焦油瀝青

煤焦油是從煤炭的熱解中獲得的液體產品。為了便於研究開發和利用煤焦油，人為的把一到四環以及少量的五環芳烴化合物稱為輕質組分，多數五環及以上的多環芳烴稱為重質組分。重質組分也被稱為煤瀝青，其產量約佔煤焦油總量的 45%~50%，由於重質組分性能相對比較穩定，常用在碳素和建材行業，主要產品有粘結劑青、浸漬劑瀝青、針狀焦、瀝青焦、碳纖維和塗料等。

煤焦油瀝青的來源豐富、價格低廉，同時其分子量範圍很大、組成非常複雜。因此有必要深入研究煤焦油瀝青的性質和組成，對其進行必要的深加工，提高瀝青產品的附加值，為煤焦油瀝青的綜合應用進行一些有益的探討。

煤焦油瀝青是把煤焦油中的輕質組分提取后剩餘的殘渣，也是其重質組分。根據軟化點的不同，煤瀝青被分為低溫瀝青、中溫瀝青和高溫瀝青。煤瀝青的組分非常複雜，主要是四環以上的多環芳烴其中包括含有氧、氮和硫等元素的雜原子化合物，它的組成不僅與煉焦用煤的質量有關，也受生產焦炭工藝條件的影響，煤焦油瀝青的加工利用對整個煤焦油行業的發展至關重要。由於煤焦油瀝青的分子量範圍分佈十分廣泛，其中有一些不能溶解於溶劑的組分。

在煤焦油瀝青含有的組分中，作為苯可溶物所包含的石油質的 C/H 原子比大約為 0.7，微微的對其加熱就會發生聚合。而苯可溶物的另一組分瀝青質的 C/H原子比為1.07，具有相當強烈的黏合性。苯不溶物的C/H 原子比為1.54，是一種較大分子量的聚合物。β樹脂 C/H 原子比為 1.93，在其加熱之後能夠形成各向同性的焦質體。次生喹啉不溶物的 C/H 原子比為2.89，C/H 原子比的不斷升高可以導致煤瀝青中的組分軟化點也相應提高，其黏結性也不斷增加。

瀝青改質是為了讓原料瀝青的性質得到提升，使之更容易進行深加工利用，滿足炭材料生產過程中的各項指標要求。工業應用比較成熟的主要有熱聚合法和真空閃蒸法等。許斌等採用熱聚合法成功得到符合國家一級標準的瀝青，並發現甲苯不溶物含量隨時間呈線性關係，喹啉不溶物含量隨時間呈指數關係。真空閃蒸法通過回添閃蒸油的方式避免瀝青過度熱處理，並且可以減少中間相的形成；真空蒸餾技術可以大幅提高縮聚的水平，加快反應過程。經過改質過的煤焦油瀝青主要應用於黏結劑、浸漬劑、針狀焦、活性炭、中間相瀝青、碳纖維、道路瀝青乳化瀝青以及瀝青基塗料等。

利用煤焦油瀝青研製電極浸漬劑瀝青的關鍵是降低喹啉不溶物(QI)含量。我國浸漬劑瀝青尚無專門生產線，目前煉鋁和炭素工業所用的浸漬劑大都是用焦化行業生產的煤焦油中溫瀝青，這種瀝青的QI含量較高，一般在10%左右，使用時QI會在炭素製品孔隙入口處形成不滲透濾餅而降低瀝青浸入率，影響浸漬效果。為此，日本專門研究了QI<0.001的電極浸漬瀝青，並已投人工業化生產，國內有關炭素廠也迫切希望得到這種電極浸漬瀝青；此外，如果將煤瀝青作為生產針狀焦的原料使用，也要求將其中QI分離掉，因此這種低QI改質瀝青國內市場及出口前景看好。

瀝青類有機物在炭化過程中生成的光學各向異性體稱為中間相，具有類似液晶的性質；炭化時可形成中間相的瀝青，叫中間相瀝青，也稱為中間相前馭體。用這種瀝青可煉製針狀焦、可紡制高性能碳纖維以及炭化製成能自行燒結的炭粒、加工模壓碳材料等，有很高的利用價值。

隨著我國城鄉道路建設特別是高等級公路的發展，對道路瀝青的數量和質量提出了更高的耍求。而我國主要用於築路材料的石油瀝青嚴重供應不足，質量也達不到高等級公路的要求，其分佈又十分不均勻，西部和南部缺油地區築路瀝青嚴重缺乏，相反西部地區煤瀝青供應量特別大，為此開發煤瀝青改質為替代石油瀝青築路材料的技術，利用該技術生產高等級鋪路材料，用於補充石油瀝青的供應不足以解決高標號瀝青必須進口的問題，具有重大的社會和經濟效益。

瀝青成分複雜，主要採用溶劑抽提的方法對煤焦油瀝青成分進行區分，而不同製備目的的瀝青原料對各成分間含量的要求不同，通常使用氧化法、熱聚合法以及真空閃蒸法對原料瀝青進行改質，得到符合要求的瀝青。凈化、改質后的瀝青可以用於黏結劑瀝青、浸漬劑瀝青、針狀焦、中間相瀝青、球形活性炭、瀝青基碳纖維、乳化瀝青以及道路瀝青的製備。當前，炭材料在電力、軍事、水凈化等領域有著非常突出的應用地位，需求廣泛，具有光明的應用前景。發展以煤焦油瀝青為主的炭素材料，不僅可以很好地解決大量廉價的煤焦油瀝青利用問題，也可以為國民經濟發展提供強有力的技術材料後盾。