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有机热载体(导热油)的分类和选择

1.有机热载体(导热油)的种类有机热载体是作为传热介质使用的有机物质的统称,按其结构分有烃、醚、醇、氟、硅油、含卤烃及含氟杂环等;按形态分有液相有机热载体和气相有机热载体;按有机热载体的制取工艺和原料分类分有矿物型有机热载体和合成有机热载体。

矿物型有机热载体是以石油为原料,经蒸馏和精制(包括溶剂精制和加氢精制)工艺得到的适当馏分生产的产品。

其主要组分分为烃类混合物。

又可分为“石蜡基”油、“混合基”油;大致包括烷基芳香烃型、环烷烃型及链烷烃型三大类。

由于芳烃比烷烃、烯烃具有较好的热稳定性和化学稳定性,粘度也低,所以在选用基础油时,应尽量减少烷烃在组分中的含量而增加芳烃的含量。

优质有机热载体中烷烃的含量应低于25%,以免在使用过程中发生裂解反映而降低传热效率。

矿物型有机热载体品种繁多,各国、各企业都有各自的专卖品,但其成分基本上都是环烷烃和链烷烃的混合物。

此类产品具有长、直链化学结构,容易发生断裂,它的分子可形成20多个碳原子的长碳链连接着氢原子,这类油的性质取决于链的长度,链越长,其沸腾点的温度越高。

它与合成型有机热载体相比较,热稳定性较差,粘度也较高,使用温度一般适宜在280℃以下,因其沸点较高。

此类产品氧化后不易再生,废油一般做为燃料处理。

合成型有机热载体以化学合成工艺生产的,具有一定化学结构和确定的化学名称的产品。

根据最高允许使用温度,合成型有机热载体划分为普通合成型和具有特殊高热稳定性合成型。

又可分为由同分异构体的混合物组成的有机热载体和由单一物质或简单混合物组成的有机热载体。

主要包括以下类型:①烷基苯(苯环型)有机热载体。

这一类有机热载体为苯环型附有链烷烃支链类型的化合物,属于短支链烷基烃,与苯环结合的产物。

其沸点在170-180℃之间,凝点在-80℃以下,故可做防冻液使用,此类产品的特点是在使用范围内不易出现沉淀,异丙基附链的化合物尤佳。

②烷基型有机热载体。

这一类型有机热载体的结构为苯环上连接烷烃支链的化合物。

它所附加的侧链一般有甲基、二甲基、异丙基等,其附加侧链的种类及数量决定化合物的性质。

侧链单与甲基相连的烷基萘,使用与240-280℃范围的气相加热系统③烷基联苯型有机热载体。

这一类型的有机热载体为联苯基环上连接烷基支链一类的化合物。

它是由短链的烷基与联苯环相结合生成,烷基的种类和数量决定其性质。

烷烃基数量越多,其热稳定性越差。

在此类产品中,由异丙基的间位体、对位体与联苯合成的有机热载体品质最好,其沸点>330℃,热稳定性亦好,是在300-340℃范围内使用的理想产品。

④联苯和联苯醚低熔混合物型有机热载体。

这一类型的有机热载体为联苯和联苯醚低熔混合物由26.5%的联苯和73.5%的联苯醚组成。

熔点为12℃。

此类产品因为苯环上没有与烷烃基侧链链接,而在有机热载体中耐热性最佳。

这种低凝点(12.3℃)低熔混合物,在常温下,沸腾温度在256-258℃范围内使用比较经济。

这是因为两种物质的熔点均较高(联苯为<71℃,联苯醚<28℃)所致。

这种低熔混合物蒸发形成的蒸汽与液体的组分相同,称为恒沸蒸发,故而蒸发过程中无任何一种组分提浓的发生,且液体性质亦不变。

由于二苯醚中结合醚物质,在高温下(>350℃)长时间使用会产生酚类物质,此物质有低腐蚀性,遇水分对碳钢等有一定的腐蚀作用。

这种有机热载体可以如蒸汽一样,适用于气相加热系统,为气液两相有机热载体。

⑤苄基甲苯系列有机热载体。

此系列产品包括苄基甲苯及二苄基甲苯。

苄基甲苯型有机热载体是由甲苯的加热反映生成的二倍体的化合物;二苄基甲苯是由甲苯的加热反映生成的3倍体的化合物;它们都是在苯环之外连接一个甲醛的化学结构。

二苄基甲苯沸点高耐高温,且其凝点低,具有良好的耐低温性能,故可再加热和冷却系统中使用同一种有机热载体。

苄基及二苄基甲苯都有各自的同分异构体,其物理性质及耐热性取决于异构体之间的混合比例。

目前占据有机热载体市场的主要以联苯系列,烷基联苯系列,苄基甲苯系列的产品。

除此之外,还有有机硅类,氟素类产品。

2.理想的有机热载体(导热油)应具备的特点一、传热效果好,传热效率高、适用温度高且范围宽;二、热稳定性好,抗氧化性好,挥发性小,使用寿命长,且能回收再生并可达到新产品的技术标准;三、粘度、凝点低,沸点、闪点、自燃点高,低温流动性好;四、安全环保,使用时不发生爆炸,正常操作下不会发生火灾,毒性小,无刺激性异味,不污染环境;五、导热系数、比热、蒸发潜热高,且在较宽的范围内保持液态;六、具有较低的残炭、灰分、水分和酸值,对设备腐蚀性小;七、经济实用,价格较低,原料充足,使用方便。

3.选用有机热载体(导热油)应考虑的因素①从使用条件考虑。

如果是在液相系统中使用,一般应选择沸点高于使用温度的有机热载体,因为沸点越高,其运动中蒸汽压较低,使用起来方便,如氢化三联苯;如果是在气相条件下使用,应选择在合适的使用温度下,蒸汽压在1-3kg/cm2范围内的有机热载体,如联苯联苯醚②从使用温度考虑。

根据使用温度选择合适的有机热载体,如果使用温度在350-400℃时,应选用联苯与联苯醚低熔混合型有机热载体;如使用温度在300-350℃时应考虑选择烷基联苯型或氢化三联苯型的有机热载体;使用温度在250-300℃时,可考虑选择烷基苯、苄基甲苯及烷基联苯型有机热载体;如果在250℃以下使用,则选择价格相对较低的矿物型有机热载体;③从设备及系统条件考虑,如在长期连续运转的系统中使用,必须选用热稳定性高的有机热载体;在间歇式运转系统中使用时,对热稳定性的要求可放宽一些,在设备停运期间,可考虑通过加温保持相应的温度;如果在于食品加工有关的设备系统中使用,则应考虑选用无毒或毒性小、安全性高的产品,如有机硅、氟素等;如加热、冷却过程使用同一种有机热载体应选择使用温度较宽泛的有机热载体。

④从使用地区的条件和要求考虑。

如果在北方寒冷地区使用,应选择低温流动性好的有机热载体,以便于设备的启动;在对危险物品有严格禁用要求的场所使用,应考虑选用安全性好,不易燃的有机硅和氟素类产品。

⑤从经济效益方面考虑。

做到既要物美又要价廉,经济适用,降低成本。

通过综合考虑以上诸多因素,权衡其利弊,然后做出正确的选择。

4.用户在选择有机热载体(导热油)时应注意的问题用户在选择有机热载体时,除应考虑上诉因素和特点外,还应注意:第一,要考察验证产品的最高使用温度;第二,要考察产品的蒸发性和安全性;第三,要考察产品的精制深度;第四,要考察产品的低温流动性;第五,要考察产品的传热性能;第六,要考察生产厂家的信誉度、质量管理体系及检验、检测手段的完善情况。

5.生产矿物型有机热载体应选择的基础油和功能添加剂矿物型有机热载体是以石油为原料,经蒸馏和精制工艺得到的适当馏分生产的产品。

其主要成分为烃类的混合物。

为提高矿物型有机热载体的最高使用温度和延长其使用寿命,应选择具有优良的热稳定性的精制基础油和具有抗氧化、抗结垢功效的复合添加剂。

6.不同型号的有机热载体能否混用①不同化学组成的气象有机热载体不得混用,气相有机热载体与液相有机热载体不得混用。

②不同化学和物理性质的有机热载体一般不应加入同一系统中混合使用。

③如需将合成液相有机热载体与矿物油型有机热载体混合使用,或将不同化学组分的合成型液相有机热载体混合使用,以及将不同厂商生产的矿物油型有机热载体混合使用,应满足以下要求:(1)应通过GB/T23800的热稳定性检验,且比原有的在用有机热载体具有更高或相当的热稳定性;(2)符合《有机热载体安全技术条件GB/T24747-2009》标准第四章要求;(3)加入前应通过《有机热载体安全技术条件GB/T24747-2009》标准中标1的验证检验;(4)生产商或供应商应保证混用后的有机热载体能够安全使用。

④传热系统中加入的混用有机热载体的数量及混合比例应有准确记录,同样应对混用后的有机热载体取样并保留2L的复验样品。

7.合成型有机热载体(导热油)的传热方式及上限温度的意义合成型有机热载体以化学合成工艺生产的,具有一定化学结构和确定化学名称的产品。

根据最高允许温度,合成型有机热载体划分为普通合成型和具有特殊高热稳定性合成有机热载体。

合成型有机热载体的传热有两种基本方式:1.在初馏点或沸点温度以下以液相方式传热;2.在沸点温度以上以气相方式传热。

合成型有机热载体在加热系统中以循环的方式实现热量传输,受热分解是其变化的主要原因。

所谓上限温度是指与热传导系统高效、安全经济运转有直接关系的温度界限,即最高使用温度和最高油膜温度。

最高使用温度是指从加热器出口部位循环管线中测得的主流体最高允许温度。

如实际测得的温度高于此温度,有机热载体将发生大量的裂解。

最高油膜温度是指流经加热器的流体与加热器内管相接触的边界层的最高允许温度,这一温度等于加热器内管道壁温度。

实际油膜温度高于此温度时,边界层将会发生大量的裂解,一般来说,最高允许油膜温度较最高测量温度高20℃左右。

在实际使用中,工艺要求的主流体温度低于所选产品的最高使用温度,从设计角度要保证加热器内管道壁温度低于最高油膜温度,同时,还要配备合适的循环泵,以使有机热载体以一定的速度流过加热器,避免因流速过低造成局部过热而导致有机热载体的裂解和积碳。

8.气相有机热载体(导热油)具有沸点或共沸点的合成型有机热载体可以在气相条件下使用,被称为气相有机热载体。

气相有机热载体可以通过加压的方式在液相使用,因此又称为气相/液相有机热载体。

9.液相有机热载体(导热油)具有一定馏程范围的合成型有机热载体和矿物油有机热载体只能在液相条件下使用,被称为液相有机热载体。

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