一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法與流程

2023-12-05 12:00:46

本發明涉及一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法，屬於精細化工技術領域。

背景技術：

近年來，隨著國家電網的快速擴容，國家在特高壓輸變電上的投資快速增長，全國絕緣油的用量持續增長。

甲苯與氯化苄發生傅克反應，反應得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯，這兩種產物按比例混合精製可得苄基甲苯絕緣油。苄基甲苯理化性能和電氣性能優異，是目前應用最廣泛的電容器絕緣油。另外，單苄基甲苯和雙苄基甲苯化學性質穩定、沸點高，可以製備高溫導熱油產品。本反應的主要副產物為雙苄基甲苯與氯化苄繼續反應生成的三苄基甲苯。

目前，該反應常用的催化劑為路易斯酸催化劑，包括無水AlCl3、FeCl3、ZnCl2、SbCl5、BF3等，活性為：AlCl3>SbCl5>FeCl3>BF3>ZnCl2。無水AlCl3與氯化鐵活性高且廉價易得，但活性太高不易控制，不適於活潑芳香化合物的烷基化反應，而且會產生金屬鹽廢液；氯化鋅較溫和，但對該反應催化活性不理想，而且也會產生金屬鹽廢液。這類催化劑的缺點在於不易回收利用，汙染環境。

固體酸催化劑是固體表面上存在的具有催化活性的酸性部位起催化作用，多數為非過渡元素的氧化物或混合氧化物。主要包括改性矽鋁等無機氧化物、各種分子篩和負載雜多酸等。此類催化劑容易分離並回收利用，但是容易失活且活化過程複雜成本高。

離子液體是指完全由離子組成的、通常在室溫或低溫下為液態的鹽。它一般由含氮磷的有機陽離子和無機陰離子組成。它具有不揮發、幾乎無蒸汽壓、可用於高真空下的反應、無色、無味、無汙染、具有較高的熱穩定性和化學穩定性、溶解性強、高的離子導電性和極化能力。因此，離子液體催化體系是一種綠色、環境友好的反應溶劑和催化體系。根據有機陽離子母體的不同，可將離子液體分為二烷基咪唑離子型、烷基吡啶離子型、烷基季銨離子型四類。根據陰離子不同，可以分為滷化鹽離子和非滷化鹽離子。本發明所採用催化劑為烷基季銨鹽滷化鹽型離子液體催化劑。現有文獻中有使用通式為Bu3P+R2R1/nZnCl2/mLaCl3的離子液體催化劑用於傅克反應，但該催化劑製備較複雜，反應受水含量影響較大，反應條件要求高。

技術實現要素：

本發明旨在解決現有催化劑不易控制，難回收及環境汙染嚴重的技術缺陷，進而提供一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法，該方法具有反應易控制，效率高，反應過程綠色環保等特點。

為解決上述問題，本發明所採用的技術方案是：

一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法，其特殊之處在於，包括以下步驟：

在攪拌條件下，向含有通式為R4N+X-·nZnX2的季銨鹽離子催化劑的甲苯中加入氯化芐，溫度為90-120℃，反應5-10小時，反應結束後，反應液經水洗、精餾得到單芐基甲苯和雙芐基甲苯；其中，R為C1-C4的直鏈烷基，n為2-3，X為氯或溴。

在上述反應過程中，為了避免甲苯與氯化芐反應生成的氯化氫氣體排入空氣中，反應裝置應包括一個氯化氫接收裝置。

將經水洗、精餾得到單芐基甲苯和雙芐基甲苯按電容器絕緣油組成所需比例混合均勻，精製得到電容器絕緣油。所述電容器絕緣油組成所需重量比例為(70-80)：(30-20)。

將經水洗、精餾得到單芐基甲苯和雙芐基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的電容器導熱油。

所述季銨鹽離子催化劑是通過以下製備工藝獲得：

將通式為R4N+X-的季銨鹽與ZnX2以摩爾比1:(2-3)的比例混合，在氮氣保護、80-90℃溫度下，攪拌1-2小時，得到季銨鹽離子催化劑；其中R為C1-C4的直鏈烷基，X為氯或溴。

所述甲苯和氯化芐摩爾比為4：3；

所述氯化芐的加入方式為滴加，滴加總時間為3-8小時。

所述季銨鹽離子催化劑相對於1mol氯化芐的用量為0.03-0.05mol。

在本發明中，所得的單芐基甲苯和雙芐基甲苯均為目標產物，因此在評價反應時，以兩種產物的總收率為標準，該數據通過氣相色譜計算得到。

在本發明中，所述季銨鹽離子催化劑可以多次反覆利用。為了保證季銨鹽與鋅鹽的比例，需定期對其進行檢測並加以補充。

本發明的一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法，反應過程溫和易控制，本發明中使用的季銨鹽離子液體催化劑，具有較高的催化活性，使反應吏加容易控制，反應產率高，單芐基甲苯和雙芐基甲苯比例容易調節，副產物少；另一方面，本發明的催化劑與反應原料及產品之間不互溶，反應結束後，使用的催化劑可以回收循環利用，避免了催化劑對環境造成的汙染，在幅降低了在廢液處理和產品生產中的成本。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發明一種電容器絕緣油和導熱油的製備方法作進一步詳細說明，應當理解，以下實施例僅用於充分說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

製備例1-6用於說明本發明提供的季銨鹽離子液體複合催化劑及其製備方法。

製備例1

將1mol(CH3)4N+Cl-與2mol ZnCl2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、80℃條件下攪拌2小時,得到季銨鹽離子催化劑C1。

製備例2

將1mol(CH3)4N+Cl-與3molZnCl2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、90℃條件下攪拌1小時,得到季銨鹽離子催化劑C2。

製備例3

將1mol(C2H5)4N+Cl-與2mol ZnCl2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、80℃條件下攪拌2小時,得到季銨鹽離子催化劑C3。

製備例4

將1mol(CH3)4N+Br-與2mol ZnBr2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、80℃條件下攪拌2小時,得到季銨鹽離子催化劑C4。

製備例5

將1mol(CH3)4N+Br-與3mol ZnBr2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、90℃條件下攪拌1小時,得到季銨鹽離子催化劑C5。

製備例6

將1mol(C2H5)4N+Br-與2mol ZnBr2加入三口瓶中，開啟攪拌和加熱，在氮氣保護、80℃條件下攪拌2小時,得到季銨鹽離子催化劑C6。

實施例1-7用於說明本發明提供的電容器絕緣油和導熱油的製備方法。

實施例1

將3.68kg甲苯和0.34kg催化劑C1加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至90℃後將3.80kg氯化苄(滴加9小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為97.4％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例2

將3.68kg甲苯和0.78kg催化劑C2加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至100℃後將3.80kg氯化苄(滴加7小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為96.8％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例3

將3.68kg甲苯和0.38kg催化劑C3加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至110℃後將3.80kg氯化苄(滴加5小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為96.4％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例4

將3.68kg甲苯和0.38kg催化劑C3加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至120℃後將3.80kg氯化苄(滴加4小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為95.6％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例5

將3.68kg甲苯和0.54kg催化劑C4加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至110℃後將3.80kg氯化苄(滴加5小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為95.4％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例6

將3.68kg甲苯和0.75kg催化劑C4加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至110℃後將3.80kg氯化苄(滴加5小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為94.5％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

實施例7

將3.68kg甲苯和0.59kg催化劑C4加入10L反應釜中，並開啟攪拌，將溫度升至110℃後將3.80kg氯化苄(滴加5小時)加入反應釜中，滴加結束後保溫1小時，經檢測氯化苄反應完全，停止攪拌並靜置分層，將反應液與催化劑分離。催化劑繼續使用，反應液經水洗、鹼洗得到粗品。粗品經精餾得到單苄基甲苯和雙苄基甲苯，總產率為93.4％。將單苄基甲苯和雙苄基甲苯按比例混合均勻，精製後得到電容器絕緣油，該絕緣油各項物理化學和電性能均合格。精餾得到的單苄基甲苯和雙苄基甲苯分別精製後得到兩種不同使用溫度的導熱油，該導熱油各項性能指標均合格。

本發明的發明人發現，一方面，所述季銨鹽離子液體催化劑具有較高的催化活性，反應容易控制，反應產率高，單苄基甲苯和雙苄基甲苯比例容易調節，副產物少；另一方面，催化劑與反應原料及產物不互溶，反應結束後，停止攪拌，靜置一段時間，兩相分離，經過簡單的分離就可以將催化劑回收再利用。由於催化劑可以直接用於下次的催化反應，避免了催化劑對環境的汙染，大幅度降低了廢液的處理廢液和產品的生產成本，在生產上有重要的應用意義。