中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明:MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]^(4/3)、G(α)=[-ln(1-α)]^(4)、G(α)=[-ln(1-α)]2,活化能分别为73.99、180.20、46.09 kJ/mol,lg A分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36 kJ/mol,lg A=6.18;DMSOI组分的热解反应机理符合二维扩散或三维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=[1-(1-α)^(1/3)]^(2),E=64.42 kJ/mol,lg A=4.00。

煤焦油加氢现状及煤基沥青高值利用概述

随着石油资源匮乏和工业不断发展,我国的石油对外依存度逐年增加。中低温煤焦油由于具有杂质含量低、烃类组分含量较多的特点,因此更适合作为石油的补充能源进行加氢改质生产各种燃料油;同时煤焦油加氢过程中产生的煤沥青具有高碳收率和高缩合度等特点,是制备高品质碳材料的优质原料。因此,对中国目前存在的6种煤焦油加氢技术和煤基沥青生产各种优质碳材料的研究现状做了相关讨论和概述。

煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展

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。

低温煤焦油沥青在改质沥青加工的应用

随着我国经济的发展,低温煤焦油的综合利用问题也渐渐引起了相关人士的重视。受我国焦炭市场行业因素的影响,高温煤焦油供应严重不足制约加工企业生存与发展,加压热聚合工艺的开发有助于煤焦油加工企业原料构成的优化,低温煤沥青的配入可有效降低企业生产成本并对改质沥青质量改善有所裨益。

煤焦油沥青成型过程中软化点的控制因素

对热解轻油、热解焦油、兰炭焦油在相同或不同进料比例情况下,加热炉出口的温度、系统真空度等相同或者改变的条件下进行系统研究,开展煤焦油沥青成型中软化点的控制因素,考察了加热炉出口温度、真空度、原料进料比例、汽提蒸汽、各侧线下返等关键工艺参数对煤焦油沥青成型过程中软化点控制因素的影响。通过装置运行调整主要工艺参数来考察煤焦油沥青成型过程中软化点控制因素,通过研究得出煤焦油沥青成型过程中软化点的控制因素。对工艺条件的探索,筛选出煤焦油在悬浮床加氢裂化装置中最适宜的煤焦油沥青成型效果及工艺条件,保证了装置的平稳运行及高效转化和沥青成型效果,节约装置运行成本,为煤焦油沥青深度研究打下基础。

煤沥青制备碳纤维技术研究及性能评价

以煤焦油沥青为主要原料,精制石油沥青为添加剂,采用预处理、热聚合、熔融纺丝、氧化和碳化处理步骤制备出碳纤维,对热聚合工艺、氧化和碳化工艺参数进行了优化,并对制备的碳纤维性能进行了评价。试验结果表明:在热聚合温度350℃、热聚合时间5 h,氧化温度280℃、氧化时间3 h,碳化温度1 300℃、碳化时间3 h的工艺条件下,制备的沥青基碳纤维密度为1.72 g/cm^(3),平均直径为16.7μm,单丝拉伸强度和拉伸模量分别为1 052 MPa和106 GPa,复丝拉伸强度和拉伸模量分别为1 365 MPa和128 GPa,具有良好的力学性能。

羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂在煤沥青表面的润湿特性

以自制的羟基和酯基型Gemini双季铵盐表面活性剂为研究对象,在考察其表面活性的基础上,进一步研究了表面活性剂在煤沥青表面的润湿性。研究表明,羟基型Gemini表面活性剂在煤沥青表面的接触角随疏水链长度的增长呈先减小后增大趋势,其中C_(12)-OH在煤沥青表面的润湿效果最好;对于m-n-m酯基型Gemini表面活性剂而言,接触角随疏水链长度的增长而降低。当疏水链长度一定时,m-6-m在煤沥青表面的润湿效果比m-2-m好。在一定浓度范围内,C_(10)-OH、C_(12)-OH和12-2-12 3种Gemini表面活性剂的表面张力与其在煤沥青表面黏附张力呈线性关系。煤沥青表面的Zeta电位随Gemini表面活性剂浓度的增大呈先增大后趋于平稳的趋势。

煤沥青与石油沥青共混作筑路材料

介绍了国外谋沥青与石油沥青共混作筑路材料的发展概况、混合沥青胶体结构模型以及国产煤沥青共混初步试验结果。对两个国产石油沥青样品与一个煤沥青样品共混得到的混合沥青性质的初步试验表明，混合沥青对碎石特别是酸性碎石的粘附力高于原石油沥青。与石油沥青相比，混合沥青的抗高温变形能力强，并可降低生产沥青碎石混合科的操作温度。所得混合沥青样品多项指标接近德国和波兰同类产品的水平。

煤沥青与石油沥青共混改性及其热解特性

考察了不同添加量的煤沥青四氢呋喃萃取物(THFS)对石油沥青的改性,随着THFS添加量的增多,改性沥青针入度降低,软化点升高,延度下降,参照英国标准(BSI BS—3690)得出最佳添加量为8%。利用TG-FTIR、FTIR对改性沥青进行了表征,结果表明:THFS、改性沥青的失重率大于基质沥青70的失重率;THFS在700~900cm^(-1)处芳香烃类的透射峰强度明显强于基质沥青与改性沥青;沥青老化后在2953cm^(-1)和1377cm^(-1)(—CH_3)、1461cm^(-1)和2924cm^(-1)(—CH_2—)处透射峰逐渐增强;1600cm^(-1)(C=O和苯环C=C)透射峰逐渐增强;沥青热解半焦中的脂肪烃类物质含量较少,主要以高度缩合的稠环芳香烃类物质为主;沥青在老化过程中主要发生了氧化、裂解、加成、聚合、缩合等反应。

国内高温煤焦油加工工艺发展研究

介绍了目前国内正在运行的6种煤焦油加工工艺,分析了各种工艺的优缺点,并指出了国内传统的一塔式煤焦油蒸馏工艺存在的问题。在此基础上,得出煤焦油常压连续加热聚合法生产的沥青产品最能适合国内炭素行业的需要。从长远发展看,生产不含钠离子沥青的法国常减压煤焦油蒸馏工艺和不含中间相沥青的美国塔底循环煤焦油减压蒸馏工艺是今后煤焦油加工的发展方向。

混合改性沥青流变性能研究

以SBS为改性剂,对石油沥青和中温煤沥青进行混合改性.研究了软化煤沥青、SBS改性对沥青流变性能的影响.实验结果表明,质量分数为15%软化煤沥青与石油沥青混合,经质量分数为5%SBS改性后得到的混合改性沥青流变性能较好,其延度为108 cm,软化点达到85℃.

基于醛类交联剂的煤焦油沥青族组分改性石油沥青

以中温煤焦油沥青的四氢呋喃萃取物(THFS)对石油基质沥青进行改性,考察了掺混量、掺混温度和不同种类交联剂对改性沥青性能的影响,确定了THFS最佳掺混量为8%,最佳掺混温度为135℃,甲醛交联剂的最佳掺混量为0.8%,三聚甲醛的最佳掺混量为0.2%。考察了两两和单族组分对基质沥青的改性性能,发现重油(HS)使得改性沥青的针入度、延度增大,沥青烯(A)和甲苯不溶四氢呋喃可溶物(PA)提高感温性,软化点升高。随着醛类交联剂的添加,提高了改性沥青的抗老化性能;甲基(CH_3)、亚甲基(CH_2)透射峰强度逐渐变强,770-730 cm^(-1)、710-690 cm^(-1)和770-810 cm^(-1)苯环取代透射峰强度逐渐增强,1 010^(-1) 270 cm^(-1)处C-O-C伸缩振动峰逐渐增强;热解峰温向高温移动,残炭率增加2%;改性粒子呈现一种连续的流线分布,添加三聚甲醛的改性沥青的流线分布更加集中。

煤沥青改性石油沥青相容性及分散性的研究

对煤沥青与石油沥青共混后的相容性及分散性进行了详细研究,并对其相容性及分散性进行改善。选取两种煤沥青(低温煤沥青、中温煤沥青),分别采用两种加工工艺与石油沥青进行共混,一种为煤沥青以粉体形式加入到熔融的石油沥青中进行混合,另一种为煤沥青以熔融状态加入到石油沥青中进行混合。结果表明:煤沥青本身与石油沥青具有良好相容性;煤沥青灰分含量高,严重影响其与石油沥青的相容性。采用加入偶联剂的方法改善煤沥青在石油沥青中的相容性及分散性,与未加偶联剂的沥青相比,其不仅相容性及分散性得到改善,而且基本性能得到提高。

煤焦油沥青改质为铺路材料的研究进展

介绍了国内外煤沥青改质为铺路材料的发展概况，煤沥青改质为铺路材料的机理，以及我国处于实验室研究阶段的煤沥青改质方面一些实验结果。

煤焦油沥青的改性研究

通过外掺混杂树脂、石棉纤维和滑石粉等材料,经过大量试验,对煤焦油沥青进行改性,制备出粘附性能好,低温柔性优良,耐久性好,适合于北方寒冷地区应用的防水材料,从而为传统煤焦油沥青在东北地区的应用提供了新的思路。

基于分子管理的渣油掺炼煤焦油常压溶剂脱沥青效果

考察了渣油(VR)掺炼煤焦油(CT)溶剂脱沥青过程效果的变化,优化了实验条件。结果表明,在最佳实验条件[萃取温度30.0℃,溶剂比6∶1(体积/质量)]下,当VR掺炼质量分数为10%的CT时,脱沥青油(DAO)收率较未掺炼者提高2.02个百分点,镍和钒总含量下降5μg/g,硫含量略有下降,氮含量基本不变。VR掺炼CT后黏度降低,胶体稳定性下降。实验所得脱油沥青为硬沥青,采用外掺油浆对其进行调和,随油浆加入质量分数的增加,调和沥青的延度、针入度增大,软化点降低,沥青性质得到改善。

路用改性煤沥青毒性消减试验效果分析

为将煤化工产业固体废弃物煤焦油沥青用于道路工程，对其进行改性，分析煤沥青中具有强致癌作用苯并芘的脱除机理．选择三聚甲醛及聚氨酯混合物作为脱除剂，使用紫外分光光度计测试其脱除率．结果表明，煤沥青中苯并芘的质量分数由2．85％降至0．40％，达到路用煤沥青施工安全要求．针对改性煤沥青热拌和过程中挥发大量的有毒烟气问题，采用气相色谱分析方法，鉴定和分析了改性煤沥青中的发烟物质，并针对其发烟物质，设计抑烟方案；根据煤沥青的分子结构，制备和煤沥青油端结构相似的水溶性表面活性剂、复合表面活性剂和发泡剂．通过验证发泡剂用量和发泡温度，确定了在膨胀率≥10、半衰期〉8S时的最佳拌合温度为105～110℃，发泡剂最佳添加质量分数为3．5％，该条件下可有效降低拌合温度，减少有毒烟气的挥发．

石油沥青对煤沥青碳纤维结构性能的影响

为了了解石油沥青对煤焦油沥青碳纤维结构性能的影响,在煤焦油沥青碳纤维制备过程中加入了不同掺量的石油沥青,分析了石油沥青掺量对可纺沥青软化点、元素含量以及碳原丝纤维纺丝长度和直径的影响,确定了最佳的石油沥青掺量。研究表明:①可纺沥青软化点在石油沥青掺量小于10%时基本保持不变,在10%~25%时随着沥青掺量增大而减小;②可纺沥青的碳含量随着石油沥青掺量的提高先增大后减小;③当石油沥青掺量为10~15%时,碳原丝纤维的平均直径最小而纺丝长度最大;④最佳石油沥青掺量为10~15%。

焦油改质沥青质量的优化控制与提升

介绍了某焦化厂焦油改质沥青的生产及产品质量情况,分析了影响焦油改质沥青产品质量的主要因素,并提出了相应的控制办法。通过强化新旧焦油均匀混合、优化工艺参数、工艺改进等措施,改质沥青的综合合格率提高了近2%,对焦油改质沥青的稳定生产和质量提升起到了借鉴作用。

煤沥青改性石油沥青工艺分析研究

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。