對(duì)煤瀝青進(jìn)行減壓蒸餾處理進(jìn)而發(fā)泡制備泡沫炭,探究了減壓蒸餾溫度對(duì)煤瀝青的族組成、元素組成和熱解性能以及對(duì)制得泡沫炭性能的影響。結(jié)果表明:減壓蒸餾可以有效減少煤瀝青中甲苯可溶物（TS）,增加喹啉不溶物（QI）,使煤瀝青的n（C）∶n（H）增大、熱穩(wěn)定性增加。減壓蒸餾后,泡沫炭的泡孔更加均勻,數(shù)量增加,孔徑減小;煤瀝青在減壓蒸餾溫度為335℃、壓力為-0.095 MPa條件下蒸餾10 min,得到的瀝青AS335 QI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.06%,瀝青AS335在發(fā)泡溫度為450℃、壓力為2 MPa條件下發(fā)泡2 h,得到泡沫炭的泡孔形狀為橢圓形,孔徑范圍為130μm～540μm,平均孔徑為320μm,總孔率為74.99%,質(zhì)量密度為0.364 6 g/cm³,壓縮強(qiáng)度為5.47 MPa。在此條件下,泡沫炭的泡孔較均勻,孔型較好。 

【文章來(lái)源】：煤炭轉(zhuǎn)化. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

瀝青發(fā)泡裝置

隨著減壓蒸餾溫度的升高,瀝青中輕組分含量越來(lái)越低,發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生的裂解氣減少;同時(shí)在發(fā)泡過(guò)程中瀝青的黏度變大,氣泡的長(zhǎng)大和融并變得越來(lái)越困難,因此氣泡的直徑減小,數(shù)量增加。AS325的黏度過(guò)低,發(fā)泡過(guò)程中泡孔易長(zhǎng)大、融并,輕組分含量高,發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生的裂解氣較多,因此CF325的泡孔直徑過(guò)大。AS325含有的輕組分較多,發(fā)泡時(shí)熔融瀝青體系不均一,因此瀝青黏度和初始泡核的分布不均勻,發(fā)泡時(shí)泡核的生長(zhǎng)速率、氣泡的受力行為不同,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)泡形成的泡孔大小不均勻。隨著減壓蒸餾溫度升高,AS330和AS335的輕組分逐步減少,組分更加集中在QI部分,熔融體系更加均勻。因此,瀝青的黏度和初始泡核分布更加均勻,發(fā)泡形成的泡孔大小也更加均勻,相應(yīng)泡沫炭的泡孔直徑減小。AS340的黏度過(guò)高,泡孔難以膨脹和移動(dòng),輕組分含量低,發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生的裂解氣較少。因此,CF340的平均孔徑最小,泡孔形狀不規(guī)則,有些區(qū)域甚至無(wú)法發(fā)泡。由以上分析知,在減壓蒸餾溫度為335 ℃,得到的瀝青發(fā)泡制備的CF335的平均孔徑較小,孔徑分布較窄,孔型較好。3 結(jié) 論

不同瀝青的TG-DTG曲線見(jiàn)圖2。由圖2a可以看出,ASC和AS320瀝青的失重曲線變化趨勢(shì)明顯,都存在一個(gè)快速失重段。ASC的最大失重區(qū)間最寬,為300 ℃～550 ℃。AS320的最大失重區(qū)間明顯變窄,為440 ℃～600 ℃。在最大失重區(qū)間內(nèi),AS320的失重量明顯小于ASC的失重量。其他瀝青的失重曲線則較為平緩,變化較小。由圖2a還可以看出,升溫至800 ℃,ASC的失重率為26.78%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)過(guò)減壓蒸餾處理的瀝青。減壓蒸餾后,瀝青的失重率明顯降低,為6.46%～11.81%。隨著減壓蒸餾溫度的升高,瀝青的失重率降低,瀝青發(fā)泡時(shí)充當(dāng)發(fā)泡劑的裂解氣越來(lái)越少。由圖2b可以看出,隨著減壓蒸餾溫度升高,瀝青的最大失重速率減小,最大失重區(qū)間變窄,最大失重溫度增大,瀝青發(fā)泡時(shí)產(chǎn)生裂解氣的溫度區(qū)間變窄,峰值減小。通過(guò)比較ASC和經(jīng)過(guò)減壓蒸餾處理瀝青的熱解性能可知,隨著減壓蒸餾溫度升高,瀝青的熱穩(wěn)定性逐漸增高,組分分布更加集中,這與族組成和元素分析的結(jié)果一致。由以上分析可知,可以通過(guò)控制減壓蒸餾溫度來(lái)調(diào)整瀝青的熱解性能。發(fā)泡時(shí),瀝青受熱裂解產(chǎn)生裂解氣,最先產(chǎn)生的裂解氣形成了氣泡核。隨著發(fā)泡溫度的升高,后續(xù)產(chǎn)生的氣體以氣泡核為中心聚集膨脹,并在表面張力的作用下形成球形氣泡[15]。瀝青裂解生成氣體的量及其分布是影響泡沫炭的孔徑和孔密度的主要因素。在相同發(fā)泡條件下,生成氣體的量越大,孔徑越大;生成氣體的速率越大,泡孔密度越大[16]。減壓蒸餾后,瀝青QI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,n(C)∶n(H)增大。因此,瀝青的熱穩(wěn)定性增加,裂解生成氣體的總量減少,分布更加集中,會(huì)使發(fā)泡產(chǎn)生的泡沫炭平均孔徑減小,孔密度增加,泡孔更加均勻。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]泡沫炭的制備機(jī)理及性質(zhì)概述[J]. 劉海豐,何瑩,屈濱,孫剛,鄭海峰.  炭素. 2019(01)
[2]煤液化瀝青基多孔炭的制備及電化學(xué)性能研究[J]. 程時(shí)富.  神華科技. 2018(05)
[3]神華煤直接液化技術(shù)研發(fā)進(jìn)展[J]. 李克健,程時(shí)富,藺華林,章序文,常鴻雁,舒成,白雪梅,王國(guó)棟.  潔凈煤技術(shù). 2015(01)
[4]煤液化瀝青分析表征及結(jié)構(gòu)模型[J]. 藺華林,李克健,章序文,王洪學(xué),程時(shí)富.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2014(07)
[5]泡沫炭在自發(fā)泡過(guò)程中的成核行為研究[J]. 張翠翠,王艷莉,詹亮,楊俊和,楊光智,凌立成.  炭素技術(shù). 2011(02)
[6]預(yù)氧化時(shí)間對(duì)中間相瀝青及其泡沫炭的影響[J]. 張紅波,肖鋒,李萬(wàn)千.  湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(10)
[7]預(yù)氧化對(duì)中間相瀝青泡沫炭結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制研究[J]. 李娟,王燦,詹亮,張睿,喬文明,凌立成.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2009(02)
[8]泡沫炭的研究進(jìn)展[J]. 肖正浩,周穎,肖南,邱介山.  化工進(jìn)展. 2008(04)
[9]以煤炭直接液化殘?jiān)鼮樵现苽涮考{米管[J]. 周穎,張艷,李振濤,余桂紅,邱介山.  煤炭轉(zhuǎn)化. 2007(03)
[10]碳泡沫的結(jié)構(gòu)及其性能[J]. 張宏波,羅瑞盈,劉濤,李勁松.  炭素技術(shù). 2005(01)

博士論文
[1]煤直接液化殘?jiān)坎牧系闹苽浼皯?yīng)用[D]. 張建波.大連理工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]煤瀝青基泡沫炭的結(jié)構(gòu)控制及其復(fù)合增強(qiáng)[D]. 張洪剛.華東理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3139446