煤沥青的改性及其机理研究进展
煤沥青应用研究综述
煤沥青应用研究综述高天秀【摘要】煤沥青是煤炭经高温热分解后的副产物煤焦油经进一步蒸馏加工后的产物，煤沥青组成极为复杂，具有稳定的性能，以煤沥青为原料，经过进一步加工后可获得一系列重要的高附加值衍生产品；综述了煤沥青用作煤沥青涂料、筑路沥青、炭素工业浸渍剂和粘结剂以及中间相煤沥青等方面的应用原理和进展。
%Coal tar pitch is a byproduct distillation heavy residue of high temperature carbonization of coal tar after all kinds of light fraction extracted .The composition of coal tar pitch is very complex ,and it has high performance .After further processing ,a series of important high value-added products will be obtained from coal tar pitch .Coal tar pitch as coating materials ,paving materials and impregnating and binder were reviewed in this paper .【期刊名称】《淮南职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P10-14)【关键词】煤沥青;中间相沥青;石油沥青;针状焦;碳纤维【作者】高天秀【作者单位】大同煤炭职业技术学院，山西大同 037003【正文语种】中文【中图分类】TQ522.65煤沥青全称为煤焦油沥青（coal tar pitch），是煤焦油经蒸馏加工后的产物。
由于煤焦油加工工艺的不同，生成50%～60%的煤沥青，是目前国内许多煤焦油加工企业生产中的渣料。
煤沥青改性石油沥青工艺分析研究
煤沥青改性石油沥青工艺分析研究何敏1，李丰超2，符峰2，薛永兵2，李俊1，李明亮1，，成 1（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2. 太原科技大学, 太原 030024）摘要：利用中温煤沥青对石油沥青进行改性试验，研究了煤沥青种类、掺加量、粒度大小和搅拌方式对混合沥青的软化点、针入度和延度的影响，结果表明以上因素对混合沥青性能都存在一定规律影响。
试验发现煤沥青的加入能够有效提高基质沥青的软化点，使石油沥青向变硬的趋势发展，为煤沥青作为石油沥青改性剂在实体工程的推广应用提供技术依据。
为进一步探究煤沥青与石油沥青间的作用特点，采用简单计算法、四组分法和高效液相色谱等方法对混合沥青组分间变化特点进行了讨论。
结果发现煤沥青与石油沥青间发生的是物理化学变化，化学变化虽然相对微弱，但是其作用不可忽视，综合研究结果得出：混合沥青的结合特点类似“八宝粥”模型,为将来的工程实践提供若干理论支持。
关键词：煤沥青 石油沥青 组分变化 结合特点收稿日期：2020-07-14。
作者简介： 何敏，男，1983年生，副研究员，博士，主要从事道路新材料的研发工作。
E-mail：****************项目基金：交通运输部公路科学研究所（院）科技创新专项资金项目（项目编号：2018-E0001）煤炭与煤化工一直是传统经济发展的支柱性产业，为了治理环境污染问题和提高煤炭的科技含量价值，政府提出建立煤化工及可代替石油资源领域的技术创新支撑体系，要求煤化工产品向高端、精细化方向推进。
20世纪初，德国科学家首先开发了煤沥青改质作筑路材料的技术，但是该类沥青并未解决煤沥青低温下易发生脆裂的情况，并不能满足高速公路现代化和重型车辆行驶的工程要求。
随着石油工业的快速发展，石油沥青用作筑路沥青逐渐受到关注，但是，实践发现单纯地使用石油沥青，难以满足公路交通的发展和高等级公路的铺设和要求，所以一些国家开始探索煤沥青和石油沥青共混做筑路材料。
煤沥青的改性及中间相结构研究
材料 的导电性 、 力学 性能 、 热膨 胀 系数 和石 墨 化等 性 能
具有 重要影 响［ 。因此 ， ８ ］ 提高 中间相含量 及结 构 的有 序
性一 直是煤沥青 升值利用过程 重点研究 的内容 之一 。 煤 沥青炭 化产 率 的高低 及显 微组织 结 构对 电极材
（ ｌｅ ｆＭ ａ ｅ ｉ ｌＳｃ ｅ ｅ ａ ｇｉ ｅ ｉ １ Ｃｏ ｌ ｇｅ ｏ ｔ ｒａ ｉｎｃ ｎｄ Ｅｎ ｎｅ ｒｎｇ，Ｔａｙｕ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｌ ｙ， ｉ ａ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎｏ ｏｇ Ｔａ ｙ ｎ ０３ ０２ Ｃｈｉ ａ； ｌｅ ｅ ｓ ｒ ｎｄ Ｃｈ ｍｉａ ｇｉ ｅ ｉ ｉ ｕａ ０ ４， ｎ ２ Ｃｏ ｌ ｇｅｏｆＣｈ ｍｉ ｔ ｙ ａ ｅ ｃ ｌＥｎ ｎｅ ｒｎｇ， Ｔａ ｙ ｎ Ｕｎ ｖｅ ｓ ｔ ｆ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｉ ｕａ ｉ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｏｌ ｇｙ， ｉ ａ ３ ２ Ｃｈ ｎ Ｔａｙｕ ｎ ０ ００ ４， ｉ ａ）
解小 玲 赵彩霞 。曹 ， ，
青 。靳 利娥 张怀 平 ， ，
（ １太 原 理工 大学 材 料科学 与工 程学 院 ， 原 ０ ０ ２ ； 太 ３ ０ ４
２太 原 理 工 大 学 化 学 化 工 学 院 ， 原 ０ ０ ２ ） 太 ３ ０ ４
ＸＩ Ｘｉｏ ｌ ｇ ， Ｅ ａ —ｉ ＺＨＡ０ ｉ ｉ。 ＣＡＯ ｎ 。 ＪＮ — ＺＨＡＮＧ ｕ ｉ ｉｇ ｎ Ｃａ— ａ ， ｘ Ｑｉｇ ， Ｉ Ｌｉ ， ｅ Ｈ ａ— ｎ ｐ
［ １ ＢＲＺ ＯＷ Ｓ １］ ＯＺ ＫＡ ＺＩ Ｔ， ＥＬＩ ＫＩＪ ＮＳ ，Ｍ ＡＣＨ ＮＩ Ｋ０Ｗ Ｓ ．Ｅｆｅｔ ＫＩＪ ｆｃ
煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展
煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展煤沥青和石油沥青共混改性已成为近年来石油化工和交通领域重要的研究热点之一，这一领域的研究也取得了一定的进展。
本文将从煤沥青和石油沥青的基础介绍开始，重点讨论煤沥青和石油沥青共混改性的研究现状和未来发展方向。
一、煤沥青和石油沥青的基础介绍1. 煤沥青煤沥青是从煤中提取出的一种胶质物质，含有大量的芳香族化合物、脂肪族化合物和杂原子化合物。
煤沥青的特点是黏度较大，硬度较高，但耐久性差，随着时间的增加易出现龟裂和老化现象。
因此，在基础改性上，需要加以改进和优化。
2. 石油沥青石油沥青是经过高温裂解和精制的油品，在沥青中主要成分为芳香烃，同时含有少量的脂肪族化合物和杂原子化合物。
石油沥青的特点是黏度较小，硬度较低，但是由于其中芳香族化合物含量较高，所以它的耐久性比较好，对温度的适应范围也比较广。
二、煤沥青和石油沥青共混改性的研究现状1. 合成筛分记录煤沥青和石油沥青的互溶性现有研究表明，向石油沥青中添加一定比例的煤沥青可以有效提高沥青的耐久性、可塑性和黏度，但是这种混合物并不是完全兼容的，会出现相分离等问题。
因此，需要提高两种材料的相容性，从而增强它们的混合效果。
2. 利用聚合物改性沥青来提高煤沥青和石油沥青的相容性聚合物的加入可以有效改善煤沥青和石油沥青之间的兼容性，提高混合沥青的物理和机械性能。
例如，将聚乙烯醇（PVA）添加到煤沥青和石油沥青混合物中可以有效提高混合物的黏度和弹性模量。
3. 使用化学试剂改善煤沥青和石油沥青混合物的兼容性一些化学试剂如甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（MSP），甲基丙烯酸甲酯-丁二酸二甲酯共聚物（MBA）等已被证实可以提高煤沥青和石油沥青混合物的相容性，同时改善混合物的性能。
4. 采用微波加热技术提高混合物的相容性和改善沥青的物理性质借助微波加热技术，可以快速加热和混合煤沥青和石油沥青，改良混合沥青的稳定性和可塑性；同时，微波加热也能够提高沥青的渗透性、附着性和耐久性，从而提高其使用寿命。
煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 7 期煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展谭利鹏1，申峻1，2，王玉高1，刘刚1，徐青柏3（1 太原理工大学化工学院，山西 太原 030024；2 山西浙大新材料与化工研究院，山西 太原 030032；3 中国石化大连石油化工研究院，辽宁 大连 116045）摘要：煤焦油沥青（简称煤沥青）具有良好的路用性能，可以替代部分石油沥青，降低对外来沥青的依赖，提高煤沥青的资源化利用，但是煤沥青中存在大量毒性多环芳烃（PAHs ），限制了它的广泛应用。
本文介绍了煤沥青和石油沥青二者共混的改性方法，并对其进行了系统总结，通过对比现有改性沥青的研究，发现当前的改性手段主要以化学方法为主，改性效果最佳，得出改性过程的主要局限在于如何抑制煤沥青中PAHs 的毒性，减少对环境的危害；同时分析并阐释了共混改性沥青可能的物理和化学改性过程及作用机理，对下一步的研究方向和发展进行了展望，提出从物理增容剂的开发和化学催化剂的筛选来做进一步的研究，希望为国内外的沥青改性提供一定的借鉴参考。
关键词：煤沥青；多环芳烃；石油沥青；改性；共混中图分类号：TQ522.65 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）07-3749-11Research progress on blending modification of coal tar pitch andpetroleum asphaltTAN Lipeng 1，SHEN Jun 1，2，WANG Yugao 1，LIU Gang 1，XU Qingbai 3(1 College of Chemical Engineering and Technology, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, China;2Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering,Taiyuan 030032, Shanxi, China; 3 Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, China Petroleum & Chemical Corporation, Dalian116045, Liaoning, China)Abstract: Coal tar pitch (CTP) has good road performance, which can be used to replace part of the petroleum asphalt to reduce the dependence on imported asphalt and improve the utilization rate of CTP. However, there are large amounts of toxic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in CTP, which limited its extensively usage. The blending modification methods of CTP and petroleum asphalt were introduced and systematically summarized in this paper. It was found that the current modification methods were mainly based on chemical modification, showing the best modification effect. The main limitation of the modification blending process was how to suppress the toxicity of PAHs in CTP and reduce the harm to the environment. At the same time, the possible physical and chemical modification processes and mechanism of blending and modification CPT and asphalt were analyzed and explained. Next research direction and development were prospected from development of physical capacitors and screening of chemical catalysts, hoping to provide some reference for the modification of asphalt at home and abroad.Keywords: coal tar pitch; polycyclic aromatic hydrocarbons; petroleum asphalt; modification; blending综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1597收稿日期：2022-08-30；修改稿日期：2022-11-01。
探究煤沥青中间相的研究进展
探究煤沥青中间相的研究进展摘要：在炭化的过程中，煤沥青会发生各向异性的中间相，文章主要针对国内外关于煤沥青中间相研究的现状以及相关进展，对煤沥青中间相的形成条件以及形成机理进行研究，对煤沥青中间相转化的动力学和热力学的发展动态进行深层次的阐述，总结出了中间相的表征与分离技术，同时探讨了煤沥青的热条件处理和添加剂对煤沥青中间相结构和形成的影响以及化学组成，并提出了未来的发展方向。
关键词：煤沥青中间相热力学动力学煤沥青是一种结构和组成都非常复杂的混合物，对于它的确切成分，目前还没有一个明确的定义，但可以确定的是，其基本组成单元是稠环芳烃及其衍生物。
煤沥青同其他物质相比较，具有诸多优点，煤沥青复杂的分解反应和缩聚反应是煤沥青基本的炭化过程，小分子从煤沥青中逸出，其残留物进行脱氢缩聚，进而形成以缩合稠环芳香族为主体的液晶形态，被称之中间相。
中间相的形成使缩合碳网的堆积井然有序，最后形成了三维有序结构的易石墨化碳，需要强调的是，如果中间相物质在形成之前，产生过于剧烈的交联反应，就不会经过中间相，进而石墨化则难以完成，所以研究中间相的形成以及性能对于碳材料的制备具有非常重要的意义。
一、煤沥青中间相的形成原理通常情况下，煤沥青中间相会出现在620至800K之间，在该温度区域，煤沥青的各个组分的分子会发生芳构化、聚合和分解等化学反应，其形成热力学稳定的多核芳香的平面状大分子，其芳的环数少到几个，多到几十个不等，由于分子间的热运动，而且相互靠近，然后由分子间的偶极矩和范德华力，在分子间力的作用下进行平行叠合，呈液晶状向列排列，呈现出一定的取向性，然而形成的液晶物质是各向异性的，导致它们的表面张力相对与周围的同性母液较高，因此在表面张力的作用下形成中间相球体，球体的表面自由能降低到最小，从而使成相稳定。
中间相球体具有两种典型的结构模型，一种为“地球仪”结构，均相成核的沥青中间相球体大多数属于这个类型，还有一种为“洋葱”结构，它被认为出现在以碳黑或者游离碳的中间相球体中。
改质煤沥青的分子结构建模及其原子尺度的焦化机理研究_概述及解释说明
改质煤沥青的分子结构建模及其原子尺度的焦化机理研究概述及解释说明1. 引言1.1 概述改质煤沥青是一种重要的化工原料，广泛应用于能源、材料及化学工业等领域。
在工业应用和煤油加工过程中，了解其分子结构和焦化机理对优化生产工艺具有重要意义。
本文将以改质煤沥青为研究对象，通过建立分子结构模型和进行原子尺度的焦化机理研究，探究其组成和行为规律。
1.2 文章结构本文主要包括五个部分。
首先，在引言部分概述了整篇文章的背景与目的，并介绍了文章的结构框架。
其次，第二部分详细介绍了改质煤沥青的分子结构建模方法，包括研究背景、建模方法介绍以及实验设计与步骤。
第三部分探讨了原子尺度的焦化机理，包括焦化反应的概述、原子尺度焦化机理模型构建以及模拟实验与结果分析。
接着，在第四部分对结果进行讨论和解释，包括改质煤沥青分子结构特征解析、原子尺度焦化机理探究和结果讨论与对比分析。
最后，在第五部分总结研究的主要发现，并展望了进一步的研究方向。
1.3 目的本文旨在通过改质煤沥青的分子结构建模和原子尺度的焦化机理研究，揭示其内部结构组成与界面行为规律。
通过深入了解改质煤沥青的特性，可以为相关领域的工程应用和技术发展提供有益参考。
同时，本文也为理论模型构建和实验方法提供了新思路和借鉴，为开展类似研究提供参考和指导。
2. 改质煤沥青的分子结构建模：2.1 研究背景：改质煤沥青作为一种重要的多环芳烃化合物，其分子结构与性质对于煤制品和能源转换等领域具有重要影响。
因此，深入了解改质煤沥青的分子结构对于优化其性能以及开发新型材料具有重要意义。
2.2 分子结构建模方法介绍：在本研究中，我们采用了计算机辅助建模方法来描述改质煤沥青的分子结构。
主要包括以下几个步骤：首先，收集并整理改质煤沥青的原始数据，如元素组成、碳氢比、功能基团等。
然后，使用密度泛函理论（DFT）或分子力场（force field）方法进行分子结构优化。
DFT方法可以适用于小分子体系，而分子力场方法适合处理大规模系统。
煤沥青综述
煤沥青及煤焦油改质沥青综述王东(山西宏特煤化工有限公司浸渍剂沥青装置，山西交城030500)摘要：介绍了煤沥青的性能、用途以及有广泛用途的煤焦油改质沥青的优异特性，改质机理和生产工艺；分析了目前国内煤焦油改质沥青工艺存在的问题，并就这些问题提出了改进措施。
煤沥青是煤焦油沥青的简称，是煤焦油蒸馏后的残渣，为煤焦油加工过程中的大宗产品，是制取各种碳素材料不可替代的原料。
中国是煤沥青生产和应用的大国，目前煤沥青的产量已达200万t，占煤焦油总量的50％以上。
目前，煤沥青主要用于制造冶金业中碳素电极的粘结剂，高附加值的碳材料和针状焦，以及防水和建筑材料，其中以粘结剂的应用最为广泛。
但是，未经改质的煤焦油沥青，其软化点低，挥发份高，结焦值低。
所生产的电极制品比电阻大，抗氧化和热稳定性差，机械强度低。
因此，煤焦油沥青要经过改质，改善其理化性质后，才能满足电极生产的质量要求。
同时，国外焦化行业由于受环保的限制而呈现萎缩，导致改质沥青出口的增加，而国内冶金业的发展也增加了改质沥青的用量。
因此改质沥青产品有着广阔的国内国际市场及较高的利润，近年来国内各大焦化厂相继增建了改质沥青生产装置，使产品的市场竞争日趋激烈。
1煤沥青概述1．1煤沥青的性质煤沥青是5000多种三环以上多环芳香族化合物和少量与炭黑相似的高分子物质构成的多相体系和高碳物料，含碳92％～94％，含氢仅4％～5％左右，是制取各种碳素材料不可替代的原料。
由于煤沥青组成复杂、分子量大，常用正己烷、甲苯和喹啉溶剂对煤沥青进行分级。
具体分析如下：(1)甲苯不溶物(BI)BI是沥青中不溶于甲苯的残留物。
其平均相对分子质量为1200～1800，C／H原子比为1．53左右，外观为黑棕色粉末，具有稳定的组分。
该组分具有热可塑性，并参与生成焦炭网格，其结焦值可达90％～95％，对骨料焦结起重要作用。
沥青的结焦值随着BI的增加而增加。
BI对炭制品机械强度、密度和导电率有影响。
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煤沥青的改性及其机理研究进展*张文娟,李铁虎,赵廷凯,侯翠岭,党阿磊(西北工业大学材料科学与工程学院,西安710072)摘要 煤沥青具有资源丰富、价格低廉等优点,但其残炭率低,可以通过改性来提高其残炭率。
简要介绍了改性煤沥青的制备方法及近几年来国内外改性煤沥青的发展状况,并探讨了其机理。
由于煤沥青组成复杂,并不能知道其确切的反应机理,只能根据测试结果提出其可能的改性机理。
关键词 煤沥青 改性 机理Research Advances in Modification of Coal Tar Pitch and Its MechanismZHAN G Wenjuan,LI T iehu,ZH AO Tingkai,HOU Cuiling,DANG Alei(Schoo l of M aterials Science and Engineering ,N o rthwester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710072)Abstract Coal ta r pitch is abundant and cheap,but it s car bo n y ield is low.T he carbon y ield can be impr oved by modificat ion of coal tar pitch.T he pr epar atio n met ho d and the pro gr ess o f modificat ion of coal tar pitch in r ecent year s are summar ized.Further mo re,the mechanism of the modificatio n of co al tar pitch is discussed.A ltho ug h the exact mechanism o f modification can not be kno wn fo r its com plex co mpo sitio n,the po tential mechanism can be o b tained thro ug h the test r esults.Key words co al tar pitch,modificatio n,mechanism*西北工业大学研究生创业种子基金资助项目(Z2010008)张文娟:女,1981年生,博士生,主要从事沥青改性及炭材料研究 T el:029 ******** E mail:zhangw j_312@炭材料是指选用石墨或者无定型碳作为主要固体原料,辅以其他原料通过特定生产工艺而制得的无机非金属材料。
现代炭材料品种繁多,其综合性能非常优异,被广泛应用在冶金、机械、航空航天和半导体等工业领域[1]。
但由于炭材料制造工艺复杂、设备操作困难,导致周期长、成本高、产品的性能稳定性差,大大限制了其进一步发展。
因此,研究低成本、高性能的炭材料,已受到世界各国的普遍关注。
然而,研制综合性能优良的基体前驱体是研制低成本、高性能炭材料的关键所在[2]。
煤沥青是一种组成与结构非常复杂的混合物,它的确切成分尚不清楚,但其基本组成单元是多环(三环以上)、稠环芳烃及其衍生物。
与其它物质相比,煤沥青具有资源丰富、价格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点[3],因此,煤沥青常用来作为炭材料用基体前驱体。
但是,由于未经改性的煤沥青残炭率较低,炭化时产生较多的挥发性组分,致使炭材料出现大量的孔隙[4],必然对炭材料的性能产生很大影响,使炭材料的密度下降、机械强度降低、电阻率增大、导电性变差、耐氧化能力降低。
为了消除这些孔隙,获得一定密度要求的炭材料,需要经过多次浸渍/炭化工艺,势必耗费大量的时间、物力和财力。
如果提高煤沥青的残炭率和高温流变等性能,则能减少浸渍/炭化次数,降低炭材料的制造成本。
为此,有必要对煤沥青进行改性。
本文简要介绍了煤沥青的性质、组成及其种类,概述了改性煤沥青的制备方法及近几年来国内外改性煤沥青的发展状况,并对其机理进行了探讨。
1 煤沥青1.1 煤沥青的性质煤沥青,全称煤焦油沥青(Coal t ar pit ch,CT P),是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物。
煤焦油是生产炼铁用冶金焦或生产民用煤气时作为煤高温干馏的副产物得到的。
煤沥青是煤焦油加工过程中分离出的大宗产品,随蒸馏条件的不同,其产率一般为50%~60%。
煤沥青常温下为黑色固体,无固定的熔点,呈玻璃相,受热后软化继而熔化,密度为1.25~ 1.35g/cm 3。
煤沥青具有稳定的性能,在炼钢、炼铝、耐火材料、炭素工业、筑路及建材等行业有着广泛的应用。
1.2 煤沥青的组成煤沥青的组成极为复杂,是多种组成的共熔混合物。
已查明的化合物有70余种,大多数为三环以上的多环芳烃,还含有O 、N 、S 等元素的杂环化合物和少量高分子炭素物质。
这些化合物中,约1/2带有基团,有甲基、羰基、酚羟基、亚氨基、巯基和苯基等。
沥青组成既与炼焦煤性质及其杂原子含量有关,又受到炼焦工艺制度和煤焦油蒸馏条件的影响[5]。
与其它物质相比,煤沥青具有资源丰富、价格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点,因此,煤沥青常常用来作为炭材料的基体前驱体。
鉴于煤沥青化学组成的复杂性,常用溶剂组分分析法来表征它的特性[5],即将煤沥青分离为若干具有相似化学、物理性能的芳香族化合物,由于各组分的芳构化程度、组成、性质、分子结构等都不尽相同,因而在不同溶剂中的溶解度也不同[6]。
因此选择溶解能力不同的溶剂对煤沥青进行溶剂抽提,就可把煤沥青分成不同的族组分。
了解煤沥青的不同组分分布以及各组分不同的物理、化学性质即可在某种程度上了解煤沥青的组成情况。
用于煤沥青族组成分析的溶剂有很多,常用的有喹啉、吡啶、四氢呋喃、甲苯、苯、环己烷、正庚烷、石油醚、汽油等。
目前,最常用的是用喹啉和甲苯两种溶剂将沥青分成3种组分,如图1所示[7]。
其中喹啉不溶物称为 树脂或喹啉不溶物(QI),不溶于甲苯而溶于喹啉的组分称 树脂或甲苯不溶物喹啉可溶物(TI QS),可溶于甲苯的组分常称为 树脂或甲苯可溶物(T S)。
树脂[8]是煤沥青中的重组分,分子量为1800~2600。
根据 树脂的形成过程可以划分为 1树脂和 2树脂。
前者为煤焦油中原有的QI,后者为煤焦油形成沥青时产生的QI 。
1树脂主要由煤粉、焦粉、煤裂解缩聚大分子等有机物以及灰分、耐火材料粉末,如铁、硫、钠、硅、铝等元素及其氧化物等无机杂质组成。
2树脂是在煤焦油热处理过程中由 1树脂或其它组分热聚合而形成的。
树脂的粒径、结构、含量等对煤沥青的粘度、残炭率以及最终炭材料的性能等均有不同程度的影响。
树脂[8]是煤沥青中的中组分,分子量为1000~1800,是煤沥青中起粘结作用的主要成分,常温时呈固态,加热时熔融,焙烧时大部分形成焦炭。
树脂的含量对炭糊的塑性起主要作用,并且对焙烧品的物理化学性能如电阻率、热导率、机械强度等有明显影响。
一般认为 树脂的含量越高,越有利于提高炭材料的上述性能,煤沥青粘结剂的质量越好。
另外,有人认为 树脂是一种球晶[9],在煤沥青炭化过程中起活性中心作用,有利于热缩聚反应的进行。
树脂[8]是煤沥青中的轻组分,分子量为200~1000,呈带粘性的深黄色半流体。
树脂在煤沥青中的功能是降低煤沥青的粘度,使煤沥青易于被炭质骨料吸附,增加糊料的塑性,有利于成型。
另外, 树脂有利于煤沥青体系保持良好的高温流动性,有利于形成中间相。
但是,过量的 树脂会降低煤沥青的残炭率,影响焙烧品的密度和机械强度。
1.3 煤沥青的种类煤沥青的种类较多,普通煤沥青产品包括低温沥青(软化点30~75!,又称软沥青)、中温沥青(软化点75~95!)、高温沥青(软化点95~120!,又称硬沥青和改质沥青)。
改质沥青是普通煤沥青类型中的高档产品。
改质沥青与高温沥青的区别在于:高温沥青仅对软化点有要求,而改质沥青除了软化点与高温沥青相近外,还对沥青组分含量和结焦值等有具体要求,即改质沥青体现在对煤沥青结构组成和质量品级的要求上,而这些要求都是针对炭材料的实际生产需要而设定的。
目前,煤沥青资源的加工利用水平和效益对整个煤焦油的加工至关重要。
国内许多煤焦油加工企业,沥青基本不再加工,其价格常低于原料焦油,造成煤焦油加工企业效益不佳甚至亏损。
可见如何对煤沥青进行必要的深加工,提高产品的附加值是煤焦油加工的一个重要问题[10]。
2 改性煤沥青的制备方法煤沥青的改性方法包括化学催化、真空闪蒸、空气氧化、水蒸气蒸吹、高温热聚、加氢、共碳化和回配等工艺[11]。
另外,也可以通过添加改性剂以达到对煤沥青改性的目的。
在煤沥青中添加化学活性剂是煤沥青改性的主要方向。
化学活性剂既可促进煤沥青发生分子交联,提高煤沥青的平均分子量,又可阻止炭化过程中小分子组分的挥发,从而提高煤沥青的残炭率。
但是,交联过度就会生成大平面状分子甚至近乎体状交联,影响煤沥青的流变性能,从而阻碍中间相的发展,对煤沥青的石墨化性能产生不利影响。
煤沥青改质处理的工业化方法有以下几种[12,13]。
2.1 氧化法在一定的条件下,通过通入空气使沥青氧化,可以获得不仅具有最大残炭率而且具有较好流变性能的改性沥青,添加硫会进一步增加残炭率。
但若氧含量大于7%,会完全抑制中间相的转化,而且得到的是非石墨化焦炭。
硫的加入使沥青产生了过度的交联,使其软化点提高较大,当硫含量增加到10%,沥青炭化后所得碳也不能石墨化。
由于该法制得的改质沥青软化点较高,且工艺陈旧落后,难以生产合格的电极用沥青,因而很少采用,现已逐步被淘汰。
2.2 热聚合法采用焦炉煤气直接加热的间歇式沥青加热炉,将中温沥青导入其中,在0.9M Pa 压力的加压釜内以400!加热5h,蒸气全回流,不让跑出釜外,然后用闪蒸塔闪蒸,将低沸点的物质快速导出。
该法制取的加压、热处理后的沥青 树脂含量明显提高,软化点较低,质量指标较好。
2.3 加压热聚处理法该法采用高温泵将熔化了的中温沥青压送入方箱形加热炉,压送量为管内速度0.2m /s,压送压力大于1.18MPa 。
在加热到油温为420~430!后,依次进入5个并联的容积各为2m 3的反应釜,在具有1~1.12M Pa 和420~430!条件下的反应釜内将热沥青保温处理4~6h,然后间歇出料,反应釜外有保温和加热装置及卸料管道。
该法制取的改质沥青软化点较高,质量指标较优越,可采用回配法将二蒽油等掺入5%~10%,制取软化点符合要求的改质沥青。
2.4 C T法C T法(Cherry T法)生产改质沥青是日本大阪煤所公司开发的新工艺,是将脱水焦油在反应釜中加压到0.5~ 2M Pa,升温到320~470!的条件下保持5~20h,使焦油中的有用组分特别是重油组分以及低沸点不稳定的杂环系组分在反应釜中经过聚合转变成沥青质。