簡論世界首套煤直接液化瀝青產(chǎn)品的應用

周永如

【摘 要】一直以來，談起瀝青應用，基本都是道路瀝青，在中國經(jīng)濟迎來了高速發(fā)展的時期，高速公路建設的投資也增加了，所以對柏油路的需求增加了，同時柏油路質(zhì)量的要求也提高了，對于瀝青品質(zhì)要求也有所提高，由于改性瀝青自身的優(yōu)點，改性柏油路也被廣泛熟知。2020年世界首套煤直接液化瀝青生產(chǎn)裝置產(chǎn)出合格產(chǎn)品，煤直接液化瀝青產(chǎn)品的誕生，彌補了煤瀝青和石油瀝青產(chǎn)品應用的空白，增加了瀝青產(chǎn)品的種類，延伸了瀝青產(chǎn)品的應用產(chǎn)業(yè)。

【關鍵詞】瀝青;產(chǎn)品;應用

一、瀝青的分類

瀝青俗稱柏油，提煉石油、煤焦油剩下的有機膠凝材料。也有天然產(chǎn)出的。主要由碳氫化合物組成。黑色，有光澤，有毒，有臭味，有防腐、絕緣、可塑等性能。常用于鋪路、建筑、防腐、防水和電器工業(yè)。

分類：

石油瀝青

是原油蒸餾后的殘渣。石油瀝青是由多種碳氫化合物及非金屬（氧、硫、氮）衍生物組成的混合物，其元素組成主要是碳（80%～87%）、氫（10%～15%）;其余是非烴元素，如氧、硫、氮等（<3%）;此外，還含有一些微量的金屬元素。石油瀝青用三組分分析法，可將石油瀝青分離為油分、樹脂和瀝青質(zhì)三個組分。其中：1）油分為淡黃色透明液體，賦予瀝青流動性，油分含量的多少直接影響著瀝青的柔軟性、抗裂性及施工難度。2）樹脂 為紅褐色粘稠半固體，溫度敏感性高，熔點低于 100℃，包括中性樹脂和酸性樹脂。中性樹脂使瀝青具有一定塑性、可流動性和粘結性，其含量增加，瀝青的粘結力和延伸性增加;酸性樹脂含量不多，但活性大，可以改善瀝青與其它材料的浸潤性、提高瀝青的可乳化性。3）瀝青質(zhì) 為深褐色固體微粒，加熱不熔化，它決定著瀝青的粘結力、粘度和溫度穩(wěn)定性，以及瀝青的硬度、軟化點等。瀝青質(zhì)含量增加時，瀝青的粘度和粘結力增加，硬度和溫度穩(wěn)定性提高。

煤焦油瀝青

是煉焦的副產(chǎn)品煤焦油蒸餾后的殘渣。煤瀝青是以芳香族為主的結構復雜的高分子化合物混合體，其分子量范圍廣，含碳 92%～94%，含氫僅 4%～5%左右。常含有不溶于溶劑的碳質(zhì)成分，根據(jù)使用的溶劑種類不同，可將煤瀝青分為甲苯可溶組分（BS、γ樹脂）、喹啉不溶物（QI、α樹脂）以及甲苯不溶喹啉可溶組分（β樹脂）。

煤瀝青沒有確定的熔點，只有從固態(tài)轉(zhuǎn)化為過渡態(tài)的溫度范圍，通常用軟化點代表。根據(jù)軟化點的高低，煤焦油瀝青分為低溫瀝青（軟瀝青）、中溫瀝青（普通瀝青）、高溫瀝青（軟瀝青）。因其軟化點和物化性質(zhì)不同，用途各異改性瀝青。

天然瀝青

是自然界的天然形成的一種瀝青，主要是石油在大自然的環(huán)境中長年累積被地殼擠壓、并且又經(jīng)常接觸水和空氣逐漸變化形成的。按照天然瀝青形成的環(huán)境不同主要可以分為巖瀝青、油頁巖瀝青、湖瀝青、海底瀝青等，其中的巖瀝青是存在山體和巖石裂隙中的石油進行長期的凝固蒸發(fā)形成的天然瀝青。

煤直接液化瀝青

煤直接液化油渣經(jīng)溶劑萃取，將液化過程中未完全轉(zhuǎn)化為油品的瀝青組分及未蒸餾出的部分重質(zhì)油提取出來，經(jīng)過脫灰后得到的系列瀝青產(chǎn)品。其性能與介于煤瀝青和石油瀝青之間，且應用范圍更廣，性能更加優(yōu)越。

二、瀝青的應用

石油瀝青

我國石油瀝青消費領域分布在道路建設、建筑、機場建設以及水利工程等行業(yè)，其中道路建設是瀝青最主要的消費領域，2013 年數(shù)據(jù)表示道路瀝青占瀝青消費總量的比例在 76%左右，建筑防水用瀝青占 11%。

道路瀝青的改性，可以使用相溶劑，相溶劑是芳香族化合物豐富的石油成分，最重要的是穩(wěn)定聚合物相和瀝青相，形成穩(wěn)定的界面吸附層，這樣，可以降低相界面的表面張力，并且可以實現(xiàn)兩者的相容性，提高兩個之間的親和力，在變更后的瀝青制造過程中，適當添加相溶劑可以改善SBS和瀝青的適應性和穩(wěn)定性。SBS改性瀝青可以大大提高瀝青表面性能，提高高溫穩(wěn)定性和低溫裂紋性能，提高與石頭的粘結性，是一種優(yōu)秀的道路建設材料。通過選擇適當?shù)奶幚砑夹g，在改性瀝青的制造工序中實施有效的質(zhì)量管理過程，可以有效保證改性瀝青的品質(zhì)，這直接影響了改性瀝青的道路性能和保管穩(wěn)定性。

煤焦油瀝青

改質(zhì)瀝青：改質(zhì)瀝青是煤焦油瀝青的主要產(chǎn)品，在碳素制品中用作粘結劑，能顯著改善產(chǎn)品質(zhì)量，增加體積密度與機械強度，用改質(zhì)瀝青作粘結劑原料，生產(chǎn)出的炭素制品具有電阻小、導電性好、電容密度大、耗電低，強度高、不掉渣、壽命長、熱膨脹小等優(yōu)點。主要用于電解鋁行業(yè)的預焙陽極、鐵合金的陽極糊。

炭黑油：煤焦油瀝青的另一個主要產(chǎn)品是炭黑油，炭黑油是生產(chǎn)炭黑的主要原料，炭黑是橡膠輪胎的主要添加劑。炭黑也是涂料、印刷油墨的原料。

浸漬劑瀝青：浸漬劑瀝青可提高炭素制品的密度，降低孔隙率，增強產(chǎn)品的機械強度及改善。主要用于石墨電極、石墨制品等。

生產(chǎn)瀝青焦：瀝青焦主要為電解法煉鋁的陰極以及煉鋼用的石墨電極制備。

針狀焦：由煤瀝青可以制備針狀焦，主要用于高功率及超高功率電極、鋰電負極材料、高檔石墨制品等。

中間相炭微球：由煤瀝青可以制備中間相炭微球，主要用于高檔石墨制品、鋰電負極材料、炭-炭復合材料等。

可紡瀝青：由煤瀝青經(jīng)過特殊加工處理，可以制備可紡瀝青，主要用于瀝青基超高模量碳纖維原料。

改性瀝青：改性瀝青是煤瀝青用功能樹脂改性用于道路的瀝青。

型煤粘結劑：用 20%～30%的煤焦油高沸點餾分稀釋中溫瀝青所得的軟瀝青就可作為型煤的粘結劑。

瀝青漆：瀝青漆是焦油瀝青溶液，瀝青清漆宜于在室外做鋼結構、混凝土及砌體的防水層和保護層，并能在室外常溫下涂刷及噴漆。

天然瀝青

巖瀝青隸屬于天然瀝青，是一種世界稀有礦藏，全球只在美國北部、俄羅斯西部、中國新疆有少量分布。巖瀝青廣泛用于油漆、油墨、防腐、耐酸堿、耐高溫，化學性能穩(wěn)定，附著力很強，是普通瀝青的數(shù)倍，是軍工、輪船、汽車、轎車、各類機械、電器、家電設備、工程機械等最理想的面漆和底漆的制造原料，也是鍋爐等行業(yè)的防腐原料，利用巖瀝青與普通的石油瀝青摻配后，更是最好的防水、防摻材料，用于機場跑道、高速公路更為理想。我國著名的新疆巖瀝青礦建于 1958 年 10月，礦區(qū)內(nèi)有 13條天然瀝青礦脈，每條礦脈長 888米，厚 0.5米，主采礦脈 9條，其他礦脈為局部可采。礦區(qū)有生產(chǎn)礦井 2座，年產(chǎn)天然瀝青 8000 噸。新疆天然瀝青硬度高、質(zhì)純、俯著力強、光潔度高、油溶性穩(wěn)定、絕緣性能好，耐水、耐堿、耐酸，性能優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，是國家特種油漆和油墨的重要原料。

煤直接液化瀝青

主要指標如下：

煤直接液化瀝青特點

氫碳比高、硫含量低與石油瀝青接近，與煤焦油瀝青相比，瀝青高溫融變性好，硫含量低，是碳素行業(yè)理想的原料;同時其致癌物質(zhì)苯并芘物質(zhì)含量低，在環(huán)保要求日益嚴格的形勢下，具有較大的發(fā)展空間。

灰分可控

在提取瀝青過程中，可以通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，得到不同灰分的瀝青產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝靈活，市場適用性好。

軟化點高

其使用條件與現(xiàn)行的煤焦油瀝青不同，將面臨市場適應性問題，需更專業(yè)的市場開拓，但都可代替煤瀝青使用。

通過對煤液化瀝青的可用性進行了大量的研究，開發(fā)了不同等級的煤液化瀝青，成功地制備出了中間相瀝青、中間相碳微球、高比表面活性炭、針狀焦、通用級碳纖維等高端碳素產(chǎn)品，并在搗固煉焦、航天CC復合材料浸漬劑、防水卷材取得了實質(zhì)應用效果。

三、結語

瀝青市場是一個比較成熟、穩(wěn)定的市場，從神華煤制油殘渣中萃取出的瀝青是個新生事物，油渣萃取項目投產(chǎn)后，煤液化瀝青要先立足配煤、燃料油等低端產(chǎn)品，積極往炭黑油、改質(zhì)瀝青等傳統(tǒng)市場滲透。同時，要加大開發(fā)力度研發(fā)新工藝、新技術，改善煤液化瀝青品質(zhì)、提高附加值，占領大市場和高端市場。