[发明专利]蜡和油混合物的高剪切加氢

说明书

本申请为国际申请PCT/US2010/021774于2011年8月11日进入中国国家阶段、申请号为201080007555.9、发明名称为“蜡和油混合物的高剪切加氢”的分案申请。

技术领域

总地来说，本发明涉及加氢方法。更具体来说，本发明涉及利用高剪切对蜡和油的多重混合物进行加氢。

背景技术

蜡和硬性油脂长期以来被用于制造蜡烛。此外，从古代起，蜡就已在金属的脱蜡铸造中用作可移除模型。从化学上说，蜡是一类包含长链烷烃、酯、聚酯以及长链伯醇与脂肪酸的羟基酯的脂类。最近也已开发了将高度加氢的甘油三酯用作蜡替代物（例如美国专利No.6,811,824、美国专利No.6,890,982和美国专利No.7,267,743）。存在不同类型的蜡：动物蜡（例如蜂蜡），植物蜡（例如大豆蜡、米糠蜡）、矿物蜡（例如蒙旦蜡）、石油蜡（例如石蜡、微晶体蜡）和合成蜡（例如聚乙烯蜡、费-托蜡）。具体来说，石蜡是烃类，通常为链长均匀的烷烃的混合物。它们已被用于对纸和布料进行涂覆，以获得防水和抗污染功能。在食品工业中，石蜡已被用作容器的密封剂、食品的涂层（例如蛋糕、奶酪）和食品添加剂（例如口香糖）。

植物油主要从植物种子提取。除了可食用植物油之外，还存在不可食用的类型，例如亚麻籽油、桐油和蓖麻油，它们可用于润滑剂、涂料、化妆品、药品和某些工业应用中。从化学上说，植物油被认为是甘油的三酸酯，并典型地包含脂肪酸、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯。为了增加植物油的熔点，通常用过部分或完全加氢来转化不饱和的植物油，在所述加氢过程中碳双键被打破并加入两个氢原子。如果通过该过程消除了所有碳双键，它被称为完全加氢。随着加氢过程的发展，饱和程度增加，油的粘度和熔点也增加。加氢程度通常通过产物的碘值来度量。碘值（IV）越低，加氢程度越高，熔点也越高。

在油类加氢中的一个现象，是大多数加氢发生在末端脂肪酸上，因为甘油三酯的中心臂在一定程度上被末端脂肪酸屏蔽。这使得到的产物更脆。一个实例是从天然更加饱和的油类制造的人造黄油比从加氢大豆油制造的人造黄油更容易涂开。具有高熔点（>48℃或120℉）的高加氢植物油、植物蜡已被用在诸如蜡烛、纸板涂层和粘合剂的应用中。然而，这些植物蜡易碎，这是由于加氢程度高，产生了硬质蜡，它们在弯折后倾向于破裂，并且不适合诸如柔性包装和粘合剂的应用。将植物蜡用于蜡烛制造一般来说是不理想的，因为蜡在固化后倾向于破裂，这从美观角度来说不理想。

为了克服低IV加氢植物蜡的缺陷，已使用添加剂对蜡进行改性，以使它们更具柔性、易碎性降低并具有更高熔点。已添加的化合物包括甘油单酯和二酯、乙烯基聚合物、石蜡和微晶体蜡、苯乙烯丁二烯聚合物、脂肪酸、α烯烃和甘油。石油中的油或蜡也可以与植物或动物蜡/油混合，以改变它们的性质。石油蜡源自于原油加工，通常是在润滑油的制造过程中。合成蜡也使用费-托方法制造，所述费-托方法可以包含较高分子量材料加氢裂化成较低分子量的蜡。加氢裂化方法对于本技术领域的专业人员来说是已知的。当存在碳-碳双键的不饱和度时，通常对石油中的油或蜡进行加氢处理，以消除双键并使油或蜡更稳定。也使用氢与油或蜡混合物中可能存在的硫和/或芳香环结构进行反应，以消除硫和/或芳香环结构。在加氢处理、加氢脱硫和加氢裂化过程中，通常使用各种催化剂，包括镍、酮、各种金属氧化物和沸石。但是，这样的改性引起的其他问题，例如（1）用于在蜡烛中赋予柔性的添加剂具有不理想的燃烧特性；（2）添加剂通常是不可再生的，引起环境担忧；以及（3）对于添加剂的添加来说需要附加的混合，这增加了制造成本和时间。因此，持续存在着对开发性质优越的蜡的经济的生产方法的需求和兴趣。

发明内容

本文公开的实施方案描述了生产增强的蜡替代物的方法。方法包括：（1）提供石油蜡和基础油；（2）将所述石油蜡和基础油与含氢气体在高剪切装置中混合以形成进料；以及（3）对所述进料进行足够时间的加氢，以产生增强的加氢产物。对进料的加氢实现了至少一种下列效果：进料的脱硫、加氢裂化、不饱和成分的还原以及进料的芳香族成分的还原。