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改质沥青生产装置存在问题的改进措施


发布时间:2017-05-18 打印当前页 将此页放入收藏夹 发邮件给我们:jntdby@163.com

改质沥青生产装置存在问题的改进措施

                         魏松波 肖建军 吴木之 徐  兵(武钢焦化公司,武汉430082)

 

    改质沥青作为炭材料的粘结剂,具有改善产品质量、增加体积密度与机械强度、降低单耗、便于运输等优异特性。随着炭材料质量的不断提高,对改质沥青粘结剂的质量也越来越重视。

 

1   改质沥青的生产原理及工艺流程

1.1  热聚合法生产改质沥青的原理

    改质沥青的原料是TI18%左右、QI6%左右的中温沥青。当中温沥青进入反应釜进行热聚合处理时,沥青中的小分子芳烃发生聚合和缩合反应,生成中分子的芳烃,而通过缩合反应还会产生一部分氢、甲烷及水。沥青中原有的一部分β树脂(不溶于甲苯而溶于喹啉)转化为二次α树脂(喹啉不溶物),沥青的部分小分子芳烃组分将会转化为二次β树脂,其转化程度随加热处理强度的加深而增大,从而形成更多的β树脂。在热聚合的过程中QI也会有少量的增加。

1.2  改质沥青的生产工艺流程

    1为武钢焦化公司的改质沥青生产流程图,中温沥青经二段蒸发器塔底自流到1号反应釜,经过满流由23号釜流入中间槽,再通过液下泵抽到高置槽,经链板机成型改质沥青。

                           1   武钢焦化公司改质沥青工艺流程

 

2   问题及分析

2.1  主要质量指标及分析

    改质沥青的主要质量指标(YB/T5194-2003 )见表1

 

         1   改质沥青的主要质量指标

  

一级

二级

软化点(环球法),

108114

105120

甲苯不溶物TI,%

2832

2634

喹啉不溶物QI,%

812610

615

β树脂含量,%

≥18

≥16

    (1)软化点。沥青软化点是表示沥青开始显示流动性的温度,一般软化点越高,沥青粘结性越好,成焦率就越高,所制得产品的导电性就越好。提高沥青的软化点,就是进行高温加热,使沥青中的轻质组分挥发,沥青的软化点就得到提高。在较高的温度(380℃以上)下,改质沥青软化点随加热时间的变化成线性关系变化,加热时间越长软化点就越高。因此,改质沥青的软化点相对而言比较容易控制,只要提高反应釜温度、延长加热时间就可以将软化点提高到规定值。

    (2) 甲苯不溶物TI。甲苯不溶物主要是一些芳烃,该组分具有热可塑性,并参与生成焦炭网格,其结焦值可达90%95%,对骨料胶结起重要作用,沥青的结焦值随TI的增加而增加,另外TI对碳制品的机械强度、密度和导电率有影响。

在改质过程中,沥青中TI受温度的影响较大,在相同的时间内,提高反应釜的温度可以快速提高改质沥青中TI的含量。研究表明,在一定温度下,TI值与聚合时间t呈良好的线性关系:

           TI = C·t+D

    式中的CD为常数,其值随温度升高而增大;t为聚合时间。因此,在现有条件下,一般通过调节温度就可以控制TI值。

    (3) 喹啉不溶物QI QI又可分为一次(原生QI)和二次QI(次生QI)。一次QI与炼焦煤的种类和性质、炼焦炉的结构和状态、装煤方法、焦油氨水和焦油渣的分离方法等有关系。二次QI是沥青在热加工过程中形成的相对分子质量更大的芳烃聚合物,以固体粒子的形式存在于沥青中。沥青中含有一定量的QI有利于提高碳制品的机械强度和导电性,对碳制品焙烧中的膨胀有一定限制作用。沥青的结焦值随QI的增加而增加。但沥青的QI过高,致使沥青的流动性降低,QI过低,致使糊料偏析分层。

一般在沥青的改质过程中,二次QI增加得很少,在390℃以前,几乎没有什么变化,在390℃以后,改质沥青的QI与聚合温度呈指数关系变化:

           QI = E+FGt

    式中的EF G为常数,t为时间,其中E为原生QI值,原生QI的存在,对二次QI生成有一定的催化引导效应,在410℃以前,F G;在390℃F≈0.0061, G≈0.771,因此改质沥青的QI值主要由原生QI值决定,这样,在生产中要控制QI值一般在原料焦油、中温沥青上入手,原料焦油QI值一般在2%3%,中温沥青在5%8%左右。

    (4)  β树脂。β树脂是沥青中不溶于甲苯而溶于喹啉的组分,其值等于TIQI之差,β树脂是中、高分子质量的稠环芳香烃,粘结性较好,结焦性好,所生成的焦炭结构呈纤维状,具有较好的易石墨化性能,所得的碳制品电阻系数小,机械强度高。

    在改质沥青中,β树脂作为改质沥青的粘结剂,决定改质沥青的粘结性能,因此,应该尽可能提高其含量。在聚合改质过程中应该尽可能加快TI的生成速率,同时抑制次生QI的生成。一般在430℃以前,β树脂随时间的增加、温度的升高,其含量是不断增加的。

2.2  存在问题及解决方案

    (1)  QI值达不到标准。通常出现的问题是改质沥青产品的QI值偏高,达不到一级品的要求。产品QI值偏高的原因主要在原料,即中温沥青含原生QI偏高,这与焦炉高压氨水喷洒无烟装煤、炭化室顶负压等操作有关。为解决此问题,武钢焦化公司在2004年引进了德国福乐伟公司生产的超级高速离心机,将原料焦油离心脱渣,将中温沥青的QI值由8%8.5%降低到5%8%,再经过热聚合改质,生产出来的改质沥青QI值基本达到了一级品标准。武钢焦化公司采用了闪蒸油回配技术,即提高反应釜温度,来适当提高QI含量,以防止脱渣后QI含量偏低,再采取回配适量闪蒸油的方法来控制沥青的软化点。

    另外,研究发现,在热聚合前期,煤焦油沥青中的次生QI增长速率较为缓慢,采用高温可以有效控制QI增长速率。因此,武钢焦化公司采用两釜式生产工艺,即3号釜不加温,只用来回配适量的闪蒸油调节软化点,经过多次试验,发现将1号釜温度提高到400℃左右,2号釜控制在380℃左右能有效的控制QI含量,而且采用高温短时间生产工艺后,还可以降低改质沥青的生产成本。

    (2)  β树脂含量不高。改质沥青一般用作粘结剂,而β树脂的含量决定改质沥青的粘结性能,因此,含β树脂量较高的改质沥青能得到用户的青睐。

    β树脂含量值等于TIQI之差,提高β树脂含量,可以通过提高反应釜温度来加快TI的生成速率,提高TI值,再通过有效的途径控制QI增长速率。根据TIQI与聚合温度及时间的关系,武钢焦化公司采用的高温短时间的工艺流程很好地解决了这一问题,即在生产前期提高聚合温度,使得TI值快速增长,而在聚合前期,次生QI增长速率缓慢,从而达到了提高β树脂含量的目的,从采用高温短时间的工艺流程以来,武钢焦化公司β树脂含量达到了20%21 %

 

3   结论

    1998年改质沥青装置投产以来,武钢焦化公司在改质沥青生产方面进行了较多的研究和探索,在一定程度推动了国内改质沥青生产的发展,同时也使该公司成为国内重要的沥青生产基地。

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