一种酯类绝缘油及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种以中链脂肪酸(碳原子数目大于8的脂肪酸原料含量小于40％)、2‑乙基‑2‑羟甲基‑1，3‑丙二醇(TMP)为原料合成新型环保绝缘油,具有闪点高,抗氧化，稳定性强的特点。本发明专利技术以量产的中链脂肪酸为原料合成酯类绝缘油，不含有毒物质，不会对环境和人体造成伤害，而且可快速而彻底地生物降解，是一种环保型绝缘液体，其氧化稳定性优于天然酯绝缘油，粘度是天然酯绝缘油的50％，倾点低于‑30℃，酸值低于0.03mg/g，闭口闪点高于300℃，工频击穿高于70kV，90℃介损值低于0.5％，符合变压器用油的标准。能应用于高防火性能要求的场所，并且发生火灾和爆炸的风险都远低于传统变压器油，因此具有重要的学术意义和应用价值。

A ester insulating oil and its preparation method

The invention provides a new environmental protection insulating oil which is synthesized from medium chain fatty acid (fatty acid raw material content less than 40%) and 2 ethyl 2 hydroxymethyl 1,3 propylene glycol (TMP) with high flash point, oxidation resistance and strong stability. The invention synthesizes ester insulating oil from mass-produced medium chain fatty acid, which does not contain toxic substances, does not cause harm to environment and human body, and can biodegrade quickly and thoroughly. It is an environmentally friendly insulating liquid. Its oxidation stability is better than that of natural ester insulating oil, its viscosity is 50% of natural ester insulating oil, its pour point is lower than 30 C, its acid value is lower than 0.03mg/g, and its closed flash point is high. The breakdown of power frequency is higher than 70 kV at 300 C, and the dielectric loss at 90 C is lower than 0.5%, which meets the standard of transformer oil. It can be used in places with high fire resistance requirements, and the risk of fire and explosion is far lower than that of traditional transformer oil, so it has important academic significance and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种酯类绝缘油及其制备方法
本专利技术液体绝缘
，具体涉及一种酯类绝缘油及其制备方法。
技术介绍
天然酯绝缘油是一种高闪点、环保型液体电介质，闪点高达300℃，28天的自然降解率达到95％，工频击穿电压可超过70kV，主要理化、电气性能指标可达到电力用油要求。相对矿物绝缘油，天然酯绝缘油的介电常数与绝缘纸的接近，交流电场中的天然酯油纸绝缘系统中的油纸电场分布更加均匀。此外，天然酯绝缘油可有效延缓绝缘纸的老化速率，延长纸绝缘寿命，天然酯绝缘油变压器中绝缘纸寿命是矿物油变压器中的5-8倍，降低了天然酯绝缘油变压器全寿命周期成本。由于天然酯绝缘油具有高闪点和延缓纸绝缘老化的特性，被认为是研制具有过负荷能力的节能型充油变压器的良好液体电介质。目前国外已有大量天然酯绝缘油配电变压器获得工程应用，并逐步在输电电压等级的大型电力变压器中应用，其中西门子公司应用美国的FR3天然酯绝缘油于2013年研制出第一台420kV超高压等级的电力变压器,并在工程中应用，中国南方电网公司与重庆大学等合作已研制出我国第一台110kV的天然酯绝缘油电力变压器，正在研制220kV大容量超高压电力变压器。虽然西门子公司基于现有的FR3天然酯绝缘油的性能，试运行了超高压等级天然酯油纸绝缘系统，但天然酯绝缘油仍然未能在电力变压器中规模化应用。与传统的矿物绝缘油相比，天然酯绝缘油的氧化安定性较低，粘度和介质损耗较大，因此应用于超高压大容量电力变压器油纸绝缘时可靠性面临挑战。为了实现酯类绝缘油在超高压等级电力变压器的天然酯油纸绝缘系统的规模化应用，迫切需要研究在兼顾酯类绝缘油高闪点的基础上，提升酯类绝缘油氧化安定性、降低介质损耗。研制出比现有高闪点酯类绝缘油性能水平更高的油品，对提高我国天然酯绝缘油及其大型电力变压器的制造水平具有重要的学术意义和应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于通过中链脂肪酸与TMP合成新型高闪点、高氧化安定性的化学制备方法，本专利技术提供了新型脂类绝缘油具有良好的工频击穿性能及介电性能，并且具备低粘度等特点。本专利技术提供的新型脂类绝缘油制备方法，该方法周期短，经济高效。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种酯类绝缘油及其制备方法，包括如下步骤：1)将脂肪酸，TMP，催化剂在真空干燥箱中真空干燥；2)脂肪酸在惰性气氛氮气保护下，加热到80-120℃，然后与TMP在催化剂、带水剂存在的条件下进行酯化反应生成脂肪酸甲酯，反应温度为120-160℃，反应时间5h；3)步骤2)反应结束后，依次分离出催化剂、带水剂、未反应的脂肪酸，然后采用体积比为100％的超纯水在50-80℃下持续搅拌0.5-3h，分离水与产物，在水洗后的产物中加入分子筛吸附剩余的水分；4)将步骤3)中除水后的产物与抗氧化剂在温度40～70℃、真空度1-2mmHg的条件混合均匀，加入钝化剂，搅拌2-4h，过滤，真空环境下脱气、脱水，降低油中水分即可得到一种脂类绝缘体；进一步，所述步骤1)中脂肪酸为中链饱和脂肪酸C6-C10：碳原子数目大于8的脂肪酸原料小于40％，催化剂为SnCl2；进一步，所述步骤2)中脂肪酸与醇摩尔比为中链饱和脂肪酸C6-C10：TMP＝(3.0-3.8):1，带水剂为体积百分数为100％的二甲苯，催化剂SnCl2的质量浓度为0～1.2％；分离水和产物的温度为60℃，搅拌时间为1h；进一步，所述步骤3)中分离出催化剂的方法为离心、静置沉淀；分离出带水剂的方法为在温度60～100℃，压强100-600mmHg的条件下蒸馏；分离出未反应的中链脂肪酸C6-C10的方法为在温度为150～160℃，真空度为2-10mmHg条件下蒸馏；分子筛的质量浓度为1-6wt.％；进一步，所述步骤4)中抗氧化剂的质量浓度为0.2～0.4wt.％，抗氧化剂为抗坏血酸棕榈酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和生育酚按质量比为(1-6)：(1-8)：(1-11)组成的混合物，金属钝化剂的质量浓度为0.1～0.2％，油中水分含量降到60ppm以下。本专利技术的有益效果在于：本专利技术以量产的中链脂肪酸为原料合成酯类绝缘油，不含有毒物质，不会对环境和人体造成伤害，而且可快速而彻底地生物降解，是一种环保型绝缘液体，其氧化稳定性优于天然酯绝缘油，粘度是天然酯绝缘油的50％，倾点低于-30℃，酸值低于0.03mg/g，闭口闪点高于300℃，工频击穿高于70kV，90℃介损值低于0.5％，符合变压器用油的标准。能应用于高防火性能要求的场所，并且发生火灾和爆炸的风险都远低于传统变压器油，具有广泛的应用前景。附图说明图1为不同反应温度对反应转化率的影响图2为不同催化剂用量对反应转化率的影响图3为中链脂肪酸与TMP不同摩尔比对反应转化率的影响具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1：将中链脂肪酸C6～C10(其中碳链大于C8的脂肪酸含量为39.9％)、TMP及SnCl2在真空干燥箱中真空干燥后，在装有回流冷凝器、分水器、温度计、搅拌器、氮气进气口的反应装置中放入中链脂肪酸C6～C10并加热到100℃。按照中链脂肪酸C6～C10与TMP摩尔比＝3.2:1并在反应器中通入氮气以防产物被空气氧化，加入100％(v/v)带水剂二甲苯，加入0.8wt.％的催化剂SnCl2，升温至120℃，反应5h。将产物离心或者静置分离催化剂，并在温度60℃，压强100mmHg下蒸馏出带水剂二甲苯继续使用。将产物在温度150℃，压强2mmHg下蒸馏去除未反应的中链脂肪酸C6～C10。然后采用100％(v/v)超纯水(25℃时电阻>18.18MΩ·cm)在60℃下持续搅拌1h，分离水与产物。持续以上操作三次。在水洗后的产物中加入1wt.％分子筛吸附剩余的水分。在除水后的产物中添加0.2wt.％抗氧化剂(抗坏血酸棕榈酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和生育酚混合物：其质量比为1：2：1)在温度40℃，真空度1mmHg下混合均匀，并加入0.1wt.％的金属钝化剂，搅拌2h后，过滤，在真空脱气脱水后，将油中水分含量降到60ppm以下即可得到一种酯类绝缘油。表1本专利技术实施例1制备的天然酯绝缘油性能参数对照实施例1将中链脂肪酸C6～C10(其中碳链大于C8的脂肪酸含量30％)、TMP及SnCl2在真空干燥箱中真空干燥后，在装有回流冷凝器、分水器、温度计、搅拌器、氮气进气口的反应装置中放入中链脂肪酸C6～C10并加热到100℃。按照中链脂肪酸C6～C10与TMP摩尔比＝3.2:1并在反应器中通入氮气以防产物被空气氧化，加入100％(v/v)带水剂二甲苯，加入0.8wt.％的催化剂SnCl2，升温至130℃，反应5h。将产物离心或者静置分离催化剂，并在温度70℃，压强200mmHg下蒸馏出带水剂二甲苯继续使用。将产物在温度160℃，压强3mmHg下蒸馏去除残留的脂肪酸。然后采用100％(v/v)超纯水(25℃时电阻>18.18MΩ·cm)在60℃下持续搅拌1h，分离水与产物。持续以上操作三次。在水洗后的产物中加入2wt.％分子筛吸附剩余的水分。在除水后的产物中添加0.2wt.％抗氧化剂(抗坏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酯类绝缘油及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将脂肪酸，TMP，催化剂在真空干燥箱中真空干燥；2)脂肪酸在惰性气氛氮气保护下，加热到80‑120℃，然后与TMP在催化剂、带水剂存在的条件下进行酯化反应生成脂肪酸甲酯，反应温度为120‑160℃，反应时间5h；3)步骤2)反应结束后，依次分离出催化剂、带水剂、未反应的脂肪酸，然后采用体积比为100％的超纯水在50‑80℃下持续搅拌0.5‑3h，分离水与产物，在水洗后的产物中加入

【技术特征摘要】
1.一种酯类绝缘油及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将脂肪酸，TMP，催化剂在真空干燥箱中真空干燥；2)脂肪酸在惰性气氛氮气保护下，加热到80-120℃，然后与TMP在催化剂、带水剂存在的条件下进行酯化反应生成脂肪酸甲酯，反应温度为120-160℃，反应时间5h；3)步骤2)反应结束后，依次分离出催化剂、带水剂、未反应的脂肪酸，然后采用体积比为100％的超纯水在50-80℃下持续搅拌0.5-3h，分离水与产物，在水洗后的产物中加入分子筛吸附剩余的水分；4)将步骤3)中除水后的产物与抗氧化剂在温度40～70℃、真空度1-2mmHg的条件混合均匀，加入钝化剂，搅拌2-4h，过滤，真空环境下脱气、脱水，降低油中水分即可得到一种脂类绝缘体。2.根据权利要求1所述的一种酯类绝缘油及其制备方法，其特征在于：所述步骤1)中脂肪酸为中链脂肪酸C6-C10：碳原子数目大于8的脂肪酸原料小于40％，催化剂为SnCl2。3.根据权利要求1所述的一种酯类绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞鹏，李剑，王开正，黄正勇，陈伟根，何渝霜，万春香，胡克林，赵琦，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50