高熔点费托合成蜡的生产概况与应用

梁雪美，袁 炜，罗春桃

(神华宁夏煤业集团有限责任公司，宁夏银川 750411)



高熔点费托合成蜡的生产概况与应用

梁雪美，袁 炜，罗春桃

(神华宁夏煤业集团有限责任公司，宁夏银川 750411)

概述了高熔点费托合成蜡的主要生产工艺要求，包括催化剂的选择、反应使用的温度范围以及反应器形式的选择；介绍了高熔点费托合成蜡在热熔胶、印刷油墨及涂料、塑料加工等方面的应用。

高熔点，费托合成，蜡，应用

费托(F-T)合成蜡，是通过费托合成技术，以煤气化后的合成气(CO和H2)为原料在催化剂和适当反应条件下合成，通过精馏、微粉化以及改性处理后，产品具有晶体结构精细、熔点高(一般高于85℃，最高达120℃)、熔点范围窄(仅在5℃左右)、油含量低、针入度低、熔融粘度非常低、稳定性高及坚硬、耐磨等特点，和费托粗蜡一起统一称为高熔点F-T合成蜡[1-3]。高熔点F-T合成蜡是碳数分布从C20～C80，相对分子质量在500g/mol～1000g/mol的直链、饱和的高碳烷烃组成，产品形态主要为粒料或粉料。广泛应用于热熔胶、印刷油墨及涂料、塑料加工、食品及化妆品、纺织助剂、亮光蜡等领域。

1 高熔点费托合成蜡的生产概况

高熔点费托蜡的生产对催化剂种类、合成反应器形式、操作条件有较高的技术要求。目前国外只有南非的Sasol公司和荷兰皇家壳牌Shell集团两家拥有工业化F-T合成装置，分别采用各自研发F-T合成工艺，建设不同规模的多套生产装置，主要从F-T反应催化剂选择、F-T反应温度、F-T反应器等方面考虑合成不同的F-T产品。

国内具有自主知识产权的煤基F-T合成技术由中科合成油技术公司开发，并在伊泰、潞安、神华集团建设多套示范装置，目前只有山西潞安煤基合成油有限公司通过技术研究和工艺调整工艺已具有高熔点费托蜡分离、精制的核心技术，能生产出符合南非Sasol标准的高熔点F-T合成蜡。但是该技术的先进性和稳定性还有待工业化大规模生产的验证。

1.1 F-T反应催化剂的选择

按照目前工业应用上费托合成催化剂的不同分为铁基催化剂F-T合成、钴基催化剂费托合成[4]。

Fe基催化剂操作温度范围宽、H2与CO的比例对产物选择性影响不大，空时收率和烯烃的产物较高、WGS反应活性高、价格低廉等特点[5-6]；另外通过在Fe基费托合成催化剂中添加助剂来调变反应活性和选择性，如：K助剂可促进CO转化和WGS反应，抑制CH4生产，提高高碳烃和烯烃选择性；Cu可促进Fe催化剂的还原，缩短诱导期；Mn对CO有较大的亲和力，可促进活性相的分散，提高烯烃选择性；Mg可改善催化剂的稳定性和活性，提高C5+烃的空时收率，同时对WGS反应有抑制作用。

Co基催化剂具有较好的碳链增长能力，其高碳直链饱和烃选择性高，产物中含氧化合物少，且具有在反应过程中不易积碳、WGS反应活性低等有点[7]。另外Co基催化剂对助剂的依赖性不如Fe基催化剂那么强，即使没有使用助剂也可取得较好的催化性能，如果适当的使用助剂可增加Co物种的还原度及其分散度，或改善CO的吸附有利于碳链的增长[8]，这对于生产高熔点费托合成蜡是非常有利。但是价格远高于Fe基催化剂且抗硫等毒物性能差，甲烷选择性在高温下明显升高。而Fe基催化剂储量丰富、价格低廉、适应性强，通过助剂或反应温度的调整，可以高选择性地合成目标产品，应用较为广泛。

Shell公司就是采用自主开发的中馏分油合成(SMDS)技术，使用Co催化剂生产高熔点F-T合成蜡，供应量在5万t/a左右。

1.2 F-T反应温度的选择

F-T合成工艺按反应温度的选择分为两类：高温F-T合成和低温F-T合成。

低温F-T合成反应温度一般在280℃以下，产物碳数分布宽，直链烷烃多，烯烃含量低；高温F-T合成反应温度一般在300℃以上，产物碳数分布窄，主要为C10以下组分，油品中α烯烃含量较高，其产品特征表明：高温F-T合成产品较适合生产汽油、柴油、喷气燃料以及高附加值烯烃产品[9]。

高熔点F-T合成蜡的碳数分布较高从C20～C80，一般会采用低温F-T合成。Sasol公司的低温费托合成使用Fe基或Co基催化剂，温度在200℃～240℃之间，主要生产高分子量直链石蜡烃。Shell公司中馏分合成油技术采用的是Co基低温费托合成生产高熔点F-T蜡。

1.3 F-T反应器的选择

Sasol自1955年首次使用固定床反应器实现商业化生产以来，迄今已拥有在世界上最为完整的固定床、循环流化床、固定流化床和浆态床反应器的系列技术。

其中，固定床和浆态床反应器反应温度低，可用于生产重质蜡等化学品；流化床反应器由于重质蜡沉积于催化剂会导致催化剂结块和流化态失效，循环流化床和固定流化床反应器均不适用于生产重组分产品；目前Sasol公司生产高熔点费托蜡主要是采用固定床反应器和浆态床反应器，而Shell公司采用的是列管式固定床反应器。

2 高熔点费托合成蜡的应用

目前市场上销售的高熔点费托合成蜡主要还是依赖进口，主要有高熔点F-T合成粗蜡(未功能性加工)、微粉化高熔点F-T合成蜡、氧化高熔点F-T合成蜡、部分皂化高熔点F-T蜡等。主要应用于以下几个领域：

2.1 热熔胶领域

高熔点F-T合成蜡结晶度高、粘度低是高性能热熔胶的优良添加剂，常用于改善热熔胶的耐热性能，显著提高热熔胶产品胶黏温度、缩短固化时间，并可防止胶剂在运输和储存过程中发生粘附；另外添加高熔点F-T合成蜡可提高热熔胶的抗拉强度[10]。

2.2 印刷油墨和涂料领域

高熔点F-T合成蜡是有效提高油墨和涂料生产和使用性能的添加剂，通过微粉化处理后的高熔点F-T合成蜡可应用于油墨和涂料领域，喷雾形成的微粉蜡以其良好的球形颗粒和较低的表面张力为印刷油墨、油漆、水性/油性涂料及粉状涂料提供良好的润滑效果，同时可提高涂层抗刮和耐磨擦能力[11]。

2.3 食品和化妆品领域

在食品领域，高熔点F-T合成蜡可以作为制造口香糖基材的添加剂，还可以作为包覆及释放介质，用于食品及药品生产。

在化妆品领域，高熔点F-T合成蜡可作为彩妆分散剂、定型基础材料用于生产睫毛膏、眼线，还可作为熔点调节剂用于生产水、乳、霜类产品。

高熔点F-T合成蜡作为食品及化妆品添加剂，已通过美国食品及药品管理局(FDA)、德国联邦风险研究所(B侬)以及欧洲科学委员会的认证。

2.4 塑料加工领域

高熔点F-T合成蜡主要用作聚氯乙烯(PVC)和聚烯烃(PE、PP)加工的润滑剂和色母粒料生产过程的分散剂。高熔点F-T合成蜡利用其线性结构以及低黏度，以及与PVC、PE、PP良好的相容性，在加工过程中可以明显提高塑料的流动性和热稳定性[12]。氧化高熔点F-T蜡VESTOWAX C60可用作发泡PVC的外润滑剂，特备适用于挤出产品。

高熔点F-T合成蜡在色母粒的生产中可以有效的湿润或包裹在颜料表面，有助于凝聚体分散，并有效防止再凝聚，并可以有效降低聚合物母体的黏度，有利于母料挤出成型和提高生产效率，还可增加产品的光亮度。

2.5 纺织助剂

氧化和部分皂化的高熔点F-T合成蜡产品可以应用到纺织业，提高纺织加工过程中的稳定性。随着制造技术的发展，高熔点F-T蜡也不仅仅是应用于乳化作用方面，还可以在纺织加工过程中方便脱模、提高平滑性能、提高缝纫编制能力、抗弯曲磨损以及破裂强度，从而提高纺织的稳定性，提高生产效率。

2.6 亮光蜡

亮光蜡主要的作用就是保护、美化和清洁，亮光蜡中加入氧化或者部分皂化高熔点F-T合成蜡，不但可以提高抛光剂的硬度，还能保持抛光剂的溶剂，使蜡膜具有持久光泽和抗水性[13]。

3 结论

费托工艺合成蜡品质优异，由于其组成以正构烷烃和少量异构烷烃为主，国内更多的关注是将费托合成蜡加氢裂化成柴油，还可以加氢异构和催化脱蜡处理，生产高粘度、低挥发性的润滑油基础油，高熔点F-T合成蜡生产与科研受到的关注较少。国内高熔点F-T合成蜡的应用领域很广阔，潜在需求量大，但主要靠进口，因此国内应积极推进高熔点F-T合成蜡生产技术的工业化，加大系列产品开发，实现化工产品精细化，摆脱长期对进口精细化工产品的依赖性，满足市场需求。

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Production and Application of Fischer-Tropsch Hard Wax

LIANG Xue-mei，YUAN Wei，LUO Chun-tao

(Shenhua Ningxia Coal Group Ltd.，Yinchuan 750411，Ningxia，China)

This paper gives a overview on the main production technology of the Fischer-Tropsch Hard Wax，including the choice of the catalysts，temperature range during the process of the F-T synthesis，reactors of the F-T synthesis. The application of the Fischer-Tropsch Hard Wax on hot melt adhesives，printing inks and paints，polymer processing and etc were discussed.

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TQ 536.9