高性能炭材料生产用煤沥青的研究
煤沥青基功能碳材料的研究现状及前景
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第6期·1804·化 工 进 展煤沥青基功能碳材料的研究现状及前景肖南，邱介山（大连理工大学精细化工国家重点实验室暨能源材料化工辽宁省重点实验室，辽宁 大连116024） 摘要：我国煤沥青资源丰富，但深加工技术落后，产品附加值低，实现煤沥青高附加值利用是亟待解决的重大课题。
本文介绍了以煤沥青为原料合成高性能功能碳材料的主要技术,重点阐述了以煤沥青为原料制备中间相沥青、多孔碳材料、碳纤维、二维纳米碳材料及碳基复合材料的研究进展。
分析表明，高芳香性和高缩合度分子结构所引起的强π-π相互作用是阻碍煤沥青基高性能功能碳材料设计合成的瓶颈问题。
通过催化聚合、氧化、共热解等技术手段可有效改善煤沥青分子结构及其物理、化学性质。
结合模板复制、物理/化学活化、界面诱导以及催化石墨化等技术可实现多种功能性碳材料结构设计与表面化学性质调控。
发展煤沥青分子结构调控新技术作为改善煤沥青基碳材料性能的重要策略，需要系统深入研究。
关键词：煤沥青；碳材料；合成；电化学中图分类号：TQ 522.6 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）06–1804–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.021Progress in synthesis and applications of functional carbon materials fromcoal tar pitchXIAO Nan ，QIU Jieshan（State Key Laboratory of Fine Chemicals ，Liaoning Key Laboratory for Energy Materials and Chemical Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116024，Liaoning ，China ）Abstract: Coal tar pitch is abundant as a byproduct of coke production in iron-steel industry in China. However ，the traditional methods cannot efficiently convert coal tar pitch into value-added products and how to make effective use of coal tar pitch remains a big challenge. This review has summarized several techniques for further processing of coal tar pitch ，with a focus on the synthesis and applications of high performance functional materials including mesophase pitch, porous carbons ，carbon fibers ，two dimensional nano-sized carbon materials and carbon based composites. This review highlights that the strong π-π interactions between highly condensed polycyclic aromatic molecules in coal tar pitch is the bottle-neck that hinders the efficient conversion of coal tar pitch into functional carbon materials with tuned structure and properties. The molecular structure and properties of coal tar pitch can be improved through catalytic condensation ，oxidization or co -pyrolysis. With coal tar pitch as precursor ，methods including templating, physical/chemical activation, surface induction and catalytic graphitization have been developed for the controlled synthesis of high performance carbon materials. Novel methods that can tune the molecular structure of coal tar pitch are highly demanded to improve the performance of coal tar pitch based carbon materials and related researches should be intensified.及性能研究。
煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青基功能碳材料的制备1. 引言1.1 煤沥青基功能碳材料的重要性煤沥青基功能碳材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，在能源存储、环境治理、电化学传感等领域具有重要意义。
煤沥青资源丰富，且价格相对较低，可以作为制备碳材料的廉价原料，有利于降低材料制备成本，提高材料的可持续性和竞争力。
煤沥青基功能碳材料具有优异的物理化学性能，如高比表面积、优良的导电性能、化学稳定性和可控的表面功能化能力，可满足不同应用领域对材料性能的要求。
煤沥青基功能碳材料的制备过程相对简单，易于操作，具有较高的可控性和可重复性，有利于扩大应用范围和规模化生产。
煤沥青基功能碳材料的研究与制备具有重要的意义和价值，将为材料科学领域的发展提供新的思路和技术支持。
1.2 制备煤沥青基功能碳材料的动机制备煤沥青基功能碳材料的动机主要包括以下几个方面：煤沥青是一种丰富的资源，在我国具有较大的储量和开发潜力，因此利用煤沥青作为原料制备功能碳材料具有经济价值和战略意义。
功能碳材料在能源存储、环境治理、电化学传感等领域具有重要的应用价值，而煤沥青基功能碳材料能够增加材料的多功能性和降低制备成本，具有广阔的市场前景。
煤沥青基功能碳材料的制备还可以有效利用煤炭资源，促进资源综合利用和循环经济发展。
煤沥青基功能碳材料的制备不仅可以满足材料需求，还能够推动我国煤炭资源的高值化利用和产业结构的优化升级，是具有重要意义和巨大潜力的研究方向。
2. 正文2.1 煤沥青基功能碳材料的制备方法煤沥青基功能碳材料的制备方法主要包括物理方法和化学方法两种。
物理方法通常包括炭化、活化和加工改性等步骤。
炭化是将含碳原料在高温下缓慢加热，使之发生结晶胶过渡到石墨的过程，得到初步的煤沥青基碳材料。
而活化是在炭化过程中向碳材料中引入气体活化剂，如气氛中CO2、H2O等，开发孔隙结构，提高比表面积和孔容，增强其吸附性能。
加工改性则是通过物理或化学方法对制备的碳材料进行改性，以增强其特定功能或性能。
煤沥青 碳负极材料
煤沥青碳负极材料
煤沥青作为一种碳负极材料，在电极制造领域有着广泛的应用。
具体来说，煤沥青的碳含量高达90%以上，因此其容量可以达到372mAh/g，是石墨的两倍以上。
此外，煤沥青的循环性能优于石墨，经过1000次循环后容量仍能保持在80%以上。
这些特性使得煤沥青成为一种具有吸引力的负极材料。
同时，煤沥青还具有来源广泛、碳收率高以及良好的导电性，是一种合成钠离子电池碳负极材料的优质碳。
基于煤沥青的负极材料在锂离子电池、钠离子电池等电池中以及可再生能源储存系统如超级电容器中都表现出了优异的性能。
在超级电容器中，它能够快速储存和释放大量电荷。
不过，煤沥青也存在一些问题，如环境污染等。
此外，虽然煤沥青的成本相对较低，但在实际应用中，仍需要对其进行进一步的处理和优化，以提高其性能并降低潜在的环境影响。
总的来说，煤沥青作为一种碳负极材料，具有许多优点，包括高容量、优良的循环性能和较低的成本。
然而，在实际应用中，还需要解决一些挑战，如环境污染等问题。
未来，随着科技的不断进步和环保要求的提高，我们期待看到更加环保和高效的煤沥青碳负极材料的出现。
煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青基功能碳材料的制备涉及将煤沥青作为原料，通过一系列的炭化、活化、氧化等处理过程，使其具备特定的结构和功能。
下面将详细介绍煤沥青基功能碳材料的制备过程。
煤沥青是一种黑色胶状物质，由于其含有丰富的碳元素，可以通过炭化处理获得碳材料。
一般而言，炭化过程主要包括固态炭化、热解炭化和气相炭化等方法。
固态炭化是最常用的方法之一。
在固态炭化过程中，煤沥青会在高温下逐渐失去挥发性组分，主要为碳元素，最终转化为固体炭材料。
仅仅通过炭化得到的炭材料往往具有晶体度低、比表面积小等不足之处。
为了改善炭材料的性能，可以通过活化处理来增加其比表面积和孔径分布。
活化处理常采用物理活化和化学活化两种方法。
物理活化主要是利用水蒸气或二氧化碳等气体对炭材料进行处理，从而生成更多的孔结构，提高炭材料的比表面积。
而化学活化则是在物理活化的基础上加入一定剂量的碱性或酸性活化剂，以增强孔结构的生成和表面官能团的引入。
除了活化处理外，还可以通过氧化处理来赋予炭材料特定的功能。
一种常见的氧化处理方法是在炭材料表面引入氧化物，如氧化锌、氧化铁等。
这些氧化物不仅可以改善炭材料的稳定性和催化性能，还可以为其赋予特定的光电响应、磁性、储氢性能等功能。
煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青是一种重要的煤炭资源，在煤油分馏和焦炭生产过程中产生。
与煤炭相比，煤沥青富含可溶性有机物质和氮、氧、硫等非燃烧元素，使其具有较高的活性和可变化的化学结构。
通过适当的处理和改性，煤沥青可以制备成各种功能碳材料。
1. 煤沥青的预处理：煤沥青通常含有一定量的杂质，如水分、灰分、硫分等，需要进行预处理以去除这些杂质。
常用的预处理方法包括热解、溶剂提取和氧化等。
2. 煤沥青的炭化：将经过预处理的煤沥青在高温条件下进行炭化反应。
炭化是将煤沥青中的有机组分分解成炭质物质的过程，通过控制炭化条件可以得到不同形貌和结构的碳材料。
常用的炭化方法包括热解、煅烧和炭化等。
3. 碳材料的表面修饰：煤沥青基碳材料的表面通常有一层氧化物包围，需要进行表面修饰以增加其表面活性和化学稳定性。
常用的表面修饰方法包括酸碱处理、氧化还原处理和物理吸附等。
4. 功能化处理：根据需要，可以对表面修饰后的煤沥青基碳材料进行功能化处理，以赋予其特定的化学、物理性能和功能。
功能化处理方法主要包括化学修饰、物理修饰和生物修饰等。
5. 板层状结构的制备：煤沥青基碳材料可以通过一系列的处理步骤得到具有板层状结构的材料，如石墨烯和石墨烯氧化物。
这些板层状结构的材料具有独特的电学、热学和力学性能，在能源存储、催化和传感等领域有着广泛的应用前景。
超级球形活性炭制备的研究
为 ２ｂ 的煤 沥青球 ； ５ｔ ｍ 将所 制备 的煤 沥 青球 经过预 氧 化 温度 ２ ０ 预 氧化 时间 ６小 时和炭 化 温度 ７０ 炭 ８ ℃、 ０ ℃、 化 时 间 ４ｍｉ ０ ｎ及升 温速 率 ５ ｍｉ， ＯＨ 与煤 沥 青的质 量 比为 ３： ℃／ ｎ Ｋ １的条 件 下 ， 制备 出煤 沥青基球 形 活性 炭
窄， 是一 种 高性 能的 炭质 吸 附材料 。探 讨 了煤 沥青 球 的预氧 化 、 化和 活 化 等 工艺条 件 对 Ｐ Ａ 的碘 、 和 炭 ＳＣ 苯 亚 甲基 蓝 吸 附值影 响规律 。 果表 明 ： 结 当分散 荆 、 水溶 液和 沥 青的 吡啶 溶液体 积 比为 Ｏ１： ． １时， 宜的 ． Ｏ ８： 适
的 比表 面积 为３３ ５ ／ ， 、 和 亚 甲基 蓝 吸 附值 分 别达 到 ２２ ６ ／ 、 ６ ｍｇ ｇ和 ３ ０ ／ ， 孔 径 ｍｇ ｇ 微 要 集 中分 布在 ２－３ ｍ 左 右的球 形 活性炭 。 － ｎ －
关键 词 ： 沥青球 ； 级球 形 活性炭 ；制备 煤 超
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｔ ａ ｊ ｉｅｓ ｙ Ｔ ａ ｊ ０ ０ ２ Ｃ ｉａ １Ｓ ｈ ｏ ｏ ｉ ｃ ， ｉｎｉ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｉｎｉ ３ ０ ７ ， ｈｎ ； Ｓｅ ｎ ｔ ｎ
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煤沥青基功能碳材料的制备
煤沥青基功能碳材料的制备1. 引言1.1 背景介绍煤沥青基功能碳材料的制备方法日益多样，包括炭化、活化、石墨化等技术，在不同条件下可以得到具有不同结构和性质的碳材料。
这些碳材料具有优异的导电性、储能性能和催化性能，可以应用于储能装置、传感器、催化剂等领域，对于推动能源转型和环境保护具有重要意义。
目前煤沥青基功能碳材料的研究还处于起步阶段，存在着制备工艺不够成熟、性能不够稳定等问题，需要进一步加强研究。
深入了解煤沥青基功能碳材料的制备方法、性质及其应用领域，对于开发高性能碳材料具有重要意义。
1.2 研究意义煤沥青基功能碳材料的制备是当前碳材料研究领域的热点之一。
这种材料具有独特的结构和性能，在能源和环境领域有着广泛的应用前景。
通过制备不同种类的煤沥青基功能碳材料，可以实现对材料性能的调控，以满足不同领域的需求。
研究煤沥青基功能碳材料的制备方法和性质，不仅有助于深入了解碳材料的结构与性能之间的关系，还可以为碳材料在能源存储、电化学传感和环境治理等领域的应用提供重要参考。
对煤沥青基功能碳材料的研究具有重要的意义，可以丰富碳材料的种类，拓展其应用领域，推动材料科学与工程领域的发展。
随着相关技术的不断进步和研究工作的深入开展，煤沥青基功能碳材料必将在未来取得更大的突破和应用上的成功。
2. 正文2.1 煤沥青基功能碳材料的制备方法煤沥青基功能碳材料的制备方法主要包括化学氧化法、物理活化法和化学活化法等几种常见方法。
化学氧化法是将煤沥青与氧化剂如硝酸、过氧化氢等进行氧化反应，生成含氧官能团的碳材料。
这种方法制备的碳材料具有较高的比表面积和孔隙结构，适用于吸附分离等领域。
物理活化法是通过高温或化学气相沉积等方法，在煤沥青中引入碳纳米管或石墨烯等结构，从而提高碳材料的导电性和机械性能。
化学活化法是将煤沥青经过化学处理后，引入氧、氮等掺杂元素，提高碳材料的化学活性和电化学性能。
这些制备方法都具有各自的优势和适用范围，能够满足不同领域对煤沥青基功能碳材料的需求。
煤沥青在高性能炭素材料领域的综合利用
一、煤沥青基炭素材料形成机理及影响因素1.初期液相炭化机理煤沥青转化为炭素前驱体是通过液相炭化来实现的。
煤沥青中，低分子芳香族化合物在350～550 ℃条件下发生热缩聚反应，逐步形成稠环芳香环结构，同时分子量增大，最后由固态炭素前驱体变成纯碳组成的固体。
一方面，炭化初期过程起重要作用的缩合稠环芳族分子一般是典型的平面分子，在自由运动的状态下，大的芳香族平面分子趋向于借助范德华力而互相堆积和取向。
因此，随着液相缩合环数的逐渐增加，在向固态炭素前驱体的过渡过程中，分子要通过具有一定取向性的液体，即所谓的液晶。
另外，由于反应历程的选择不同，其间也可能生成非平面的键，其分子不呈现取向性，在这种情况下，就变为固态的炭素前驱体。
2.煤沥青中一次喹啉不溶物（QI）对炭素材料形成和性能的影响一次QI主要由灰分、焦粒和超大分子组成。
首先，灰分在高温石墨化过程中能熔解碳，然后析出形成新的炭晶相。
在石墨化过程中，金属元素会因汽化而在炭材料内部及表面形成缺陷，从而降低炭素材料的力学、导热及导电性能等。
其次，在制备中间相的过程中，炭微球表面被一层球状微粒覆盖，其结构往往是复杂的未定义结构，这种结构的中间相继续发展往往不能形成广域结构，甚至不能形成流线型的体中间相，而只能形成马赛克型结构。
而不含QI的原料沥青形成的球晶尺寸分布宽，球体表面光滑，其结构基本为标准的Brooks-Taylor结构，这种结构的中间相炭微球可以发育成广域型体中间相，而具有广域型的体中间相往往是制备中间相沥青炭纤维和针状焦的优质原料。
以软煤沥青为原料制作炭素材料，对比不同制作条件（是否脱除QI）下炭素材料的用途，如表1所示，脱QI后的沥青炭素材料的附加值大大提高。
本文重点讨论高附加值、高性能的煤沥青基炭素材料。
表1 煤沥青在各炭素材料领域的应用精制炭素前驱体炭素材料主要应用领域脱QI针状焦石墨电极骨料金属熔炼、锂离子电池负极材料高纯浸渍沥青石墨电极浸渍剂石墨电极、C/C复合材料中间相炭微球储能材料锂离子电池负极材料可纺中间相沥青高性能碳纤维航空、航天、机器人不脱QI沥青焦各种石墨材料炼铝阳极、石墨干锅等可纺等方性沥青碳毡保温二、煤沥青在碳素材料领域的综合利用1.高纯粘结剂和浸渍沥青（1）应用及市场规模高纯粘结剂和浸渍沥青是生产高功率石墨电极和高性能C/ C复合材料的重要辅料，用量占石墨电极总量的30%。
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第28卷第2期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol .28,No .22005年6月J.ofW uhan Uni .of Sci .&Tech .(Natural Science Editi on )Jun .2005 收稿日期:2005-04-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50472081);湖北省教育厅科研基金资助项目(2004D004). 作者简介:许斌(1963-),男,武汉科技大学化工与资源环境学院,教授,博士.高性能炭材料生产用煤沥青的研究许 斌1,李铁虎1,2(1.武汉科技大学,湖北武汉,430081;2.西北工业大学,陕西西安,710072)摘要:研究软化点在评价煤沥青聚合程度中的作用,描述热聚合改质过程中煤沥青热解缩聚行为,并分析了中温煤沥青热聚合改质过程中各种沥青组分随热聚合温度和热聚合时间的转变规律。
探讨Q I 组分影响煤沥青热聚合改质的机理,结果表明,原料煤沥青所含原生Q I 炭微粒促进了热聚合改质过程中煤沥青芳烃分子的聚合。
关键词:炭材料;煤沥青;改质;流变性能;热解缩聚中图分类号:T Q522.64 文献标志码:A 文章编号:1672-3090(2005)02-0158-04I nvesti ga ti on of Coa l 2t ar P itch Used for the M anufactureof H i gh Perfor mance Carbon M a ter i a lsXU B in 1,L I Tie 2hu1,2(1.W uhan University of Science and Technol ogy,W uhan 430081,China;2.North western Polytechnical University,Xi ’an 710072,China )Abstract :The r ole of s oftening point in evaluating the poly merizati on degree of coal 2tar p itch is investigated .The behavi or of pyr olysis condensati on of coal 2tar p itch during the ther mal poly merizati on modificati on is de 2scribed .The conversi on rules of coal 2tar p itch components during the ther mal poly merizati on modificati on are analyzed .The mechanis m of acti on of the Q I component on the modificati on of coal 2tar p itch has been ex 2p l ored .It is f ound that the p ri m ary Q I carbonaceous particles enhance the poly merizati on of ar omatic hydr ocar 2bon molecules during the ther mal modificati on .Key words :carbon material;coal 2tar p itch;modificati on;rheol ogical behavi or;pyr olysis condensati on 随着我国大型铝电解槽和大容量超高功率直流电弧炉的发展,对高性能预焙炭阳极和超高功率石墨电极提出了更高的质量要求,而这两类高性能炭材料的生产都需要优质煤沥青粘结剂[1],因此,优质改质煤沥青的生产是目前煤焦油深加工领域面临的重要课题,同时,优质改质煤沥青的开发也为煤沥青市场的扩展创造了条件[2]。
改质煤沥青粘结剂产品的推广应用涉及煤焦油加工和炭材料生产两个交叉领域。
对煤沥青热聚合改质过程的研究有利于深层次认识煤沥青热聚合改质机理,从而为煤焦油加工时改质煤沥青的优化生产提供依据[3]。
改质沥青在高性能炭材料生产中的有效使用面临着混捏成型时煤沥青的流变性能改善和焙烧时煤沥青热解缩聚反应的优化控制两方面的课题,这就需要对煤沥青的流变规律和热解缩聚反应机理加以系统研究,并用于直接指导高性能炭材料的优化生产和煤沥青粘结剂产品开发及其质量的改善。
1 煤沥青热聚合改质机理及其改质工艺的优化1.1 煤沥青改质聚合程度的表征热聚合改质工艺条件的优化选择以及改质沥青产品质量的控制都是通过煤沥青的聚合程度来评价的,利用可快速测定的煤沥青软化点对煤沥青改质聚合程度进行表征,可有效地评价煤沥青热聚合程度,同时软化点指标与其他表征煤沥青聚合程度的方法之间存在着关联性。
热聚合改质处理过程中煤沥青软化点随热聚合时间变化呈线性关系,相对于热聚合时间而言,热聚合温度对煤沥青软化点的影响更大,在改质热处理工艺中适当提高热聚合温度来有效调节改质沥青软化点,并且充分缩短热聚合时间,使生产周期缩短,起到降低改质沥青生产成本的作用。
具有相同软化点的改质沥青在结构组成和热解缩聚反应方面存在一定差异,这是煤沥青聚合工艺条件不同所致,因此,煤沥青的软化点相同并不能反映这些煤沥青的结构组成相似,评价改质热聚合程度和改质沥青质量需综合考虑其他性能指标。
热聚合改质处理过程中煤沥青甲苯不溶物与结焦值和软化点之间存在一定的线性关系[4]。
1.2 煤沥青改质处理的热解缩聚行为随着热解缩聚反应的进行,煤沥青聚合程度均匀提高,改质热处理过程中煤沥青的结焦值与热聚合时间之间存在线性关系,随着热聚合温度升高,改质沥青的结焦值明显增大,高温热聚合更有利于改质沥青缩聚程度及其结焦值的提高,在改质沥青生产中容易对其结焦值指标加以控制和调节。
高温热聚合更有利于煤沥青缩聚程度的提高和改质沥青结焦值的增大,即高温热聚合有利于煤沥青芳烃分子的深度聚合,其聚合速率也相应提高,从而导致改质沥青结焦值的增大。
改质热处理过程中煤沥青甲苯不溶物组分与结焦值之间存在着线性关系,这表明随着煤沥青热解缩聚的进行,其中等分子量组分甲苯不溶物的均匀生成伴随着煤沥青结焦值的均匀增大,也反映了改质热处理过程中煤沥青热处理过程中煤沥青稠环芳烃大分子的均匀聚合,改质沥青的甲苯不溶物组分是煤沥青焙烧形成粘结焦的主要成分。
煤沥青的热解特征是以前期的分解反应为主和后期的缩聚反应为主,热解缩聚反应同时进行。
原料中温沥青的喹啉不溶物含量影响着煤沥青的热解缩聚行为[5]。
1.3 煤沥青改质过程中沥青组份的转变规律改质热处理过程中煤沥青甲苯不溶物TI组分随热聚合时间t变化呈很好的线性关系,T I=kt +A,dTI/d t=k为常数,这表明改质热处理过程中煤沥青中等分子量组分的生成是均匀进行的,在改质沥青实际生产过程中可以利用此线性关系来跟踪煤沥青稠环芳烃分子生长情况以及改质沥青热聚合程度。
热聚合温度对煤沥青TI组分生成影响很大,高温有利于煤沥青TI的生成,可以通过提高聚合温度来增加改质沥青TI组分[6]。
热聚合前期煤沥青喹啉不溶物组分Q I增长较慢,而热聚合后期煤沥青Q I增长速率明显加快,并存在一定的转折温度。
煤沥青Q I与热聚合时间t之间存在着幂指数关系:Q I=A e kt,改质沥青Q I生成速率与原料煤沥青的Q I含量有关。
由于煤沥青在改质热处理过程中TI和Q I组分生成不同步,导致煤沥青β树脂变化无规律,其随热聚合时间变化近似呈二次函数关系:β树脂=A t2+B t+C。
改质沥青粘结剂的β树脂决定着其粘结性能,为了提高煤沥青粘结剂的β树脂含量,在热聚合改质过程中应尽量加快次生TI转变速率而同时抑制次生Q I的转变生成。
1.4 喹啉不溶物对煤沥青热聚合改质的影响原料中温沥青Q I含量对煤沥青的热解缩聚反应有较大影响,随着原料中温沥青Q I含量提高,将加快煤沥青的热聚合速率和次生Q I的大量生成。
热聚合改质过程中改质沥青Q I转变速率d Q I/d t=A k e kt=k Q I,改质沥青Q I转变速率与原料或前驱体Q I含量的一次方成正比,故煤沥青Q I的热聚合生成反应为一级反应,原料中温沥青所含Q I组分明显影响着热聚合过程中改质沥青Q I组分的生成,从而影响着煤沥青分子的热聚合进程。
中温沥青所含Q I主要由煤焦油转入的原生Q I构成,它由微米级炭粒微细粒子组成,其呈炭黑类无定形结构,当采用热聚合法生产改质沥青时,这些包含在中温沥青原料中的微米级炭粒将对煤沥青芳烃分子的聚合产生促进作用,即芳烃分子以这些微米级炭粒为核心快速聚合长大,数量众多的原生Q I杂质起到了相当于“催化剂粒子”的作用,从而加快煤沥青的热聚合速率和次生Q I的大量生成。
这些微米级原生Q I炭微粒会影响煤沥青芳烃分子的热解缩聚进程,从而影响产物改质沥青的质量指标[7]。
1.5 煤沥青改质生产工艺的优化研究发现热聚合前期煤沥青Q I增长速率较慢,而热聚合后期煤沥青Q I增长速率明显加快,并存在一定的转折温度,改质沥青TI与热聚合时间和软化点之间存在着很好的线性关系,因此,我们提出了高温短时间工艺流程,即在较高温度下利用聚合前期Q I增长缓慢的特点,短时间完成改质热处理过程,从而保证改质沥青含有较少的Q I 和较多的β树脂。
我们将高温短时间聚合有利于提高改质沥青9512005年第2期 许斌,等:高性能炭材料生产用煤沥青的研究质量的研究结果应用于武钢改质沥青实际生产之中,即采用高温短时间工艺流程。
原低温长时间工艺流程为三釜串联使用,反应时间为11.5h,1号釜温度为360～370℃,2号釜温度为335～345℃,3号釜温度为315～325℃;现改为高温短时间工艺流程,即两釜串联使用,反应时间缩短为8 h,1号釜温度提高至370～380℃,2号釜温度提高至345～355℃。
生产实际显示采用高温短时间工艺流程明显优于低温长时间工艺流程,高温有利于提高改质沥青软化点和TI,并且大大缩短热聚合时间,聚合时间的缩短有利于减少改质沥青Q I组分的形成,从而导致β树脂组分的增多。
同时采用高温短时间工艺流程后,改质沥青一级品率达到100%,高温短时间工艺流程可在保证改质沥青质量指标前提下,缩短改质热处理时间,提高生产效率、降低了改质沥青生产成本并且提高了改质沥青产品质量[8]。
提高改质煤沥青β树脂含量必须降低原料中温煤沥青的Q I含量,而降低原料煤沥青Q I含量的有效方法是对煤焦油进行净化处理以脱除其所含原生Q I炭微粒,以本研究结果为依据,为了降低煤焦油的原生Q I含量,武钢集团焦化公司引进了德国高速离心净化煤焦油技术来对原料进行脱杂质净化处理,从而为优质改质沥青和其它高附加值煤沥青产品的生产开发创造了条件。