煤沥青

(1)间歇式(蒸馏釜)加工煤焦油设备简单，所需投资少，生产灵活性大，但生产能力小，质量不稳定，只适用于焦油处理量较小的中、小型焦化厂，如—台容量为20t的蒸馏釜，—个生产周期16～20h内可得到轻油、洗油、蒽油共8～10t，最后残留在蒸馏釜中的煤沥青约为10～12t，取样分析沥青的软化点达到要求时即停止加热，将沥青从蒸馏釜中取出放人冷却池，冷却成固态。
(1)低温沥青(软沥青)，环球法软化点为35～75℃：
(2)中温沥青，环球法软化点为75～95℃；
(3)高温沥青(硬沥青)，环球法软化点为95～120℃；此外，根据用户要求，焦化厂可生产软化点为120～250℃特高温沥青。
(4)改质沥青。
用途低温沥青(软沥青)主要用于筑路材料、加工防水油毡纸、建筑用防水涂料、生产沥青漆(如沥青环氧树脂漆)、干电池的密封材料等；软沥青还是延迟焦化法生产沥青焦的原料，经过特殊处理后可作为生产炭纤维的原料。中温沥青主要作为生产炭素制品的黏结剂和浸渍剂，如生产石墨电极、冶金炉用炭块、炼铝用的阳极糊及冶炼铁合金、电石所需的电极糊等。高温沥青可作为生产沥青焦或活性炭的原料，目前生产—些细颗粒结构的特殊炭素制品如电火花加工所用的高密高强石墨、作为机械密封件使用的耐磨炭和耐磨石墨及高温模压炭砖等产品；可以采用高温沥青(磨成粉状)和炭质骨料及粉料—起混合后直接模压成型。高炉堵出铁口的泥炮材料也需要用软化点为135℃以上的高温沥青做黏结剂。
中国煤沥青的质量标准(GB2290--80)煤焦油经过蒸馏加工得到的低温、中温及高温沥青的质量标准见表1。
表1中国煤沥青的质量标准
煤沥青的工艺性能表征沥青工艺性能的指标主要有组分及其性能、软化点、黏度、密度、表面张力、润湿角、结焦值及加热时的热失重曲线(气体析出曲线)等。
组分及其性能溶剂抽提法是研究沥青组分的主要方法，使用不同的溶剂得出的结果不—样，中国常使用甲苯(或苯)和喹啉为溶剂将沥青分为3种组分：(1)沥青中溶于甲苯的组分称为γ树脂，γ树脂是带黏性的深黄色半流体，平均分子量范围210～1000，γ树脂在沥青中的功能是降低沥青的黏度，使沥青易于被炭质骨料及粉料吸附，增加炭糊的塑性.但过量的γ树脂会降低沥青的结焦值，影响焙烧品的体积密度和机械强度。(2)不溶于甲苯但溶于喹啉的组分称为β树脂，β树脂的平均分子量范围为1000~1800，是沥青中起黏结作用的主要成分，β树脂常温时为固态，加热时熔融膨胀，焙烧后大部分形成焦炭，β树脂的含量对炭糊的塑性起主要作用，并且对焙烧品的物理机械性能如电阻率、热导率、机械强度等都有明显影响。(3)不溶于甲苯也不溶于喹啉的组分称为喹啉不溶物，喹啉不溶物可分为原生喹啉不溶物与次生喹啉不溶物两种。原生喹啉不溶物是在焦化过程中形成的，存在于煤焦油中，煤焦油蒸馏时又转移到沥青中，其中有煤中的灰分颗粒及焦化过程中炼焦煤热解和缩聚时形成的大分子碳氢化合物颗粒，其颗粒大小在0.5~30μm之间。次生喹啉不溶物是煤焦油蒸馏过程中由原生喹啉不溶物以外的其他组分缩聚而形成，其颗粒粒径—般在8μm以上。喹啉不溶物对炭质骨料及粉料没有润湿和粘结能力，是沥青炭化后形成焦炭的主要成分，适量的喹啉不溶物有利于提高焙烧品的体积密度，但过量时将降低沥青的粘结性能。
图5软化点为87℃的鞍钢沥青的热失重曲线
图6软化点为70.8℃的鞍钢沥青的热失重曲线
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修改原因:
煤沥青(coal tar pitch)
煤焦油深加工的产品之—，为多种碳氢化合物的混合物，常温时为黑色高黏度半固体或固体。煤沥青在炭素工业中作为黏结剂和浸渍剂使用，其性能对炭素制品生产工艺及产品质量影响极大。
组成和分类煤沥青的组成十分复杂，20世纪80年代末已查明的化合物有70余种，其中大多数为3个环以上的高分子芳香族碳氢化合物，以及多种含氧、氮、硫等元素的杂环有机化合物和无机化合物，还有少量直径很小的炭粒。煤沥青在常温下是体积密度为1.25～1.35g/cm3的黑色固体，加热到—定温度即呈软化状态，根据软化点的不同，中国焦化企业生产4种规格的沥青：
(2)连续式加工装置生产能力大、操作稳定、适用于大型焦化厂，生产流程如下：经过均匀混合及初步脱水的焦油用泵打人管式加热炉的对流段加热到130℃后，送入—次蒸发器，进行蒸发脱水，脱水后的无水焦油再打入管式加热炉的辐射段，加热至400℃，送人二次蒸发器，使轻质馏分与沥青分离，从底部排出的沥青进入冷却池冷却成固态，顶部逸出的轻质馏分进入蒽塔及蒸馏塔，分别得到轻油、酚油、蒽油及洗油等产品。
Dtb=Dtc+0.001(tb-tc)
式中Dtb和Dtc分别为高温沥青和中温沥青在t℃时的体积密度(t在250～350℃温度范围内)，g/cm3；tb和tc分别为两种沥青的软化点。
图1沥青密度与软化点的关系曲线
图2不同软化点的沥青密度与加热温度的关系
1—软化点为65℃；2—软化点为83℃；3—软化点为145℃
线膨胀系数煤沥青加热时稍有膨胀，在120～200℃间的线膨胀系数为(2.9～6.5)×10-4/℃(平均为4.45×10-4/℃)，高温沥青的线膨胀系数比中温沥青小得多，沥青的线膨胀系数并不是恒定的，在某—温度范围内，高温沥青的线膨胀系数会出现2～4倍的异常变化。
表面张力和润湿角炭质骨料及粉料和黏结剂在混捏过程中相界面上发生相互反应，这些反应受沥青的表面张力和润湿角等因素的制约，并且受温度的影响。表面张力随着沥青软化点的提高而上升，在开始加热期间表面张力很大，随着温度升高，沥青表层的活化中心浓度发生变化，表面张力减少，图3为沥青的表面张力与加热温度的关系。沥青在黏度较大时对炭质骨料及粉料的润湿角很大，但在加热后急剧减小，图4为润湿角与加热温度的关系。高温沥青和中温沥青相比，在同样的温度下，前者的润湿角要大—些，所以使用高温沥青为黏结剂时，混捏温度必须相应提高。
表3 3种测试结焦值方法的比较
加热过程中的热失重曲线(气体析出曲线)这是黏结剂沥青的—项重要工艺性能，与制订生坯的焙烧升温制度有密切关系，单独测定沥青的热失重曲线与生坯在焙烧过程中沥青分解挥发过程有—定区别，而且结焦值较低。热失重曲线和沥青中的各组分含量有关，同时和加热条件相联系(达到的最高温度和不同升温阶段的升温速度)，以大多数中温沥青为例，沥青在加热时的热分解、缩聚过程—般可分为5个阶段：(1)升温至200~400℃，是沥青中的轻质组分的分解挥发阶段，分解挥发速度随温度上升而加快；(2)400～480℃，沥青中的各种组分以较快的链断裂速度进入强烈的热分解阶段，单位时间内气体析出量达到最高峰，同时伴随有缩聚；(3)450～550℃，热分解反应逐渐减弱，缩聚反应增强，焦炭开始形成；(4)550～800℃，继续有—定数量的气体排出(主要是H2和CH4)，焦炭的体积密度和强度逐渐提高；(5)升温到800℃以上，此时焦炭还会有少量气体排出、组织结构进—步致密化，—般要到1100℃左右才稳定下来。图5为软化点87℃的鞍山钢铁公司煤沥青热失重曲线，图6为软化点70.8℃的鞍山钢铁公司煤沥青热失重曲线。
黏度黏度是煤沥青—项重要的性质，研究糊料混捏时黏结剂和骨料及粉料的相互影自向及炭素糊料的塑性，需要了解沥青的黏度，常温时沥青为黑色玻璃状固态，加热到软化点以上呈黏性流动状态。黏度随温度增加而变化，最初，刚过软化点时，沥青的黏度缓慢下降，以后下降加快，在320～400℃之间达到最低值，继续升高温度则黏度又开始增加，这是由于沥青中的高分子组分开始缩聚而引起的。沥青的黏度，主要由沥青本身的性质和加热温度所决定。表2为3种不同软化点的煤沥青黏度与加热温度的对照数据举例，从表2可以看到在100℃时3种沥青的黏度相差较大，加热到150℃以上黏度差别很小。
图3不同软化点沥青的表面张力与加热温度的关系
1—软化点为65℃；2—软化点为83℃；3—软化点为145℃
图4润湿接触角(θ)与加热温度的关系
1—软化点76℃；2—软化点136℃
结焦值(即残炭率)沥青的结焦值与其高分子组分含量关系较大，但也不完全取决于高分子组分的含量，结焦值在—定程度上还取决于焙烧过程的某些条件，如升温速度、加热持续时间、挥发分排出的阻力等。升温速度比较缓慢和最终温度较低，则结焦值较大。如挥发分排出时阻力很大(加压焙烧时)，会导致结焦值增加。中国国家标准GB8727—88规定结焦值的测定方法为：将定量的试样放入坩埚，再置于马弗炉内，在(550±10)℃灼烧2h后取出称量，焦炭的重量与试样重量之比的百分数，即为该试样的结焦值(％)。中温沥青的结焦值—般为50％左右，经过加工的改质沥青结焦值可提高到55％以上。不同的测试方法(温度和炭化时间都不同)得到的结焦值有很大差别，不能做比较，如表3中的3种方法。炭糊料中沥青的结焦值比单独沥青炭化时的结焦值要高—些，结焦值对焙烧品的机械强度、孔隙率、体积密度、电阻率都有明显影响。
生产煤沥青来自煤焦油，煤焦油则是煤干馏过程中得到的—种黑色黏稠液体，在20℃时的体积密度为1.15～1.209/cm3。煤焦油的成分极为复杂，到1972年已经被鉴定出的芳香族碳氢化合物和杂环碳氢化合物多达400余种，焦化厂将煤焦油用蒸馏方法按沸点范围分割为各种馏分。煤焦油蒸馏的方法有间歇式(蒸馏釜)及连续式装置(管式加热炉、蒸发器加蒸馏塔)两种：
表2 3种不同软化点的煤沥青在不同温度下的黏度
体积密度沥青的体积密度与其甲苯不溶物含量及挥发分含量密切相关，经测定，三者之间关系为：
D=1.4831+0.0008a-0.003V
式中D为沥青体积密度，g/cm3；V为沥青的挥发分含量，％；a为甲苯不溶物含量，％。
在分析了沥青的氢含量(％)后，沥青的密度还可以用下式表示：
软化点煤沥青没有严格的、固定的熔化温度，而由软化温度所代替，也即由固态转变为软化状态的温度，测定煤沥青软化点的方法有水银法、环球法、杯球法、水中立方体法、空气立方体法、环棒法和热机械法等多种。中国测定煤沥青软化点的标准方法为环球法和杯球法两种，以环球法为仲裁法。水中立方体法和空气中立方体法为美国标准方法，水中立方体法适用于软化点小于80℃的试样，空气中立方体法适用于软化点大于80℃的试样。煤沥青的软化点与其各组分的含量有如下关系：(1)随着甲苯(或苯)不溶物含量的增加、沥青的软化点上升。(2)随着沥青软化点的上升、B树脂含量呈增加趋势。(3)中温沥青的喹啉不溶物与软化点的关系不明显，但改质沥青当软化点提高到95℃左右再上升时，喹啉不溶物含量呈增加趋势。(4)结焦值随软化点上升而增加，因此采用软化点较高的煤沥青作为黏结剂，有利于焙烧品体积密度和机械强度的提高。
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更新时间: 2010-02-23
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D=1.55-0.053H
式中H为氢含量，％。
沥青的体积密度随其软化点的升高而增加、呈线性规律变化(图1)。当提高加热温度时，沥青体积密度与软化点仍保持线性关系(图2)，此时不同软化点沥青的体积密度直线彼此平行，但是提高加热温度时，沥青的体积密度呈下降趋势。沥青的体积密度与其线膨胀系数有—定关系，据测定，在250～350℃之间，中温沥青与高温沥青的体积密度之间的关系可用下式表示：