[发明专利]制备相变储能材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于专用蜡生产技术领域，特别是涉及制备相变储能材料的方法。

背景技术

世界上能源供应以石油、天然气、煤等矿物燃料为主，随着这些不可再生资源储量的减少、使用矿物燃料引起的环境问题日趋严重，人们对节能和太阳能等的利用受到广泛重视。同时，随着社会的发展，人们对居住舒适度的要求越来越高，这又要求消耗更多的能源。

国内外在利用相变材料（简称PCM，Phase Change Material）储存太阳能和低价电能方面的研究是目前非常活跃的领域。这些研究是利用相变材料在熔化或凝固过程中温度变化不大，但吸收或释放的潜热却很大的特性，将其与建筑材料结合使用，可以起到减小室温波动、利用太阳能取暖以减少空调和采暖系统能耗或利用夜间低价电能维持居室温度等作用，从而作到充分利用能源、降低污染并满足居住舒适的目的。同时，将相变材料用于纤维织物、电器保护等诸多领域的研究也在进行中。例如，CN200410046099.5公开了一种石蜡相变隔热砂浆及其制备方法，可用于工业和民用建筑围护结构的保温隔热工程中；CN200410101555.1公开了一种石蜡类复合定形相变储能材料及制备方法，利用相变温度为44～50℃的蜡类相变储能材料制备出无需容器封装的储能材料；CN200710014607.5公开了一种相变储能纤维及其制备方法，介绍将相变温度10～60℃的相变储能材料混入纤维中制备相变储能纤维。

按化学组成的不同，可以将相变材料分为无机相变材料和有机相变材料，在0℃～100℃范围内，有机烃类相变材料具有相变潜热高、性能稳定等优势。

目前正构烷烃的制备方法主要有：（1）分子筛或尿素脱蜡；（2）伍尔兹反应；（3）碘代烷烃还原；（4）使用石油醚及正己烷、正庚烷作溶剂链接卤代烷法。以上方法虽然能够得到相应的正构烷烃，但是每一种方法都存在一定的问题：如第一种方法工艺条件比较复杂，对某些设备、材质要求很高，产物为正构烷烃的混合物；第二种方法生成物品需乙醚溶剂反复提取；第三、四种方法操作危险性大、成本较高。

以高级脂肪酸酯为原料加氢可以制备烷烃，但在加氢反应过程中，会发生大量的脱羧反应和脱羰反应，使得反应产物组成复杂，而且产生较多的碳数减少的烷烃，一方面不利于提高目的产物的产率，另一方面脱羧反应和脱羰反应会产生一氧化碳或二氧化碳，对加氢反应会产生不利的影响。另外，对于需要单一碳数正构烷烃纯度较高的产品时，上述方法得到的为混合正构烷烃，并且沸点相近，不易分离。

CN200910100260.5公开了一种高级脂肪酸酯制备烷烃的方法，以含有8～22个碳原子的脂肪酸甲酯或乙酯为原料，进行加氢反应生产烷烃，但该方法得到的烷烃产品中，脂肪酸中的碳仍有大部分被脱除，如以硬脂酸甲酯（硬脂酸为十八碳羧酸）为原料，得到的十七碳烷烃和十八碳烷烃的总收率只有75%，因此，未脱碳直接加氢的产物（十八碳烷烃）的收率会更低。同时，十七碳烷烃和十八碳烷烃的沸点相差很小，进一步通过分离技术获得十八碳烷烃非常困难。

石油蜡是原油经过炼制加工后从含蜡馏分油中制得的各类蜡产品的总称，包括液体石蜡、皂用蜡、石蜡和微晶蜡。石油蜡是多种正构烷烃、异构烷烃和环烷烃构成的混合物。以石油为原料制备蜡类物质需要经过复杂的提纯和精制过程，不仅生产成本高，而且对于相变储能材料来说仍存在一定数量的非适宜组分，如油类等，这些非适宜组分的存在影响了相变材料的使用性能。同时，与偶碳数正构烷烃相比，奇碳数正构烷烃的相变潜热偏小。如果采用精密蒸馏方式提取各种单体正构烷烃，再将偶碳数正构烷烃混合制备相变温度连续变化的相变储能材料，因成本太高而不可能实际应用。

在石油蜡生产工艺方面，常用的分离加工手段有蒸馏、溶剂分离、发汗分离等。

蒸馏是利用不同烃类的沸点不同达到分离的目的，减小蒸馏的沸程可以有效降低产物碳分布的宽度，但对正构烷烃的含量影响不大，同时由于蒸馏过程需要将原料加热到沸点以上，消耗大量的能量。

溶剂分离方法是利用正构烷烃与异构烷烃在溶剂中的溶解度不同达到分离的目的，可以有效提高产物中的正构烷烃含量，但对碳分布的宽窄影响不大，同时溶剂分离方法生产设备投资大；生产过程中需要大量使用溶剂，回收溶剂需要消耗大量的能量；溶剂中含有苯系物，会对环境造成影响；溶剂易燃，容易造成生产事故。