本发明属于石油蜡生产技术领域，特别是涉及一种皂蜡的制备方法。
背景技术：
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、皂蜡、石蜡和微晶蜡。皂蜡是原油中润滑油馏分经脱蜡、脱油、精制和成型等步骤生产的，一般含有正构烷烃、少量异构烷烃和环烷烃等组分，熔点为40℃～52℃。脱蜡是以润滑油馏分为原料制备含油量为10～30%左右的蜡膏的过程，脱蜡工艺主要有压榨脱蜡和溶剂脱蜡。脱油是以蜡膏为原料制备含油量2%以下的粗蜡的过程，脱油工艺主要有发汗脱油和溶剂脱油。粗蜡再经白土精制或加氢精制及成型、包装等步骤，既可得到商品石油蜡。溶剂脱油方法是在选择性溶剂（丙酮、苯和甲苯混合物；或丙酮、甲苯；或甲乙酮、甲苯）的溶液中冷冻，根据蜡与油在选择性溶剂中溶解度不同的性质将蜡与油进行分离的。溶剂脱油工艺具有生产过程连续、蜡收率高、成品蜡含油量可以很低、生产成本较低等优点，是目前大规模生产石油蜡产品的主流脱油工艺。但溶剂脱油工艺生产设备投资大；生产过程中需要大量使用溶剂（每份粗蜡使用3～10份的溶剂），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。发汗脱油方法是利用蜡和油熔点不同的性质进行分离的。石油蜡中各种组分的分子量和结构的不同都会使其熔点不同。同为正构烷烃结构时，分子量较大的正构烷烃的熔点较高，而分子量较小的正构烷烃的熔点较低；分子量相同时，异构烷烃和环烷烃的熔点要低于正构烷烃，且异构程度越高熔点就越低，甚至在常温下就呈液体状态，即通常所说的油。发汗脱油方法在生产过程中不使用溶剂，而且生产过程中只需要将原料加热到熔点以上的温度。普通的发汗脱油过程主要包括以下步骤：（1）准备工作：垫水，用水充满发汗装置皿板下部空间；（2）装料：原料加热至熔点以上呈液态时装入发汗装置；（3）降温结晶：将原料以不大于4℃/h的降温速率缓慢冷却到其熔点以下10～20℃。在冷却过程中，熔点最高的组分先以粗的纤维状晶体形态结晶出来，随着蜡层温度继续降低，其它组分按熔点由高到低的顺序依次结晶形成固体；（4）升温发汗：当蜡层温度达到预设的降温终止温度之后，放掉垫水；再将原料缓慢地加热到预设的发汗终止温度。在升温发汗过程中，各种组分按熔点由低到高的顺序先后熔化成液态并流出（蜡下），最后得到的蜡层剩余物（蜡上）就是高熔点、低含油的蜡；（5）粗产品收集：升温发汗过程结束后继续升高温度，以熔化取出蜡上，即为粗产品；（6）产品精制、成型、包装：精制过程通常采用白土精制：将粗产品熔化后升温至预定温度，加入白土并恒温搅拌至预定时间后过滤；再经成型、包装即为目的产品。对普通发汗脱油方法，在升温发汗过程中蜡和油两类组分虽然分别处于固体和液体状态，但是也很难完全分离。为使最终产品的含油量符合要求，通常采用延长发汗时间并提高发汗终止温度的方法。延长发汗时间会导致生产周期长；提高发汗终止温度会使部分蜡随油一起脱除，导致产品收率下降。普通的发汗脱油方法可以生产熔点在40℃～60℃的皂蜡和低熔点石蜡。与溶剂脱油方法相比，发汗脱油是间歇操作，且产品收率较低、生产周期较长，但是发汗脱油方法具有投资少、生产过程简单、操作费用低等优点，目前仍有部分厂家在使用该方法生产皂蜡和低熔点石蜡产品。多年来，发汗脱油方法在生产设备和工艺方面得到了一些发展，如CN89214332（立式方形多段隔板发汗罐）、CN94223980.6（皿式发汗装置）、CN98233254.8（石蜡发汗罐）、CN200920033500.X（新型石蜡发汗罐）、CN201210508905.0（一种高效石蜡发汗装置）、CN201320127680.4（管式石蜡脱油装置）等，在发汗脱油生产设备上作了改进；CN91206202（一种高效石蜡发汗罐）在发汗脱油工艺上作了改进。但这些方法仍存在着产品收率较低、生产周期较长等缺点。发汗脱油方法是目前已知用于工业规模生产皂蜡和低熔点石蜡产品的唯一无溶剂脱油方法，在提倡绿色环保、低碳节能的今天日益受到人们的关注。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种皂蜡的制备方法。具体地说是在普通发汗脱油方法的基础上，在升温发汗过程前在蜡层表面均匀铺满固体颗粒，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层，携带出处于液态的油，加快了蜡和油的分离速度，并增强了蜡和油的分离效果，从而有效地提高了目的产品的收率并缩短了生产周期。本发明方法具有装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染等优点。本发明的一种皂蜡的制备方法包括以下内容：（1）在发汗装置中垫水；（2）以含油量小于30%的蜡膏为原料，加热熔化后装入发汗装置；（3）以1.0℃/h～4.0℃/h的速率降温至蜡膏熔点以下8℃～20℃；（4）排出发汗装置中的垫水，然后以0.5℃/h～3.0℃/h的速率升温；在升温过程中强制气流通过蜡层；蜡层达到预定温度后停止发汗；（5）收集蜡上；（6）蜡上经精制、成型后即为目的产物。本发明皂蜡制备方法中，所述的蜡膏的含油量（以质量计）小于30%，其熔点范围一般为25℃～45℃。蜡膏原料可以为常三线或常四线馏分油经脱蜡得到的蜡膏。本发明皂蜡制备方法中，优选在步骤（3）中原料蜡膏降温结晶以后、而在步骤（4）中升温发汗过程前，在蜡层的表面均匀铺满10～100目，优选20～50目的固体颗粒。固体颗粒的密度一般要求大于4g/cm3，可以是非金属、金属及合金等材质，优选密度为6～12g/cm3的金属及合金颗粒，如锌、铁、铜、铅及其合金等化学性质较稳定的低价格金属材质。可以选择两种或两种以上的不同材质密度的固体颗粒，各种固体颗粒可按重量份数相近的比例混合。密度相邻的两种固体颗粒材质的密度差为1～5g/cm3。此处所述的密度是指构成固体颗粒的材料的密度，而非固体颗粒的堆密度。发汗过程结束后可以回收固体颗粒并清洗以重复使用。本发明的皂蜡制备方法中，所述的发汗装置一般为发汗皿，并在蜡层以上增加加压装置和/或在蜡层以下增加抽真空装置。所述的强制气流通过蜡层是采用在蜡层以上增大压力（气压）和/或在蜡层以下降低压力（气压），使蜡层上下形成压力差实现的。所述的压力差一般为0.1～5.0个大气压，优选为0.2～2.0个大气压，用以强制气流通过蜡层。本发明的皂蜡制备方法中，所述的降温速率优选2.0℃/h～3.0℃/h。本发明的皂蜡制备方法中，步骤（3）中降温的终止温度优选比蜡膏熔点低10℃～15℃。本发明的皂蜡制备方法中，所述的升温速率优选1.0℃～2.0℃/h。升温过程的预定终止温度为低于目的产品的熔点2℃～10℃。本发明的方法中，所述蜡层的升温速度和降温速度，可以通过空气浴、水浴、油浴或者其他可行的方式进行控制。本发明的皂蜡制备方法中，所述的强制气流通过蜡层可以在升温发汗过程任意阶段实施，优选在升温发汗初期实施。本发明的皂蜡制备方法中，所述的强制气流通过蜡层是通过在蜡层上方增加压力（气压）实现的，优选在蜡层上方施加的压力为0.2～2.0个大气压（表压），而蜡层下方保持为常压。本发明的皂蜡制备方法中，所述的强制气流通过蜡层是通过在蜡层下方降低压力（气压）实现的，优选蜡层的上方保持常压，而蜡层下方的压力维持为-0.2～-1.0个大气压（表压）。发汗脱油是利用蜡和油熔点不同的性质进行分离生产皂蜡产品的，但是在升温发汗过程中，蜡层中固态的蜡和液态的油很难完全分离，这是由于蜡和油两种组分都是非极性的烃类分子，分子间作用力较大；同时固态的蜡结晶时形成毛细管结构，对油有较强的包覆作用，这就造成仅靠重力自然分离的普通发汗过程中蜡和油难以完全分离。现有技术中通常采用延长发汗时间、提高发汗终止温度等方法使最终产品的含油量符合要求，但是这些方法又会导致生产周期长、蜡产品收率低，影响发汗脱油工艺的广泛应用。本发明通过对普通发汗过程的深入研究，针对蜡和油难以完全分离原因，通过在升温发汗过程中采用气流通过蜡层携带出液态油的方法强制蜡和油分离，增强了蜡和油的分离效果。同时，还优选在升温发汗过程前在蜡层表面均匀铺满10～100目的固体颗粒。升温发汗过程中，随着温度升高，蜡层变软，由于固体颗粒的密度较大，其在重力作用下以较慢的速度沉降，从而在蜡层内形成上下贯穿的细小孔道，而有利于油的快速排出。不同密度和粒径的固体颗粒的沉降速度不同，如采用混合的固体颗粒可以保证在发汗脱油的全过程中在蜡层的不同高度都有较多的排出液态油的通道，更有利于油的快速排出。本发明的优点是：通过在升温发汗过程中采用强制气流通过蜡层携带出液态油的方法，增强了蜡和油的分离效果；同时固体颗粒沉降过程中形成的上下贯穿蜡层的细小孔道，也促进了油的快速排出。从而达到了提高蜡产品收率并缩短生产周期的目的。本发明方法的装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染环境，使发汗脱油这种无溶剂生产皂蜡的方法更加高效实用。具体实施方式发汗皿上部连接可拆卸的密封装置并与缓冲罐和压缩机连接，和/或在发汗皿下部连接缓冲罐和真空泵；以水浴或空气浴控制蜡层升温、降温速度；在升温发汗过程前，可在蜡层表面均匀铺满固体颗粒；在升温发汗过程中采用在蜡层上方形成正压和/或在蜡层下方形成负压以强制气流通过蜡层携带出处于液态的油，增强了蜡和油的分离效果。通过这些手段，可使目的产品收率提高5～10个百分点，升温发汗阶段的时间减少30%～50%。以下通过实施例1-3，具体说明本发明皂蜡的制备方法。实施例1本实施例包括：（1）准备工作、（2）装料、（3）降温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿上部的密封系统与缓冲罐和压缩机连接好。发汗皿皿板下部垫水。将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，以水为介质；启动循环系统的加热功能，使循环水升温至45℃。（2）装料以常四线蜡膏（熔点41.5℃，含油量13.2％）为原料，加热熔化后加入发汗皿；将盘管浸没在原料蜡层中并固定。（3）降温结晶启动循环系统的制冷功能，控制蜡层温度以2.0℃/h的降温速率下降至30.0℃以使蜡层结晶形成固体。关闭循环系统的制冷功能。（4）升温发汗排出发汗皿垫水；发汗皿出口连接中间储罐以接收蜡下；启动循环系统的加热功能，以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到35.0℃；连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持缓冲罐内压力稳定在1.2～1.4个大气压（表压），发汗皿皿板下方保持常压；继续以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到42.0℃进行发汗脱油。停压缩机，终止发汗脱油过程（总升温时间为8小时）。（5）粗产品收集发汗皿出口改为连接粗产品储罐；循环系统继续加热升温至60℃以熔化取出蜡上，即为粗产品。（6）产品精制粗产品经白土精制、成型、包装后即为目的产品。产品性质：熔点47.1℃、含油量1.52％，满足商品皂蜡优级品的相关技术要求。皂蜡产品收率为40.6％（相对原料蜡膏）。实施例2本实施例包括：（1）准备工作、（2）装料、（3）降温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集及金属颗粒回收、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿上部的密封系统与缓冲罐和压缩机连接好。发汗皿皿板下部垫水；在发汗皿皿板上铺双层中速滤纸。将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，以水为介质；启动循环系统的加热功能，使循环水升温至45℃。筛分出30目～50目的铜颗粒和铁颗粒，按重量份数比为1：1混合均匀。（2）装料以常四线蜡膏（性质同实施例1）为原料，加热熔化后加入铺好滤纸的发汗皿；将盘管浸没在原料蜡层中并固定。（3）降温结晶启动循环系统的制冷功能，控制蜡层温度以2.0℃/h的降温速率下降至30.0℃以使蜡层结晶形成固体。关闭循环系统的制冷功能。在蜡层表面铺满前述的铜、铁混合颗粒。（4）升温发汗排出发汗皿垫水；发汗皿出口连接中间储罐以接收蜡下；启动循环系统的加热功能，以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到35.0℃；连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持缓冲罐内压力稳定在1.2～1.4个大气压（表压），发汗皿皿板下方保持常压；继续以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到42.0℃进行发汗脱油。停压缩机，终止发汗脱油过程（总升温时间为8小时）。（5）粗产品收集及金属颗粒回收发汗皿出口改为连接粗产品储罐；循环系统继续加热升温至60℃以熔化取出蜡上，即为粗产品。收集滤纸上的混合金属颗粒，清洗、干燥以备重复使用。（6）产品精制粗产品经白土精制、成型、包装后即为目的产品。产品性质：熔点47.3℃、含油量1.45％，满足商品皂蜡优级品的相关技术要求。皂蜡产品收率为43.7％（相对原料蜡膏）。实施例3本实施例包括：（1）准备工作、（2）装料、（3）降温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集及金属颗粒回收、（6）产品精制等过程。（1）准备工作在发汗皿下部安装缓冲罐并连接真空泵。发汗皿皿板下部垫水；在发汗皿皿板上铺双层中速滤纸。筛分出20目～40目的铅颗粒和锌颗粒，按重量份数比为1：1混合均匀。（2）装料以常四线蜡膏（性质同实施例1）为原料，加热熔化后加入铺好滤纸的发汗皿。（3）降温结晶以空气浴控制蜡层以3.0℃/h的降温速率下降至30.0℃以使蜡层结晶形成固体。在蜡层表面铺满前述的铅、锌混合颗粒。（4）升温发汗排出发汗皿垫水。发汗皿出口连接中间储罐以接收蜡下；启动真空泵并保持缓冲罐内压力稳定在-0.5～-0.7个大气压（表压），蜡层上方保持常压；以空气浴控制蜡层以2.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到42.0℃进行发汗脱油。停真空泵，终止发汗脱油过程（总升温时间为6小时）。（5）粗产品收集及金属颗粒回收发汗皿出口改为连接粗产品储罐；以空气浴控制蜡层升温至60℃以熔化取出蜡上，即为粗产品。收集滤纸上的混合金属颗粒，清洗、干燥以备重复使用。（6）产品精制粗产品经白土精制、成型、包装后即为目的产品。产品性质：熔点46.9℃、含油量1.37％，满足商品皂蜡优级品的相关技术要求。皂蜡产品收率为42.3％（相对原料蜡膏）。对比例1以常四线蜡膏（性质同实施例1）为原料，加热熔化后加入普通发汗罐。以2.0℃/h的降温速率使蜡层温度下降至30.0℃；以1.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到42.0℃进行发汗脱油（总升温时间为12小时）。发汗结束后取出蜡上，经白土精制、成型后即为目的产品。产品性质：熔点47.3℃、含油量1.71％，满足商品皂蜡的技术要求。皂蜡产品收率为34.1％。比较实施例1-3和对比例1可以看出，本发明皂蜡的制备方法，通过在蜡层表面铺金属颗粒以在发汗过程中形成上下贯穿的细小孔道，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层的方法，加快了蜡和油的分离速率，并增强了蜡和油的分离效果，从而提高了目的蜡产品收率（实施例1-3分别比对比例1增加了6.5、9.6和8.2个百分点）并缩短了生产周期（升温发汗阶段的时间，实施例1-3分别比对比例1降低了33%、33%和50%）。