發(fā)布時(shí)間：2020-10-26 09:18

　　 中國擁有豐富的煤炭資源,石油資源卻十分地短缺,煤直接液化生產(chǎn)燃料的技術(shù)能夠有效解決我國石油資源短缺的現(xiàn)狀。煤制油技術(shù)是通過煤直接液化加氫來生產(chǎn)燃料,在整個(gè)過程中將產(chǎn)生20%~30%的煤瀝青,這種煤瀝青含有很多灰分、硫分,同時(shí)碳的含量也比較高,其軟化點(diǎn)較高,黏度非常大,具有很高的潛在使用價(jià)值。神華集團(tuán)在鄂爾多斯的煤制油項(xiàng)目每年都會(huì)產(chǎn)生幾十萬噸的煤瀝青,許多煤瀝青長期堆積無法得到充分利用,煤瀝青的存在不僅影響了煤直接液化技術(shù)整體發(fā)展的效益,而且對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境也造成了嚴(yán)重的污染。因此如何合理地解決大量的煤瀝青對環(huán)境造成的污染問題,是煤制油技術(shù)面臨的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。本研究從能源的利用率和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā),針對神華煤瀝青產(chǎn)量大,污染嚴(yán)重的問題,制定了一定的實(shí)驗(yàn)方案。首先對神華煤瀝青進(jìn)行了改性,使得神華煤瀝青的黏度有所降低,流動(dòng)性增強(qiáng),然后將改性后的煤瀝青乳化,并將乳化后的煤瀝青制備成了防水涂料。另外合成了一種超支化聚合物表面活性劑,并測試了它的性能,最后將這種表面活性劑用于神華煤瀝青的乳化研究。本研究主要包括以下幾個(gè)部分:(1)神華煤瀝青的性質(zhì)和組成分析通過元素分析、四組分分析以及軟化點(diǎn)、針入度和延度測試,發(fā)現(xiàn)神華煤瀝青中含有大量C元素,其四組分中芳香分含量過低,瀝青質(zhì)含量較高,從而導(dǎo)致其軟化點(diǎn)較高,針入度和延度較低。(2)神華煤瀝青的改性神華煤瀝青中芳香分含量低是造成其軟化點(diǎn)高,黏度高,流動(dòng)性較差的主要原因,通過向神華煤瀝青中摻加一些芳香分含量高的物質(zhì)來改變其性能,選擇110#石油瀝青、160#石油瀝青、芳烴油1和芳烴油2對神華煤瀝青進(jìn)行改性,結(jié)果表明芳香分含量高的芳烴油對其改性效果明顯,并且芳烴油的加入量越多,其軟化點(diǎn)越低,針入度和延度越高。對神華煤瀝青改性過程中的的加熱溫度和加熱時(shí)間進(jìn)行了研究,結(jié)果表明加熱溫度為200°C時(shí),改性效果最好;石油瀝青作為改性劑最佳加熱時(shí)間為40min,芳烴油作為改性劑最佳加熱時(shí)間為30min。(3)改性煤瀝青的乳化性能研究將改性后的神華煤瀝青進(jìn)行乳化,首先探討了改性煤瀝青的可乳化性,結(jié)果表明芳烴油2加入量為50%時(shí),改性煤瀝青的乳化效果比較好。對高速剪切乳化機(jī)的轉(zhuǎn)速、乳化溫度、油水配比進(jìn)行了研究,結(jié)果表明高速剪切乳化機(jī)轉(zhuǎn)速為16000r/min,改性煤瀝青加熱溫度和皂液加熱溫度分別為130°C、60°C,油水配比為6:4時(shí),乳化效果最好。分別用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十八烷基三甲基氯化銨(1831)對改性煤瀝青的乳化性能進(jìn)行了探究,確定了最佳乳化配方。(4)超支化聚合物表面活性劑的合成及表征首先用二異丙醇胺和丁二酸酐合成了AB_2型單體,然后以三羥甲基丙烷為核分子與AB_2型單體反應(yīng)合成了端羥基超支化聚合物(HPAE),然后對HPAE進(jìn)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劑(SHBP)。用紅外光譜、羥值測定、元素分析等方法對合成的HPAE和SHBP進(jìn)行表征,結(jié)果表明合成的HPAE和SHBP的結(jié)構(gòu)與目標(biāo)產(chǎn)物對應(yīng),具有較好的完整性;通過熱失重分析得出HPAE和SHBP具有很好地?zé)岱�(wěn)定性;通過磺化度的測定得出SHBP末端含有大量的磺酸根。并對SHBP的性能進(jìn)行了測試,得出其各項(xiàng)性能比傳統(tǒng)表面活性劑要優(yōu)異。(5)超支化聚合物表面活性劑用于制備乳化煤瀝青將合成好的SHBP用于神華煤瀝青的乳化性能研究,確定了最佳乳化配方,將其乳化效果與SDBS和1831進(jìn)行對比,結(jié)果表明SHBP對神華煤瀝青的乳化效果要比SDBS和1831的乳化效果好。(6)防水涂料的制備將制備好的乳化煤瀝青用于防水涂料,并對防水涂料的粘結(jié)強(qiáng)度、斷裂伸長率等性能進(jìn)行了測試,結(jié)果表明制備出的防水涂料都能達(dá)到技術(shù)指標(biāo),尤其是含有超支化聚合物表面活性劑的防水涂料,其性能更加突出。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ522.65
【部分圖文】：

要用堿性調(diào)節(jié)劑，陽離子型乳化瀝青則青為非極性分子，兩者表面張力大小有融合的。水的表面張力在 25°C 時(shí)為 72m于熔融狀態(tài)時(shí)表面張力為 26~30mN/m的界面張力為 37~47mN/m[30]。因此在在水中時(shí)，形成的瀝青-水分散體系是，小的微粒會(huì)聚集在一起沉積，最后瀝圖 1.1。通過加入乳化劑可以降低水和自由能，在水和瀝青之間形成一種保護(hù)用示意圖如圖 1.2。

圖 1.2 乳化瀝青的形成過程示意圖(1)界面自由能當(dāng)熱熔的瀝青經(jīng)高速剪切攪拌以細(xì)小微粒狀態(tài)分散在水中時(shí)，瀝青的總表面積在不斷變大，形成的整個(gè)體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。瀝青細(xì)小微粒之間的相互碰撞使得瀝青聚集變大，只有通過減小界面能、降低體系的自由能，才能保持體系的穩(wěn)定和平衡，使之滿足體系的總能量最低原則。瀝青乳液體系的表面自由能(ΔG)為：GSaw (1.1)式中，ΔG 為瀝青微滴與水形成的表面自由能；σaw為瀝青與水的表面張力；ΔS 為瀝青微滴的表面積。試驗(yàn)證明，水中加入乳化劑后，水的表面張力可以大大降低，從而更加接近瀝青的表面張力，減小水與瀝青的界面張力差，使體系趨向平衡穩(wěn)定狀態(tài)。(2)界面膜的保護(hù)作用

圖 1.3 界面膜示意圖(3)界面電荷的穩(wěn)定作用瀝青乳液中形成的瀝青微粒會(huì)因?yàn)殡x子型乳化劑的存在而形成保護(hù)膜，這種保一定的電荷，是一種雙電層結(jié)構(gòu)。電荷來源于乳化劑的電離和瀝青微粒之間的作用。第一層為瀝青微滴表面的單分子層，成為吸附層；第二層在吸附層之外電荷的乳化劑分子構(gòu)成。雙電層電荷的電性是由乳化劑的離子性質(zhì)決定。雙電著乳液的穩(wěn)定性和黏度。3 乳化瀝青生產(chǎn)工藝及設(shè)備生產(chǎn)乳化瀝青的工藝過程是先將瀝青加熱至熔化，溫度控制在 130~150°C，然劑和穩(wěn)定劑加入到水中，攪拌使之溶解，加熱乳化劑溶液至 50~80°C，將瀝青水溶液按照一定的比例加入到高速攪拌機(jī)中，使瀝青充分乳化。圖 1.4 是乳化工藝流程圖。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2856808