韓德奇 李 平 姚安梅 姚海洋 魯 佳 黃新景

(中國石化河南油田分公司南陽石蠟精細化工廠， 473132)

國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展動態(tài)

相變石蠟生產(chǎn)技術及應用前景

韓德奇 李 平 姚安梅 姚海洋 魯 佳 黃新景

(中國石化河南油田分公司南陽石蠟精細化工廠， 473132)

詳述了相變石蠟生產(chǎn)技術及國內(nèi)外相變石蠟的生產(chǎn)情況，介紹了石蠟作為相變材料具有的優(yōu)點和缺點，以及國內(nèi)外相變石蠟生產(chǎn)技術研究進展。展望了相變石蠟的應用前景，并對相變石蠟的推廣應用提出了一些發(fā)展建議。

儲能材料 石蠟 相變石蠟 生產(chǎn)技術 應用

人類對能源的需求日益增加，對能源的利用也存在著嚴重浪費。近年來，相變儲能材料逐漸成為國內(nèi)外能源利用和材料科學研究方面的熱點。物質(zhì)在相變過程中伴隨有大量吸收或釋放相變潛熱的特性。利用某些物質(zhì)在相變過程中的吸熱和放熱現(xiàn)象可進行熱能儲存和溫度調(diào)控，而具有熱能儲存和調(diào)控功能的這類物質(zhì)稱為相變儲能材料。根據(jù)相變儲能材料的組成，一般可將其分為無機化合物、有機化合物及無機—有機復合相變材料;根據(jù)相變材料相變形式一般又可分為固—固、固—液、液—氣、固—氣四類;按相變溫度范圍分為高溫(＞250℃)、中溫(100～250℃)和低溫( ＜100 ℃)儲能材料［1］。

目前對相變儲能材料的研究主要針對無機鹽水合物和有機相變材料。與無機鹽水合物相比，有機類的相變儲能材料在使用性能上更具優(yōu)勢。其中石蠟類相變材料(簡稱相變石蠟)在相變潛熱、相變溫度的連續(xù)調(diào)節(jié)、成本等方面與其他有機相變材料相比優(yōu)勢突出，因而相變石蠟的應用前景一片光明。

1 相變石蠟生產(chǎn)技術及現(xiàn)狀

1.1 石蠟作為相變儲能材料具有的優(yōu)點

根據(jù)儲能材料的使用特點和性能要求，相變材料一般須滿足以下要求:儲能密度大，能源的轉(zhuǎn)換效率高;穩(wěn)定性好，單組分材料不易揮發(fā)和分解;對多組分材料，則要求各組分結(jié)合牢固，不會發(fā)生離析現(xiàn)象;無毒、無腐蝕、不易燃易爆，且價格低廉;導熱系數(shù)大，以便能量可以及時地儲存或取出;不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)化時，材料體積變化要小;需要合適的使用溫度［2］。

石蠟在一定的溫度條件下由固體變?yōu)橐后w時要吸收能量，而在由液體變?yōu)楣腆w的過程中要釋放能量，因此可用做儲能相變材料。石蠟作為相變材料具有以下幾個方面的優(yōu)點:

(1)價格便宜，容易制備。石蠟不僅可在加工原油時作為副產(chǎn)物制得，也可以通過合成生產(chǎn);

(2)熔點范圍寬，應用范圍廣。通過控制石蠟中分子的組成很容易改變其熔點(相變溫度)，可以適應不同應用所需熔化溫度，從而適用于不同場合;

(3)物理性質(zhì)穩(wěn)定，不易風化，或在潮濕的天氣中易洗脫;(4)石蠟化學性質(zhì)穩(wěn)定，對金屬沒有腐蝕性;(5)與水合鹽相比，石蠟具有很理想的熔解熱;

(6)可忽略過冷現(xiàn)象，無析出(相分離)現(xiàn)象，無毒。

1.2 相變石蠟生產(chǎn)技術

雖然石蠟作為相變材料具有很多優(yōu)點，但用普通石蠟作儲能材料仍存在一些缺陷，如沸程較寬、相變溫差大、相變熱較低等。因此，專門用于相變儲能材料的石蠟要求具有特定的相變溫度(即熔點在20～40℃之間)，正構烷烴質(zhì)量分數(shù)較高，相變溫差較小，相變熱較大等特點，也就是相變石蠟的生產(chǎn)原料要求含有盡可能多的正構烷烴。

不同來源的石油不僅其餾分差別很大，而且蠟含量差別也較大，因此選擇合適的原油及適當?shù)恼麴s工藝以得到含蠟多的生產(chǎn)原料至關重要。但由于原油及原油餾分組成的復雜性，僅僅依靠精餾無法得到質(zhì)量合格的相變石蠟，生產(chǎn)相變石蠟必須將精餾技術與其他分離方法結(jié)合才能得到符合要求的相變蠟。

根據(jù)原料及相變石蠟材料分子中碳原子數(shù)的不同，相變石蠟的生產(chǎn)方法主要有2種。

一是生產(chǎn)相變溫度比較低的相變，也就是碳原子數(shù)比較少的相變蠟，如碳原子數(shù)在20個左右，一般使用常壓或餾程窄的減壓餾分油為原料。首先使用溶劑脫蠟的方法富集正構烷烴，再將富集得到的正構烷烴用精餾方法進行進一步切割，以得到所需組分。由于正構烷烴的碳原子數(shù)越多，沸點越高，在溫度超過300℃時，烷烴易分解，所以這個方法只適合于生產(chǎn)相變溫度比較低的相變蠟。

二是生產(chǎn)相變溫度比較高的石蠟，生產(chǎn)原料是普通石蠟，由于石蠟中正構烷烴沸點比較高，無法采用精餾的方法分離，可采用分段結(jié)晶或使用適當組成的溶劑進行脫油的方法，以得到符合要求的相變石蠟。

生產(chǎn)熔點較低的相變蠟時，一般采用第1種方法，其生產(chǎn)流程示意見圖1，生產(chǎn)工藝參數(shù)見表1。

圖1 相變石蠟生產(chǎn)流程

表1 相變石蠟生產(chǎn)工藝參數(shù)

原料由原料泵經(jīng)進料換熱器加熱到160℃左右，進入01塔，輕組分從塔頂抽出經(jīng)冷凝后進入01塔回流罐，冷凝液經(jīng)塔頂回流泵一部分送到01塔作為回流，其余部分作為產(chǎn)品送出裝置;塔底重組分由塔底泵抽出，一部分經(jīng)塔底換熱器加熱作為塔底回流，其余部分去02塔作為進料。

在02塔中輕組分從塔頂由減壓系統(tǒng)抽出經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，一部分進入02塔回流罐經(jīng)回流泵送到塔頂作為回流，其余部分作為產(chǎn)品出裝置;塔底重組分由塔底泵抽出，一部分經(jīng)塔底換熱器加熱作為塔底回流，其余的作為產(chǎn)品送出裝置。

當生產(chǎn)相變溫度比較高的石蠟時，可以使用蒸餾方法除去低沸點組分，再選取合適的溶劑進行分段結(jié)晶，其原理與生產(chǎn)石蠟方法相同。同時，正構烷烴的碳原子數(shù)越少，分離所需要的溫度越低，分離能耗越大，如某種含有n-C20的正構烷烴從5.6℃開始結(jié)晶，正構烷烴隨溫度下降不斷析出，當溫度降到－13℃時n-C20全部析出，而n-C19于0℃開始析出，溫度降到－18℃時n-C19才全部析出，因此分段結(jié)晶方法特別適宜于生產(chǎn)熔化溫度比較高的相變石蠟。

1.3 相變石蠟生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前國內(nèi)相變石蠟的工業(yè)化生產(chǎn)僅有中國石化南陽石蠟精細化工廠一家，已經(jīng)生產(chǎn)出20#、25#、30#及35#共4種牌號產(chǎn)品，填補了國內(nèi)空白。其中30#相變石蠟在世界上只有美國、德國等少數(shù)發(fā)達國家可以生產(chǎn)，該產(chǎn)品2004年開始在北京一家羊絨制品廠使用，并被選作2008年北京奧運會場館的建設材料。南陽石蠟精細化工廠生產(chǎn)的相變石蠟技術指標見表2。

表2 南陽石蠟精細化工廠相變石蠟技術指標

在國際市場上，己有多種牌號的相變石蠟出售，如南非沙索(SASOL)石蠟和表面活性劑公司推出的相變蠟品種多達15種，該公司不僅出售相變蠟，還出售顆粒狀相變材料。其產(chǎn)品的使用溫度范圍從－3℃到99℃不等，其性能如表3所列。

表3 SASOL公司相變蠟性能

IGI公司則生產(chǎn)12種相變蠟，使用溫度從－20℃到125℃不等。其性能如表4所列。

表4 IGI公司相變蠟性能及用途

巴斯夫(BASF)公司則推出了相變石蠟砂漿，砂漿內(nèi)10%～25%的成分是由可以蓄熱的微膠囊石蠟組成，1 m2的墻面含有750～1 500 g的石蠟，每2 cm厚的此種砂漿的蓄熱能力相當于20 cm厚的磚木結(jié)構墻，可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，提高熱舒適度。

2 相變石蠟的研究進展

石蠟類相變材料雖然具有很多優(yōu)點，但也存在一些缺點，如熱傳導率比較低，密度小，單位體積儲熱能力差，相變后液相易流動泄漏等。同時，在由固態(tài)相變液態(tài)時過程中體積變化較大，凝固過程中有脫離容器壁的趨勢，這使得傳熱過程復雜化。針對石蠟類相變材料的上述問題，目前常采用的解決方法為［3－5］:

(1)微囊包封技術。微囊包封技術是將石蠟相變材料先分散為固態(tài)或液態(tài)的球形微小顆粒，再在表面包封上一層性能穩(wěn)定的高分子薄膜，即得到微囊包封相變材料。

Hawlade等以石蠟為相變材料，阿拉伯樹膠和明膠為膠囊體材料，甲醛和乙醇為溶劑，采用絡合凝聚技術來制備膠囊型相變材料。制備出的膠囊化石蠟顯示出較大的儲熱密度，經(jīng)過1 000次熱循環(huán)，膠囊化石蠟仍能維持其結(jié)構形狀和儲熱密度不變。

石黑守等介紹了以尿素(或密胺)－甲醛預聚體為原料，用原位聚合法對石蠟進行微膠囊化的方法，該發(fā)明制備了作為空調(diào)系統(tǒng)中用作傳熱介質(zhì)的蓄熱材料的微膠囊分散液。

Holman等為了改善膠囊化石蠟相變材料的阻燃性，采用溶膠凝膠工藝，在儲熱膠囊的外表面涂覆一層SiO2凝膠，膠囊的阻燃性得到了明顯提高。

微膠囊包封相變材料技術近年來得到迅速發(fā)展，采用膠囊化技術來制備膠囊型復合相變材料，能有效解決相變材料的泄漏、相分離以及腐蝕性等問題。目前存在的主要問題是作為核心的固—液相變材料的相變體積變化高達15%以上，反復的吸收膨脹影響材料的使用壽命。因此要求高分子包封層具有足夠的厚度和強度，從而增加了微膠囊的包封成本。另一缺點是該類材料的導熱系數(shù)低，在許多場合需加入導熱添加劑，同樣也會增加成本，而且降低了儲熱容量和溫度調(diào)控能力。

(2)物理共混法。物理共混法是利用物理相互作用把固—液相變材料固定在載體上，包括吸附作用(分子間作用力或氫鍵力)或包封技術(網(wǎng)狀結(jié)構)。該類材料在發(fā)生相變時宏觀上能保持穩(wěn)定的固態(tài)形狀，被稱為定形相變材料(PCM)。

Xavier等將有機物相變儲熱材料石蠟吸附在具有多孔結(jié)構的膨脹石墨內(nèi)，構成石蠟/石墨復合相變儲熱材料，其目的是利用石墨具有的高熱導率來提高石蠟的導熱能力。純石蠟的熱導率僅為0.24 W/(m·K)，石蠟/石墨復合相變儲熱材料的熱導率可達約4.7 W/(m·K)。

肖敏等在苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三元嵌段共聚物(SBS)與石蠟共混制得定形固液相變儲熱材料的基礎上，針對石蠟熱導率小的缺點，在其中加入了膨脹石墨，經(jīng)混合熱煉后，得到導熱性能良好的定形相變儲熱材料。

定形相變材料通常由相變材料和支撐材料組成，在超過相變材料的相變溫度時，這種復合相變材料在宏觀上仍能保持其固體形態(tài)，而在微觀上發(fā)生固—液相變，是一種不需要封裝的相變材料。因此在充熱和釋熱過程中，不存在與容器壁的脫離問題。缺點是相變材料易析出，由于物理作用力相對較小，材料經(jīng)多次使用時，易發(fā)生相變材料與支撐體脫附及滲漏現(xiàn)象。因此該方法還需進一步探索適宜的工藝，以獲得均勻、穩(wěn)定、力學性能良好的定形相變材料。

隨著國家節(jié)能減排力度的加大和人們環(huán)境保護意識的增強，這一新型環(huán)保節(jié)能材料，正受到廣泛的重視，不但被一些科研院所列為重點科研項目，而且巨大的商機也被企業(yè)所認同。目前許多高校、科研機構及企業(yè)紛紛投入人力、物力從事相變儲能材料應用研究，如清華大學、中國農(nóng)業(yè)大學、武漢華中理工大學、泉州海天輕紡有限公司、荊門市鴻昌有限公司、西北勘測設計研究院、拜耳(中國)有限公司、北京華夏通商科技公司、北京振利高新技術公司、北京多連達騰飛科技公司、寧波龍觀化工有限公司、北京雪蓮羊絨股份有限公司、中國兵器工業(yè)集團第五三研究所、以及北京巨龍博方科學技術研究院等。其中清華大學、北京振利高新技術公司等主要將產(chǎn)品用于建筑，中國兵器工業(yè)集團第五三研究所、北京雪蓮羊絨股份有限公司、天津工業(yè)大學等主要將產(chǎn)品用于服裝。天津工業(yè)大學研制的熔紡纖維中相變材料微膠囊質(zhì)量分數(shù)達到了20%。經(jīng)測試，在38℃的氣溫下保持內(nèi)部溫度低于30℃達2.5 h，目前已試用于空軍新型飛行服和通風服等，與俄羅斯同類服裝相比具有更好的保溫性能，同時還具有明顯的溫度調(diào)節(jié)功能。

3 相變石蠟的應用技術與前景

3.1 相變石蠟的應用技術

相變石蠟主要是利用它的儲熱(冷)能力，起到調(diào)節(jié)溫度、節(jié)能、保護電子器件或增大物體熱惰性的作用，但相變石蠟在相變時會從液體變成固體或發(fā)生固液相變化，妨礙相變石蠟的使用。因此對于用于建筑節(jié)能的相變石蠟，需要將石蠟進行包封，包封的方法主要有兩種，一種是制備微膠囊，一種是制備定形相變材料［6－7］。

微膠囊技術是一種用成膜材料把固體或液體包裹形成粒徑大小在微米范圍內(nèi)的微小粒子的技術，得到的微小粒子叫微膠囊。一般來說，粒子的大小在微米或毫米范圍，通常把包在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)稱為囊心，微膠囊外部由成膜材料形成的包覆膜稱為壁材。微膠囊技術的優(yōu)勢在于形成微膠囊時，囊心被包覆而與外界環(huán)境隔離，它的性質(zhì)能毫無影響的被保留下來。因此對壁材的要求很高，要求包裹微膠囊的壁材不與外界發(fā)生反應，不易被滲透和降解，所以在制備微膠囊之前選擇合適的壁材就特別關鍵。制備微膠囊的壁材通?？煞譃?類:天然高分子材料、合成高分子材料和無機化合物。根據(jù)囊心的性質(zhì)，用途不同，可采用一種或多種壁材進行包覆。

根據(jù)資料介紹，使用的壁材有明膠、尿醛樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂。明膠壁材微膠囊一般采用凝聚法制備，而尿醛樹脂或三聚氰胺甲醛樹脂壁材微膠囊則采用原位聚合法制備。

其制備過程如下:稱取一定量的石蠟加入到乳化劑中，升溫使其溶解，然后用剪切乳化攪拌機在高速攪拌的條件下將石蠟分散成微小顆粒。將乳化后的石蠟微顆粒加入到尿素－甲醛預聚體溶液中，并充分攪拌使其與預聚體充分混合，在75℃的恒溫下，加入0.1 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)反應體系的pH值，使其最終達到2.0～4.0的范圍內(nèi)，此時酸催化的作用下縮聚形成堅固不易滲透的微膠囊。將反應后得到的微膠囊漿液通過循環(huán)水式真空泵抽濾，然后將產(chǎn)物微膠囊放到真空干燥箱中烘干。

制備的微膠囊以尿醛樹脂為壁材時，石蠟的分散很重要，但制備過程的關鍵在于控制溶液的pH值。制備的微膠囊壁材有良好的穩(wěn)定性，在120℃下保溫1 h，壁材不會受到破壞，石蠟不會滲出，但是這種微膠囊對甲苯非常敏感，浸泡在甲苯中20 min可將石蠟浸出，因而不能用于涂料中，但用于水泥砂漿中不受影響。壁材使用尿醛樹脂用壁材的微膠囊生產(chǎn)成本低，設備簡單，原料來源廣泛。在實驗操作過程中用蒸餾水做介質(zhì)(連續(xù)相)，使用的主要設備是乳化機械。

將石蠟和高密度聚乙烯共同加熱熔化，然后降溫，高密度聚乙烯首先凝固，將石蠟包裹在其中，形成外形不變的定形相變材料。

相變石蠟也可用于冬季地板采暖中，采暖及節(jié)能效果較好，清華大學楊睿、張寅平、李賀等申請公開的建筑采暖用的加熱定形相變蓄熱材料及其制備方法(CN 1462787A)，其要點是:建筑采暖用的電加熱定形相變蓄熱材料的其特征在于，它由碳數(shù)為18～23的石蠟、聚烯烴、熱塑性彈性體和無機填料組成;其相變溫度在30～40℃之間，可將室溫保持在18～26℃。建筑采暖用的太陽能加熱定形相變蓄熱材料的其特征在于，它由碳數(shù)為16～20的石蠟、聚烯烴、熱塑性彈性體和無機填料組成;其相變溫度在17～25℃之間，可將室溫保持在20℃左右。本發(fā)明還提出了這兩種材料的制備方法。這兩種材料相變前后形狀不發(fā)生變化，石蠟不發(fā)生滲漏，無毒無害，無需封裝，可直接使用，非常適于建筑采暖用。

相變石蠟也能以乳液形式用于建筑節(jié)能中，黃振利等在公開號為200410046099.5的專利中，披露的要點是:公開了一種石蠟相變隔熱砂漿及其制備方法，該石蠟相變隔熱砂漿為一種組合物，其組分和質(zhì)量配比為20～35 kg膠粉、15～25 kg乳化石蠟、1.8～5 kg聚苯顆粒、30～45 kg水。這種石蠟相變隔熱砂漿的制備方法:先將水加入乳化石蠟中，攪拌均勻后加入膠粉攪拌成膠液，然后加入聚苯顆粒攪拌成漿料，即可進行施工。本發(fā)明的材料具有蓄熱調(diào)溫功能，保溫性能優(yōu)異，隔熱性能好，可廣泛用于工業(yè)和民用建筑圍護結(jié)構的保溫隔熱工程中，尤其適用于夏熱冬冷地區(qū)及夏熱冬暖地區(qū)建筑物的保溫隔熱工程。

德國已推出了使用相變石蠟制作的保溫箱，這種箱子用于生物制品和藥品的低溫保存。用于電子器件或器材熱保護的相變蠟是在相變蠟中加入增黏劑或其他聚合物后得到的。

3.2 相變石蠟的應用前景［3－4，8］

(1)建筑材料中應用

相變儲能材料應用于建材的研究始于1982年，由美國能源部太陽能公司發(fā)起，并被國際能源機構列為最主要的研究方向，1999年以來歐美已有多家公司利用相變石蠟應用于石膏板、墻板、混凝土構件、內(nèi)墻砂漿等。相變儲能材料還用于生產(chǎn)銷售可在冬夏天均保持適宜工作溫度的室外通訊接線設備和電力變壓設備的專用小屋，以及用于家庭取暖的將相變材料密封在高密度聚乙烯管子等。

根據(jù)國內(nèi)研究成果和應用可能性，較有應用前景的有大體積防早期熱開裂的相變溫敏混凝土、相變石膏墻板、相變墻紙、乳化石蠟與膠粉、聚苯顆粒配制的墻體相變蓄熱漿料以及相變水泥砂漿等。

(2)太陽能供暖系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)上的應用

封裝相變石蠟于高密度聚乙烯管，用于組合式相變儲熱單元換熱器，這種供暖系統(tǒng)已有應用。

熱水系統(tǒng)上應用相變儲熱水箱，水箱儲存等量的熱量可以縮小體積50%，同時減少散熱面積且散熱過程平穩(wěn)。

太陽房及太陽能相變墻中的應用也具有長遠發(fā)展前景。

(3)工業(yè)余熱利用中的應用

相變石蠟用來儲存發(fā)電機組產(chǎn)生的余熱，需要時將這些熱能用于空氣加熱，已應用于電站降溫和熱能回收再利用。

在工業(yè)加熱設備的余熱利用中，采用相變儲熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)在恒定溫度下釋放潛熱并減少儲熱系統(tǒng)體積的目的。

(4)在調(diào)溫紡織物中的應用

美軍在海灣戰(zhàn)爭期間已經(jīng)開始裝備含有大膠囊相變材料的茄克，我國研制的含有相變材料微膠囊的紡織物已試于新型飛行服和通風服等。我國地域遼闊，南沙群島和三北地區(qū)駐軍和防化兵武警戰(zhàn)士均需要類似特殊保溫或降溫服裝，年需求量在10萬套以上。

當前正在研制開發(fā)的相變材料用于自動恒溫的運動服裝、手套、鞋墊、帽、嬰兒保暖衣等已有個別產(chǎn)品面市。

(5)在電子行業(yè)的應用

相變石蠟用于電腦處理器、大功率輸出電子原件的吸熱池和界面?zhèn)鳠岵牧希山档碗娮釉ぷ鳒囟榷娱L其工作壽命，并具有無毒無害的優(yōu)良特性。

(6)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應用

相變石蠟用于農(nóng)業(yè)中的溫室儲能材料，可以自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)溫度和濕度，節(jié)約生產(chǎn)運行費用和能耗。

上述例舉的相變石蠟應用，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展、節(jié)能和環(huán)保意識的增強以及對生活舒適度要求提高，都具有越來越廣闊的應用前景。

4 發(fā)展建議

大量的研究工作已論證了相變石蠟是一種有獨特優(yōu)越性的相變儲能材料，并在國外已取得了廣泛的成功應用。目前我國已成為世界上石蠟生產(chǎn)和出口量最多的國家，年產(chǎn)量約占世界石蠟總產(chǎn)量的37%，出口量占世界石蠟總量的47%。我國相對豐富的高含蠟石油資源為相變石蠟生產(chǎn)提供了優(yōu)越的資源條件。我國相變石蠟儲能理論與應用研究已取得了很大進展，目前已進入了實用階段，但同時存在制約相變石蠟推廣應用發(fā)展的問題。為此建議如下:

(1)開發(fā)復合相變儲熱材料

開發(fā)復合相變儲熱材料是克服單一使用相變石蠟作為相變材料存在的不足，提高其應用性能的有效途徑。在實際應用當中，為了得到合適的相變溫度及相變潛熱等性能，通常將2種或2種以上相變物質(zhì)按一定的比例配合成多組分的混合相變物質(zhì)，利用相變物質(zhì)分子之間的相互作用調(diào)節(jié)相變溫度和相變潛熱。利用石蠟的相變溫度、相變潛熱與碳鏈長度成正比的關系，通過改變復合相變材料中兩種有機物的質(zhì)量比，即可達到調(diào)節(jié)相變材料的相變溫度范圍和相變潛熱的目的。

(2)強化傳熱性能

石蠟相變材料熱導率較低，相變過程中的傳熱性能差，在實際應用中通常采用添加高熱導率材料如:銅粉、鋁粉或石墨等作為填充物以提高熱導率，也可采用翅片管換熱器，依靠換熱面積的增加來提高傳熱性能，但這些方法往往是以減小能量的儲存為代價，均未能解決石蠟相變材料熱導率低的本質(zhì)問題。對此，可利用多孔膨脹石墨以強化傳熱，將多孔膨脹石墨浸入液態(tài)石蠟，制得相變材料，所制得的相變材料的儲能和放能時間可分別減少27.4%和56.4%，該方法利用多孔膨脹石墨的特性使相變材料的儲能能力沒有降低。利用碳纖維以及將其做成刷子的形狀也可以強化傳熱，該方法的特點是碳纖維體積小，容易精確控制。

(3)改善封裝介質(zhì)或支撐介質(zhì)的力學性能、導熱性能

石蠟作為單一相變材料可制成纖維狀、膠囊狀或其他包覆形態(tài)。纖維狀的可直接進行紡織加工，但容納相變材料較少，儲能效果不理想。膠囊狀體積大的容納材料較多，但加工困難，而體積小的同樣存在包容物不多的問題。采用交聯(lián)高分子樹脂類物質(zhì)，輔以多孔介質(zhì)可在一定程度上改善封裝介質(zhì)或支撐介質(zhì)的力學性能和導熱性能。

如以石蠟為相變材料，以SBS為支撐材料，注入膨脹石墨，可解決相變材料導熱率低和泄漏問題，放熱速度提高到純石蠟的1.5倍，且制得的形狀穩(wěn)定相變材料的潛熱達到純石蠟的80%。

(4)研制系列高溫相變石蠟

目前低溫相變石蠟主要用于工業(yè)和建筑領域。一般說來，同系有機物的相變溫度和相變焓會隨著其碳鏈的增長而增大，這樣可以得到具有一系列相變溫度的儲能材料，同時開展應用研究可使這一新材料發(fā)揮更大的作用。

美國一研究中心利用高溫相變材料成功的實現(xiàn)了世界上第1套空間太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)2 kW電力輸出，標志這一重要的空間電力技術進入了新的階段。太陽能熱動力發(fā)電技術是一項新技術，是最有前途的能源解決方案之一，必將極大地推動高溫相變儲熱技術的發(fā)展。

(5)關注納米復合相變儲能材料和潛熱型功能熱流體

納米材料領域的不斷發(fā)展，為制備高性能復合相變儲熱材料提供了很好的機遇。利用納米材料的特點制備新型高性能納米復合相變儲熱材料是制備高性能復合相變材料的新途徑。納米復合儲能材料是將石蠟相變儲能材料與無機物進行納米尺度上的復合，利用無機物具有高導熱系數(shù)來提高有機相變儲能材料的導熱性能，利用納米材料具有巨大比表面積和界面效應使石蠟相變儲能材料在發(fā)生相變時不會從無機物的三維納米網(wǎng)絡中析出。

由相變材料形成的功能熱流體成為國際上熱能存儲領域的研究熱點。這類材料是由相變材料微粒(微膠囊或微粒，尺寸為μm量級)和單相傳熱流體水混合構成的一種多相流體。與普通單相傳熱流體相比，由于微膠囊或微滴中相變材料固液相變過程中吸收或釋放潛熱，因此在其相變溫度段，該類多相混合流體具有很大的表觀比熱容，用做熱量或冷量輸運介質(zhì)可明顯降低所需流量，大大減小輸運功耗。由于相變微粒對流體流動和傳熱的影響，可明顯增大傳熱流體與流道壁面間的傳熱能力，是一種集增大熱輸運能力和強化傳熱功能于一身的新穎材料。

［1］ 張麗芝，張慶．相變貯熱材料［J］．化工新型材料，1999(2):19－21．

［2］ 張寅平．相變儲能理論與應用［M］．合肥:中國科技大學出版社，1996．

［3］ 李玉紅．常低溫相變儲熱材料的研究和利用［J］．化學教育，2004，25(10):9．

［4］ 陳愛英，江學英．相變儲能材料的研究進展與應用［J］．材料導報，2003，17(5):42．

［5］ 李棟，孫國梁，況慧蕓，等．相變儲能材料的研究進展及其在建筑領域中的應用［J］．佛山陶瓷，2008，18(4):37 －40．

［6］ 鄭立輝，方美華，程四清，等．微膠囊化石蠟的制備和熱性能［J］．應用化學，2004，21(2):200．

［7］ 鄭立輝，李斌，余磊，等．石蠟微膠囊的熱性能研究［J］．浙江化工，2004，35(1):11．

［8］ 王永川，陳光明．相變儲能材料及其實際應用［J］．熱力發(fā)電，2004，33(11):10．

Production Technique of Phase－change Paraffin and its Application Prospect

Han Deqi，Li Ping，Yao Anmei，Yao Haiyang，Lu Jia，Huang Xinjing
(Nanyang Paraffin Fine Chemical Plant，SINOPEC Henan Oil Field Company，473132)

The production technique and situation of phase－change paraffin at home and abroad were reviewed，the advantages and disadvantages of paraffin as an phase－change material were introduced，and research advance of phase－change paraffin production technique at home and abroad were studied．The application of phasechange paraffin was prospected，and proposals were raised on popularization of phase－change paraffin．

energy storage material，paraffin，phase － change paraffin，production technique，application

1674－1099 (2012)05－0051－07

TB34

A

2012-07-10。

韓德奇，男，1966年出生，高級工程師，畢業(yè)于石油大學煉油專業(yè)，主要從事煉油化工科研工作。