CN104151843B - 一种生物质沥青及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沥青，特别涉及利用热裂解生物质重油制备的生物质沥青，以及生物质沥青的制备方法和应用。本发明的生物质沥青是由生物质重油、环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇组成，其中所述的环氧树脂是生物质重油重量的1～6wt%，聚乙烯是生物质重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是生物质重油重量的0.5～12wt%。本发明的生物质沥青可作为制备铺路沥青的材料、沥青瓦的材料及防水材料等使用。本发明可大大拓宽生物质重油的利用领域，为生物质重油开辟了一种高效优质的利用方式，并形成高附加值产品。
Description
技术领域
本发明涉及沥青，特别涉及利用热裂解生物质重油制备的生物质沥青，以及生物质沥青的制备方法和应用。
背景技术
随着世界经济的不断增长，能源与环境逐渐成为经济发展的瓶颈。矿物能源的应用极大地推动了社会的发展，但是其存储量却在日益减少；同时，矿物能源的无节制使用，引发了日益严重的环境问题，如温室效应、全球气温变暖、生态平衡的破坏及酸雨等自然灾害。因此，开发和寻找新的矿物能源的替代能源已成为重要课题。生物质能源具有可再生性、分布广泛、环境友好等优点，通过转换技术可以高效地利用它生产各种清洁燃料以替代煤炭、石油和天然气等燃料，这不仅受到世界各国的高度重视，也符合社会的可持续发展原则。
生物质热裂解技术是目前世界上生物质能研究的前沿技术之一，该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式，将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的矿物能源的代用品液体燃料（生物油），这种液体燃料不仅可以直接作为现有锅炉设备的燃烧原料，而且可通过进一步的改进加工，使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从液体燃料中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为21世纪的绿色燃料。
根据反应温度和加热速度的不同，生物质热裂解工艺可分为慢速、常规、快速或闪速集中。慢速热裂解工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温和长期的慢速热裂解可以得到30%的焦炭产量；低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）的常规热裂解可制成相同比例的气体、掩体和固体产品；快速热裂解大致在10～200℃/s的升温速率，小于5s的气体停留时间；闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气体停留时间通常小于1s，升温速率要求大于103℃/s，并以102～103℃/s的冷却速率对产物进行快速冷却。
目前，生物质热裂解液化技术在美国、加拿大、意大利、瑞士、英国、荷兰等国的研究开发居世界领先地位，已研究出了常规、快速、真空、闪速等十几种热裂解装置及相应的技术，有一部分已达到商业化阶段。我国的长春颐民宝新能源开发有限公司也开展了大量研究工作，已在长春高新区建成了我国规模最大的生物质热裂解液化自动化生产装置并投入运行，这标志着我国攻克了生物质热裂解工业化技术的一些世界性重大难题，使生物质热裂解液化技术迈上一个新台阶。利用生物质热裂解液化技术制备新燃料，不仅解决了秸秆焚烧带来的污染，还为农民增收，提高资源利用率和附加值，在循环经济可持续发展中，具有重要的战略意义。生物质快速热裂解过程中，生物质原料在缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，从而引发了大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，称之为生物油或焦油。生物油为深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。通过快速或闪速热裂解方式制得的生物油具有下列共同的物理特征：高密度（约1200Kg/m3）；酸性（pH值为2.8～3.8）；高水分含量（15%～30%）以及较低的发热量（14～18.5MJ/Kg）。正是由于这些特点，使得生物油代替传统矿物油的应用面临重重困难。目前，其应用的最可行方案为燃烧发电。为了解决目前生物油的应用困境，本案发明人开展了系列研究工作，其中生物质重油引起了本案发明人的关注。传统石油冶炼产生的重质油由于其具有对矿物的粘结性好，兼具极佳的防水性和防腐性，且实际应用中施工方便，从而被广泛用作筑路沥青、防水材料等。近年来，随原油价格的上涨，沥青价格也上涨迅速，优质沥青价格接近RMB6000元/吨。生物质重油同石油沥青在物理性质上有诸多相似之处。如对矿物粘结性好，不溶于水等。因此开发生物质沥青具有较好的可行性和较高的经济价值。
发明内容
本发明的目的之一是提供廉价优质的生物质沥青。
本发明的目的之二是提供一种生物质沥青的制备方法。
本发明的目的之三是提供生物质沥青的应用。
为了实现本发明的目的，本发明通过环氧树脂、聚乙烯粉体和聚乙二醇对生物质重油进行增强增韧改性，利用热裂解生物质重油，成功制备了具有优异性能的生物质沥青。
本发明的生物质沥青是由生物质重油、环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇组成，其中所述的环氧树脂是生物质重油重量的1～6wt%，聚乙烯是生物质重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是生物质重油重量的0.5～12wt%。
本发明的生物质沥青的制备方法为：将生物质重油在温度为100～130℃下进行处理（一般进行处理的时间为10～150分钟），以进行除水分及小分子挥发物；将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇得到混合物，其中，所加入的环氧树脂是处理后的生物质重油重量的1～6wt%，聚乙烯是处理后的生物质重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是处理后的生物质重油重量的0.5～12wt%；将得到的混合物在温度为80～110℃下进行高速混合（一般进行高速混合的时间为30～60分钟），即得到所述的生物质沥青。
所述的生物质重油是生物质原料热裂解的重质油馏分。所述的生物质原料可选自稻壳、农作物秸秆、木屑、水生藻类和酒糟中的一种或几种。
所述的农作物秸秆可选自稻草、麦草、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧中的一种或几种。
所述的聚乙烯可选用聚乙烯新料，也可从经济角度考虑选用聚乙烯再生料。
所述的聚乙二醇可为任意型号的聚乙二醇，优选聚乙二醇20000、聚乙二醇10000和聚乙二醇6000等中的一种或几种。
本发明的生物质沥青可作为制备铺路沥青的材料、沥青瓦的材料及防水材料等使用。
本发明可根据生物质重油制备的原料不同，环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇可在上述的范围之内选用不同的用量。在本发明的制备方法中无需加入环氧树脂固化剂，生物质重油中所含有机酸充当环氧树脂固化剂。为降低成本，聚乙烯可选用再生料，而对产品性能影响不大。本发明可大大拓宽生物质重油的利用领域，为生物质重油开辟了一种高效优质的利用方式，并形成高附加值产品。
具体实施方式
实施例1.
将由稻壳制备得到的生物质重油在温度为110℃下进行处理30分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量1wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量10wt%的聚乙烯及是处理后的生物质重油重量0.5wt%的聚乙二醇6000得到混合物；将得到的混合物在温度为80℃下进行高速混合30分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备防水材料。
实施例2.
将由木屑制备得到的生物质重油在温度为100℃下进行处理150分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量6wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量1wt%的聚乙烯及是处理后的生物质重油重量12wt%的聚乙二醇6000得到混合物；将得到的混合物在温度为80℃下进行高速混合30分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备沥青瓦的材料。
实施例3.
将由棉花秸秆制备得到的生物质重油在温度为110℃下进行处理50分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量3wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量6wt%的聚乙烯（新料或再生料）及是处理后的生物质重油重量2wt%的聚乙二醇6000得到混合物；将得到的混合物在温度为110℃下进行高速混合30分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备铺路沥青的材料。
实施例4.
将由红薯秧制备得到的生物质重油在温度为130℃下进行处理10分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量2wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量5wt%的聚乙烯（新料或再生料）及是处理后的生物质重油重量2wt%的聚乙二醇6000得到混合物；将得到的混合物在温度为110℃下进行高速混合30分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备铺路沥青的材料。
实施例5.
将由酒糟制备得到的生物质重油在温度为100℃下进行处理100分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量3wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量10wt%的聚乙烯（新料或再生料）及是处理后的生物质重油重量8wt%的聚乙二醇10000和2wt%的聚乙二醇6000得到混合物；将得到的混合物在温度为110℃下进行高速混合50分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备铺路沥青的材料。
实施例6.
将由水生藻类和木屑制备得到的生物质重油在温度为120℃下进行处理90分钟（进行除水分及小分子挥发物），将处理后的生物质重油移至高速混切机中，然后加入是处理后的生物质重油重量5wt%的环氧树脂、是处理后的生物质重油重量2wt%的聚乙烯（新料或再生料）及是处理后的生物质重油重量12wt%的聚乙二醇20000得到混合物；将得到的混合物在温度为80℃下进行高速混合40分钟，得到生物质沥青。
上述得到的生物质沥青可用于制备铺路沥青的材料。
Claims (10)
1.一种生物质沥青，其特征是：所述的生物质沥青是由生物质重油、环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇组成，其中所述的环氧树脂是生物质重油重量的1～6wt%，聚乙烯是生物质重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是生物质重油重量的0.5～12wt%。
2.根据权利要求1所述的生物质沥青，其特征是：所述的生物质重油是生物质原料热裂解的重质油馏分。
3.根据权利要求2所述的生物质沥青，其特征是：所述的生物质原料选自稻壳、农作物秸秆、木屑、水生藻类和酒糟中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的生物质沥青，其特征是：所述的农作物秸秆选自稻草、麦草、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的生物质沥青，其特征是：所述的聚乙烯是聚乙烯新料或聚乙烯再生料。
6.根据权利要求1所述的生物质沥青，其特征是：所述的聚乙二醇选自聚乙二醇20000、聚乙二醇10000和聚乙二醇6000中的一种或几种。
7.一种根据权利要求1～6任意一项所述的生物质沥青的制备方法，其特征是：将生物质重油在温度为100～130℃下进行处理；将处理后的生物质重油移至混切机中，然后加入环氧树脂、聚乙烯和聚乙二醇得到混合物，其中，所加入的环氧树脂是处理后的生物质重油重量的1～6wt%，聚乙烯是处理后的生物质重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是处理后的生物质重油重量的0.5～12wt%；将得到的混合物在温度为80～110℃下进行混合，得到所述的生物质沥青。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：所述的在温度为100～130℃下进行处理的时间是10～150分钟。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征是：所述的在温度为80～110℃下进行混合的时间是30～60分钟。
10.一种根据权利要求1～6任意一项所述的生物质沥青的应用，其特征是：所述的生物质沥青作为制备铺路沥青的材料、沥青瓦的材料及防水材料使用。
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