中低温煤焦油沥青在粘结剂方面的应用

中低温煤焦油沥青在粘结剂方面的应用

李洪岩

济宁碳素集团有限公司 山东济宁 272000

摘要：以中低温煤焦油沥青为原料，与高温煤焦油中温沥青按一定比例混配，在特定温度件和压力下进行共聚合反应，获得优质粘结剂沥青。通过对不同反应条件下混配粘结剂沥青的软化点、结焦值、喹啉不溶物含量等的数据分析，探索适合中低温煤焦油沥青的应用途径。结果表明：低温煤焦油沥青主要由饱和分、芳香分、胶质、沥青质组成，与高温煤焦油相比，结焦值低，喹啉不溶物含量低，不适合作为粘结剂沥青。但经过与高温煤焦油沥青共聚合后，软化点升高，喹啉不溶物含量升高，结焦值大大增加，各种理化指标与高温煤焦油沥青相当，甚至优于改质沥青，可以尝试用来制备粘结剂沥青。

关键词：中低温煤焦油沥青、结焦值、喹啉不溶物含量、粘结剂沥青

煤焦油是煤在干馏和气化过程中获得的液体产物之一，是很多稠环化合物和含O、N、S的杂环化合物的来源，根据干馏温度和方法的不同可分为低温煤焦油（150~450℃）、低温和中温混合焦油（600~800℃）、中温焦油（900~1000℃）和高温焦油（1000℃以上）。其中低温煤焦油主要是以不粘煤和弱粘煤等非主焦煤为原料，通过

低温干馏所得的产物，是一种宝贵的化工原料。^[1-2]。

低温煤焦油的组成和性质不同于高温煤焦油，低温煤焦油的相对密度小，组成非常复杂，有机化合物的种类有上万种，被鉴定的有500多种^[3]，大部分含量较低，酚类和烃类化合物含量较高，重质油的含量相对较少，占15~30%，而重质油是催化裂化、催化加氢制备清洁燃料油的优质原料^[4]。随着低温煤焦油产量和加工能力的增加，将有大量价格低廉的重质成分既低温煤焦油沥青产出，此沥青是轻质组分提取后所剩余的残渣，每年约有100万吨，由于低温煤焦油沥青中稠环芳烃含量较大，开环处理困难，不易返回上有催化裂化系统^[5]。

相比高温焦油沥青，芳香度低，缩合度低，高活性组分含量多，存在较高含量的脂肪烃类物质和O、N、S等杂原子，对于制备沥青树脂类产品，物料反应活性高，反应条件不易控制，利用困难应用较少^[6]。本文研究低温煤焦油沥青与高温煤焦油沥青的混合改性，探索低温煤焦油沥青作为粘结剂沥青的原料，以期拓宽低温煤焦油的应用途径。

1 实验

1.1 实验原料

实验原料为陕西府谷低温煤焦油沥青，性质见表1，和济宁辰光高温煤焦油沥青，性质见表2。

表1 低温煤焦油沥青的基本性质

表2 高温煤焦油沥青的基本性质

Note：SP：softening point；QI：quinoline insoluble；TI：toluene insoluble

1.2 实验步骤

1.以陕西府谷低温煤焦油沥青为原料，在360~380℃温度下单独聚合；

2.以陕西府谷低温煤焦油沥青和济宁辰光高温煤焦油沥青为原料，按2:8比例混合加入搅拌反应釜中，在360~380℃温度下高温共聚合4~8h；

反应结果以取样测软化点为准，产品为软化点在105~110℃之间的改性沥青。

1.3 样本分析与表征

对改性后的沥青进行分析，采用GB/T2293-2008标准测定样品喹啉不溶物含量，GB/T2292-2008标准测定样品甲苯不溶物含量，GB/T8727-2008标准测定样品结焦值。

2.实验结果与分析

为了探索低温煤焦油沥青的应用途径，首先对低温煤焦油沥青单独进行了热聚合，获得的结果如表3。从表3可知，由于低温煤焦油沥青原料QI和TI低，结焦值低，在充分热聚合达到粘结剂沥青软化点后，结焦值和TI值仍偏低，达不到粘结剂沥青的应用要求。

表3 低温煤焦油沥青热聚合产品分析

低温煤焦油沥青和高温煤焦油沥青以质量比2:8混合，在不同的温度下充分反应，获得的结果如表4。从表4可以看出，混配合的低温煤焦油沥青和高温煤焦油沥青发生了共聚合反应，由于分子之间的交联，低温煤焦油沥青中的部分中小分子在热聚合过程中没有逸出，而是成为了大分子的一部分，最终提高了整体产品的结焦值和TI值。

相比于低温煤焦油沥青单独热聚合后36.4%的结焦值，混配热聚合沥青的结焦值增加了20%以上，达到了粘结剂沥青的高结焦值要求。喹啉不溶物含量也随着共聚合反应的进行，大大升高，从混配后的5.254%升高到8%以上，符合粘结剂沥青的应用要求。

表4 低温煤焦油沥青和高温煤焦油沥青热聚合产品分析

3.结论

由于煤的干馏工艺不同，低温煤焦油沥青中的饱和分、芳香分、沥青质、胶质的组成，与高温煤焦油中的饱和分、芳香分、沥青质、胶质的组成，有很大差异。组成的差异限制了低温煤焦油的应用范围，由于结焦值低，低温煤焦油沥青不能作为粘结剂沥青应用。但低温煤焦油沥青也具有高温煤焦油不具备的喹啉不溶物含量低、灰分低、β树脂含量高等优点。将低温煤焦油和高温煤焦油按一定比例混配，通过共聚合的方法，可以获得优质粘结剂沥青。

参考文献：

1. 张同翔，任有中，钱剑清等：乳化煤焦油作为锅炉燃料的初步研究【J】锅炉技术，2004,35（3）：45-48

2. 水恒福.煤焦油分离与精制【M】.北京：化学工业出版社，2007:4

3. 朱相利. 渣油锅炉燃用煤焦油改造【J】工业锅炉，2004,87（5）：46-48

4. 王红岩. 中低温煤焦油加氢催化剂及工艺研究【D】中国地质大学，2001,05

5. 王峰，赵德智，曹祖宾，宋荣君.催化裂化油浆的加工工艺及进展【J】.当代化工，2003，32（1）：45-49