一种环保型煤沥青及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于道路铺设的环保型煤沥青及其制备方法。该环保型煤沥青以煤焦油行业副产的高温煤沥青为主要原料，经高沸点稀释剂溶解，以脂肪醛、不饱和脂肪族羧酸酯为改性剂，有效降低了稠环芳烃含量。本发明通过化学方法明显降低煤沥青苯并[α]芘的含量，工艺简单、设备要求低，便于规模化生产、应用。

权利要求

1.一种环保型煤沥青，通过脂肪醛、不饱和脂肪族羧酸酯化学改性而成，其物料组成及配比包括：所述的煤沥青为高温煤沥青，软化点是95-110℃，甲苯不溶物含量为20％-23％，喹啉不溶物含量7％-9％；

所述的稀释剂为芳烃油、渣油中的一种或两种；所述芳烃油的初馏点大于230℃，所述渣油含70％-80％饱和分、2％-10％芳香分、10％-20％胶质和0.5％以下的沥青质；

所述的脂肪醛为甲醛、三聚甲醛、戊二醛中的一种或两种。

2.如权利要求1所述的催化剂为三乙醇胺、氢氧化钠中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的不饱和脂肪族羧酸酯为甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、马来酸二丁酯和马来酸二辛酯中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的环保型煤沥青的制备方法，包括如下步骤：(1)将高温煤沥青加入反应釜中，升温至90-130℃使煤沥青熔融，加入稀释剂，在500-

700rpm转速下搅拌1-2小时；

(2)在上述体系中加入脂肪醛及催化剂，反应1-2小时；

(3)在90-130℃下加入不饱和脂肪族羧酸酯，反应1-2小时，冷却、出料即得环保煤沥青产品。

5.如权利要求4所述的步骤(1)中，使煤沥青熔融的温度优选为110-120℃。

6.如权利要求4所述的步骤(3)中，反应温度优选为120-130℃。

说明书

一种环保型煤沥青及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于重质煤焦油的化学改性技术领域，特别是一种用于道路铺设的环保型煤沥青及其制备方法。

背景技术

[0002] 煤沥青又称作重质煤焦油、煤焦油沥青，它是煤焦油提取轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等馏分之后的残余物，占煤焦油总质量的50％以上。与石油沥青相比，煤沥青的芳香度高、极性大，与砂石料具有良好的配伍性和亲和力，煤沥青路面的抗变形、抗磨、行车的安全性突出。与此同时，煤沥青的稠环芳烃含量高于石油沥青，特别是苯并[α]芘(BaP)等致癌物含量高达1.0％，严重制约了煤沥青在道路铺设方面的应用。CN104593032A选用苯甲醚、对苯二甲醇、苯甲酮、甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛、苯甲醛为改性剂，甲基磺酸、乙基磺酸、苯磺酸、氨基磺酸、对甲基苯磺酸为促进剂，经120～350℃反应、减压蒸馏，煤沥青的BaP含量降至500ppm以下。CN103450693A以多聚甲醛、三聚甲醛、古马隆树脂、环氧树脂、聚乙二醇为改性剂，与渣油、高分子材料、多聚磷酸、单质硫复合改性，BaP脱除率高达74.8％。CN103834423A以无水乙醇与甲苯为溶剂，在甲苯磺酸或无水氯化铝催化作用下通过酸酐或芳醇改性中温煤沥青或低温煤沥青，BaP降低率达到90％以上。CN105238429A以甲苯磺酸为催化剂，经对苯二甲醛改性、减压蒸馏回收溶剂环己烷，即制得筑路用改性煤沥青，BaP降低率达84.51％，软化点大于100℃。CN104194357A以高锰酸钾改性煤沥青，BaP含量降低率达到65％以上。显然，使用高挥发性有机溶剂的改性方法，生产安全性较低且对设备要求较高，不便于规模化技术应用。

[0003] 本专利发明了一种用于道路铺设的环保型煤沥青及其制备方法。该环保型煤沥青以高温煤沥青为主要原料，经高沸点稀释剂溶解，通过催化脂肪醛、不饱和脂肪族羧酸酯改性煤沥青，有效降低了稠环芳烃含量。发明内容：

[0004] 本发明要解决的具体技术问题是提供一种适于道路铺设的环保型煤沥青及其制备方法。该环保型煤沥青以煤焦油行业副产的高温煤沥青为主要原料，经高沸点稀释剂溶解，以脂肪醛、不饱和脂肪族羧酸酯为改性剂，有效降低了稠环芳烃含量。本发明通过化学方法明显降低煤沥青苯并[α]芘的含量，工艺简单、设备要求低，便于规模化生产、应用。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 一种环保型煤沥青，通过脂肪醛、不饱和脂肪族羧酸酯化学改性而成，其物料组成及配比包括：

[0007]

[0008]

[0009] 所述的煤沥青为高温煤沥青，软化点是95-110℃，甲苯不溶物含量为20％-23％，喹啉不溶物含量7％-9％。

[0010] 所述的稀释剂为芳烃油、渣油中的一种或两种；所述芳烃油的初馏点大于230℃，所述渣油含70％-80％饱和分、2％-10％芳香分、10％-20％胶质和0.5％以下的沥青质。

[0011] 所述的脂肪醛为甲醛、三聚甲醛、戊二醛中的一种或两种。

[0012] 所述的催化剂为三乙醇胺、氢氧化钠中的一种或两种。

[0013] 所述的不饱和脂肪族羧酸酯为甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、马来酸二丁酯和马来酸二辛酯中的一种或两种。

[0014] 所述的环保型煤沥青的制备方法，包括如下步骤：

[0015] (1)将高温煤沥青加入反应釜中，升温至90-130℃使煤沥青熔融，加入稀释剂，在500-700rpm转速下搅拌1-2小时；

[0016] (2)在上述体系中加入脂肪醛及催化剂，反应1-2小时；

[0017] (3)在90-130℃下加入不饱和脂肪族羧酸酯，反应1-2小时，冷却、出料即得环保煤沥青产品。

[0018] 所述的步骤(1)中，使煤沥青熔融的温度优选为110-120℃。

[0019] 所述的步骤(3)中，反应温度优选为120-130℃。

[0020] 本发明的有益效果是：

[0021] (1)本发明以煤沥青作为原料，配合使用芳烃油或渣油，未使用蒽油，较好地保障了生产安全性和产品的使用安全性。

[0022] (2)本发明未使用环氧树脂、废弃橡胶粉、SBS、PVC、PET等高分子化合物，设备要求不高、能耗低、生产周期短。

[0023] (3)本发明未使用环己烷等挥发性有机物，生产安全性高、工艺简单。

[0024] (4)本发明未使用石油沥青，充分发挥了煤沥青的价格优势。

[0025] (5)本发明以煤沥青为主要组分，它的相对质量份数高于70％，最大限度地利用了煤沥青资源及其性能优势。

[0026] (6)本发明的脂肪醛配合使用碱性催化剂，对设备的腐蚀性明显低于酸性催化剂。

[0027] (7)本发明在脂肪醛改性的基础上采用不饱和脂肪族羧酸酯改性，既有利于降低游离甲醛的残余量，又利于进一步降低稠环芳烃含量，煤沥青的安全性能更高。

[0028] (8)本发明可以使煤沥青的稠环芳烃Bap含量降低率达到80％以上，煤沥青的安全性显著提高。

具体实施方式

[0029] 下面结合具体实施方式进一步描述本发明：

[0030] 实施例一

[0031] 取100g高温煤沥青加入反应釜中，升温至110℃使煤沥青软化，加入30g稀释剂，在500rpm的转速下搅拌1小时，使煤沥青完全溶解；体系温度降至95℃，加入3g脂肪醛及3g催化剂反应1小时；将体系升温至120℃，缓慢加入5g不饱和脂肪族羧酸酯，1小时后冷却、出料即得环保煤沥青产品。

[0032] 本实施例中：稀释剂为芳烃油，脂肪醛为多聚甲醛，催化剂为三乙醇胺，不饱和脂肪族羧酸酯为甲基丙烯酸丁酯。

[0033] 软化点、针入度以及延度依《GBT 15180-2010重交通道路石油沥青》的方法测试。

[0034] BaP降低率测试方法：精确称取一定量的煤沥青，用环已烷溶解，经超声波震荡后，静置24小时，取部分溶液用无水乙醇稀释至检测浓度，加入比色皿，用美国Varian公司的Cary300型紫外-可见分光光度计测定其BaP含量。BaP降低率是指原煤沥青中BaP含量与改性煤沥青中BaP含量的差值与原煤沥青中BaP含量之比，即：

[0035]

[0036] 式中，P——BaP降低率，％；C——原煤沥青中BaP含量，wt％；C′——改性煤沥青中BaP含量，wt％。

[0037] 实施例二

[0038] 实施步骤同实施例一。不同之处为：作为不饱和脂肪族羧酸酯，等质量份数的丙烯酸异辛酯替换实施例一中的甲基丙烯酸丁酯。

[0039] 性能评价方法同实施例一。

[0040] 实施例三

[0041] 取100g高温煤沥青加入反应釜中，升温至110℃使煤沥青软化，加入25g稀释剂，在500rpm的转速下搅拌1小时，使煤沥青完全溶解；体系温度降至95℃，加入3g脂肪醛及3g催化剂反应1.5小时；将体系升温至125℃，缓慢加入10g不饱和脂肪族羧酸酯反应，1.5小时后冷却、出料即得环保煤沥青产品。

[0042] 本实施例中：稀释剂为渣油，脂肪醛为多聚甲醛，催化剂为三乙醇胺，不饱和脂肪族羧酸酯为马来酸二丁酯。

[0043] 性能评价方法同实施例一。

[0044] 实施例四

[0045] 实施步骤同实施例三。不同之处为：稀释剂为芳烃油。

[0046] 性能评价方法同实施例一。

[0047] 实施例五

[0048] 实施步骤同实施例三。不同之处为：稀释剂为芳烃油，不饱和脂肪族羧酸酯为马来酸二辛酯。性能评价方法同实施例一。

[0049] 附表 本发明实施例改性煤沥青的性能及BaP降低率

[0050]

[0051] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

[0052] 本发明未尽事宜为公知技术。