高温导热油发展概述
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摘要：文章对高温导热油的定义、分类、性能、用途和标准等进行了总结，并对高温导热油的发展前景进行了展望。矿物型导热油由于其性价比的优势占据了国内中低端导热油市场，高端合成型导热油尽管生产成本高，但是热稳定性能更优异，使用寿命更长。随着研发技术水平的进步，合成型导热油会逐步取代矿物型导热油成为市场的主流产品。
关键词：有机热载体；性能；应用
中图分类号：TE626.3文献标识码：A
Abstract：The definition， category， performance， application and standard of high temperature heat transfer fluids were summarized and the development prospect was forecasted. The mineral fluids with favorable price-performance ratio take main market share in China. Although the cost is higher， the synthetic fluids have higher thermal stability and longer lifetime compared to mineral fluids. With the rapid development of the technology， synthetic heat transfer fluids will be main products in the future.
Key words：heat transfer fluid； performance； application
0引言
有机热载体（heat transfer fluids）是作为传热介质使用的有机物质的统称，也称为热传导液（heat transfer fluids）、导热油（hot oils）、有机传热介质（organic heat transfer carriers）、热媒（heating media）等用于间接传热目的的所有有机介质。根据化学组成可分为合成型有机热载体和矿物油型有机热载体；根据沸程可分类为气相有机热载体和液相有机热载体[1]。
1有机热载体的性能特点和使用特点
1.1有机热载体的性能特点
有机热载体传热效果好，传热效率高，适用温度高且范围宽；热稳定性好，抗氧化性好，挥发性小，使用寿命长；黏度、凝点低，沸点、闪点、自燃点高，低温流动性好；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；导热系数、比热、蒸发潜热高，且在较宽的温度范围内保持液态；具有较低的残炭、灰分、水分和酸值，对设备腐蚀性小；经济实用，价格较低，原料充足，使用方便。
1.2有机热载体的使用特点
有机热载体在几乎常压的条件下，可以获得很高的操作温度，可以降低高温加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统和设备的可靠性；可以在更宽的温度范围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，或在同一个系统中用同一种有机热载体同时实现高温加热和低温冷却的工艺要求；省略了水处理系统和设备，提高了系统热效率，减少了设备和管线的维护工作量，减少加热系统的初投资和操作费用。
2有机热载体的分类
2.1矿物油型
矿物型导热油大多数是较重的石油馏分，是链烷烃与环烷烃的混合物，其主要优点是具有较高的安全性、产物毒性小、可获得的原料广以及成本低廉等，但其最大的缺点是工作温度较低，一般低于300 ℃。这是由于矿物型导热油在高温下具有较差的热稳定性和氧化安定性，一般情况下需要通过添加抗氧化剂来减少导热油的氧化裂解。
2.2高温合成型
对高温合成型导热油的制取，是对基础化工原料进行合成、分离以及提纯处理，优点是初馏点高且馏程窄，反应中高温裂化少以及高温热稳定性好等。发达国家对此类产品的应用比较广泛，而在我国，越来越多的人意识到了高温合成型导热油的优点，工业的日臻成熟使高温合成型导热油的应用前景更加广阔。
2.3矿物型和合成型对比
矿物型导热油在本质上是链烷烃与环烷烃的混合物，结构上具有与烷烃相似的长、直链化学结构，热稳定性差，易氧化分解容易导致结焦结炭，这些情况的出现大大局限了矿物型导热油的使用范围。但矿物型导热油的制造成本低，工艺简单，对膨胀槽无须加压，低温黏度小，能耗小，传热效率高，一般用在对热稳定性以及工艺温度精确度没有很高要求的加热系统中。矿物型和合成型有机热载体对比见表1。
高温合成型导热油是经历过复杂的加工工艺后由化学单体直接进行合成出来的，是专门用于传热的有机化合物，组分单一，由于芳香烃的分子结构和原子间键的强度具有高热稳定性，所以现存的合成油种类一般是合成芳香烃。合成型导热油的优点是密度值适当、黏度较低、能耗小、流动性能好，传热性能好，导热率高，热稳定性好，寿命周期长等特点
3有机热载体的应用
高温导热油主要应用在石油化工、化工轻工、油脂、皮革行业、塑料橡胶、纺织印染、化纤纤维、涂装油漆、汽车飞机、木材加工、林产工业、造纸印刷、建筑建材、公路交通、制药工业、原子能工业、金属加工、食品工业、粮油食品、造纸印刷等行业中[2]。
4高温合成型有机热载体的发展
4.1联苯-联苯醚
20世纪30年代初，美国Dow化学公司研制出Dowtherm导热油，它是一种联苯-联苯醚的混合物，是26.5%联苯和73.5%二苯醚共溶共沸混合物，其特点是热稳定性好，使用温度达到400 ℃，目前仍然作为高温导热油使用，缺点是熔点高，低温黏度大，渗透性强，毒性大，气味难闻，生产成本高等[3]。其结构式。
4.2氢化三联苯
美国孟山都公司20世纪50年代研制出氢化三联苯，由邻、间、对三联苯的混合物部分加氢（饱和度40%）获得，使用温度达到345 ℃，氢化三联苯的问题依然是生产成本高，毒性较大[4]。其结构式见图2。
4.3苄基甲苯
20世纪60年代，德国推出了性能优良的苄基甲苯系列合成型导热油。苄基甲苯系列导热油包括单苄基甲苯（MBT）和二苄基甲苯（DBT），二者都是良好的热传导液，单苄基甲苯使用温度-80～350 ℃，由于单苄基甲苯的沸点是280 ℃，因此高于300 ℃使用时作为气相导热油使用。二苄基甲苯的沸点高达390 ℃，可以在350 ℃使用，主要品牌有德国赫斯公司marlotherms S和日本东槽与综研化学公司的Neosk-oil 1400等[5]。其结构式见图3。
4.4烷基萘
烷基萘是一种性能优异的高温导热油。烷基萘导热油的特点是无毒无味，无环境污染，热稳定性好，使用寿命长，在最高使用温度下，实际使用一般在4年以上，黏度适中，使用方便，闪点较高，生产安全，对设备无腐蚀，是有机热载体家族中的重要一员。其结构式见图4。
国外烷基萘导热油的研制起步较早，日本吴羽公司研制的KSK系列，日本丸善石油株式会社，日本东曹有机化学公司等已研制出各种牌号的产品[6]。
4.5国内合成导热油的研究
国内对合成型导热油研制和生产起步较晚，为了替换引进进口设备中有机热载体而开展了研制工作。70年代我国在导热油的开发与应用方面才得到了初步的发展，合成型导热油的研制和生产始于1976年，由石化部下达给燕化研究院和荆门石油炼制研究所。到上世纪80年代初，北京燕山研究院YD-300烷基萘导热油实现了工业化生产；国内也相继开展了苄基联苯导热油和二苄基甲苯替代氢化三联苯的研究工作[7-8]，采用二甲苯基醚开发L-QD 330也有了相关的报道[9] 。
5有机热载体的标准
5.1GB 23971-2009《有机热载体》
GB 23971-2009《有机热载体》标准是在SH/T 0677-1999《热传导液》标准的基础上，参考DIN 51522-1998《热传导液性能和试验要求》，制定的一项强制性国家标准[10-11]。GB 23971-2009《有机热载体》标准结合中国实际，对有机热载体的热稳定性、自燃点、残炭、运动黏度等多项指标确定了指标值，并且增加了模拟开式系统膨胀罐实际运行状况的热氧化安定性指标，较参考的DIN 51522-1998标准有更好的规范性。
5.2GB 24747-2009《有机热载体安全技术条件》
GB 24747-2009《有机热载体安全技术条件》的作用是承接未使用有机热载体产品标准（GB 23971-2009），对有机热载体从进入系统到置换废弃的全过程进行监控。GB 24747-2009《有机热载体安全技术条件》的主要技术内容包括：对于将要注入传热系统的新油的一般要求（包括型式检验和验证检验要求）、在用油的质量指标和试验方法、判定与处置的原则与要求、在用油的检验周期和取样要求、混用、回收处理、系统清洗和更换与废弃要求等。
5.3GB/T 23800-2009《有机热载体热稳定性测定法》
GB/T 23800-2009《有机热载体热稳定性测定法》标准根据DIN 51528-1998重新起草。为了适合我国国情，标准在采用时进行了修改。标准规定了未使用过的有机热载体热稳定性的试验方法，包括常压下最高使用温度高于其沸点的有机热载体。GB/T 23800-2009标准未对有机硅类热载体的适用性做出评价。
6中国高温导热油行业发展现状
我国导热油产品的研制工作始于20世纪60年代末，主要是合成型导热油，但发展缓慢。70年代，随着国外新工艺技术和设备的引进，国外导热油新技术进入国内市场，国内石化行业开始了对导热油的研究和试生产。20世纪80年代到90年代，随着石化、化纤和化学工业的飞速发展及工业应用技术的日渐成熟，新工艺、新技术对高温加热的需求也越来越大，导热油的优点日渐明显，导热油的应用领域得以扩大。由于我国导热油技术的应用起步较晚，到目前所占有的用油市场的份额较少，故而具有巨大的发展空间和广阔的发展前景。
6.1高温导热油的生产
据统计，我国导热油品种型号已经超过300种，但真正合乎国家标准的不过几十种。尤其是高温导热油品种较少，可适用的超低温导热油则更少。
我国生产高温导热油的厂家多数分布在江苏、浙江、上海、山东、吉林、辽宁、河北等省市。近年来，我国高温导热油产量成逐年增长趋势，2012年，我国高温导热油产量约为6万t；2013年，我国高温导热油产量约为8万t，增长率为33%；2014年，我国高温导热油产量约为10.5万t，增长率为31%。但目前我国高温导热油品种少，不同生产厂家品质差别大，现有产量尚不能满足国内市场需求，一些高端产品仍需依赖国外进口。具体见图5。
6.2高温导热油的需求
随着我国工业的发展，对高温导热油的消费量也在逐年提高。2012年，国内市场对高温导热油的需求量为7.5万t；2013年，国内市场对高温导热油的需求量为9.8万t，增长率为30%；2014年，国内市场对高温导热油的需求量为12.5万t，增长率为27%。具体见图6。
6.3高温导热油的发展展望
根据目前的市场情况及技术发展水平，矿物型导热油的主要优点是具有较高的安全性、产物毒性小、可获得的原料广以及成本低廉等，但其最大的缺点是工作温度较低，一般低于300 ℃，使用寿命为1-3年。高温合成型导热油的优点是初馏点高且馏程窄，反应中高温裂化少以及高温热稳定性好等，其生产成本高，价格高，技术含量高，挥发比较少，可再循环使用，使用寿命长达5-10年。目前我国市场上仍以矿物型高温导热油占据主导位置，合成型高温导热油还主要以进口居多。未来随着人们对合成型高温导热油优势的认可，以及研发水平的提高，单位产量成本的降低，合成型导热油会逐步替代矿物型导热油成为市场的主流产品。
7昆仑导热油
国内导热油市场品牌众多，质量参差不齐。《有机热载体》GB 23971-2009的对规范导热油市场起到了积极的作用。中国石油油公司研制的昆仑矿物型导热油选用精制矿物油，加入抗氧剂、防锈剂、钝化剂等多种添加剂调合而成[12]，具有初馏点高、良好的高温氧化安定性、闪点高、比热容高、热传导性好等特点。目前具有L-QC 300、L-QC 310、L-QC 320等多个产品。并且，昆仑导热油准确把握市场发展趋势，结合自身需要，正在研制开发高端合成型导热油，为进入高端导热油市场提供优质高效的产品。
8结束语
国内高温导热油市场发展迅猛，其生产消费量与日俱增，市场前景广阔。矿物油型导热油占据了主流的市场份额，高温合成型导热油的应用与国外相比还有较大的差距。国内高温合成型导热油的产能还不能满足市场发展的需要，仍然要依靠进口。因此，急需提高技术自主创新能力，降低生产成本，提升高温合成型导热油的产能，为国内客户提供优质高效的高温合成型导热油。合成型导热油代替矿物型导热油是未来市场发展的必然趋势。
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