本发明属于石油蜡生产技术领域，特别是涉及一种发汗及生产石蜡的方法。
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、皂用蜡、石蜡和微晶蜡。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～C50的正构烷烃、少量异构烷烃和环烷烃等组分，通常熔点为50℃～74℃。
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%以下的粗石蜡的过程，脱油工艺主要有溶剂脱油和发汗脱油。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。
溶剂脱油方法是根据蜡与油在选择性溶剂（丙酮、苯和甲苯混合物；或丙酮、甲苯；或甲乙酮、甲苯）中溶解度不同的性质进行分离的。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。石油蜡中各种烃类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。
普通的发汗脱油工艺主要包括以下步骤：（1）准备工作：垫水，用水充满发汗装置皿板下部空间；装料，原料加热至熔点以上呈液态时装入发汗装置；（2）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；（3）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；（4）精制：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；粗产品精制：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。
对普通发汗脱油工艺，在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℃的皂用蜡和低熔点石蜡，不适宜生产熔点在70℃左右的高熔点石蜡产品。有试验表明，普通发汗脱油工艺生产熔点在70℃左右的高熔点石蜡产品时，即使采用延长发汗时间并提高发汗终止温度的方法，发汗后期蜡上的含油量与收率无关，即蜡上的含油量不随收率的下降而下降，所以普通发汗脱油工艺不适宜生产熔点在70℃左右的符合半精炼或全精炼产品标准的高熔点石蜡产品，尤其是含油量指标不能满足技术指标要求。
与溶剂脱油相比，发汗脱油工艺是间歇操作，且产品收率较低、生产周期较长，但是发汗脱油工艺具有投资少、生产过程简单、操作费用低、生产过程安全、节能且对环境无污染等优点，目前仍有部分厂家在使用该方法生产皂用蜡产品。
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，而且仍不能生产符合半精炼或全精炼产品标准的高熔点石蜡产品。
发汗脱油工艺是目前已知用于工业规模生产石油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。对提高发汗方法的效率，甚至采用发汗脱油工艺生产高熔点石蜡产品的需求也更加迫切。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种发汗及生产石蜡的方法，具体地说是采用发汗装置，在普通发汗脱油工艺的基础上，在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，在发汗过程中通过在蜡层上放置固体重物的方式对蜡层施加压强以加快蜡和油的分离速度并确保气流通过蜡层，从而提高了目的产品收率同时缩短生产周期，而且还能用于生产高熔点石蜡产品。本发明方法具有生产设备投资低、生产过程简单且操作费用低、安全节能且无溶剂污染等优点。
本发明的一种发汗及生产石蜡的方法，包括以下内容：
（1）装料：以含油量小于30%的蜡膏为原料，加热熔化后装入发汗装置；
（2）结晶：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；
（3）发汗：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；
（4）精制：蜡上经精制、成型后即为目的产物。
本发明的方法中，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45℃～70℃。蜡膏原料可以为减一线、减二线、减三线或减四线馏分油经脱蜡制得的蜡膏。
本发明的方法中，在步骤（3）发汗过程中，优选通过在蜡层表面放置固体重物以对蜡层施加压强。固体重物表面平整、外型尺寸略小于发汗装置内壁尺寸（如，固体重物边缘与发汗装置内壁的间隙一般为0.01～50mm，优选0.1～20mm）、内部有上下贯穿的空隙。固体重物的密度一般要求大于4 g/cm3，可以是非金属、金属及合金等材质，优选密度为6～12 g/cm3的金属及合金，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。
本发明中，可以采用以下方式之一将固体重物放置在蜡层表面以对蜡层施加压强：（1）在发汗过程中一次性加入可产生0.5kPa以上压强的固体重物，优选在发汗开始时一次性加入可产生1.4～20.0kPa压强的固体重物；（2）在发汗过程中分多次加入，优选2～3次，即在每0.1～20.0 h内加入可产生0.5kPa以上压强的固体重物，优选在0.1～10.0 h内加入可产生1.4～10.0kPa压强的固体重物。
本发明的方法中，所述的发汗装置是发汗皿，并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气压和/或在蜡层下方降低气压，使蜡层上、下方形成压强差实现。所述的压强差一般为10～500 kPa，优选为20～200 kPa，以强制气流通过蜡层。
本发明的方法中，所述原料蜡层结晶过程的降温速率优选1.5℃/h～3.0℃/h。所述降温终止温度优选原料蜡膏熔点以下10℃～15℃。
本发明的方法中，所述原料蜡层发汗过程的升温速率优选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。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，循环系统加入水或导热油等物质作为循环介质；装料后将盘管浸没并固定在蜡层中，可使蜡层升/降温过程更快、蜡层温度更均匀。
本发明的方法中，所述的强制气流通过蜡层可以在发汗过程任意阶段实施，优选在发汗初期实施。
本发明的方法中，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20～200 kPa（表压）的气压，而蜡层下方保持为常压。
本发明的方法中，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，如可在蜡层上方的气压保持常压，而在蜡层下方维持-20～-100 kPa（表压）的气压。
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石蜡的，但是在发汗过程中，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，但是这又会导致生产周期长、蜡产品收率低。对于熔点在70℃左右的高熔点石蜡产品，由于化学组成更加复杂，导致结晶时晶体结构更加细小致密，在普通发汗过程中蜡和油更难以分离，因此普通发汗脱油工艺不能生产熔点在70℃左右的符合半精炼或全精炼产品标准的高熔点石蜡产品。
本发明为了提高发汗脱油这种无溶剂生产石蜡方法的效率，甚至可以生产熔点在70℃左右的高熔点石蜡产品，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，在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。普通发汗工艺过程中，随着油的逐渐排出，蜡层会产生垂直方向的收缩和水平方向的收缩，当在蜡层上下形成压强差以强制气流通过蜡层时，有时会产生气流经蜡层与皿板间缝隙流过而不经过蜡层的现象。本发明方法中，通过在蜡层表面放置固体重物的方式对蜡层施加压强的手段，可挤出蜡结晶中包覆的油从而加快了蜡和油的分离速度，更重要的是可以使蜡层只产生垂直方向的收缩而不产生水平方向的收缩，增大了蜡层与挡板和皿板间的阻力；同时由于固体重物内部有上下贯穿的空隙，可以确保气流通过蜡层以携带出油。
与现有技术相比较，本发明方法的优点是：通过在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；同时在发汗过程中通过在蜡层上放置固体重物以加快蜡和油的分离速度并确保气流通过蜡层，从而达到了提高产品收率并缩短生产周期的目的，甚至可以生产高熔点石蜡产品。本发明的方法具有装置投资低、生产过程简单且操作费用低、安全、节能且无溶剂污染环境等优点，使得发汗脱油这种无溶剂生产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；原料蜡膏加热熔化后装入发汗皿；以水浴控制蜡层升、降温速度；在发汗过程中，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；在发汗过程中优选在蜡层表面逐渐增大固体压强；蜡层温度达到预设温度后停止发汗过程；蜡上经白土精制、成型、包装后即为目的产品。通过这些手段可在发汗阶段的时间减少30%～50%的情况下，使目的产品收率提高3～15个百分点，并且可以生产高熔点石蜡。
以下通过实施例1-2具体说明本发明发汗及生产石蜡的方法。
对比例1
本对比例包括：（1）准备工作、（2）结晶、（3）发汗、（4）精制等过程。
（1）准备工作
将发汗皿（内壁为1m×1m的正方形）的密封系统与加压缓冲罐和压缩机连接好；在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵；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55℃。发汗皿皿板下方垫水。
以大庆原油减二线蜡膏（熔点50.6℃，含油量21.4％）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。
（2）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。关闭循环系统的制冷功能。
（3）发汗
排出发汗皿垫水。发汗皿出口连接中间储罐（Ⅰ）以接收蜡下；连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压强稳定在120～140kPa（表压），发汗皿皿板下方保持常压。
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43.0℃。停压缩机。拆除密封装置。
启动真空泵并保持减压缓冲罐内压强稳定在-50～-70 kPa（表压），蜡层上方气压保持常压；继续以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到49.0℃进行发汗。停真空泵，终止发汗过程（发汗过程总时间为8小时）。
（4）精制
发汗皿出口改为连接粗产品储罐（Ⅰ）；继续加热循环水升温至70℃以熔化取出蜡上，即为粗产品（Ⅰ）。
粗产品（Ⅰ）经白土精制、成型、包装后即为目的产品。
产品（Ⅰ）性质：熔点54.7℃、含油量1.52％，满足商品54#半炼蜡相关的技术要求。54#半炼蜡产品收率为45.2％（相对原料蜡膏）。
对比例2
本对比例包括：（1）准备工作、（2）结晶、（3）发汗、（4）精制等过程。
（1）准备工作
将发汗皿（同实施例1）的密封系统与加压缓冲罐和压缩机连接好；在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵；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65℃。发汗皿皿板下方垫水。
以大庆原油减四线蜡膏（初馏点：410℃、90%馏出点：520℃；熔点58.5℃；含油量26.9％）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。
（2）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48.0℃以使蜡层结晶形成固体。关闭循环系统的制冷功能。
（3）发汗
排出发汗皿垫水。发汗皿出口连接中间储罐（Ⅱ）以接收蜡下；连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压强稳定在130～150kPa（表压），发汗皿皿板下方保持常压。
启动循环系统的加热功能，以2.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到62.0℃。停压缩机。拆除密封装置。
启动真空泵并保持减压缓冲罐内压强稳定在-50～-70 kPa（表压），蜡层上方气压保持常压；继续以2.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到70.0℃进行发汗。停真空泵，终止发汗过程。
（4）精制
发汗皿出口改为连接粗产品储罐（Ⅱ）；继续加热循环水升温至80℃以熔化取出蜡上，即为粗产品（Ⅱ）。
粗产品（Ⅱ）经白土精制、成型、包装后即为目的产品。
产品（Ⅱ）性质：熔点：72.5℃、含油量：0.75％。满足商品72#全精炼石蜡的相关技术要求。72#全精炼石蜡产品收率为11.1％（相对于蜡膏原料）。
实施例1
本实施例包括：（1）准备工作、（2）结晶、（3）发汗、（4）精制等过程。
（1）准备工作
制备不锈钢板若干，每块不锈钢板外型尺寸为0.98 m×0.98m×0.02 m，并在不锈钢板上钻均匀分布的φ0.0015 m的贯穿孔（距边缘0.01m处起钻孔，孔中心间距0.04m）（每块不锈钢板产生的压强约1.5kPa），备用。
将发汗皿（同对比例1）的密封系统与加压缓冲罐和压缩机连接好；在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵；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55℃。发汗皿皿板下方垫水。
以大庆原油减二线蜡膏（同对比例1）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。
（2）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。关闭循环系统的制冷功能。
（3）发汗
排出发汗皿垫水。发汗皿出口连接中间储罐（Ⅲ）以接收蜡下；在蜡层表面水平放置第一块前述不锈钢板。
连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持加压缓冲罐内气压稳定在120～140kPa（表压），发汗皿皿板下方保持常压。
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43.0℃。停压缩机。拆除密封装置。
在蜡层表面加放第二块不锈钢板；启动真空泵并保持减压缓冲罐内气压稳定在-50～-70 kPa（表压），蜡层上方气压保持常压；继续以1.5℃/h的升温速率使蜡层温度升高到49.0℃。停真空泵，终止发汗过程（发汗过程总时间为8小时）。
（4）精制
发汗皿出口改为连接粗产品储罐（Ⅲ）；继续加热循环水升温至70℃以熔化取出蜡上，即为粗产品（Ⅲ）。
粗产品（Ⅲ）经白土精制、成型、包装后即为目的产品。
产品（Ⅲ）性质：熔点54.3℃、含油量1.25％，满足商品54#半炼蜡相关的技术要求。54#半炼蜡产品收率为49.3％（相对原料蜡膏）。
实施例2
本实施例包括：（1）准备工作、（2）结晶、（3）发汗、（4）精制等过程。
（1）准备工作
制备不锈钢板若干（同实施例1），备用。
将发汗皿（同对比例1）的密封系统与加压缓冲罐和压缩机连接好；在发汗皿下部安装减压缓冲罐并连接真空泵；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65℃。发汗皿皿板下方垫水。
以大庆原油减四线蜡膏（同对比例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。
（2）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48.0℃以使蜡层结晶形成固体。关闭循环系统的制冷功能。
（3）发汗
排出发汗皿垫水。发汗皿出口连接中间储罐（Ⅳ）以接收蜡下；在蜡层表面水平放置第一块前述不锈钢板。
连接发汗皿上部密封装置；启动压缩机并保持加压缓冲罐内压强稳定在130～150kPa（表压），发汗皿皿板下方保持常压。启动循环系统的加热功能，以2.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到62.0℃。停压缩机，拆除密封装置。
在蜡层表面加放第二块不锈钢板；启动真空泵并保持减压缓冲罐内压强稳定在-50～-70 kPa（表压），蜡层上方气压保持常压；继续以2.0℃/h的升温速率使蜡层温度升高到70.0℃进行发汗。停真空泵，终止发汗过程。
（4）精制
发汗皿出口改为连接粗产品储罐（Ⅳ）；继续加热循环水升温至80℃以熔化取出蜡上，即为粗产品（Ⅳ）。
粗产品（Ⅳ）经白土精制、成型、包装后即为目的产品。
产品（Ⅳ）性质：熔点：72.7℃、含油量：0.48％。满足商品72#全精炼石蜡的相关技术要求。72#全精炼石蜡产品收率为15.8％（相对于蜡膏原料）。
对比例3
以大庆原油减二线蜡膏（同对比例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％。
通过实施例1和实施例2可以看出，本发明的方法，通过增加加压和/或真空设施等对发汗装置的改进；通过在蜡层上放置固体重物，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层等对发汗工艺的改进；增强了蜡与油的分离效果并加快了分离速度；从而提高了目的蜡产品收率（实施例1与对比例3、对比例1相比分别增加了11.9个百分点和4.1个百分点，实施例2与对比例2相比增加了4.7个百分点）并缩短了生产周期（发汗阶段的时间，实施例1较对比例3降低了42.9%）。通过实施例2可以看出，本发明发汗及生产石蜡的方法可以生产熔点高于70℃的石蜡产品。