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煤焦油沥青深加工利用综述_王永林

煤焦油沥青深加工利用综述_王永林
煤焦油沥青深加工利用综述_王永林

第1期(总第94期)煤 化 工No.1(Total No.94) 2001年2月 C oal Chemical Industry Feb. 2000

煤焦油沥青深加工利用综述

王永林 山西铝厂 河津 043300

李好管 华泰工程公司 030001

摘 要 概述了国外煤焦油沥青深加工利用现状,并对改质沥青(浸渍剂、粘结剂)、筑路沥青、涂料、碳纤维、针状焦等煤沥青深加工产品的技术开发、生产及应用进行了分析。

关键词 改质沥青 筑路沥青 涂料 碳纤维 针状焦

文章编号:1005-9598(2001)01-0013-06 中图分类号:TQ522.65 文献标识码:A

引 言

煤焦油沥青(又称煤沥青)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%。由于具有稳定的性能,煤沥青在炼钢、炼铝、耐火材料、碳素工业及筑路、建材等行业日益得到广泛的应用。

我国目前潜在的煤沥青资源在200万t/a左右,其加工利用水平和效益对整个煤焦油加工来说至关重要。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于亏损,可见如何对煤沥青进行必要的深加工,提高沥青产品的附加值是煤焦油加工中的一个重要问题。

煤沥青的主要产品有沥青焦、针状焦、碳纤维、涂料、浸渍剂沥青、粘结剂沥青等。广泛用于普通电极、炼铝阳极糊的骨料,高、超高功率电极骨料等方面。

1 国外煤焦油沥青加工应用概况

目前煤焦油沥青在国外的主要用途有:(1)生产各种碳素电极的粘结剂和浸渍剂,即电极沥青,这一部分数量最大;(2)针状焦和碳纤维等高技术产品,产量不大,但附加值很高;(3)防水防腐料和筑路材

收稿日期:2000-08-15

作者简介:王永林,男,1965年出生,1989年毕业于太原理工大学机械系。工程师,现主要从事设备的维修与管理工作。料。德国吕特格公司是全球煤焦油集中加工和深度加工的典范,其技术优势是其产品加工的深度和广度。该公司目前有一套40万t/a电极沥青生产装置,工艺采用真空闪蒸、热处理;日本新日铁公司的子公司新日化公司焦油加工方面的技术优势是沥青深加工生产针状焦和碳纤维方面。

上述两公司技术是目前世界上有代表性的两种煤焦油加工工艺路线。

2 沥青改质生产炼铝工业及碳素工业所用的浸渍剂沥青、粘结剂沥青

国内外目前生产改质沥青工艺主要有氧化法、热聚合法(包括管式炉法和釜式法)、真空闪蒸法等。国内鞍山焦化耐火材料设计研究院(ACRE)成功地开发了釜式热聚合法生产改质沥青的工艺。

2.1 浸渍剂沥青 

利用煤焦油沥青研制电极浸渍剂沥青的关键是降低喹啉不溶物(QI)含量。我国浸渍剂沥青尚无专门生产线,目前炼铝和碳素工业所用的浸渍剂大都是用焦化行业生产的煤焦油中温沥青。这种沥青的QI含量较高,一般在10%左右,使用时QI会在碳素制品孔隙入口处形成不渗透滤饼而降低沥青浸入率,影响浸渍效果。为此,日本专门研究了QI<0. 1%的电极浸渍沥青,并已投入工业化生产,国内有关碳素厂也迫切希望得到这种电极浸渍沥青;此外,如果将煤沥青作为生产针状焦的原料使用,也要求将其中QI分离掉,因此这种低QI改质沥青国内市

场及出口前景看好。

无锡焦化厂以中温煤焦油沥青为原料,选择价廉易得的有机溶剂(重吡啶盐基),采用加热溶解、真空抽滤、常(减)压蒸馏工艺,制得符合碳素厂要求的电极浸渍沥青,产品中的Q I 达到日本同类产品标准;在真空抽滤实验过程中找到了一种既能满足使用要求又可望实施工业生产的过滤材料,为今后的工业化生产找到了一条切实可行的途径;摸清了煤焦油沥青中QI 的分离整个工艺流程的有关参数,为进一步中间试验提供了相关参数。

制备C /C 复合、高强、高密材料也都需进行浸渍处理,目前我国大部分厂家使用中温煤焦油沥青或改质煤焦油沥青做浸渍剂,这些沥青除原生Q I 含量较高外,产碳率也较低,增加了浸渍的难度,特别是对于航空航天工业中的高性能材料,一般的浸渍沥青使用效果不能令人满意。国外六七十年代研究开发了高产碳沥青浸渍剂,由于主要用于军备竞赛的武器设备,其技术严格保密,鲜有文献报道。随着国防建设和高品位民用材料的发展,开发高产碳沥青浸渍剂已成为当务之急。山西煤化所研究了硫化制备高产碳沥青的方法。原料采用改质沥青和化学纯升华硫,首先通过蒸馏净化煤沥青,有效地除去一次QI 组分,然后用硫化法调制煤沥青,所得沥青H /C 比较高,芳香度较小,流动性好,产碳率高,热稳定性好,适于做浸渍沥青。2.2 粘结剂沥青

在碳素制品生产中,沥青是不可缺少的粘结剂,尤其是在电极生产过程中用于使粉状固体料粘结成型的粘结剂的好坏对电极质量起着至关重要的作用。随着炼铝工业和钢铁工业的发展,铝厂对阳极糊和钢厂对石墨电极的要求越来越高,因此提高粘结剂沥青的质量十分重要。国内许多碳素厂所使用的粘结剂为焦化厂煤焦油蒸馏过程中产生的中温沥青,其最大的缺陷是甲苯不溶物含量和结焦值两项指标太低。要满足碳素制品的密度、导电性、强度等指标的要求,这两项指标必须加以提高,甲苯不溶物含量要求大于26%,结焦值要求大于50%。这是因为,甲苯不溶物是沥青中分子量比较大的那一部分,是由多环芳烃组成的多环或杂环化合物,具有较强的粘结能力且其粘结具有较宽的温度范围;又因为其氢碳比小,在焙烧过程中产生的气泡少,残炭率高(即结焦值大),因而焙烧产品致密、强度高、导电性好。生产改质沥青比较成熟的方法有氧化法或热聚合法(原理如前所述),这两种工艺均不复杂,投资不

多,且改质后的沥青甲苯不溶物含量和结焦值两项指标比中温沥青高得多,可以达到碳素制品对粘结剂的要求。

3 筑路用煤焦油沥青

3.1 国外煤沥青改质为铺路沥青技术的发展概况早在20世纪初,在德国开发了煤沥青改质为铺路材料的技术,起初科学家将煤中温沥青回配焦油得筑路焦油,再添加少量石油沥青(10%~15%)以改善其性能。其后开发了煤-石油基混合沥青,与以前不同的是以石油沥青为基料,掺加少量煤沥青,以改善石油沥青的性能。英国从1963年开始生产这种以石油沥青为主要成分的混合沥青,用于铺设最高负荷的公路,并于1973年为这种混合沥青制定了国家标准。70年代以来,德国、瑞士、法国、波兰等许多国家也先后开始生产和使用这种混合沥青作铺路材料。混合沥青中石油沥青的比例各国规定有所不同,一般在65%~85%。

混合沥青的芳香度较高,针入度和延展度可与100号石油沥青媲美,热敏性好,筑路性能(如施工温度低、路面抗变形强、抗磨性高,行车比较安全,使用寿命长)比两种源沥青都好。生产混合沥青比较典型的公司如德国的吕特格公司,从1983年开始生产混合沥青,商品名叫碳沥青CB70,是由25%经高沸点蒽油软化(增塑)的煤沥青和75%的石油沥青B 80配制而成,德国用这种沥青自1982~1986年期间铺筑了72条路段,总面积90万m 2,并且是在比常规混合料较低的施工温度下(110℃~140℃)铺设的,经过长时间的使用表明,路面的抗变形性能强,抗磨性好,粗糙性好,能增加行车安全,特别是雨天。

由上可见,在国外混合沥青铺路材料已有多年的生产与公路应用的实际经验,并且这种材料可用于包括高速公路在内的高等级公路建设,足以表明煤沥青和石油沥青共混作为石油沥青改性的重要途径之一是有发展前途的。

近年来,美国开发了一种新的筑路焦油,这种工艺的核心是在煤沥青中加一些高分子聚合物(天然橡胶、聚氯乙烯、环氧树脂),这些高分子化合物与煤沥青结合得很好,使煤沥青的延展度变高,从而大大提高煤沥青的筑路性能,但这些高分子化合物的价格相对较高,只能生产高负荷的高等级公路如机场路面等。

值得提及的是,随着全球环保要求越来越高,煤

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14·煤 化 工 2001年第1期

焦油沥青筑路带来的环保问题应引起重视。

3.2 国内煤沥青改质为铺路沥青技术的发展概况

在我国,煤沥青改质为铺路沥青特别是高等级公路路面用沥青的研究还刚刚开始。山东矿业学院研究了单纯煤中温沥青(75%)再添加一些工业废弃物改质为铺路材料的可能性。研究结果表明,煤沥青改质后筑路性能有了较大改善,其性质基本符合60号石油沥青的质量指标,接近100号石油沥青的质量指标。大连理工大学在辽宁省科学技术基金的资助下也进行了混合沥青试验研究,他们以辽河油田环烷基石油沥青和鞍钢化工总厂中温煤沥青的混合沥青为原料进行实验,初步得出以下结果:1)两种原料在一定范围内可以相互混溶得到均一并稳定的混合沥青,为使混合沥青在贮运条件下保持液态胶体体系平衡需添加某些树脂类物质作稳定剂;2)混合沥青对碎石特别是酸性碎石的粘附力高于石油沥青;3)混合沥青的动力粘度随温度变化的特征比原油沥青更为有利;4)混合沥青样品PA3(针度编号90)、PA4(针度编号70)同国外同类产品比较,多项指标接近波兰和德国的水平。但国内还未发现煤沥青改质为优质铺路材料用于实际路面铺设的报道,有些技术问题和放大实验还需认真解决。

煤沥青改质为铺路沥青的研究还有很多工作要做,突出的问题表现在以下几个方面:1)我国的石油沥青是环烷基或石蜡沥青,资源也比较缺乏,大规模地生产以石油沥青为主要原料的混合沥青铺路材料还不具备现实条件。而且在制备混合沥青时也不是所有的石油沥青都能与煤沥青混合制得铺路材料,对沥青改质用添加剂也有较高的要求;2)煤沥青改质机理、煤沥青改质后的结构还未获得系统研究,已经制约了煤沥青改质为铺路沥青技术的进一步提高;3)对煤沥青改质用添加剂,特别是工业废弃物添加剂的改质机理需进一步研究;4)对环境的影响应列科研专题进行研讨。

4 涂 料

4.1 环氧煤沥青涂料

利用煤沥青改性环氧树脂制成的环氧煤沥青,综合了煤焦油沥青和环氧树脂的优点,得到耐酸、耐碱、耐水、耐溶剂、耐油和附着性、保色性、热稳定性、电绝缘性良好的涂层。该涂料是60年代出现的一种防腐涂料,美国匹兹堡化学公司首先获得专利(U SP2765288)。随着环氧树脂产量的增大,该涂料在美国、日本、法国获得迅速发展,已占环氧树脂涂料的一半。应用领域包括码头、港口、采油平台、矿井下的金属构筑物、油轮的油水舱、埋地管道(石油管道、水管道、天然气管道)、化工建筑及设备、贮池、气柜、凉水塔、污水处理厂PPA池防腐、制氢车间氢气贮罐、橡胶污水大型曝气池防腐等。

环氧煤沥青涂料配方中的组分及其作用:

环氧树脂:是环氧煤沥青的主要成膜物质,具有粘结力强、收缩率小、稳定性好、强度高、韧性好、化学稳定性能好等优点。

煤沥青:耐水、耐潮、防霉、耐氧化氮、二氧化碳、氯气、对盐酸和其它稀酸、稀碱均有一定的抵抗作用。沥青中含有芳香族化合物越多,它和环氧树脂湿溶性越好。

煤焦油:在环氧煤沥青涂料中加入煤焦油目的是防止沥青漆龟裂、增强韧性和附着力。使用时煤焦油要加热熬制以驱除水分和杂质,加热温度150℃~160℃。

熟桐油:使漆膜耐光、耐碱、耐油、耐电压、抗水。

填料:又称体质颜料,可增加漆膜厚度,降低成本,改善涂料和漆膜性能。用作填料的物质有滑石粉、锌铬黄、云母、氧化铁红等。

国际上普遍认为,环氧煤沥青涂料是地下钢结构件最理想的防腐涂层,国内在建的各项重点工程都离不开环氧煤沥青涂料。沧化TDI工程埋地钢管在开始设计时,做加强防腐层,后变更为环氧煤沥青特强级防腐,说明环氧煤沥青涂料特强级防腐已在现代化工建设中受到重视。

我国煤焦油资源十分丰富,由于回收加工工艺落后,大量宝贵资源被浪费。用于制造高附加值的重防腐涂料仍不失为一条利国利民的途径。

4.2 无溶剂环氧煤沥青防腐涂料

环氧煤沥青涂料存在着固化时间长、涂层易出现针孔、施工工序复杂、涂膜厚度薄等缺点。为此,国内在环氧煤沥青涂料基础上开发了无溶剂环氧煤沥青涂料。该涂料不含溶剂,涂层无针孔缺陷,膜厚可达0.35m m以上,无需缠绕玻璃布、大大简化施工工序,符合涂料发展的趋势。

无溶剂环氧煤沥青涂料是由环氧树脂、煤焦油沥青、填料,助剂、固化剂等组成。其中,环氧树脂、煤焦油沥青是基料;惰性填料能提高涂层的机械性能、防腐性和附着力,也是影响涂层致密性的关键性因素之一;助剂是无溶剂环氧煤沥青涂料不可缺少的组分,一般采用固化促进剂、表面活性剂和增塑剂

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2001年2月 王永林等.煤焦油沥青的深加工利用

等,为改善涂料的施工性能,有时还加入其它成分来控制涂料的施工粘度;固化剂常用胺类化合物,在开发无溶剂环氧煤沥青涂料过程中研制出一种新型固化剂,该固化剂粘度低,与涂料的混溶性好,使用期和固化时间适宜,固化涂膜的防腐性和硬度、致密性好。

无溶剂环氧煤沥青涂料除具有溶剂型环氧煤焦沥青涂料的优良电绝缘性,抗微生物侵蚀性及耐化学品性外,其附着力、低吸水率、抗阴极剥离等性能也大大提高。

4.3 煤沥青冷涂涂料

目前许多铸管厂采用煤沥青作为防腐防锈涂料大都用热涂法,即在铸管铸造结束后,未冷却之前(140℃左右)趁热涂上一层煤沥青。热涂法存在环境污染严重、浪费大、涂层不均匀、干燥慢等问题。针对以上问题,国内有关科研院所对生产工艺进行改进,将传统的热涂法改为冷涂法。

冷涂涂料配方:煤沥青100份,添加剂5~10份,有机溶剂A (含脂肪烃的溶剂)20份,有机溶剂B (含芳香烃的溶剂)10~15份。添加剂的加入具有防腐及催干两种功能;混合有机溶剂的加入使涂料易涂刷,干燥快。

生产工艺:取煤焦油沥青100份,加入5~10份添加剂,加热到110℃开始起泡沫,减小火量,开动搅拌机,搅拌,除去其中的水蒸气,然后慢慢加热到250℃~260℃,恒温30min ,冷却到150℃加入有机溶剂A ,不断搅拌,当温度冷却到90℃~95℃时,可慢慢加入有机溶剂B,继续搅拌均匀,冷却后装罐。使用冷涂涂料涂刷后的工件,遮盖力良好,对金属无腐蚀,涂层具有良好的防潮、防腐、防锈功能,在威宁市铸管厂等厂家使用,环境污染小,克服了热涂法许多缺点。

5 煤沥青针状焦

针状焦即为石墨化程度较高的沥青焦,高温处理后易于全部石墨化,其外观有金属光泽,在显微镜下可看到流态形条纹,细粉碎时呈针状微粒子;而普通焦炭为无定型暗色海棉状组织,粉碎时呈不规则粉末粒子。针状焦分为油系(以石油馏分为原料)和煤系(以煤焦油馏分为原料)两种,功用相同。

针状焦主要用于制造超高功率电极和特种碳素制品,是发展电炉炼钢新技术的重要材料。

要想得到比较好的针状焦必须具备下列条件:

(1)原料沥青容易形成平面结构的芳环大分子,而不形成立体结构的分子;(2)沥青中有相当数量的C -H

键存在;(3)炭化过程中分子缩聚的速度不能太快,就是说,在固化之前,分子的缩聚和分子的移动,排列能够配合良好。这就要求必须对原料沥青进行化学改质或热处理改质。5.1 针状焦生产技术的发展

煤系针状焦的制取方法有多种,有代表性的方法为蒸馏法、离心法、溶剂法、M -L 法、改质法。其中溶剂法在日本已工业化生产;我国采用改质法工艺也已建起2万t /a 装置,但目前产品质量还不过关。

1950年美国大湖碳素公司首先发明了石油系针状焦;70年代初日本等国开始研究以煤沥青为原料生产针状焦的工艺技术,1979年装置投产。我国对针状焦的生产研究始于80年代初,1986年由鞍山热能研究院承担的煤沥青针状焦中间试验顺利完成,1987年初,山东济宁煤化公司与鞍山热能研究院合作开展了以煤沥青为原料生产针状焦的探索试验和扩大的中间试验,1989年初该试验顺利完成并通过鉴定。目前我国第一套采用溶剂处理静置法的工业试验装置于2000年7月开始运行。

5.2 针状焦生产厂家分布

目前,国外生产针状焦的厂家有:美国大陆石油公司、美国大湖碳素公司、日本兴亚石油公司、日本三菱化成(30kt /a 煤沥青针状焦)、日铁化学户火田工厂(50kt /a 煤沥青针状焦);此外,美国联合碳化物公司、壳牌公司和俄罗斯也生产针状焦。我国针状焦生产厂家有:锦州石化针状焦生产厂(35kt /a 石油系针状焦)、鞍山沿海化工有限公司(20kt /a 煤沥青针状焦)。

5.3 我国针状焦生产的发展前景

针状焦是高功率或超高功率电炉炼钢导电电极的主要原料,采用高功率或超高功率电炉炼钢,可使冶炼时间缩短30%~50%、节电10%~20%以上,经济效益十分明显。1997年全世界针状焦生产能力约900kt ~1000kt (其中煤系针状焦生产能力约100kt ),产量约为800kt (其中煤系针状焦产量约70kt);全世界石墨电极消耗针状焦750kt ~800kt 。我国1995年石墨电极产量215kt,1996年231kt,1997年244kt(其中超高功率电极仅为5.5kt,高功率电极为58kt )。我国每年还进口超高功率电极6kt ~9kt 。

目前我国碳素行业已基本掌握了超高功率电极生产制造技术,但其原料针状焦却主要依赖进口。随

·16·煤 化 工 2001年第1期

着国家禁止重复建设项目政策的逐步实施,一批中小型电炉冶炼技术项目将被取消,超高功率电炉冶炼技术将会成为各电炉炼钢企业和有色金属冶炼企业提高经济效益的唯一途径。国内超高功率电极的需求将逐步增大,针状焦的市场必将趋于活跃。我国的针状焦生产技术尚处于工业性试验阶段,因此,应加紧技术攻关尽快生产出高质量的针状焦,以推动我国电炉冶炼行业的技术进步。

6 沥青碳纤维

6.1 技术开发历程

沥青基碳纤维于1963年由日本群马大学开发成功;1969年,日本吴羽化学工业公司开始工业化生产通用级石油系沥青碳纤维,规模为120t/a,1986年增加到900t/a;1972年,美国联合碳化物公司(现为Amoco特性纤维公司)开发出用石油中间相沥青为原料的碳纤维,1975年通过中试,1982年工业化生产,目前生产规模230t/a;1981年,日本九洲工业实验所开发出用预中间相沥青生产的碳纤维;1982年,日本富士标准研究公司开发出用潜在中间相沥青生产的碳纤维;1985年,日本鹿岛石油公司工业化生产石油系高强、高模碳纤维;1987年,日本丸善石油公司开发出用全中间相沥青连续生产碳纤维新工艺,1988年三菱化学公司开始生产。目前世界沥青基碳纤维生产主要集中在美国和日本,发展缓慢,总生产能力不到3000t/a。最近,日本新日铁公司和日本石油公司合资设立“日本石墨纤维公司”,把高性能沥青基碳纤维的生产能力提高到120t/a,成为次于三菱化学的第二大生产厂家。

国内70年代初,上海焦化厂以煤焦油为原料成功地制取了碳纤维,但因试验结果不稳定,产品质量不高而终止。1979年山西煤化所开始研制沥青基碳纤维,1985年通过小试,在此基础上,冶金部在烟台筹建了新材料研究所,生产通用级沥青碳纤维,规模70t/a~100t/a,90年代初扩大到150t/a,但由于关键设备未过关,又无改造资金,迄今仍处于停车状态。鞍山东亚精细化工有限公司投资 1.2亿元人民币于90年代初从美国阿什兰德石油公司引进了200t/a熔喷法全套生产设备,1994年动工建设, 1995年投产,已运行几年,正逐步好转。中科院山西煤化所协助河北大城兴建了100t/a的熔纺法装置,但由于资金短缺,市场也有限,处境十分艰难。另外,兰州炭素厂和山西煤化所分别有30t/a、10t/a的设备能力。据报道,“九五”期间国内仍有些厂家拟上百吨级通用沥青碳纤维装置。

综上,国内目前共有3套年产百吨级通用沥青碳纤维生产线,总生产能力400t~500t,但运行状况都不太好,因此今后的发展关键是改进操作技术、改善设备运行状况、降低成本并开发深加工产品。

6.2 生产、应用与市场

碳纤维的比强度、比模量都相当高,而且有耐高温、耐腐蚀、耐冲击、热膨胀系数接近零等特性,能与树脂、金属陶瓷、水泥等材料广泛地复合,一直是增强复合材料领域的佼佼者。高性能沥青碳纤维主要应用于飞机或汽车刹车片、增强混凝土或耐震补强材料、密封填料、摩擦材料、增强热塑性树脂、电磁波屏蔽材料和锂电池的负极材料,另外也正在开拓高尔夫球杆等体育用品和工业罗拉(造纸、薄膜、化纤、涂层、印刷等),今后最大的市场将是土木建筑用包括修补和加固材料。通用级低性能沥青碳纤维主要用于幕墙混凝土的增强。

三菱化学公司是目前世界上最大的高模量沥青碳纤维生产厂家,生产能力500t/a,现满负荷生产,主要应用于大型罗拉、人造卫星部件、桥墩及土木建筑用补强材料;日本石墨纤维公司生产模量为 4. 9GPa~931GPa的碳纤维,生产能力120t/a,1996年的销量和销额曾大幅度提高,用途是土木建筑、航空航天、体育休闲三大支柱,其中补强道路路面和建筑物横梁领域在日本现有数百吨的需求量,乐观预测则有10倍的潜在需求。目前高性能沥青碳纤维50%以上用于航空航天领域,今后从轻量化和减震、防震的观点看,将会扩大到应用于铁道车辆和汽车领域。

在通用级低性能沥青碳纤维方面,日本吴羽公司和Do nac公司产品主要用于兼有膨松性和耐热性的过滤材料、绝热材料和垫材等以及短纤维增强混凝土。Do nac公司新开发的品种“Donacarbo Lig ht Wo ol”不仅具有卷曲状,当与酚醛树脂粘合剂相组合时,其绝热性能约为玻璃毛的1.6倍,因此在日本已应用于北陆和上越两条新干线的轻量绝热材料。此外由于其具有低密度、高防静电性能,还用于车辆、抗静电部件、部分建材、滤材及电池用的电极,因此需求量不断增长。

我国碳纤维目前的应用领域涉及航空航天、文体器材、纺织机械、医疗机械、电子工程、汽车、冶金、石油化工、环境工程、劳动保护、土木建筑、原子能等行业,但使用的数量,应用的深度与世界其他国家和

(下转第34页)

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2001年2月 王永林等.煤焦油沥青的深加工利用

稳定运行带来了严重的影响。因此,在设计中应充分重视气化界区氧气总管压力的调节手段和措施。

6 激冷室合成气出口结渣问题

在上焦装置上,在激冷室合成气出口处的管道上设计了一股喷淋水,流量为20m 3

/h,水温144℃(实际水温约110℃)。在实际使用中,从激冷室出口

后的约 1.5m 长的管道内积渣严重,约2~3个月就要割管清渣(后改为法兰连接),其渣坚硬,较难清理。在渭化装置上,这股水没有设计,该处也有少量积渣,但量相对较少且易于清理。笔者对该二个装置上不同设计所带来的不同结果进行了观察和分析,认为,在上焦装置上该处出现的问题主要原因是这股水的设计流量偏大,水温偏低(使用水温为110℃),且喷淋头的设计形式和位置不合理所造成。上焦正在进行积极的改造与探索。

7 黑水絮凝处理问题

黑水絮凝处理工序是德士古煤气化工艺的重要技术环节之一。该工序通常选用添加絮凝剂沉降处理技术,即出气化炉、洗涤塔的黑水经闪蒸分离冷却后,送入沉降槽沉降分离,同时投加絮凝剂加速液固分离。

在该工序的设计中,其黑水在沉降槽中的停留时间、絮凝剂的投加量及灰水的质量都相互关联。工艺上对灰水的水质通常要求灰水中的悬浮物<100mg /L,最好<50m g /L,并且希望水中其它有害杂质都能在该过程中得到最大程度的清除,因此,沉

降槽设计的合理与否就显得至关重要。表6为上焦装置与渭化装置中有关设计与运行的参数,从实际运行情况看,上焦装置的沉降槽中停留时间偏小,灰水质量相对比较差,且灰水悬浮物是靠增加絮凝剂的投加量来弥补。由于黑水在沉降槽中的停留时间较短,其灰水中残留的高分子絮凝剂量随之增加,这也是造成工艺系统黑水管道中灰渣沉积、结垢的因素之一。因此,在该工序的设计中,在条件允许的情况下,应尽可能地强化沉降槽的设备功效。

表6 黑水絮凝沉降设计与运行参数

 

上焦渭河沉降槽体积/m 3黑水停留时间/h

高分子絮凝剂添加量/×10-6灰水悬浮物/mg ·L -

1

1201.12.580~90

1360~9110~25

8 结 语

国内几套装置经几年来的运行,都暴露出了一些工程设计上的问题。这些问题,一部分是该工艺技术固有的缺陷,一部分则是源于工程经验的不足。这些问题将对今后新上装置起到较好的借鉴作用。(上接第17页)

地区还有差距,随着我国经济的发展和应用领域的不断开发,我国的需求量会进一步增加,生产能力将随之进一步扩大。虽然PAN 碳纤维仍是今后发展的主流,但沥青碳纤维由于成本低、价格便宜,加上新用途

的开发,其需求量也将相应增加,市场将进一步扩大。7 小结

7.1 用浸渍剂沥青对碳素制品进行浸渍处理,可显著提高碳素制品诸多性能;粘结剂沥青质量好坏对铝厂阳极糊和钢厂的石墨电极的质量至关重要。浸渍剂沥青、粘结剂沥青的技术进步将对碳素工业、炼铝工业、钢铁工业的发展起到巨大推动作用。7.2 针状焦、碳纤维是两种重要的煤沥青高附加值产品。国内在技术开发、工业化生产等诸多方面与国

外(尤其是日本)存在相当大差距。应进一步加大科研开发、工业化推广力度。7.3 沥青改质为筑路油,国外已有多年生产与公路应用的实际经验;国内一些高校及科研院所近年来也在进行这方面的研究工作。由于全球环保标准日趋严

格,因此应对煤焦油沥青用于铺路造成的对水和大气的污染有所考虑,以免走弯路。

主要参考文献:

[1] 高晋生,张德祥,万 晨.煤化工[J ].1999,(1):3~ 6.[2] 谢建明.燃料与化工[J].1998,(1):29~31.[3] 刘小平.涂料工业[J].1998,(5):30~33.[4] 谢建明.燃料与化工[J ].1998,(3):94~95.

[5] 罗益锋.合成纤维工业[J ].1998,(2):1~ 4.

[6] 韩 梅.煤炭加工与综合利用[J].2000,(1):10~11.

·34·煤 化 工 2001年第1期

Working for the Construction of Coal

Direct Liquef action Plant

W u Chunlai

(Beijing Research Institute of

Coal Chemistr y,China Coa l Resea rch Institute)

Abstract T he coa l liquefactio n techno log y a nd th e fea-sibility study status o f Yunna n Xia nfe ng br ow n co al and Shenhua bitumino us co al liquefac tion plant are int roduced. The sig nificance of bo th pro jects to la rg e-scale dev elo p-ment of the w ester n region is also analyzed in this paper.

Key words coal liquefaction,demo nst ration pla nt,fea-sibility study

Review on Thermal Plasma Pyrolysis of Coal

Dai Xiao yan Y ang J ianhua

(Colleg e o f Chemical Enginee ring,

Si Chuan U niv ersity610065)

Abstract In this paper,the cause,th e applicatio n per-spectiv e a nd the impo rtance o f th ermal plasma py ro ly sis o f coal we re dealt with,the r esea rch pr og ress was analy zed, the future research direction w as discussed.

Key words th ermal plasma,py ro ly sis,coa l

Development of Coal Gasif ication Teachnology and

Its Application in IGCC

Zhang Donglia ng

(N o rth-w est Institute o f Chemica l Industry710600)

Xu Shisen

(Th e th ermal Institute o f Na tio na l Pow er)

Abstract Th e paper review s the dev elopment cour se o f the co al ga sificatio n and the tech nical featur e of v arivo us ga sificatio n pro cess,som e sug g estio ns o n the choice o f co al ga sificatio n pr ocess about the China's first I GCC demo nstra-tio n facilities ar e also put fo rw ar d.

Key words co al g asifica tion,IG CC,applica tio n

Further Processing of Coal Tar Pitch

W ang Yo ng lin

(Shanxi Aluminiun-making Pla nt043300)

Abstract Fur ther Pr ocessing o f coa l tar pitch to raise the additional v alue is o ne o f key subjects in coal tar pr o-cessing.This pa per discusses the present situa tio n of co al ta r pitch deriv ed pro ducts such a s modified pitch,paving pitch, co ating s,carbo n fibe r,needle-co ke.

Key words co al ta r pitch,modified pitch,paving pitch, co ating s,carbo n fibe r,needle-co ke

DME Synthesized f rom Coal-based Syngas

——The Study of Mass-transf er in

DME Absorption

Xie Hong jua n Niu Yuqin

(Institute of Coa l Chemistr y,Chinese)

Academy of Sciences,Taiy uan030001)

Abstract During the DM E abso rptio n by m ea ns of so lv ent,the effect o f opera tio n co nditions including pres-sure,tempera ture,linear v elocit y of empty co lum n,DM E co ntent of the inlet ga s and ra te o f g as to liquid(G/L)on DM E v o lumetric gas-side mass tra nsfer co efficient(Ky a) wer e inv estiga ted.T he results indica ted that the Kya va lue inc reased with the inc reasing o f pr essure,linea r v elocity of empty column,DM E content o f the inlet g as;the Ky a va lue decrea sed with increasing of temper ature a nd G/L.

Key words abso r ption,v o lumetric mass t ransfer co ef-ficients,dimethyl ether

Recent Study on Gas Pressure Drop of

the Rotating Packed Bed

Xie Guo yo ng Liu Youzhi Zhang Yanhui

(Depar tment o f Chemical Enginee ring,N o rth China

Institute of T ech no lo gy030051)

Abstract This paper briefly intr oduces the o pera tion principle a nd the sturctur e of the ro tating packed bed (RPB).The theo re tica l and ex perimenta l study on gas Pres-sure drop o f RPB a re mainly discussed.T he effect of ro ta-tional speed a nd gas flux upo n g as pressur e dr op a re fur th er a naly zed.

Key words ro tating packed bed(RPM),centrifugal fo rce,mass tra nsfer,pressure dro p

Study on GC-MS Simulated Distillation of

Coal Tar

Zhang Yug ui Li Fa n Xie Kechang W en Peng

(Shanxi Key Lab of Coal Science and Technolog y,

·1

·

煤焦油沥青的加工

第九章煤焦油沥青的加工 煤焦油沥青是煤焦油蒸馏提取馏分后的残渣,煤焦油沥青简称为沥青,沥青为多种有机物质的混合物,所以无固定的熔点,受热后软化继而熔化。按其软化点的高低可将沥青分为低温、中温、高温沥青。我国煤焦油沥青的质量指标如表9-1所示。 表9-1煤沥青的技术指标(GB/T2290—94) 注:1号沥青主要用于电极沥青。 沥青中的喹啉不溶物每月至少测定一次。 低温沥青也叫软沥青,用于建筑、铺路、炉衬黏结剂和电极炭素材料,也可用作制造炭黑的原料。中温沥青用于生产油毡、建筑物防水层、高级沥青漆、煤沥青延迟焦和改质沥青等。中温沥青还可用来制取针状焦和沥青炭纤维等新型炭素材料。也可通过回配蒽油制取软沥青。高温沥青可用来生产各种炭素材料的粘结剂和电极焦等。 第一节沥青的性质 一沥青的物理性质 沥青最重要的工艺性质包括密度、黏度、塑性、表面张力、润湿性。 1.密度: 沥青的密度随软化温度的提高而成线性增加,如图9-1。 图9-1 沥青密度与软化温度的关系 2.黏性 黏性是沥青的另一重要性质,黏性是指沥青材料在外力作用下,抵抗发生形变的性能指标。沥青的黏性由其性质和温度而定。表示沥青黏性的物理量是黏度。表示沥青黏度的单位有恩氏黏度E t、运动黏度v t(㎝2/s)之别。二者之间的关系是: 此外,还有动力黏度(Pa·s)。不同软化点的沥青黏度与加热温度的关系见图9-2。 图9-2 不同软化点的沥青黏度与加热温度的关系 3.塑性 沥青在外力作用下,产生变形而不破坏,除去外力后,仍能保持变形后的形状不变。这种可以承受由于外力所产生的应力,不致在变形情况下发生破坏的能力,称为塑性。 沥青的塑性小,并随着软化点的增高而减小。沥青的塑性用延伸度或伸长度表示,即在一定温度下,能够拉成细丝的长度。 4.表面张力 表面张力是表示液体表面状态特性的量,数量上等于形成单位面积时所消耗的功。沥青的表面张力和黏性、温度及化学组成有关。

沥青混合料及其力学性能分析

沥青混合料及其力学性能分析 摘要:目前我国高等级公路主要采用沥青路面结构形式,沥青混合料性能的好 坏直接影响到公路的服务功能和使用年限。现代重载交通要求沥青混合料具有优 良的高温稳定性和其它性能;为提高沥青混合料的性能、实现混合料性能的优化,近年来先后出现了大量的新材料和新理论。本文首先对沥青混合料的级配构成原 理进行了分析,其次对其力学性能做出了分析。 关键词:沥青混合料力学性能级配构成 1引言 随着生产力的发展,现代道路工程的特点反映出愈来愈鲜明的功能化。为了 满足日趋复杂、高效的现代化生产过程和日益上涨的生活水平所提出的各种功能 要求,道路工程的使命愈来愈艰难。从这个意义上看,现代道路工程面临着一场 革命作为道路工程中广泛使用的一种复合材料,沥青混合料是由沥青、矿粉、集料、等多种具有不同力学特性、不同几何形状尺寸的材料所构成的具有多相结构 的非各向同性材料。本文主要对沥青混合料及其力学性能进行了研究,希望能够 为沥青混合料的技术发展提供帮助。 2新型沥青混合料的级配构成原理分析 2.1沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA) 沥青玛蹄脂碎石(简称SMA)是一种由沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青 玛蹄脂混合料填充于间断级配的矿料骨架中所形成的沥青混合料。其4.75mm以 上的集料含量在70%-80%左右,同时小于0.075mm的填料含量通常达到10%,而0.6-4.75mm的颗粒通常仅有10%左右,而AC-I型混合料的0.6-4.75mm的颗粒通 常达30%。因此SMA混合料是典型的由填料填充在粗集料形成的骨架空隙中形成的骨架密实结构。 2.2多碎石沥青混凝土(SAC) 多碎石沥青混凝土(SAC;)是由我国沙庆林院士于1988年提出的一种沥青 混凝土结构形式。其定义为;4.75mm以上的碎石含量占主要部分的密实级配沥 青混凝土。 SAC是在总结我国传统的工型和II型沥青混凝土的有缺点的基础上提出的。 我国传统的工型沥青混凝土空隙率为设计3-6%,因此耐久性好、透水性小,但表面构造深度较小;同时由于细集料试用较多,粗集料悬浮于沥青和细集料所组成 的密实体系中,因此混合料的稳定性随温度的增加下降明显,从而易出现车辙等 病害。 2.3大粒径沥青混凝土(LSAM) 根据以有的研究成果,LSAM的的典型特点是颗粒尺寸大、粗集料含量高、粗集料接触程度高和主骨架稳定性高。LSAM中粗集料的排列特征和级配对混合料 的体积特征有着较大的影响,甚至起着决定性的作用,也即粗集料间必须充分形 成石一石接触的骨架特征。对于LSAM的骨架特征有两个重要指标;骨架稳定度 和骨架接触度。 2.4SuperPAVE沥青混合料 SuperPAVE推荐的级配采用了0.45次方级配图,此级配图是以Fuller最大密 实度理论(n=0.45)为基础,即此图的对角线即为最大密实度线,级配曲线越靠 近对角线,混合料的密实度越大。为便于级配的选择和创新,SuperPAVE摒弃了 传统的对各个筛孔的通过率都严格控制的方法,而改为仅对关键筛孔(如公称最

煤焦油深加工技术研究进展_熊道陵

转化利用 熊道陵等:煤焦油深加工技术研究进展 煤焦油深加工技术研究进展 熊道陵,陈玉娟,欧阳接胜,李 英,钟洪鸣,李金辉 (江西理工大学冶金与化学工程学院,江西赣州341000) 摘要:综述了煤焦油组成、性质和近年来国内外煤焦油深加工发展情况。介绍了煤焦油 中回收的洗油经过减压蒸馏切取不同温度段的馏分和脱酚洗涤,然后经过进一步的蒸馏、结晶、萃取,可以得到质量好、回收率高、工业上应用广泛的多种煤焦油化工产品,如萘、酚类化合物、吡啶盐基。研究了芴、吲哚、联苯等一些具有重要应用的煤焦油化工产品分离及精制方法。高、中、低温煤焦油催化加氢制取燃料油技术是煤焦油深加工新技术,该技术能够解决焦炉煤气放空燃烧污染环境的问题。 关键词:煤焦油;深加工;分离;精制;催化加氢 中图分类号:TQ522.64 文献标识码:A 文章编号:1006-6772(2012)06-0053-05 Research progress of coal tar deep processing XIONG Dao-ling ,CHEN Yu-juan ,OUYANG Jie-sheng ,LI Ying ,ZHONG Hong-ming ,LI Jin-hui (School of Metallurgy and Chemical Engineering ,Jiangxi University of Science &Technology ,Ganzhou 341000,China ) Abstract :Summarize the composition ,characteristics and research progress of coal tar.The most widely used coal tar chemical products such as naphthalene , phenolic compound ,pyridinium could be prepared from the wash oil of coal tar.The products has high quality.The technological process is that ,through vacuum distillation ,first gather the fraction at different extraction temperature ranges , then dephenolize ,distill ,crystallize and extract.Study separation and purification methods of fluorene ,benzpyrole and biphenyl.The preparation of fuel oil from coal tar by catalytic hydrogenation is the development direction of coal tar deep processing ,which could reduce the pollution caused by coke oven gas combustion. Key words :coal tar ;deep processing ;separation ;purification ;catalytic hydrogenation 收稿日期:2012-08-16 责任编辑:宫在芹 基金项目:江西省教育厅科技资助项目(赣教高字[ 2011]号GJJ11458,GJJ11476,GJJ10157)作者简介:熊道陵(1965—),男,江西吉安人,博士,教授,主要从事煤化工深加工及再生资源综合利用的研究。引用格式:熊道陵,陈玉娟,欧阳接胜,等.煤焦油深加工技术研究进展[J ].洁净煤技术,2012,18(6):53-57,83.中国仅焦炭生产过程中每年产生的煤焦油高 达600万 800万t [1-2] ,煤焦油产率约占焦干煤的3% 4%,由上万种混合物组成,已分离的化合物仅有500余种,其含量占煤焦油总量的55%左右,在合成塑料、农药、医药、耐高温原料、国防工业等领域广泛应用,其中有些化合物是石油加工业无法生产和替代的。煤焦油加工具有重大效益,因此人们对煤焦油的加工利用也日益重视。近年来,日本和德国在分离煤焦油技术上已经由高含量组分转向低含量组分,并且取得了进展。 1煤焦油的组成及性质 按照热解温度和过程方法的不同,煤焦油大致 分为高温焦油(900 1000?)、 中温焦油(650 900?)和低温焦油(450 650?)[3]。高温焦油色 黑, 密度较大,相对密度大于1.0,含大量沥青,其他成分是芳烃及杂环有机化合物,是煤在炼焦过程中的产物(主要是500?前胶质体分解形成的热分解产品)在荒煤气导出过程中,受焦炭、半焦及炉顶空间高温作用而二次裂解,最后形成高温焦油,呈气 3 5DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.2012.06.010

煤焦油深加工沥青系统的改造与应用(终版

煤焦油深加工装置沥青系统的改造与运用 甄凡瑜 (山东济矿民生煤化有限公司山东济宁272211) 摘要我国现有煤焦油加工装置200多套,多采用蒸馏改质工艺生产中温沥青和改质沥青。由于沥青软化点高、易凝固,二段蒸发器、沥青换热器、沥青高位槽等沥青系统如果设计不合理,使用不当,在生产过程中很容易出现沥青凝固、堵塞管道和设备的现象。通过优化设计并对原有装置沥青系统进行改造,沥青系统堵塞现象大大减少,不仅生产更加稳定,沥青换热器换热效果也非常明显,降低了能耗,减少了环境污染。关键词煤焦油加工,沥青,堵塞,改造,效果,稳定生产 Design and Application of Pitch Systerm in Coal Tar Further Processing Unit Zhen Fanyu (Shandong Jikuang Minsheng Coal-chemical Co., Ltd., Jining Shandong 272211, China) Abstracts There are 200 sets more of coal tar processing units now existing in China, among which, most of them is to produce medium temperature pitch and the modified pitch by adopting distillation with the modified pitch production unit. The problems like pipe and equipment block due to high pitch solidification will occur if the pitch flash column, pitch heat exchanger and pitch holder are not designed, and or operated properly. Achievements like stable production, less coking, high heating exchange efficiency of pitch heat exchanger and less environmental pollution and lower energy consumption have been obtained after the improvements being down to the previous process system. Key words coal tar processing, pitch, block, improvement, effective, stable production 煤焦油加工生产过程中有55%的沥青产品,(即使直接生产炭黑油,也有25%的沥青产品),由于沥青软化点高(一般70-120 ℃)、易凝固,在生产过程中经常出现沥青凝固堵塞管道设备的情况,造成短时间停车或降低生产负荷,严重时会造成长时间停车,影响生产。因此,沥青系统设计的合理与否,直接影响到生产能否连续稳定运行。另外,沥青从二段蒸发器出来温度在360 ℃以上,如果热量不能回收,不仅造成生产能耗高,而且会因为沥青温度高而污染环境[1]。本文针对上述煤焦油生产中沥青系统存在的问题进行原因分析,并对兖矿科蓝煤焦化有限公司的技改措施进行了介绍,为相关企业进行煤焦油深加工沥青系统的改造提供了借鉴。 1 部分焦油加工生产装置沥青系统存在的问题 煤焦油加工生产过程中,沥青系统主要包括二段蒸发器沥青的采出、沥青与无

煤焦油加工工艺

煤焦油加工工艺 煤焦油是煤在干馏过程中得到的液态产物。根据干馏温度的不同,可以将煤焦油分成以下几类: 低温焦油,干馏温度在450~600℃ 中温焦油,干馏温度在700~900℃ 高温焦油,干馏温度在1000℃ 炼焦过程中产生的焦油称为高温焦油。目前,我国煤焦油产量已达1300万吨,占世界总产量70%以上。高温煤焦油是一种主要由芳烃组成的复杂混合物,大约含有1万多种化合物,目前已查明的约500种,可提取的约200种,其中有许多产品是石油化工难以得到的。发展煤焦深油加工不仅可提高资源利用率和经济效益,还有利于环境保护。 煤焦油各馏分产率及切取温度范围 1.煤焦油的初步蒸馏 贮存及质量均和 有本厂生产的粗焦油及外厂来油均送入焦油油库,进行质量均和、初步脱水及脱渣。焦油油库通常至少设三个贮槽,一个接收焦油,一个静置脱水,一个向管式炉送油,三槽轮换使用,焦油贮槽为钢板焊制的立式柜。 焦油脱水 焦油含水量多,会使焦油蒸馏系统的压力显着提高,能耗增加,设备的生产能力降低,而且伴随水分带入的腐蚀性介质,还会引起设备和管道的腐蚀。 焦油脱水可分为初步脱水和最终脱水。 焦油的初步脱水是在焦油贮槽内加热静置脱水,焦油温度维持在70~80℃,静置36h以上,水和焦油因密度不同而分离。静置脱水可使焦油中水分初步脱至2%~3%。 目前广泛采用的焦油最终脱水方法是在管式炉的对流段及一次蒸发器内进行。当焦油在管式炉对流段被加热到120~130℃,然后在—次蒸发器内闪蒸脱水,使油水分可脱至%以下。

焦油脱盐 焦油中所含的挥发性铵盐在最终脱水阶段即被除去,而绝大部分的固定铵盐仍留在脱水焦油中,固定铵盐中氯化铵占80%,其余为硫酸铵、硫氰化铵、亚硫酸铵及硫代硫酸铵等。当加热到220~250℃时,固定铵盐分解为氨和游离酸。 产生的酸存在于焦油中,会严重腐蚀管道和设备,因此焦油在送入管式炉加热前,必须脱盐。 焦油脱盐是在焦油进入管式炉最终脱水前加入碳酸钠溶液,使固定铵盐转化为稳定的钠盐。 2.焦油蒸馏工艺 根据生产规模的不同,可采用间歇式或连续式焦油蒸馏装置。后者分离效果好,各种馏分产率高,酚和萘可高度集中在一定的馏分中,故生产规模较大的焦油车间均采用管式炉连续式装置进行焦油蒸馏。 焦油蒸馏的目的是将焦油中沸点接近的化合物集中到相应的馏分中,以便进一步加工分离出单体产品。 3.焦油蒸馏的主要设备 管式加热炉:主要由燃烧室、对流式和烟囱组成。 一段蒸发器:一段蒸发器快速蒸出煤焦油中所含水分和部分轻油的蒸馏设备。 二段蒸发器:二段蒸发器是将400~410℃的过热无水焦油闪蒸并使其馏分与沥青分离的蒸馏设备。 在两塔式流程中所用的二段蒸发器不带精馏段,构造比较简单。在一塔式流程中用的二段蒸发器带有精馏段。 馏分塔:馏分塔是焦油蒸馏工艺中切取各种馏分的设备,可分为精馏段和提馏段,内设塔板。 4.煤焦油馏分的加工 轻油馏分的加工 轻油是煤焦油蒸馏切取的馏程为170℃前的馏出物,产率为无水焦油的%~%。常规的焦油连续蒸馏工艺,轻油馏分来源有两处,一是一段蒸发器焦油脱水的同时得到的轻油馏分,简称一段轻油;二是馏分塔顶得到的轻油馏分,简称二段轻油。 轻油馏分一般并入吸苯后的洗油,或并入粗苯中进一步加工,分离出来苯类产品、溶剂油及古马隆等。 焦油馏分中酚类化合物的提取与精制 酚类化合物是煤热分解的产物,其组成和产量与煤料所含的总氧量、配煤质量及炼焦温度有关,一般高温炼焦酚类化合物的含量约占焦油的1%~%。酚类化合物

煤沥青的性质及应用

第2期 山西焦煤科技 N o.2 2007年2月 Shanx i Cok i n g Coa l Science&Techno logy Feb.2007 专题综述 煤沥青的性质及应用 常宏宏 魏文珑 王志忠 杨怀旺 姚润生 (太原理工大学化学化工学院)(临汾同世达实业有限公司)(山西金尧焦化有限公司) 摘 要 阐述了煤沥青的性质、组成和种类,介绍了煤沥青在黏结剂、浸渍剂、碳纤维、涂料及燃料油等方面的应用。 关键词 煤沥青;黏结剂;浸渍剂;碳纤维 1 煤沥青的性质与组成 1.1 煤沥青的性质 煤沥青全称为煤焦油沥青(coa l-tar p itch),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、筑路及建材等行业日益得到广泛的应用。 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1.25~1.35 g/c m3。煤沥青的组成极为复杂,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直径很小的炭粒。煤沥青的分子量在170~2000之间,其C/H原子比约为1.7~1.8,元素组成为C占92%~93%,H占3.5%~4.5%,其余为O、N、S。煤沥青组成既与炼焦煤性质及其杂原子含量有关,又受焦化工艺、煤焦油质量和煤焦油蒸馏条件的影响[1]。 目前,煤沥青资源的加工利用水平和效益对整个煤焦油加工来说至关重要。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于亏损,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[2]。1.2 煤沥青的组成[3] 煤沥青是以芳香族为主的结构复杂的高分子化合物混合体,其分子量范围广,常含有不溶于溶剂的碳质成分。根据使用的溶剂种类不同,可将煤沥青分为苯可溶组分(BS)- 树脂、喹啉不溶物(Q I)- 树脂以及甲苯不溶喹啉可溶组分- 树脂。苯可溶组分(BS)相当于沥青中的石油质( 组分)和沥青质( 组分),石油质( 组分)是含有4~6个苯环的芳香族缩聚物,其C/H原子比约为0.68,经轻度加热一段时间后,可以聚合为沥青质,析焦量增大,在沥青中起溶剂作用,其浸渍性强、黏结性极弱,能改善混合条件,适当降低沥青的软化点。沥青质( 组分)是含有7个以上苯环的芳香族缩聚物,其C/H原子比约为1.06,具有极强的黏结性和易石墨化性能,是沥青中起黏合作用的主要成分。而苯不溶物(BI)为 组分,人们常称为游离碳,是一种大分子量的缩聚苯环化合物,C/H原子比约为1.53,对碳没有黏结性与浸润性,因此沥青中苯不溶物含量不宜太高,否则会降低沥青的黏合性,使制品在焙烧时体积胀大。但适量的B I组分有利于促进 、 组分一起焦化,生成强固、致密的黏合焦的作用,它依据实验的溶剂喹啉又可分为喹啉不溶物(Q I)- 树脂和苯不溶、喹啉可溶物- 树脂。喹啉不溶物(Q I)- 树脂是一种悬浮在沥青中的过度相物质,通常可细分为原生Q I、次生Q I、灰分、Q I取代物、焦炭和煤粉。原生Q I是在煤焦炉焦化裂解反应时在焦油中产生的;次生Q I是在 作者简介:常宏宏 男 1977年出生 2004年毕业于太原理工大学 在职博士生 太原 030024

JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》资料

1 总则 1.0.1 为贯彻“精心施工,质量第一”的方针,保证沥青路面的施工质量,特制定本规范。 1.0.2 本规范适用于各等级新建和改建公路的沥青路面工程。 1.0.3 沥青路面施工必须符合国家环境和生态保护的规定。 1.0.4 沥青路面施工必须有施工组织设计,并保证合理的施工工期。沥青路面不得在气温10C(高速公路和一级公路)或5C(其他等级公路),以及雨天、路面潮湿的情况下施工。 1.0.5 沥青面层宜连续施工,避免与可能污染沥青层的其他工序交叉干扰,以杜绝施工和运输污染。 1.0.6 沥青路面施工应确保安全,有良好的劳动保护。沥青拌和厂应具备防火设施,配制和使用液体石油沥青的全过程严禁烟火。使用煤沥青时应采取措施防止工作人员吸入煤沥青或避免皮肤直接接触煤沥青造成身体伤害。 1.0.7 沥青路面试验检测的实验室应通过认证,取得相应的资质,试验人员持证上岗,仪器设备必须检定合格。 1.0.8 沥青路面工程应积极采用经试验和实践证明有效的新技术、新材料、新工艺。 1.0.9 沥青路面施工除应符合本规范外,尚应符合国家颁布的现行有关标准、规范的规定。特殊地质条件和地区的沥青路面工程,可根据实际情况,制订补充规定。各省、市、自治区或工程建设单位可根据具体情况,制订相应的技术指南,但技术要求不宜低于本规范的规定。

2 术语、符号、代号 术语 2.1.1 沥青结合料asphalt binder ,asphalt cement 在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料(含添加的外掺剂、改性剂等)的总称。 2.1.2 乳化沥青emulsified bitumen(英), asphalt emulsion ,emulsified asphalt(美) 石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品,也称 沥青乳液。 2.1.3 液体沥青liquid bitumen(英), cutback asphalt(美) 用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品,也称轻制沥青或稀释沥 青。 2.1.4 改性沥青modified bitumen(英) , modified asphalt cement(美) 掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂(改性剂),使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。 2.1.5 改性乳化沥青modified emulsified bitumen (英), modified asphalt emulsion(美) 在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合物胶乳,或将聚合物胶乳与乳化沥青成品混合,或对聚合物改性沥青进行乳化加工得到的乳化沥青产品。 2.1.6 天然沥青natural bitumen (英)natural asphalt(美) 石油在自然界长期受地壳挤压、变化,并与空气、水接触逐渐变化而形成的、以天然状态存在的石油沥青,其中常混有一定比例的矿物质。按形成的环境可以分为湖沥青、岩沥青、海底沥青、油页岩等。 2.1.7 透层prime coat 为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好,在基层上喷洒液体石油沥青、乳化沥青、 煤沥青而形成的透入基层表面一定深度的薄层。 2.1.8 粘层tack coat 为加强路面沥青层与沥青层之间、沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层。 2.1.9 封层seal coat 为封闭表面空隙、防止水分侵入而在沥青面层或基层上铺筑的有一定厚度的沥青混合料薄层。铺筑在沥青面层表面的称为上封层,铺筑在沥青面层下面、基层表面的称为下封层。稀浆封层slurry seal 用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与乳化沥青、外掺剂 和水,按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料,将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青 封层。 2.1.11 微表处micro-surfacing 用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)采用聚合物改性 乳化 沥青、外掺剂和水,按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料,将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。 2.1.12 沥青混合料bituminous mixtures(英),asphalt(美) 由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料,按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配、半开级配、开级配混合料。按公 称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径等于或大于31.5mm)、粗粒式(公称最大粒径26.5mm)、中粒式(公称最大粒径16或19mm、细粒式(公称最大粒径或13.2mm)、砂粒式(公

沥青的加工与利用的综述.

煤焦油沥青深加工利用综述 引言 煤焦油沥青(又称煤沥青)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 %。由于具有稳定的性能,煤沥青在炼钢、炼铝、耐火材料、碳素工业及筑路、建材等行业日益得到广泛的应用。 我国目前潜在的煤沥青资源在200万t /a 左右,其加工利用水平和效益对整个煤焦油加工来说至关重要。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于亏损,可见如何对煤沥青进行必要的深加工,提高沥青产品的附加值是煤焦油加工中的一个重要问题。煤沥青的主要产品有沥青焦、针状焦、碳纤维、涂料、浸渍剂沥青、粘结剂沥青等。广泛用于普通电极、炼铝阳极糊的骨料,高、超高功率电极骨料等方 面。 1 国外煤焦油沥青加工应用概况 目前煤焦油沥青在国外的主要用途有: ( 1)生产各种碳素电极的粘结剂和浸渍剂,即电极沥青,这一部分数量最大; ( 2)针状焦和碳纤维等高技术产品,产量不大,但附加值很高; ( 3)防水防腐料和筑路材料。 2沥青改质生产炼铝工业及碳素工业所用的浸渍剂沥青、粘结剂沥青国内外目前生产改质沥青工艺主要有氧化法、热聚合法(包括管式炉法和釜式法)、真空闪蒸法等。国内鞍山焦化耐火材料设计研究院( ACRE)成功地开发了釜式热聚合法生产改质沥青的工艺。 2. 1 浸渍剂沥青 利用煤焦油沥青研制电极浸渍剂沥青的关键是降低喹啉不溶物( QI)含量。我国浸渍剂沥青尚无专门生产线,目前炼铝和碳素工业所用的浸渍剂大都是用焦化行业生产的煤焦油中温沥青。这种沥青的QI含量较高,一般在10 % 左右,使用时QI会在碳素制品孔隙入口处形成不渗透滤饼而降低沥青浸入率,影响浸渍效果。为此,日本专门研究了QI < 0.1 % 的电极浸渍沥青,并已投入工业化生产,国内有关碳素厂也迫切希望得到这种电极浸渍沥青;此外, 如果将煤沥青作为生产针状焦的原料使用,也要求将其中QI分离掉,因此这种

煤焦油沥青GC-MS分析

煤焦油沥青GC-MS分析 【摘要】煤焦油沥青是一种成分极其复杂的混合物。煤焦油沥青用甲苯萃取后,借助于气相色谱质谱联用仪(GC-MS)可以测定其中的芳烃和杂环化合物,为提高煤焦油沥青附加值利用提供实验依据。 【关键词】煤焦油沥青(CTP);甲苯;萃取;气相色谱质谱联用仪;芳烃 1.引言 气相色谱法(Gas Chromatography)是一种广泛应用非常广泛的分离手段,它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法,其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。气相色谱法虽然可以将复杂混合物中的各个组分分离开,但其定性能力较差,通常只是利用组分的保留特性来定性,这在欲定性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时,对组分定性分析就十分困难了。随着质谱、红外光谱及核磁共振等定性分析手段的发展,目前主要采用在线的联用技术,即将色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机,来解决色谱定性困难的问题。气相色谱-质谱联用(GC-MS)是最早实现商品化的色谱联用仪器,实验一次进样体积仅为0.2µL,可以节省不少原料,因此,小型台式GC-MS使用较为普遍。 2. GC/MS的使用原理 气相色谱(Gas Chromatography,GC)具有极强的分离能力;质谱(Mass spectrometry,MS)对未知化合物具有独特的鉴定能力,且灵敏度极高,因此GC-MS是分离和检测复杂化合物的最有力工具之一。 质量分析器是质谱仪的核心,它将离子源产生的离子按质荷比(m/z)的不同,在空间位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离,以得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。标准质谱图是在标准电离条件——70eV电子束轰击已知纯有机化合物得到的质谱图。在气相色谱-质谱联用仪中,进行组分定性的常用方法是标准谱库检索。即利用计算机将待分析组分(纯化合物)的质谱图与计算机内保存的已知化合物的标准质谱图按一定程序进行比较,将匹配度(相似度)最高的若干个化合物的名称、分子量、分子式、识别代号及匹配率等数据列出供用户参考。 3. GC/MS在煤焦油沥青成分分析中的应用 3.1实验试剂与仪器简介

石油沥青的分类技术标准及应用

石油沥青的分类技术标准 及应用 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

石油沥青的分类、技术标准及应用 一、石油沥青的分类 按用途分: 道路石油沥青; 建筑石油沥青; 防水防潮石油沥青。 二、技术标准 道路石油沥青、建筑石油沥青和防水防潮石油沥青都是按针入度指标来划分牌号的。在同一品种石油沥青材料中,牌号愈小,沥青愈硬;牌号愈大,沥青愈软,同时随着牌号增加,沥青的粘性减小(针入度增加),塑性增加(延度增大),而温度敏感性增大(软化点降低)。 三、石油沥青的选用 在选用沥青材料时,应根据工程性质(房屋、道路、防腐)及当地气候条件、所处工程部位(屋面、地下)来选用不同品种和牌号的沥青。 1、道路石油沥青牌号较多,主要用于道路路面或车间地面等工程,一般拌制成沥青混凝土、沥青拌合料或沥青砂浆等使用。道路石油沥青还可作密封材料、粘结剂及沥青涂料等。此时宜选用粘性较大和软化点较高的道路石油沥青,如60甲。 2、建筑石油沥青粘性较大,耐热性较好,但塑性较小,主要用作制造油毡、油纸、防水涂料和沥青胶。它们绝大部分用于屋面及地下防水、沟槽防水、防腐蚀及管道防腐等工程。对于屋面防水工程,应注意防止过分软化。据高温季节测试,沥青屋面达到的表面温度比当地最高气温高25℃~30℃,

为避免夏季流淌,屋面用沥青材料的软化点应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20℃以上。例如某地区沥青屋面温度可达65℃,选用的沥青软化点应在85℃以上。但软化点也不宜选择过高,否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂对一些不易受温度影响的部位,可选用牌号较大的沥青。 3、防水防潮石油沥青的温度稳定性较好,特别适用做油毡的涂覆材料及建筑屋面和地下防水的粘结材料。其中3号沥青温度敏感性一般,质地较软,用于一般温度下的室内及地下结构部分的防水。4号沥青温度敏感性较小,用于一般地区可行走的缓坡屋面防水。5号沥青温度敏感性小,用于一般地区暴露屋顶或气温较高地区的屋面防水。6号沥青温度敏感性最小,并且质地较软,除一般地区外,主要用于寒冷地区的屋面及其它防水防潮工程。 4、普通石油沥青含蜡较多,其一般含量大天5%,有的高达20%以上(称多蜡石油沥青),因而温度敏感性大,故在工程中不宜单独使用,只能与其它种类石油沥青掺配使用。 石油沥青的技术标准见表11-5。

煤焦油加工工艺

隹 八、、 煤焦油是煤在干馏过程中得到的液态产物。根据干馏温度的不同,可以 将煤焦油分成以下几类: 低温焦油,干馏温度在 中温焦油,干馏温度在 高温焦油,干馏温度在 炼焦过程中产生的焦油称为高温焦油。目前,我国煤焦油产量已达1300 万吨,占世界总产量70%以上。高温煤焦油是一种主要由芳烃组成的复杂混 合物,大约含有1万多种化合物,目前已查明的约500种,可提取的约200 种,其中有许多产品是石油化工难以得到的。发展煤焦深油加工不仅可提高 资源利用率和经济效益,还有利于环境保护。 煤焦油各馏分产率及切取温度范围 1. 煤焦油的初步蒸馏 贮存及质量均和 有本厂生产的粗焦油及外厂来油均送入焦油油库,进行质量均和、初步 脱水及脱渣。焦油油库通常至少设三个贮槽,一个接收焦油,一个静置脱水, 一个向管式炉送油,三槽轮换使用,焦油贮槽为钢板焊制的立式柜。 焦油脱水 焦油含水量多,会使焦油蒸馏系统的压力显着提高,能耗增加,设备的 生产能力降低,而且伴随水分带入的腐蚀性介质,还会引起设备和管道的腐 蚀。 焦油脱水可分为初步脱水和最终脱水。 焦油的初步脱水是在焦油贮槽内加热静置脱水,焦油温度维持在 70~80C,静置36h 以上,水和焦油因密度不同而分离。静置脱水可使焦油中 水分初步脱至2%~3% 目前广泛采用的焦油最终脱水方法是在管式炉的对流段及一次蒸发器内 450~600C 700~900C 1000C

进行。当焦油在管式炉对流段被加热到 120~130C ,然后在一次蒸发器内闪 蒸脱水,使油水分可脱至%以下。 焦油脱盐 焦油中所含的挥发性铵盐在最终脱水阶段即被除去,而绝大部分的固定 铵盐仍留在脱水焦油中,固定铵盐中氯化铵占 80%,其余为硫酸铵、硫氰化 铵、亚硫酸铵及硫代硫酸铵等。当加热到 220~250C 时,固定铵盐分解为氨 和游离酸。 产生的酸存在于焦油中,会严重腐蚀管道和设备,因此焦油在送入管式 炉加热前,必须脱盐。 焦油脱盐是在焦油进入管式炉最终脱水前加入碳酸钠溶液,使固定铵盐 转化为稳定的钠盐。 2. 焦油蒸馏工艺 根据生产规模的不同,可采用间歇式或连续式焦油蒸馏装置。后者分离 效果好,各种馏分产率高,酚和萘可高度集中在一定的馏分中,故生产规模 较大的焦油车间均采用管式炉连续式装置进行焦油蒸馏。 焦油蒸馏的目的是将焦油中沸点接近的化合物集中到相应的馏分中,以 便进一步加工分离出单体产品 3. 焦油蒸馏的主要设备 管式加热炉: 一段蒸发器: 设备。 二段蒸发器: 分与沥青分离的蒸馏设备。 在两塔式流程中所用的二段蒸发器不带精馏段,构造比较简单。在一塔 式流程中用的二段蒸发器带有精馏段。 馏分塔:馏分塔是焦油蒸馏工艺中切取各种馏分的设备,可分为精馏段 和提馏段,内设塔板。 4. 煤焦油馏分的加工 轻油馏分的加工 轻油是煤焦油蒸馏切取的馏程为 170C 前的馏出物,产率为无水焦油 的%~%。常规的焦油连续蒸馏工艺, 轻油馏分来源有两处, 一是一段蒸发器焦 油脱水的同时得到的轻油馏分,简称一段轻油;二是馏分塔顶得到的轻油馏 分,简称二段轻油。 主要由燃烧室、对流式和烟囱组成。 一段蒸发器快速蒸出煤焦油中所含水分和部分轻油的蒸馏 二段蒸发器是将 400~410C 的过热无水焦油闪蒸并使其馏

沥青混合料级配问题的分析

沥青混合料级配问题的分析 摘要:沥青混合料的级配是沥青路面施工过程中的重要环节。如何做好级配的管理工作,是提高沥青路面质量的关键。本文从级配要求、加工矿料要求、施工过程控制等多方面阐述控制好级配管理工作。 关键词:沥青混合料、级配、筛孔、矿料通过率。 一、前言 一个好的级配设计应该具有良好的使用性能,施工操作性好及变异性小、容易被压实,尤其是经得起车辆荷载的考验,确保沥青路面不过早产生损坏。工程上存在的一个普遍问题是施工使用的材料与配合比设计使用的材料不一致。导致混合料级配混乱,最终导致沥青混合料质量的下降,孔隙率、压实度均达不到设计的要求,造成路面破损过早出现。 二、级配问题分析及控制要求 从我省部分大中修公路养护检测中的级配数据情况看,大多数地区混合料抽提后的筛分的公称最大粒径、4.75mm、0.075mm基本符合要求,但是 2.36mm 筛孔的通过率则不是很理想,总的问题是2.36mm筛孔的通过率偏小,大致看来,问题并不大,4个重要的筛孔,只有2.36mm通过率存在一定问题。其实不然,综合整体的数据看,存在着一个共同的问题,那就是4.75mm以上的筛孔通过率普遍偏大,而且靠上限,4.75mm筛孔基本符合规范要求,4.75mm以下则通过率普遍偏小,而且靠下限。虽然曲线成S型,但是上限和下限的跨度过大,造成空隙率偏大。再在上述路段做渗水试验,几乎成了大孔隙排水式沥青混合料路面,这显然与沥青混凝土的路面的技术要求是不相符的。通车后,在车辆荷载的反复作用下,容易造成空隙被压缩,车辙变形等严重病害的过早出现。 如何实现沥青混合料的级配良好?首先严格执行规范的要求。由于它适用区域较广,适用于不同道路等级、不同气候条件、不同交通条件、不同层次等情况,所以这个范围已经规定的很宽。沥青混合料的矿料级配应符合工程规定的设计级配范围。密级配沥青混合料宜根据公路等级、气候及交通条件规范要求选择采用粗型(C型)或细型(F型)混合料,并在混合料矿料级配范围内确定工程设计级配范围,通常情况下工程设计级配范围不宜超出混合料矿料级配范围的要求。采用粗型(C型)或细型(F型)的混合料。对夏季温度高、高温持续时间长,重载交通多的路段,宜选用粗型密级配沥青混合料(AC-C型),并取较高的设计空隙率。对冬季温度低、且低温持续时间长的地区,或者重载交通较少的路段,宜选用细型密级配沥青混合料(AC-F型),并取较低的设计空隙率。 其次要重点控制关键的几个筛孔。沥青混合料矿料级配中公称最大粒径、

浅析沥青混合料的技术性能和标准

2011年第8期(总第210期) 黑龙江交通科技 HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No.8,2011(Sum No.210) 浅析沥青混合料的技术性能和标准 攸立准 (衡水公路工程总公司) 摘 要:在工程实践中,会出现各项性能要求之间的矛盾情况,有时会顾此失彼,因此在设计和施工过程中要因地制宜,抓住主要矛盾,深入细致地对各项性能指标的影响因素按照工艺施工阶段进行质量控制。下面简要对沥青混合料的技术性质和标准进行阐述。关键词:沥青混合料;技术性质;标准;要求中图分类号:U416.217 文献标识码:C 文章编号:1008-3383(2011)08-0069-01 收稿日期:2011-04-28 1高温稳定性 1.1车辙的形成机理及影响因素 (1)失稳型车辙 这类车辙是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下,内部材料流动,产生横向位移而发生,通称集中在轮迹处。 (2)结构型车辙 这类车辙是由于路面结构在交通荷载作用下产生整体 永久变形而形成, 主要是由于路基变形传递到面层而产生。(3)磨耗型车辙 由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境匀 速下持续不断的损失而形成。分析以上原因, 影响沥青路面车辙的因素主要有集料、结合料、混合料类型、荷载、环境等。此 外,压实方法会直接影响混合料的内部结构,从而产生车辙。1.2混合料稳定性的评价方法 影响沥青混合料高温稳定性的主要因素有沥青的用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的尺寸、形状等。提高路面的高温稳定性,可采用提高沥青混合料的粘结力和内摩擦阻力的方法,增加粗骨料含量可以提高沥青混合料的内摩阻力。适当提高沥青材料的粘度,控制沥青与矿料比值,严格控制 沥青用量,均能改善沥青混合料的粘结力。这样可以增强沥 青混合料的高温稳定性。 1.3沥青路面车辙的防治措施 对于失稳型车辙,可以通过以下方法减缓:确保沥青混合料中含有较高的经过破碎的集料;集料中要含有足够的矿粉;大尺寸集料要具有较好的表面纹理和粗糙度;集料级配中要含有足够的粗颗粒;沥青结合料要有足够的粘度;集料颗粒表面的沥青膜要具有足够厚度,确保沥青与集料间的粘聚力。 对于结构型车辙通过以下方法可以减缓:确保基层设计满足工程实践要求;基层材料满足规范要求,含有较多经破碎的颗粒;混合料内含有足够的矿粉;基底应充分的压实,工后不产生附加压密;路基压实后应满足规范要求;磨耗型车辙可通过交通管制、改善混合料级配来防治。2低温抗裂性 沥青混合料随着温度的降低,变形能力下降。路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用,在薄弱部位产生裂缝,从而影响道路的正常使用。因此,要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。 沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度疲劳引起的。混合料的低温脆化是指其在低温条 件下, 变形能力降低;低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的;对于温度疲劳,因温度循环而引起疲劳破坏。 沥青路面低温开裂受多种因素制约,就沥青材料选择和 沥青混合料设计而言,应注意以下几点:注意沥青的油源,在 严寒地区采用针入度较大, 粘度较低的沥青,但同时也应满足夏季的要求;选用温度敏感性小的沥青有利于减少沥青路面的温度裂缝;采用吸水率低的集料,粗集料的吸水率应小于2%;采用100%轧制碎石集料拌制沥青混合料;控制沥青用量在马歇尔最佳用量0.5%范围内对裂缝影响小,但同时也应保证高温稳定性;采用应力松弛性能好的聚合物改性沥 青;掺加纤维, 使用改性沥青。3耐久性 3.1沥青路面的水稳定性 经常会看到,路面在水损害后会出现松散、剥离、坑洞等病害,严重影响路面的使用。沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附程度,水和矿料的作用破坏了沥青与集料之间的粘附性,是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。而影响沥青与集料间粘结力的因素包括沥青与集料表面的界面张力、沥青与集料的化学组成、沥青粘性、集料的表面构造、集料的空隙率、集料的清洁度及集料的含水量、集料与沥青拌和的温度。 3.2沥青路面的耐老化性 另一个影响沥青混合料耐久性的是热老化。沥青材料在拌和、摊铺、碾压过程中以及沥青路面的使用过程中都存在老化问题。老化过程可分为施工中的短期老化和道路使用中的长期老化。 (1)沥青短期老化 沥青短期老化可分为三个阶段。 ①运输和储存过程的老化。沥青从炼油厂到拌和厂的热态运输一般在170?左右,进入储油罐,温度有所降低。 调查资料表明,这一过程中沥青老化非常小 。②拌和过程的热老化。加热拌和过程中,沥青是在薄膜 状态下受到加热,比运输过程中的老化条件严酷的多。沥青混合料拌和后,沥青针入度降低到拌和前沥青针入度的 80% 85%。因此,拌和过程引起的沥青老化是严重的,是沥青短期老化的最主要阶段。 ③施工期的老化。沥青混合料运到施工现场摊铺、碾压完毕,降温至自然温度,这一过程中裹覆石料的沥青薄膜仍处于高温状态。沥青混合料在摊铺、碾压和降温期间,沥青热老化进一步发展。 (2)长期老化 混合料中的沥青长期老化是一个漫长而复杂的过程,具有如下特点。 ①沥青路面在使用早期针入度急剧变小,随后变化缓慢,大体发生在 1 4年之间。②沥青老化主要发生在路表与大气接触部分,在深度0.5cm 左右的沥青针入度降低幅度相当大。 ③沥青混合料的空隙率是影响沥青老化的主要原因。④当路面中的针入度减小到35 50之间时,路面容易产生开裂,针入度小于25时路面容易产生龟裂。4抗滑性 用于高等级公路沥青路面的沥青混合料,其表面应具有一定的抗滑性,才能保证汽车高速行驶的安全性。 沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料为表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关。为提高路面抗滑性,配料时应特别注意矿料的耐磨光性,应选择硬质有棱角 的矿料。沥青用量对抗滑性影响也非常敏感, 沥青用量超过最佳用量的0.5%, 即可使抗滑系数明显降低。另外,含蜡量对沥青混合料行滑性有明显影响,我国 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-93)的《重交通量道路路用石油沥青技术要求》提出,含蜡量应不大于3%,在沥青来源有困难时对下面层路面可放宽至4% 5%。 · 96·

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