蒸馏，真空蒸馏时绝对压力为0.5～4mmHg，温度至150℃，分离副产物甘油，回收过量的低碳醇重复使用，除掉水份与低分子挥发物，最后用油脂重量10～80wt％的活性白土、无水氯化钙、分子筛、活性炭复配脱色剂，在30～150℃温度条件下，搅拌10～120分钟脱色处理，用压滤机趁热过滤，将所得产物与其重量0.1～5.0wt％的抗氧剂和其重量0.1～5.0wt％的降凝剂混合均匀，制得本发明环保型变压器油。

植物油：100份

低碳醇：20～100份

无机杂多酸：1～25份

上述所有的份额均为重量份额。

采用本发明制备的环保型变压器油，各项指标经检测，与20^#矿物油基变压器油相差无几，完全可替代其使用。

附：本发明制备的环保型变压器油主要指标如下：

项目	环保型变压器	GB2536-90(DB-25)	试验方法
				外观	浅黄色透明液体	透明、无沉淀和悬浮物	GB511-77
40℃运动粘度，mm<sup>2</sup>/s≤	8.5	9.6	GB265-75
				凝点，℃≤	-25	-25	GB510-77
闪点，℃≥	215	140	GB261-77
				酸值，mgKOH/g≤	0.01	0.03	GB264-77
水溶性酸或碱	无	无	GB259-77
				氧化安定性：氧化后沉淀物，％≤氧化后酸值，mgKOH/g≤	0.030.1	0.050.2	SY2670-76GB264-77
90℃介质损失角正切，％≤	0.4	0.5	SY2654-76
				击穿电压，KV/2.5mm≥	56	35	GB507-77

Claims (10)

1.一种环保型变压器油，它包括以植物油的压榨油、浸出油及油脂加工业的下脚料和碳原子数为2～5的低级醇为原料生产的高级脂肪酸酯、抗氧剂和降凝剂，其特征在于所说的高级脂肪酸酯中含有通式(I)的组份A和通式(II)的组份B，

ROO-R⁰    (I)

其中R是碳原子数为12～23的烷烃或烯烃，R⁰是碳原子数为2～5的烷基，

其中R是碳原子数为12～22的烷烃或烯烃，组份A的含量占高级脂肪酸酯的5～95wt％，组份B的含量占高级脂肪酸酯的5～95wt％，抗氧剂的加入量为环保型变压器油总重量的0.1～5.0wt％，降凝剂的加入量为环保型变压器油总重量的0.1～5.0wt％，余量为高级脂肪酸酯。

2.按照权利要求1所述的环保型变压器油，其特征是：所说的植物油是蓖麻油、椰子油、棉籽油、棕榈油、棕榈仁油、大豆油、亚麻籽油、菜籽油中的一种或一种以上。

3.按照权利要求1所述的环保型变压器油，其特征是：所说的降凝剂是α-烯烃共聚物或聚α-烯烃。

4.按照权利要求1所述的环保型变压器油，其特征是：所说的抗氧剂是叔丁基羟茴香醚、2，6-二叔丁基对甲酚、3，4，5-三羟基苯甲酸丙酯、叔丁基对苯二酚中的任一种。

5.制备权利要求1所述的环保型变压器油的方法，其特征是：其特征在于以植物油及其下脚料为原料，经碱炼、脱水后与碳原子数为2～5的低级醇进行酯化醇解，终止中和、洗涤精制后再进行减压蒸馏、脱色过滤，最后添加抗氧剂、降凝剂。酯化醇解得工艺条件为：油醇摩尔比1∶3～9，反应压力为常压，反应温度为60～150℃，反应时间为1～8小时。

6.按照权利要求5所述的制备环保型变压器油方法，其特征是：酯化醇解催化剂为甲醇钠或NaOH或KOH，催化剂用量为油脂重量的0.1～5.0wt％。

7.按照权利要求5所述的制备环保型变压器油方法，其特征是：酯化醇解催化剂为固体超强碱，催化剂用量为油脂重量的1～25wt％。

8.按照权利要求5所述的制备环保型变压器油方法，其特征是：酯化醇解催化剂为无机杂多酸，催化剂用量为油脂重量的1～25wt％。

9.按照权利要求5所述的制备环保型变压器油方法，其特征是：脱色过滤所用脱色剂为活性白土、无水氯化钙、分子筛、活性炭中的二种或二种以上，用量为油脂重量的10～80wt％，脱色温度30～150℃，脱色时间10～120分钟。

10.按照权利要求5所述的制备环保型变压器油方法，其特征是：减压蒸馏采用填料塔进行真空蒸馏，真空蒸馏时绝对压力为0.5～4mmHg，温度至150℃。