植物绝缘油及其纯化方法与流程

1.本发明涉及绝缘油技术领域，特别涉及一种植物绝缘油及其纯化方法。


背景技术：

2.电力变压器是将电能高效传输到千家万户的关键电力设备，维持传统电力变压器长期安全稳定运行的关键在于其体内流淌的“血液”——矿物绝缘油。然而，提炼矿物绝缘油的原材料环烷基原油的储量有限，其不可再生、不可降解的特性给环境保护带来严峻挑战。
3.植物绝缘油是一种液体绝缘材料，与传统变压器的矿物油相比，植物绝缘油的原料为可再生物质，降解速度快且降解效率高，无毒无害，更加环保；且植物绝缘油的闪点高、燃点高，火灾、爆炸的风险低，更加安全；以及具有能提高变压器的过载能力等优异性能。
4.传统植物绝缘油的精炼方法是以氢氧化钠为催化剂的碱催化法，简称碱炼法，该纯化方法转化率高、反应条件温和反应速度快；但是，该方法制得的植物绝缘油在水洗过程中容易出现乳化现象，使得植物绝缘油与水难以分离，导致植物绝缘油的产率偏低，产品性能不稳定，同时生产周期延长和成本增加。


技术实现要素：

5.基于此，本发明提供了一种植物绝缘油及其纯化方法，该纯化方法可有效提高植物绝缘油的纯度和稳定性。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下。
7.一种植物绝缘油的纯化方法，包括以下步骤：
8.将植物绝缘油粗品、醋酸和水于60℃～80℃混合后，静置分层，取有机相；所述植物绝缘油粗品为通过碱炼法制得。
9.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述醋酸的质量为所述植物绝缘油粗品质量的0.05％～0.8％。
10.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述醋酸的质量为所述植物绝缘油粗品质量的0.1％～0.5％。
11.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述混合的温度为65℃～75℃。
12.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述水与所述植物绝缘油粗品的体积比为(0.8～1.5)：1。
13.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，在所述混合的步骤之后，进行搅拌，再进行静置分层的步骤，所述搅拌的速度为50rpm～70rpm，时间为10min～30min。
14.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述搅拌的步骤在真空环境下进行。
15.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述静置的时间为0.5min～5min。
16.在其中一些实施例中，植物绝缘油的纯化方法中，所述植物绝缘油粗品选自大豆油、花生油和葵花油中的至少一种。
17.本发明还提供了一种上述植物绝缘油的纯化方法制备得到的纯化的植物绝缘油。
18.与现有技术相比较，本发明的制备得到的植物绝缘油具有如下有益效果：
19.技术人员经过创造性地思考和试验发现，植物绝缘油的制备原料油脂中含有游离脂肪酸和水，油酯工业中广泛选用价格较为低廉的氢氧化钠为催化剂的碱催化法碱炼植物绝缘油，而原料油脂中含有的游离脂肪酸会和氢氧化钠发生皂化反应，同时原料油脂中含有的水能引起碱炼过程中生成的酯发生水解，得到的脂肪酸可进一步与氢氧化钠发生皂化反应；两次皂化反应生成的副产物离子型表面活性剂脂肪酸钠盐具有乳化作用，使得碱炼得到的植物绝缘油在水洗过程中出现乳化现象，从而导致植物绝缘油与水难以分离。
20.本发明通过将植物绝缘油粗品、醋酸和水在特定温度下混合，醋酸可以与碱炼植物绝缘油中生成的离子型表面活性剂脂肪酸钠盐发生反应生成脂肪酸，从而除去具有乳化作用的脂肪酸钠盐；同时，脂肪酸钠盐在水中的溶解度较好，静置后实现油相和水相的有效分离，可进一步除去具有乳化作用的脂肪酸钠盐，从而使得植物绝缘油的纯度较高，稳定性较好。
21.此外，上述植物绝缘油的纯化方法，无论对低酸值还是高酸值原料的油酯破乳迅速，水洗次数较少，耗时和耗水量较低。
具体实施方式
22.现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
23.因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
27.除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
28.本发明一实施方式提供了一种植物绝缘油的纯化方法，包括以下步骤：
29.将植物绝缘油粗品、醋酸和水于60℃～80℃混合后，静置分层，取有机相；所述植物绝缘油粗品为通过碱炼法制得。
30.发明人经过创造性地思考和试验发现，植物绝缘油的制备原料油脂中含有游离脂肪酸和水，在以氢氧化钠为催化剂的碱催化法碱炼植物绝缘油时，原料油脂中含有的游离脂肪酸会和氢氧化钠发生皂化反应：r1cooh+naoh
→
r1coona+h2o；同时原料油脂中含有的水能引起碱炼过程中生成的酯发生水解：r2coor3+h2o
→
r2cooh+r3oh；得到的脂肪酸可进一步与氢氧化钠发生皂化反应：r2cooh+naoh
→
r2coona+h2o。两次皂化反应生成的副产物离子型表面活性剂脂肪酸钠盐具有乳化作用，使得碱炼得到的植物绝缘油在水洗过程中出现乳化现象，从而导致植物绝缘油与水难以分离。而通过将植物绝缘油粗品、醋酸和水在特定温度下混合反应，醋酸可以与碱炼植物绝缘油中生成的离子型表面活性剂脂肪酸钠盐发生反应生成脂肪酸，从而除去具有乳化作用的脂肪酸钠盐；同时，脂肪酸钠盐在水中的溶解度较好，静置后实现油相和水相的有效分离，可进一步除去具有乳化作用的脂肪酸钠盐，从而使得植物绝缘油的纯度较高，稳定性较好。
31.可以理解，醋酸又名乙酸、冰醋酸。
32.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，醋酸的质量为植物绝缘油粗品质量的0.05％～0.8％。可以理解，醋酸的质量可以为植物绝缘油粗品质量的0.05％、0.08％、0.1％、0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％等。
33.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，醋酸的质量为植物绝缘油粗品质量的0.1％～0.5％。
34.在其中一些较优的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，醋酸的质量为植物绝缘油粗品质量的0.2％～0.5％；可选地，醋酸的质量为植物绝缘油粗品质量的0.4％～0.5％；优选地，醋酸的质量为植物绝缘油粗品质量的0.4％。
35.醋酸可以与碱炼植物绝缘油中生成的离子型表面活性剂脂肪酸钠盐发生反应生成脂肪酸，通过控制醋酸的添加量，有效除去具有乳化作用的脂肪酸钠盐，实现破乳作用，同时保证醋酸不进一步发生中和反应，有效避免植物绝缘油中游离脂肪酸含量超出标准范围。
36.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，混合的温度为60℃～80℃。可以理
解，混合的温度可以是60℃、62℃、65℃、70℃、72℃、75℃、78℃、80℃。还可以理解，混合的温度指的是将植物绝缘油粗品、醋酸和水混合后的温度。
37.在其中一些具体的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，混合的温度为65℃～75℃为65℃～75℃。
38.在其中一些较优的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，混合的温度为70℃。
39.将植物绝缘油粗品、醋酸和水在特定温度下混合，植物绝缘油粗品中的离子型表面活性剂脂肪酸钠盐在油相与水相的界面的吸附量降低，脂肪酸钠盐降低液面张力的能力降低，液珠聚并的能力增加，更有利于破乳，从而使得油相与水相易分离。
40.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，水与植物绝缘油粗品的体积比为(0.8～1.5)：1。可以理解，水植物绝缘油粗品的体积比可以是0.8：1、0.9：1、1：1、1.2：1、1.5：1。
41.在其中一些具体的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，水与植物绝缘油粗品的体积比为(0.8～1.2)：1。
42.在其中一些较优的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，水与植物绝缘油粗品的体积比为1：1。
43.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，在混合的步骤之后，进行搅拌，再进行静置分层的步骤，搅拌的速度为50rpm～70rpm，搅拌的时间为10min～30min。
44.在其中一些具体的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，搅拌的速度为60rpm，搅拌的时间为20min。
45.采用特定搅拌速度搅拌特定时间，可使含有植物绝缘油的油相与溶解杂质的水相混合充分，增加脂肪酸钠盐与水分子的接触；同时，溶解副产物脂肪酸钠盐的水相密度较大，受到的离心力较大，含有植物绝缘油的油相密度相对较小，受到的离心力较小，有利于实现含有植物绝缘油的油相和溶解副产物的水相之间的分离，从而进一步提高植物绝缘油的纯度，使得植物绝缘油稳定性较好。
46.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，静置的时间为0.5min～5min。可以理解，静置的目的是为了使水相和油相分层；静置时间过短，可能导致其分离不够充分；另由于体系是在较高温条件下混合处理，需增设加热装置，静置时间太长，耗能且时间成本增大。
47.在其中一些具体的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，静置的时间为0.5min～2min。可选地，静置的时间为1min。
48.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，在真空环境下进行搅拌。可理解，真空环境可通过减压实现。
49.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，真空度为-0.1mpa。
50.植物绝缘油的分子成分为高级脂肪酸甘油酯，在较高温度下能与水发生水解反应，以及和空气中的氧气发生氧化反应，导致产率减少，纯度降低；同时温度较高时醋酸容易挥发，使得破乳效果不理想。
51.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，植物绝缘油选自大豆油、花生油和葵花油中的至少一种。
52.在其中一些具体的示例中，植物绝缘油的纯化方法中，植物绝缘油为大豆油。
53.在其中一些示例中，植物绝缘油的纯化方法中，水可以为去离子水、超纯水中的一种或多种。
54.可以理解，上述纯化方法纯化后得到的植物绝缘油可以再次进行纯化；进一步可理解，继续采用上述纯化方法对纯化后得到的植物绝缘油进行再次纯化。还可理解，可以进行多次纯化。可选地，进行2～3次纯化。
55.脂肪酸钠盐等杂质溶于水中，将水相去除以后，得到的植物绝缘油进行重复纯化，以使非离子表面活性剂脂肪酸钠盐去除更加彻底。当水相澄清透明，ph值接近中性时，说明非离子表面活性剂脂肪酸钠盐已基本去除。
56.上述植物绝缘油的纯化方法，通过在真空条件下，将植物绝缘油粗品、醋酸和水于特定温度下混合，搅拌反应相结合的处理手段，使得纯化后的植物绝缘油中含皂量较少，且水洗次数较少、耗水量较少，时间较短，水洗效果较佳和效率较高。上述植物绝缘油的纯化方法，工艺简单，工艺过程对环境无污染，具有较好的工业应用前景。
57.本发明一实施方式提供了一种上述的植物绝缘油的纯化方法制备得到的植物绝缘油。
58.具体实施例
59.以下按照本发明的植物绝缘油的纯化方法举例，可理解，本发明的植物绝缘油的纯化方法并不局限于下述实施例。
60.实施例和对比例中采用的碱炼植物绝缘油制备步骤如下：
61.根据油酯酸价确定理论碱量，超量碱为油重的0.10％～0.25％，碱液浓度为16～24
°
be'，搅拌速度为60rpm，在5min～10min加入油脂中，搅拌20min～25min，皂粒明显分离，将搅拌速度降到30rpm，并以每分钟1℃的升温速度加热至60℃，静置沉降6h～8h，取上层清油，即为碱炼后的植物绝缘油。
62.实施例1
63.将碱炼后的植物绝缘油(2l，1.86kg)、去离子水(70℃，2l)和冰醋酸(8
×
10-3
kg，为植物绝缘油质量的0.4％)混合，在70℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌25min，油相和水相分层，除去水层；此时水层ph值小于7，呈酸性；重复首次操作，继续加去离子水(70℃，2l)，在70℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌25min，静置1min，除去水层；此时水层ph值显示呈中性，得到纯化后的植物绝缘油。
64.采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.003％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.01koh mg/g。
65.实施例2
66.将碱炼后的植物绝缘油(1l，0.93kg)、去离子水(70℃，1l)和冰醋酸(4.65
×
10-3
kg，为植物绝缘油质量的0.5％)混合，在70℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌30min，油相和水相分层，除去水层；此时水层ph值小于7，呈酸性；重复首次操作继续加去离子水(70℃，1l)，在70℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌30min，静置1min，除去水层；此时水层ph值显示呈中性，得到纯化后的植物绝缘油。
67.采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.004％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测
定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.02koh mg/g。
68.实施例3
69.将碱炼后的植物绝缘油(3l，27.9kg)、去离子水(65℃，3l)和冰醋酸(0.0837kg，为植物绝缘油质量的0.3％)混合，在65℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌20min，静置1min，油相和水相分层，除去水层；此时水层ph值小于7，呈酸性；重复加去离子水(65℃，3l)，在65℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌20min，静置1min，除去水层；重复水洗操作直至水层ph值显示呈中性，得到纯化后的植物绝缘油。
70.采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.003％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.03koh mg/g。
71.实施例4
72.与实施例1基本相同，不同点在于
73.将碱炼后的植物绝缘油(4l，37.2kg)、去离子水(75℃，4l)和冰醋酸(0.0744kg，为植物绝缘油质量的0.2％)混合，在75℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌25min，油相和水相分层，除去水层；此时水层ph值小于7，呈酸性；重复首次操作继续加去离子水(75℃，4l)，在75℃、-0.1mpa的真空条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌25min，静置1min，除去水层；此时水层ph值显示呈中性，得到纯化后的植物绝缘油。
74.碱炼采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.003％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.04koh mg/g。
75.实施例5
76.在化工生产线中，向装有50l碱炼植物绝缘油的反应釜中通入等体积的去离子水(70℃)和碱炼植物绝缘油重量0.1％的冰醋酸，反应釜中通入70℃的导热液，保持70℃恒温，在真空环境下，以60rpm的搅拌速度搅拌20min，静置1min后，油相和水相分层，除去下方水相，观察到水相略微浑浊；继续通入去离子水(70℃)水洗10min，除去下方水相，循环3次，排除的水澄清透明，降至室温，得到纯化后的成品植物绝缘油。
77.采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.003％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.06koh mg/g。
78.对比例1
79.将碱炼后的植物绝缘油(2l，1.86kg)、去离子水(70℃，2l)和氯化钠(0.2kg)混合，在70℃的条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌20min，静置1h；油相和水相分层，除去下方水相，观察到水相浑浊；继续通入去离子水(70℃)和氯化钠(0.2kg)，在70℃的条件下，以60rpm的搅拌速度搅拌20min，静置1h；油相和水相分层，除去下方水相；循环3次后，水层澄清透明。
80.对比例1处理的总时间为4h。
81.采用gb/t 5533-2008《粮油检验植物油脂含皂量的测定》的方法测试绝缘植物油的含皂量，测得含皂量为0.04％；采用gb/t 5510-2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》的方法测试绝缘植物油的酸值，测得酸值为0.09koh mg/g。
82.实施例1～5和对比例1～2各实验参数如表1所示：
83.表1
[0084][0085]
实施例1～5和对比例1测得的含皂量和酸值如表2所示：
[0086]
表2
[0087][0088]
从表2可知，相比对比例1，实施例1～5纯化得到的植物绝缘油含皂量较低，即纯度较高，以及酸值较低，从而使得植物绝缘油的稳定性较好。其中，实施例1～5中添加冰醋酸和特定温度的水，并采用特定搅拌速度搅拌特定时间，有利于脂肪酸盐等杂质充分进入水层，使大部分杂质在第一次水洗过程中除去，有效降低物绝缘油的含皂量和酸值，且提升水洗效率。而对比例1添加氯化钠电解质破除乳化的效果并不理想，此外，对比例1水洗次数较多，耗水量显著增加，处理效率较低。
[0089]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0090]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些
都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。