煤焦油沥青的深加工技术(1)

第21卷　第4期煤　炭　转　化V o l121　N o14 1998年10月COAL CONV ER S I ON O ct11998

煤焦油沥青的深加工技术Ξ

刘丹华1)　高克萱2)

摘　要　根据国内煤焦油沥青产量和存在的现实问题,介绍了由鞍山焦化耐火材料设计研究院(A CR E)开发并投产的近十套工业装置的改质沥青工艺技术。通过对沥青热聚合改质机理的论述,证明了A CR E工艺的合理性和技术的可靠性。并同国内外典型改质沥青工艺特点进行了比较,认为A CR E改质沥青工艺具有重要实用价值。

关键词　煤焦油沥青,改质沥青工艺,热聚合法

中图分类号　TQ522164

0　引　言

众所周知,煤焦油沥青(又称煤系沥青)是煤焦油加工过程中分离出的大宗产品。就目前中国的现状看,截至1993年底,炼焦工业已形成的设备能力6361万t a,焦炭产量约6100万t a,按这样估计,可产煤焦油约260万t a～280万t a,从中分馏出煤焦油沥青150万t a左右。这些沥青除了部分用作生产沥青焦外,大部分作为中温沥青产品形式销售,这种产品结构带来了两个问题:一是中温沥青的产品质量满足不了日益发展的碳素工业的需求;二是中温沥青运输时限,限制了产品畅通的销售。

由鞍山焦化耐火材料设计研究院(A CR E)研究开发的改质沥青制造工艺技术,较圆满地解决了这些生产问题,为焦化工业产生的大宗化工产品——煤系中温沥青的深加工开辟了一条途径。

1　改质沥青的质量与用途

近几年,A CR E成功地研究开发了改质沥青工艺,其基本原理是采用热聚合法。改质沥青产品与中温沥青质量比较见表1.

表1　煤系沥青质量比较

指标名称改质沥青中温沥青标准号YB T5194—93GB 2290—94

产品标准等级一级二级1号2号

软化点(环球法) ℃100～115100～12080～9075～95

甲苯不溶物含量 %28～34大于2615～25不大于25喹啉不溶物含量 %8～146～15不大于10—

Β2树脂含量 %　不小于1816——

结焦值 %　不小于5450——

挥发分 %————

灰分 %　不小于013013013015

水分 %　不小于5555

从表1中可以看出经过深加工后得到的改质沥青,其甲苯不溶物比相应的中温沥青增加了9%～13%,软化点提高了20%～25%.改质沥青质量有了明显的改善。

改质沥青又称石墨电极沥青、电极粘结沥青(HQ P)以及高质量沥青,多用作电炉炼钢的超高或高功率电极,电解铝的阳极糊以及碳素制品的粘结剂。这是因为改质沥青粘结性能好,残碳值高,以它作为粘结剂制造出的碳素制品(如电极)用于金属冶炼方面,其导电性能有所提高,耗电能低,电极的抗氧化性和热稳定性能好,破损率低以及机械强度大,使用寿命长。

Ξ中国化工学会 中国金属学会1997年全国煤焦油深加工技术研讨会交流论文。

　1)高级工程师;2)教授级高级工程师,鞍山焦化耐火材料设计研究院,114002鞍山　收稿日期:1998203217

2　沥青改质及生产流程

211　沥青改质机理及生产工艺

原料煤焦油沥青中的主要组分有:Α组分又称Α树脂,分为Α1和Α2两部分;Β组分又称Β树脂;Χ组分又称Χ树脂。这三种组分的性能及作为粘结剂时的作用见表2.

煤焦油沥青经热聚合处理,其组分发生了变化,

表2　煤焦油沥青中主要组分性能及作用

组分名称在甲苯 汽油

中溶解度

在喹啉中

溶解度

组分对有关性质的作用

粘结性结焦性残碳值流变性对其它组分

对所制成碳素制品性能的影响

热膨胀性导电性能机械性能

Α树脂Α1不溶不溶没有—决定———有益有益Α2不溶溶解决定决定———决定有益有益

Β树脂不溶溶解有益———稳定作用———Χ树脂溶解————决定————

即高分子组分增多和芳香度提高,从而形成了优质

沥青。沥青在热聚合过程中,由于其中芳香族的碳

氢化合物分子不断受热分解和脱氢,以及脱侧链

(如烷基)引起缩聚,使得原料沥青中的Β树脂(一

次Β树脂)的一部分转化为Α树脂(即Α2树脂),增

加了决定粘结剂的粘结性和结焦的组分。同时,Α树

脂有一部分转化为Β树脂(二次Β树脂),又增加了

决定粘结剂的粘结性的组分。总括起来分析,沥青

经过热聚合过程,其内含组分是在向改善、提高粘结剂性能的方向转化,这也是生产实践所验证过的结论。

从热聚合法制造改质沥青的机理来看

,其过程是受着芳香族化合物的聚合和热裂解程度控制着。影响裂解的主要因素是系统的温度、压力和时间。过程所需要的反应时间,将直接取决于控制温度的高低和操作压力的情况。这就意味着,沥青聚合釜(或沥青聚合反应器)的设计,是针对釜的容积、几何形式与影响裂解主要因素之间综合研究、考虑的结果。此外,值得提出的是:(1)不同的原料沥青,在所需的不同聚合温度下,其压力的影响会产生明显的差别,所以,必要时需对原料沥青进行改质试验,以确定适宜的温度、压力参数;(2)改质沥青的用途不同,应设计操作温度和压力参数不同的改质工艺,以确保满足改质沥青的质量。

目前,A CR E所掌握的国内外用聚合法制造改质沥青的工艺有如下几种类型:

无论是釜式加热方式还是管式炉加热方式,都具有不需消耗化学试剂、维护简单和环境保护好的共同优点,其它工艺特点见表3.

表3　典型改质沥青制造工艺的比较

工艺类型中国(A CR E)

(A)

中国(A CR E)

(B)

德国(斯蒂尔公司)

(C)

法国(BEFS公司)

(D)

操作方式间歇连续连续连续

工艺流程简单简单较复杂较复杂

操作温度370℃～410℃370℃～410℃390℃～400℃370℃～410℃

操作压力常压常压减压加压

控制仪表简单简单较复杂复杂

产品质量控制较灵活较灵活固定原料不同,所得产品不同

212　工艺流程及生产方式

A CR E的改质沥青制造工艺是在国内生产实践和技术总结的基础上开发设计的,至今已投产和正在建设的有近十套装置,其工艺流程见第36页图1

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第4期 刘丹华等　煤焦油沥青的深加工技术