神华煤沥青的改性及其乳化性能的研究

发布时间：2020-10-26 09:18

　　 中国拥有丰富的煤炭资源,石油资源却十分地短缺,煤直接液化生产燃料的技术能够有效解决我国石油资源短缺的现状。煤制油技术是通过煤直接液化加氢来生产燃料,在整个过程中将产生20%~30%的煤沥青,这种煤沥青含有很多灰分、硫分,同时碳的含量也比较高,其软化点较高,黏度非常大,具有很高的潜在使用价值。神华集团在鄂尔多斯的煤制油项目每年都会产生几十万吨的煤沥青,许多煤沥青长期堆积无法得到充分利用,煤沥青的存在不仅影响了煤直接液化技术整体发展的效益,而且对当地的环境也造成了严重的污染。因此如何合理地解决大量的煤沥青对环境造成的污染问题,是煤制油技术面临的一个巨大的挑战。本研究从能源的利用率和环境保护的角度出发,针对神华煤沥青产量大,污染严重的问题,制定了一定的实验方案。首先对神华煤沥青进行了改性,使得神华煤沥青的黏度有所降低,流动性增强,然后将改性后的煤沥青乳化,并将乳化后的煤沥青制备成了防水涂料。另外合成了一种超支化聚合物表面活性剂,并测试了它的性能,最后将这种表面活性剂用于神华煤沥青的乳化研究。本研究主要包括以下几个部分:(1)神华煤沥青的性质和组成分析通过元素分析、四组分分析以及软化点、针入度和延度测试,发现神华煤沥青中含有大量C元素,其四组分中芳香分含量过低,沥青质含量较高,从而导致其软化点较高,针入度和延度较低。(2)神华煤沥青的改性神华煤沥青中芳香分含量低是造成其软化点高,黏度高,流动性较差的主要原因,通过向神华煤沥青中掺加一些芳香分含量高的物质来改变其性能,选择110#石油沥青、160#石油沥青、芳烃油1和芳烃油2对神华煤沥青进行改性,结果表明芳香分含量高的芳烃油对其改性效果明显,并且芳烃油的加入量越多,其软化点越低,针入度和延度越高。对神华煤沥青改性过程中的的加热温度和加热时间进行了研究,结果表明加热温度为200°C时,改性效果最好;石油沥青作为改性剂最佳加热时间为40min,芳烃油作为改性剂最佳加热时间为30min。(3)改性煤沥青的乳化性能研究将改性后的神华煤沥青进行乳化,首先探讨了改性煤沥青的可乳化性,结果表明芳烃油2加入量为50%时,改性煤沥青的乳化效果比较好。对高速剪切乳化机的转速、乳化温度、油水配比进行了研究,结果表明高速剪切乳化机转速为16000r/min,改性煤沥青加热温度和皂液加热温度分别为130°C、60°C,油水配比为6:4时,乳化效果最好。分别用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十八烷基三甲基氯化铵(1831)对改性煤沥青的乳化性能进行了探究,确定了最佳乳化配方。(4)超支化聚合物表面活性剂的合成及表征首先用二异丙醇胺和丁二酸酐合成了AB_2型单体,然后以三羟甲基丙烷为核分子与AB_2型单体反应合成了端羟基超支化聚合物(HPAE),然后对HPAE进行末端改性,得到末端含有磺酸根的超支化聚合物表面活性剂(SHBP)。用红外光谱、羟值测定、元素分析等方法对合成的HPAE和SHBP进行表征,结果表明合成的HPAE和SHBP的结构与目标产物对应,具有较好的完整性;通过热失重分析得出HPAE和SHBP具有很好地热稳定性;通过磺化度的测定得出SHBP末端含有大量的磺酸根。并对SHBP的性能进行了测试,得出其各项性能比传统表面活性剂要优异。(5)超支化聚合物表面活性剂用于制备乳化煤沥青将合成好的SHBP用于神华煤沥青的乳化性能研究,确定了最佳乳化配方,将其乳化效果与SDBS和1831进行对比,结果表明SHBP对神华煤沥青的乳化效果要比SDBS和1831的乳化效果好。(6)防水涂料的制备将制备好的乳化煤沥青用于防水涂料,并对防水涂料的粘结强度、断裂伸长率等性能进行了测试,结果表明制备出的防水涂料都能达到技术指标,尤其是含有超支化聚合物表面活性剂的防水涂料,其性能更加突出。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ522.65
【部分图文】：

要用碱性调节剂，阳离子型乳化沥青则青为非极性分子，两者表面张力大小有融合的。水的表面张力在 25°C 时为 72m于熔融状态时表面张力为 26~30mN/m的界面张力为 37~47mN/m[30]。因此在在水中时，形成的沥青-水分散体系是，小的微粒会聚集在一起沉积，最后沥图 1.1。通过加入乳化剂可以降低水和自由能，在水和沥青之间形成一种保护用示意图如图 1.2。

图 1.2 乳化沥青的形成过程示意图(1)界面自由能当热熔的沥青经高速剪切搅拌以细小微粒状态分散在水中时，沥青的总表面积在不断变大，形成的整个体系在热力学上是不稳定的。沥青细小微粒之间的相互碰撞使得沥青聚集变大，只有通过减小界面能、降低体系的自由能，才能保持体系的稳定和平衡，使之满足体系的总能量最低原则。沥青乳液体系的表面自由能(ΔG)为：GSaw (1.1)式中，ΔG 为沥青微滴与水形成的表面自由能；σaw为沥青与水的表面张力；ΔS 为沥青微滴的表面积。试验证明，水中加入乳化剂后，水的表面张力可以大大降低，从而更加接近沥青的表面张力，减小水与沥青的界面张力差，使体系趋向平衡稳定状态。(2)界面膜的保护作用

图 1.3 界面膜示意图(3)界面电荷的稳定作用沥青乳液中形成的沥青微粒会因为离子型乳化剂的存在而形成保护膜，这种保一定的电荷，是一种双电层结构。电荷来源于乳化剂的电离和沥青微粒之间的作用。第一层为沥青微滴表面的单分子层，成为吸附层；第二层在吸附层之外电荷的乳化剂分子构成。双电层电荷的电性是由乳化剂的离子性质决定。双电着乳液的稳定性和黏度。3 乳化沥青生产工艺及设备生产乳化沥青的工艺过程是先将沥青加热至熔化，温度控制在 130~150°C，然剂和稳定剂加入到水中，搅拌使之溶解，加热乳化剂溶液至 50~80°C，将沥青水溶液按照一定的比例加入到高速搅拌机中，使沥青充分乳化。图 1.4 是乳化工艺流程图。
【参考文献】

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本文编号：2856808