本发明属于石油蜡生产技术领域，特别是涉及一种皂蜡和低熔点石蜡的生产方法。
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。皂蜡和石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C20～C30的正构烷烃、少量异构烷烃和环烷烃等组分，通常熔点为40℃～74℃。脱蜡是以润滑油馏分为原料生产含油量为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生产含油量2%以下的粗石蜡的过程，脱油工艺主要有发汗脱油和溶剂脱油。粗石蜡再经白土精制或加氢精制及成型、包装等步骤，即可得到商品石油蜡。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，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，各种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和低熔点石蜡的生产方法。具体地说是采用发汗装置，在普通发汗脱油工艺的基础上，原料加热熔化后优选在压力条件下掺入低沸点液体；并在升温发汗过程中利用气流通过蜡层携带出液态的油以强制分离蜡和油，增强了分离效果并加快了分离速度。恒温及发汗过程中回收低沸点液体。本发明方法提高了目的产品的收率并缩短了生产周期，并具有装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染等优点。本发明的一种皂蜡和低熔点石蜡的生产方法，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，加热至熔点以上3℃～8℃，原料全部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℃的预定温度，并恒温一段时间；（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。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述原料蜡膏的含油量（以质量计）小于30%，其熔点范围一般为25℃～55℃。原料蜡膏可以为常三线、常四线、减一线、减二线、减三线馏分油经脱蜡制得的蜡膏。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，优选在原料加热熔化后在压力条件下掺入低沸点液体。所述的压力（表压）一般为0.5～20.0个大气压，优选为1.0～10.0个大气压。所述的低沸点液体为有机物，其与原料有较好的互溶性，且在常压下的沸点低于冷却降温的预定温度，而在高压下的沸点高于加料过程的最高温度（即加热熔化的温度）。所述的低沸点液体可以是烷烃、烯烃、炔烃、二烯烃、醇、醛、醚、酯、卤代烃等沸点适宜的有机物中的一种或几种，优选为烷烃、醇、酯等与原料有较好的互溶性、无特殊气味且无毒副作用的物质。所述的低沸点液体的加入量占原料蜡膏的0.1%～5.0%（重量），优选的比例为0.3%～2.0%。在恒温及发汗过程中回收低沸点液体。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述的发汗装置一般为发汗皿，并在蜡层以上增加可拆卸的密封系统及加压装置，以保证在加料和冷却过程中保持低沸点液体处于液体状态。所述的压力（表压）为0.5～20.0个大气压，优选为1.0～10.0个大气压。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述的发汗皿在蜡层以上增加加压装置和/或在蜡层以下增加真空装置。所述的强制气流通过蜡层采用在蜡层上方增加压力（气压）和/或在蜡层下方降低压力（气压），使蜡层上、下方形成压力差实现。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，以强制气流通过蜡层。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述原料蜡层的降温速率优选2.0℃/h～3.0℃/h。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述原料蜡层的降温终止温度优选原料蜡膏熔点以下10℃～15℃。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述原料蜡层降温终止后恒温0.1～3.0h，优选1.0～3.0h，同时逐渐减低压力至常压。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述原料蜡层的升温速率优选1.0℃/h～2.0℃/h。所述升温的预定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，优选采用水浴或油浴进行控制。采用水浴或油浴方式控制蜡层升温速率和降温速率时，可在发汗皿外增加夹套，夹套与可移动盘管及循环系统相连，循环系统具有程序降温/加热功能，以水或导热油等物质作为循环介质；增加盘管可使蜡层升/降温过程更快、蜡层温度更均匀。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，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。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述的强制气流通过蜡层是采用在蜡层上方增加气压实现的，如可在蜡层上方施加0.2～2.0个大气压（表压）的压力，而蜡层下方保持为常压。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述的强制气流通过蜡层是采用在蜡层下方降低气压实现的，如可在蜡层上方保持常压，而在蜡层下方维持-0.2～-1.0个大气压（表压）的压力。本发明的皂蜡和低熔点石蜡的生产方法中，所述的发汗装置连接回收系统，以回收低沸点液体。回收系统可以采用液体吸收或冷冻系统等多种可行的方式，优选为液体吸收系统。发汗脱油方法是利用蜡和油熔点不同的性质进行分离以生产皂蜡和低熔点石蜡产品的，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；同时固态的蜡结晶形成毛细管结构，对油有较强的吸附作用，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。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，影响了发汗脱油方法的广泛应用。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的分离，增强了分离效果并加快了分离速度；同时还优选原料加热熔化后在压力条件下掺入低沸点液体，这些物质在压力条件下的沸点高于此时原料的温度而呈液体状态，并且由于与原料有较好的互溶性而均匀分散在原料中；保持压力条件下将原料冷却至熔点以下10℃～15℃，并恒温0.1h～3.0h以使蜡层结晶更充分；同时在恒温过程中逐渐降低压力至常压，此时原料处于较软的固体状态，并且温度高于低沸点液体常压下的沸点（或泡点），低沸点液体随压力缓慢下降而逐渐汽化（或在其后的升温发汗过程中逐渐汽化），会在蜡层内形成均匀分散的微小气泡，这些微小气泡形成的空间在发汗过程中易于在蜡层中形成若干细小的通道，从而有利于升温发汗过程中油的排出。同时在升温发汗过程中利用气流通过蜡层携带出液态的油以强制分离蜡和油，增强了分离效果并加快了分离速度。本发明的优点是：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的分离，增强了分离效果并加快了分离速度；同时利用低沸点液体汽化在蜡层中形成均匀分散的微小气泡，也有利于油的快速排出，从而达到了提高蜡产品收率并缩短生产周期的目的。本发明的方法装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染环境，使得发汗脱油这种无溶剂生产皂蜡和低熔点石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加压缓冲罐和压缩机连接，和/或在发汗皿下部连接减压缓冲罐和真空泵；以水浴或油浴控制蜡层升、降温速度；以蜡膏为原料，加热熔化并优选在压力条件下掺入低沸点液体后装入发汗皿；保持压力下使蜡层温度降至预设温度并恒温一段时间，恒温过程中逐渐降低原料蜡层以上的压力至常压；在升温发汗过程中，启动压缩机以在蜡层以上形成正压，和/或启动真空泵以在蜡层以下形成负压，用以强制气流通过蜡层；蜡层温度达到预设温度后停止发汗脱油过程；蜡上经白土精制、成型、包装后即为目的产品。通过这些手段，可在升温发汗阶段的时间减少30%～50%的情况下，使目的产品收率提高5～10个百分点。以下通过实施例1-4具体说明本发明皂蜡和低熔点石蜡的生产方法。实施例1本实施例包括：（1）准备工作、（2）装料、（3）降温-恒温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，将盘管固定在发汗皿上；以水为介质；启动循环系统的加热功能，使循环水升温至45℃。发汗皿皿板下部垫水。（2）装料以常四线蜡膏（熔点41.5℃，含油量13.2％）为原料，加热至45℃熔化后加入发汗皿；安装发汗皿上部的密封系统并与加压缓冲罐和压缩机连接好；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压力稳定在5.0～5.2个大气压（表压）。（3）降温-恒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，并恒温1.0h以使蜡层结晶更充分。恒温阶段通过排空系统控制加压缓冲罐内压力逐渐降低至常压。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℃；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压力稳定在1.2～1.4个大气压（表压），而在蜡层下方保持为常压；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-恒温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，将盘管固定在发汗皿上；以水为介质；启动循环系统的加热功能，使循环水升温至45℃。发汗皿皿板下部垫水。安装发汗皿上部的密封系统并与加压缓冲罐和压缩机连接好；将加压缓冲罐排空系统和发汗皿下部排气口分别与回收系统连接好，以液体石蜡为吸收介质。（2）装料以常四线蜡膏（性质同实施例1）为原料，加热至45℃熔化后在5.0～5.2个大气压（表压）下掺入0.5%的异戊烷，再加入发汗皿；保持加压缓冲罐内压力稳定在5.0～5.2个大气压。（3）降温-恒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，并恒温1.0h以使蜡层结晶更充分。恒温阶段通过排空系统控制加压缓冲罐内压力逐渐降低至常压。排出的气体通过液体石蜡以回收低沸点液体异戊烷。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℃；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压力稳定在1.2～1.4个大气压（表压），而在蜡层下方保持为常压；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。升温发汗过程中排出的气体通过液体石蜡以回收低沸点液体异戊烷。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47.3℃、含油量1.35％，满足商品皂蜡优级品的相关技术要求。皂蜡产品收率为42.1％（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-恒温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，将盘管固定在发汗皿上；以水为介质；启动循环系统的加热功能，使循环水升温至55℃。发汗皿皿板下部垫水。在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵；（2）装料以减二线蜡膏（熔点50.6℃，含油量21.4％）为原料，加热至55℃熔化后加入发汗皿；安装发汗皿上部的密封系统并与加压缓冲罐和压缩机连接好；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压力稳定在5.0～5.2个大气压（表压）。（3）降温-恒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37.0℃以使蜡层结晶形成固体，并恒温2.0小时以使蜡层结晶更充分。恒温阶段通过排空系统控制加压缓冲罐内压力逐渐降低至常压。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；启动真空泵并保持减压缓冲罐内压力稳定在-0.5～-0.7个大气压（表压），而在蜡层上方保持为常压；启动循环系统的加热功能，控制蜡层以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到49.0℃进行发汗脱油。停真空泵，终止发汗过程（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以接收蜡上；循环系统继续加热蜡层升温至70℃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54.9℃、含油量1.63％，满足商品54#半炼蜡相关的技术要求。54#半炼蜡产品收率为43.7％（相对原料蜡膏）。实施例4本实施例包括：（1）准备工作、（2）装料、（3）降温-恒温结晶、（4）升温发汗、（5）粗产品收集、（6）产品精制等过程。（1）准备工作将发汗皿夹套和可移动盘管与循环系统连接，将盘管固定在发汗皿上；以水为介质，启动循环系统的加热功能，使循环水升温至55℃。发汗皿皿板下部垫水。在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵。安装发汗皿上部的密封系统并与加压缓冲罐和压缩机连接好；将加压缓冲罐的排空系统和发汗皿下部出口分别与回收系统连接好，以液体石蜡为吸收介质。（2）装料以减二线蜡膏（性质同实施例3）为原料，加热至55℃熔化后在5.0～5.2个大气压（表压）下掺入1.0%的甲酸甲酯，再加入发汗皿；保持加压缓冲罐内压力稳定在5.0～5.2个大气压（表压）。（3）降温-恒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37.0℃以使蜡层结晶形成固体，并恒温2.0小时以使蜡层结晶更充分。恒温阶段通过排空系统控制加压缓冲罐内压力逐渐降低至常压。排出的气体通过液体石蜡以回收低沸点液体甲酸甲酯。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；启动真空泵并保持减压缓冲罐内压力稳定在-0.5～-0.7大气压（表压），而在蜡层上方保持为常压；启动循环系统的加热功能，控制蜡层以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到49.0℃进行发汗脱油。升温发汗过程中排出的气体通过液体石蜡以回收低沸点液体甲酸甲酯。停真空泵，终止发汗过程（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以接收蜡上；循环系统继续加热蜡层升温至70℃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55.1℃、含油量1.37％，满足商品54#半炼蜡相关的技术要求。54#半炼蜡产品收率为47.3％（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、实施例2和对比例1可以看出，本发明皂蜡和低熔点石蜡的生产方法，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的分离，增强了分离效果并加快了分离速度；利用低沸点液体汽化在蜡层中形成均匀分散的微小气泡也更加有利于油的快速排出，从而提高了目的蜡产品收率（实施例1与实施例2分别比对比例1增加了6.5个百分点和8.0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与实施例2分别比对比例1降低了33%和33%）。对比例2以减二线蜡膏（性质同实施例3）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37.0℃；以1.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到51.0℃进行发汗脱油（总升温时间为14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55.6℃、含油量1.75％，满足商品54#半炼蜡相关的技术要求。54#半炼蜡产品收率为37.4％。比较实施例3、实施例4和对比例2可以看出，本发明皂蜡和低熔点石蜡的生产方法，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的分离，增强了分离效果并加快了分离速度；利用低沸点液体汽化在蜡层中形成均匀分散的微小气泡也更有利于油的快速排出，从而提高了目的蜡产品收率（实施例3、4分别比对比例2增加了6.3个百分点和9.9个百分点）并缩短了生产周期（升温发汗阶段的时间，实施例3、4分别比对比例1降低了43%和43%）。