煤沥青基泡沫炭制备建筑保温材料的探索性研究

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作为煤化工企业面临着严重的油焦平衡问题,占焦油50%~65%的沥青的出路问题是困扰煤化工企业发展的重要障碍。如果能够找出大量消耗沥青的产品,并且符合国家的环保政策的项目将为煤化工开辟崭新的应用领域。  中温煤沥青具有丰富的碳含量,通过氧化调节使其具有丰富含氧官能团并且分子量变重,族组成变窄,使其成为制备泡沫炭的优质原料。目前,宝钢每年中温煤沥青的产量为几十万吨,未能充分发挥其应有的价值。如果以之为原料制成泡沫炭而使其高值化,不仅会产生新的产业生长点和利润增长点,而且会提高企业的经济效益。本文研究的目的在于依托宝钢现有的煤沥青资源优势、水处理工业设施以及工程技术优势,先研制煤沥青基泡沫炭的连续化生产技术,然后逐步推进其在节能建筑保温材料、生物污水处理以及其它领域中的实际应用。这些应用的关键在于原料高软化点沥青物化性质的调节、发泡条件的控制,以及发泡设备的研制。本文通过对原料主要的指标,包括软化点、喹啉不溶物、甲苯不溶物等进行分析,系统地研究了氧化条件与高软化点沥青物化性质之间的关系;发泡条件与泡沫炭孔结构、力学性能之间的关系;以及泡沫炭孔结构与导热系数两者之间的关系等。  实验中,经过甲苯多次萃取或者是高真空闪蒸处理过的高软化点沥青采用自升压、自发泡法,在低压下制得了系列的泡沫炭样品。从泡沫炭的总体性能上来看,经SGS和耐驰检测,其重要指标中燃烧性能以及燃烧热值,都可满足国家A1级别的节能以及建筑材料标准,该标准的主要的指标为:温升≤30℃;失重≤50%;持续燃烧时间:0s;总燃烧热值≤2MJ/kg。样品所测结果为:炉内平均温升△T21℃;试样质量损失9.02(%);总的持续燃烧时间0s;总燃烧热值PCS1.646MJ/kg。  在后期升降炉的放大试验过程中,由于现有的实验原料软化点偏低(270-290℃)、族组成分布较宽等影响因素,经过各种试验条件的尝试后,不能有很好的发泡效果。但尽管如此,经过对脱模问题的仔细研究,现已通过调整原料、温度及脱模剂等措施有效解决脱模问题,并且具有一定的重复性。  通过不断优化生产工艺条件,使泡沫炭的密度达到立项指标的0.2吨/m3,1吨中温煤沥青可制成3m3泡沫炭,每m3泡沫炭的边际贡献约为6718元。结合宝钢目前年产中温沥青约为30万吨,则可实现年效益约为6.046亿元。如果能在整个行业内推广,无疑将不仅解决中温沥青的出路问题,更带来可观的经济效益,同时也能对国家的包括能源、军事工业等相关支柱性带来支撑。
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