CN107459825B - 一种硬质沥青增量剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硬质沥青增量剂及其制备方法。所述方法包括如下步骤：1)将生物质粉碎；2)所得生物质热解为生物油；3)所得生物油与无机盐溶液共混，冷水浴搅拌，真空抽滤得到非水溶性组分；4)在氮气气氛中，将所得非水溶性组分热处理，得到硬质沥青增量剂。本发明将普通的废弃木屑、稻壳等生物质转化为生物油，并改进生物油中用于沥青材料组分的物理分离方法，从而提升生物沥青增量剂的使用性能以及确定了生物沥青作为增量剂的最佳使用范围。

Description

一种硬质沥青增量剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硬质沥青增量剂及其制备方法，属于绿色可再生沥青材料技术领域。
背景技术
沥青是高等级路面不可或缺的重要材料，我国现阶段高速公路管网的建设与维护对沥青材料保持着居高不下的需求量。然而，随着石油资源的日趋枯竭以及许多炼油企业为了追求燃料油产量的最大化而增设了焦化装置，石油沥青的供应已经受到了一定的影响。因此，寻找生产道路沥青材料的接替资源已经成为当今重要议题之一。硬质沥青具有质地硬、黏度大以及劲度大的特点，近年来，大跨径桥面浇注式沥青混凝土铺装以及沥青路面中下层越来越多地采用硬质沥青。
生物质资源具有来源广泛、无污染、可再生以及成本低廉等特点，因此很多国家已经开始构建生物质资源导向型经济。目前，生物质资源最主要的利用方式是先将生物质热解液化成生物油，继而进一步加工制备燃料油与化学产品。燃料油与化学产品的主要利用对象是生物油中较轻的纤维素与半纤维素热解产物，占生物油较大比例的木质素热解产物尚未得到有效利用。若能实现生物质资源代替石油资源生产道路沥青材料不仅可以缓解石油资源供应紧张的形势，还可以降低道路沥青材料的生产成本并减少石油提炼沥青产品带来的污染。
然而，关于利用生物质制备道路沥青材料的专利主要有CN102660124 A《一种道路用生物沥青材料及其制备方法》与CN103396818 A《一种生物沥青及其制备方法》，上述方案中生物沥青的制备均是通过常规的物理手段分离得到生物油中的不溶性或高沸点组分，这些分离方法并没有较大程度地除去对沥青性能有较大负作用的水溶性组分和含氧化合物。因而，所制备生物沥青均存在低温性能较差的问题，并且上述专利对于生物沥青所适用的路面结构的范围没有明确规定。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬质沥青增量剂及其制备方法。其将普通的废弃木屑、稻壳等生物质转化为生物油，并改进生物油中用于沥青材料组分的物理分离方法，从而提升生物沥青增量剂的使用性能以及确定了生物沥青作为增量剂的最佳使用范围。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种硬质沥青增量剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将生物质粉碎；
2)所得生物质热解为生物油；
3)所得生物油与无机盐溶液共混，冷水浴搅拌，真空抽滤得到非水溶性组分；
4)在氮气气氛中，将所得非水溶性组分热处理，得到硬质沥青增量剂。
本发明所述的制备方法中，步骤1)中，将生物质粉碎至20～60目。所述生物质可选自废弃木屑、稻壳等废弃物。
本发明所述的制备方法中，步骤2)中，所述热解条件为：热解工艺中温度为400～700℃，优选500-550℃；热解工艺中停留时间为2s～5s，优选4-5s。所述热解工艺中热解保护气为氮气；所述热解反应可在流化床中进行。
本发明所述的制备方法中，步骤3)中，所述无机盐溶液为质量分数2％～5％％的CaCl2溶液、LiCl溶液或FeCl3溶液中的一种，优选CaCl2溶液。
本发明所述的制备方法中，步骤3)中，所得生物油与无机盐溶液按质量比1:5～1:15共混，于0～20℃冷水浴中以500～2000r/min搅拌0.5～1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分；优选地，所得生物油与无机盐溶液按质量比1:8-10共混，于10-15℃冷水浴中以1000-1500r/min搅拌1-1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分。
本发明所述的制备方法中，步骤4)中，将所得非水溶性组分在氮气气氛中，100～130℃温度下热处理45min～60min，得到硬质沥青增量剂。
作为本发明优选的实施方式，所述硬质沥青增量剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将生物质粉碎至20目～60目；
2)所得生物质热解为生物油；
所述热解条件为：温度为500-550℃；热解工艺中停留时间为4-5s；热解保护气为氮气；
3)所得生物油与无机盐溶液共混，冷水浴搅拌，真空抽滤得到非水溶性组分；
所述无机盐溶液为质量分数为2％～5％的CaCl2溶液、LiCl溶液或FeCl3溶液中的一种，优选CaCl2溶液；
所得生物油与无机盐溶液按质量比1:8-10共混，于10-15℃冷水浴中以1000-1500r/min搅拌1-1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分；
4)将所得非水溶性组分在氮气气氛中，100～130℃温度下热处理45min～60min，得到硬质沥青增量剂。
本发明还提供一种由上述方法制得的硬质沥青增量剂。
本发明所得硬质沥青增量剂作为浇筑式沥青混凝土以及沥青路面中下层所用沥青材料的增量剂的具体使用方法为：将其以10～30％的质量比例掺入已经加热至熔融状态的AH-30重交道路沥青中，并在不高于150℃条件下以2000～3000r/min高速剪切1h。
本发明的有益效果如下：
本发明优化了生物质(废弃木屑、稻壳)转为生物油的热解工艺条件及生物油制备沥青增量剂的工艺条件，利用无机盐萃取抽滤对生物油中木质素热解产物中水溶性物质进行破乳，从而更大限度除去木质素热解产物中附着的水溶性物质，并且通过在氮气气氛中对木质素热解产物进行热处理的方法尽可能多地除去生物沥青中的含氧物质。此外，本发明创造性地将所得生物沥青定位于浇筑式沥青混凝土以及沥青路面中下层所用沥青材料的增量剂，从而更好、更合理、更高效地将来源广泛、成本低廉、绿色且可再生的生物质资源应用于道路沥青材料领域，减小日益枯竭的石油资源的消耗量，促进我国能源消费模式改变与能源结构战略性调整。
附图说明
图1为实施例1-4所得增量剂与AH-30石油沥青的黏温曲线图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施方式所用原料均为市售产品。
实施例1 一种硬质沥青增量剂的制备方法
本实施例提供一种硬质沥青增量剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将松木粉碎至20目～60目，得松木颗粒；
2)在流化床热解反应器中，通入氮气作为流化气，500℃反应温度下，2kg的松木颗粒以500g/h的进料速度从料仓进入流化床反应器，在流化床反应器内经过4s的停留时间热解为生物油；
3)所得松木生物油与质量分数为3％的CaCl2溶液按1:8的质量比例共混，于10℃冷水浴中以1000r/min搅拌1h，真空抽滤得到非水溶性组分；
4)所得松木热解油非水溶性组分在氮气气氛中，120℃温度下热处理45min～60min，得到硬质沥青增量剂。
实施例2 一种硬质沥青增量剂的制备方法
本实施例提供一种硬质沥青增量剂的制备方法，与实施例1的区别在于，将实施例1中生物质颗粒替换为柳木木屑，同法制得硬质沥青增量剂B。
实施例3 一种硬质沥青增量剂的制备方法
本实施例提供一种硬质沥青增量剂的制备方法，与实施例1的区别在于，将实施例1中生物质颗粒替换为稻壳，同法制得硬质沥青增量剂C。
实施例4 一种硬质沥青增量剂的制备方法
本实施例提供一种硬质沥青增量剂的制备方法，与实施例1的区别在于，将实施例1中生物质颗粒替换为杨木木屑，同法制得硬质沥青增量剂D。
效果对比试验
将实施例1-4所得生物沥青增量剂以20％的质量比例分别掺入已经加热至熔融状态的AH-30重交道路沥青，在150℃下以2000r/min高速剪切1h得到相应的新型混合硬质沥青。并与硬质石油沥青(AH-30重交道路沥青)进行性能测试(表1)及黏温测试(图1)。
表1生物沥青的路用性能
上述实施例1-4制备的生物沥青增量剂与硬质石油沥青混合制备的新型混合生物沥青不仅实现了以生物质原料制备部分代替硬质石油沥青，为浇筑式沥青混凝土以及沥青路面中下层提供了一种新型硬质沥青材料，还一定程度上提升了硬质石油沥青的软化点、不同温度下黏度，同时针入度指标基本保持不变，这说明20％生物沥青增量剂的掺入能提升硬质石油的稠度、高温稳定性以及抗剪切变形能力。因此，依据本发明专利中的方法制备的生物沥青增量剂不仅实现了对有潜在污染危害的废弃资源进行再利用，减小不可再生的石油资源使用量，还一定程度提升了硬质石油沥青的性能。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种硬质沥青增量剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将生物质粉碎；
2)所得生物质热解为生物油；所述热解条件为：温度为400～700℃，停留时间为2s～5s；
3)所得生物油与无机盐溶液共混，冷水浴搅拌，真空抽滤得到非水溶性组分；
4)在氮气气氛中，将所得非水溶性组分在氮气气氛中，100～130℃温度下热处理45min～60min，得到硬质沥青增量剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述热解条件为：温度为500-550℃；停留时间为4-5s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述无机盐溶液为质量分数2％～5％％的CaCl2溶液、LiCl溶液或FeCl3溶液中的一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述无机盐为CaCl2溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所得生物油与无机盐溶液按质量比1:5～1:15共混，于0～20℃冷水浴中以500～2000r/min搅拌0.5～1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所得生物油与无机盐溶液按质量比1:8-10共混，于10-15℃冷水浴中以1000-1500r/min搅拌1-1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬质沥青增量剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将生物质粉碎至20目～60目；
2)所得生物质热解为生物油；
所述热解条件为：温度为500-550℃；热解工艺中停留时间为4-5s；
3)所得生物油与无机盐溶液共混，冷水浴搅拌，真空抽滤得到非水溶性组分；
所述无机盐溶液为质量分数为2％～5％的CaCl2溶液、LiCl溶液或FeCl3溶液中的一种；
所得生物油与无机盐溶液按质量比1:8-10共混，于10-15℃冷水浴中以1000-1500r/min搅拌1-1.5h，真空抽滤得到非水溶性组分；
4)将所得非水溶性组分在氮气气氛中，100～130℃温度下热处理45min～60min，得到硬质沥青增量剂。
8.一种硬质沥青增量剂，其特征在于，由权利要求1-7任一所述方法制得。
9.权利要求1-7任一所述方法制得的硬质沥青增量剂作为浇筑式沥青混凝土以及沥青路面中下层所用沥青材料的增量剂的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，将硬质沥青增量剂以质量比10～30％掺入已经加热至熔融状态的AH-30重交道路沥青中，并在不高于150℃条件下以2000～3000r/min高速剪切1h。
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