[科普中國]-焦油瀝青

煤焦油和煤焦油瀝青

煤焦油是從煤炭的熱解中獲得的液體產(chǎn)品。為了便于研究開發(fā)和利用煤焦油，人為的把一到四環(huán)以及少量的五環(huán)芳烴化合物稱為輕質(zhì)組分，多數(shù)五環(huán)及以上的多環(huán)芳烴稱為重質(zhì)組分。重質(zhì)組分也被稱為煤瀝青，其產(chǎn)量約占煤焦油總量的 45%~50%，由于重質(zhì)組分性能相對(duì)比較穩(wěn)定，常用在碳素和建材行業(yè)，主要產(chǎn)品有粘結(jié)劑青、浸漬劑瀝青、針狀焦、瀝青焦、碳纖維和涂料等。 2

煤焦油瀝青的來源豐富、價(jià)格低廉，同時(shí)其分子量范圍很大、組成非常復(fù)雜。因此有必要深入研究煤焦油瀝青的性質(zhì)和組成，對(duì)其進(jìn)行必要的深加工，提高瀝青產(chǎn)品的附加值，為煤焦油瀝青的綜合應(yīng)用進(jìn)行一些有益的探討。2

煤焦油瀝青的性質(zhì)和組成煤焦油瀝青是把煤焦油中的輕質(zhì)組分提取后剩余的殘?jiān)?，也是其重質(zhì)組分。根據(jù)軟化點(diǎn)的不同，煤瀝青被分為低溫瀝青、中溫瀝青和高溫瀝青。煤瀝青的組分非常復(fù)雜，主要是四環(huán)以上的多環(huán)芳烴其中包括含有氧、氮和硫等元素的雜原子化合物，它的組成不僅與煉焦用煤的質(zhì)量有關(guān)，也受生產(chǎn)焦炭工藝條件的影響，煤焦油瀝青的加工利用對(duì)整個(gè)煤焦油行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。由于煤焦油瀝青的分子量范圍分布十分廣泛，其中有一些不能溶解于溶劑的組分。2

在煤焦油瀝青含有的組分中，作為苯可溶物所包含的石油質(zhì)的 C/H 原子比大約為 0.7，微微的對(duì)其加熱就會(huì)發(fā)生聚合。而苯可溶物的另一組分瀝青質(zhì)的 C/H原子比為1.07，具有相當(dāng)強(qiáng)烈的黏合性。苯不溶物的C/H 原子比為1.54，是一種較大分子量的聚合物。β樹脂 C/H 原子比為 1.93，在其加熱之后能夠形成各向同性的焦質(zhì)體。次生喹啉不溶物的 C/H 原子比為2.89，C/H 原子比的不斷升高可以導(dǎo)致煤瀝青中的組分軟化點(diǎn)也相應(yīng)提高，其黏結(jié)性也不斷增加。2

焦油瀝青的改質(zhì)瀝青改質(zhì)是為了讓原料瀝青的性質(zhì)得到提升，使之更容易進(jìn)行深加工利用，滿足炭材料生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)要求。工業(yè)應(yīng)用比較成熟的主要有熱聚合法和真空閃蒸法等。許斌等采用熱聚合法成功得到符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青，并發(fā)現(xiàn)甲苯不溶物含量隨時(shí)間呈線性關(guān)系，喹啉不溶物含量隨時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系。真空閃蒸法通過回添閃蒸油的方式避免瀝青過度熱處理，并且可以減少中間相的形成；真空蒸餾技術(shù)可以大幅提高縮聚的水平，加快反應(yīng)過程。經(jīng)過改質(zhì)過的煤焦油瀝青主要應(yīng)用于黏結(jié)劑、浸漬劑、針狀焦、活性炭、中間相瀝青、碳纖維、道路瀝青乳化瀝青以及瀝青基涂料等。2

焦油瀝青的用途浸漬劑瀝青利用煤焦油瀝青研制電極浸漬劑瀝青的關(guān)鍵是降低喹啉不溶物(QI)含量。我國浸漬劑瀝青尚無專門生產(chǎn)線，目前煉鋁和炭素工業(yè)所用的浸漬劑大都是用焦化行業(yè)生產(chǎn)的煤焦油中溫瀝青，這種瀝青的QI含量較高，一般在10%左右，使用時(shí)QI會(huì)在炭素制品孔隙入口處形成不滲透濾餅而降低瀝青浸入率，影響浸漬效果。為此,日本專門研究了QI