一種生物質(zhì)瀝青及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及瀝青，特別涉及利用熱裂解生物質(zhì)重油制備的生物質(zhì)瀝青，以及生物質(zhì)瀝青的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的生物質(zhì)瀝青是由生物質(zhì)重油、環(huán)氧樹脂、聚乙烯和聚乙二醇組成，其中所述的環(huán)氧樹脂是生物質(zhì)重油重量的1～6wt%，聚乙烯是生物質(zhì)重油重量的1～10wt%，聚乙二醇是生物質(zhì)重油重量的0.5～12wt%。本發(fā)明的生物質(zhì)瀝青可作為制備鋪路瀝青的材料、瀝青瓦的材料及防水材料等使用。本發(fā)明可大大拓寬生物質(zhì)重油的利用領(lǐng)域，為生物質(zhì)重油開辟了一種高效優(yōu)質(zhì)的利用方式，并形成高附加值產(chǎn)品。
【專利說明】一種生物質(zhì)瀝青及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及浙青，特別涉及利用熱裂解生物質(zhì)重油制備的生物質(zhì)浙青，以及生物 質(zhì)浙青的制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界經(jīng)濟的不斷增長，能源與環(huán)境逐漸成為經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。礦物能源的應(yīng) 用極大地推動了社會的發(fā)展，但是其存儲量卻在日益減少；同時，礦物能源的無節(jié)制使用， 引發(fā)了日益嚴重的環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)、全球氣溫變暖、生態(tài)平衡的破壞及酸雨等自然災 害。因此，開發(fā)和尋找新的礦物能源的替代能源已成為重要課題。生物質(zhì)能源具有可再生 性、分布廣泛、環(huán)境友好等優(yōu)點，通過轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用它生產(chǎn)各種清潔燃料以替代 煤炭、石油和天然氣等燃料，這不僅受到世界各國的高度重視，也符合社會的可持續(xù)發(fā)展原 則。
[0003] 生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是目前世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一，該技術(shù)能以連續(xù) 的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式，將以木屑等廢棄物為主的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲存、易 運輸、能量密度高且使用方便的礦物能源的代用品液體燃料(生物油)，這種液體燃料不僅 可以直接作為現(xiàn)有鍋爐設(shè)備的燃燒原料，而且可通過進一步的改進加工，使液體燃料的品 質(zhì)接近于柴油或汽油等常規(guī)動力燃料的品質(zhì)，此外還可以從液體燃料中提取具有商業(yè)價值 的化工產(chǎn)品。相比于常規(guī)的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分極其微小，可視 為21世紀的綠色燃料。
[0004] 根據(jù)反應(yīng)溫度和加熱速度的不同，生物質(zhì)熱裂解工藝可分為慢速、常規(guī)、快速或 閃速集中。慢速熱裂解工藝具有幾千年的歷史，是一種以生成木炭為目的的炭化過程，低 溫和長期的慢速熱裂解可以得到30%的焦炭產(chǎn)量；低于600°C的中等溫度及中等反應(yīng)速率 (0. 1?1°C /s)的常規(guī)熱裂解可制成相同比例的氣體、掩體和固體產(chǎn)品；快速熱裂解大致在 10?200°C /s的升溫速率，小于5s的氣體停留時間；閃速熱裂解相比于快速熱裂解的反應(yīng) 條件更為嚴格，氣體停留時間通常小于ls，升溫速率要求大于103°C /s，并以102?103°C / s的冷卻速率對產(chǎn)物進行快速冷卻。
[0005] 目前，生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)在美國、加拿大、意大利、瑞士、英國、荷蘭等國的研 究開發(fā)居世界領(lǐng)先地位，已研究出了常規(guī)、快速、真空、閃速等十幾種熱裂解裝置及相應(yīng)的 技術(shù)，有一部分已達到商業(yè)化階段。我國的長春頤民寶新能源開發(fā)有限公司也開展了大量 研究工作，已在長春高新區(qū)建成了我國規(guī)模最大的生物質(zhì)熱裂解液化自動化生產(chǎn)裝置并投 入運行，這標志著我國攻克了生物質(zhì)熱裂解工業(yè)化技術(shù)的一些世界性重大難題，使生物質(zhì) 熱裂解液化技術(shù)邁上一個新臺階。利用生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)制備新燃料，不僅解決了秸 桿焚燒帶來的污染，還為農(nóng)民增收，提高資源利用率和附加值，在循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中， 具有重要的戰(zhàn)略意義。生物質(zhì)快速熱裂解過程中，生物質(zhì)原料在缺氧的條件下，被快速加熱 到較高反應(yīng)溫度，從而引發(fā)了大分子的分解，產(chǎn)生了小分子氣體和可凝性揮發(fā)分以及少量 焦炭產(chǎn)物?？赡該]發(fā)分被快速冷卻成可流動的液體，稱之為生物油或焦油。生物油為深 棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。通過快速或閃速熱裂解方式制得的生物油具有下列 共同的物理特征：高密度(約1200Kg/m3);酸性（pH值為2. 8?3. 8);高水分含量（15%? 30%)以及較低的發(fā)熱量（14?18. 5MJ/Kg)。正是由于這些特點，使得生物油代替?zhèn)鹘y(tǒng)礦物 油的應(yīng)用面臨重重困難。目前，其應(yīng)用的最可行方案為燃燒發(fā)電。為了解決目前生物油的 應(yīng)用困境，本案發(fā)明人開展了系列研究工作，其中生物質(zhì)重油引起了本案發(fā)明人的關(guān)注。傳 統(tǒng)石油冶煉產(chǎn)生的重質(zhì)油由于其具有對礦物的粘結(jié)性好，兼具極佳的防水性和防腐性，且 實際應(yīng)用中施工方便，從而被廣泛用作筑路浙青、防水材料等。近年來，隨原油價格的上漲， 浙青價格也上漲迅速，優(yōu)質(zhì)浙青價格接近RMB6000元/噸。生物質(zhì)重油同石油浙青在物理 性質(zhì)上有諸多相似之處。如對礦物粘結(jié)性好，不溶于水等。因此開發(fā)生物質(zhì)浙青具有較好 的可行性和較高的經(jīng)濟價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的之一是提供廉價優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)浙青。
[0007] 本發(fā)明的目的之二是提供一種生物質(zhì)浙青的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的目的之三是提供生物質(zhì)浙青的應(yīng)用。
[0009] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過環(huán)氧樹脂、聚乙烯粉體和聚乙二醇對生物質(zhì) 重油進行增強增韌改性，利用熱裂解生物質(zhì)重油，成功制備了具有優(yōu)異性能的生物質(zhì)浙青。 [0010] 本發(fā)明的生物質(zhì)浙青是由生物質(zhì)重油、環(huán)氧樹脂、聚乙烯和聚乙二醇組成，其中所 述的環(huán)氧樹脂是生物質(zhì)重油重量的1?6wt%，聚乙烯是生物質(zhì)重油重量的1?10wt%，聚乙 二醇是生物質(zhì)重油重量的〇· 5?12wt%。
[0011] 本發(fā)明的生物質(zhì)浙青的制備方法為：將生物質(zhì)重油在溫度為1〇〇?130°C下進行 處理(一般進行處理的時間為10?150分鐘)，以進行除水分及小分子揮發(fā)物；將處理后的 生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入環(huán)氧樹脂、聚乙烯和聚乙二醇得到混合物，其中， 所加入的環(huán)氧樹脂是處理后的生物質(zhì)重油重量的1?6wt%，聚乙烯是處理后的生物質(zhì)重油 重量的1?l〇wt%，聚乙二醇是處理后的生物質(zhì)重油重量的0. 5?12wt% ;將得到的混合物 在溫度為80?110°C下進行高速混合(一般進行高速混合的時間為30?60分鐘)，即得到 所述的生物質(zhì)浙青。
[0012] 所述的生物質(zhì)重油是生物質(zhì)原料熱裂解的重質(zhì)油餾分。所述的生物質(zhì)原料可選自 稻殼、農(nóng)作物秸桿、木屑、水生藻類和酒糟中的一種或幾種。
[0013] 所述的農(nóng)作物秸桿可選自稻草、麥草、玉米秸桿、大豆秸桿、棉花秸桿、紅薯秧中的 一種或幾種。
[0014] 所述的聚乙烯可選用聚乙烯新料，也可從經(jīng)濟角度考慮選用聚乙烯再生料。
[0015] 所述的聚乙二醇可為任意型號的聚乙二醇，優(yōu)選聚乙二醇20000、聚乙二醇10000 和聚乙二醇6000等中的一種或幾種。
[0016] 本發(fā)明的生物質(zhì)浙青可作為制備鋪路浙青的材料、浙青瓦的材料及防水材料等使 用。
[0017] 本發(fā)明可根據(jù)生物質(zhì)重油制備的原料不同，環(huán)氧樹脂、聚乙烯和聚乙二醇可在上 述的范圍之內(nèi)選用不同的用量。在本發(fā)明的制備方法中無需加入環(huán)氧樹脂固化劑，生物質(zhì) 重油中所含有機酸充當環(huán)氧樹脂固化劑。為降低成本，聚乙烯可選用再生料，而對產(chǎn)品性能 影響不大。本發(fā)明可大大拓寬生物質(zhì)重油的利用領(lǐng)域，為生物質(zhì)重油開辟了一種高效優(yōu)質(zhì) 的利用方式，并形成高附加值產(chǎn)品。

【具體實施方式】
[0018] 實施例1.
[0019] 將由稻殼制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為110°C下進行處理30分鐘(進行除水分 及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處理后的生物質(zhì) 重油重量lwt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量10wt%的聚乙烯及是處理后的生物 質(zhì)重油重量0. 5wt%的聚乙二醇6000得到混合物；將得到的混合物在溫度為80°C下進行高 速混合30分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0020] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備防水材料。
[0021] 實施例2.
[0022] 將由木屑制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為100°C下進行處理150分鐘(進行除水 分及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處理后的生物 質(zhì)重油重量6wt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量lwt%的聚乙烯及是處理后的生 物質(zhì)重油重量12wt%的聚乙二醇6000得到混合物；將得到的混合物在溫度為80°C下進行 高速混合30分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0023] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備浙青瓦的材料。
[0024] 實施例3.
[0025] 將由棉花秸桿制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為110°C下進行處理50分鐘(進行除 水分及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處理后的生 物質(zhì)重油重量3wt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量6wt%的聚乙烯(新料或再生 料）及是處理后的生物質(zhì)重油重量2wt%的聚乙二醇6000得到混合物；將得到的混合物在 溫度為ll〇°C下進行高速混合30分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0026] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備鋪路浙青的材料。
[0027] 實施例4.
[0028] 將由紅薯秧制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為130°C下進行處理10分鐘(進行除水 分及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處理后的生物 質(zhì)重油重量2wt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量5wt%的聚乙烯(新料或再生料） 及是處理后的生物質(zhì)重油重量2wt%的聚乙二醇6000得到混合物；將得到的混合物在溫度 為110°C下進行高速混合30分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0029] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備鋪路浙青的材料。
[0030] 實施例5.
[0031] 將由酒糟制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為l〇〇°C下進行處理100分鐘(進行除水 分及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處理后的生物 質(zhì)重油重量3wt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量10wt%的聚乙烯(新料或再生料） 及是處理后的生物質(zhì)重油重量8wt%的聚乙二醇10000和2wt%的聚乙二醇6000得到混合 物；將得到的混合物在溫度為ll〇°C下進行高速混合50分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0032] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備鋪路浙青的材料。
[0033] 實施例6.
[0034] 將由水生藻類和木屑制備得到的生物質(zhì)重油在溫度為120°C下進行處理90分鐘 (進行除水分及小分子揮發(fā)物)，將處理后的生物質(zhì)重油移至高速混切機中，然后加入是處 理后的生物質(zhì)重油重量5wt%的環(huán)氧樹脂、是處理后的生物質(zhì)重油重量2wt%的聚乙烯(新料 或再生料）及是處理后的生物質(zhì)重油重量12wt%的聚乙二醇20000得到混合物；將得到的 混合物在溫度為80°C下進行高速混合40分鐘，得到生物質(zhì)浙青。
[0035] 上述得到的生物質(zhì)浙青可用于制備鋪路浙青的材料。
【權(quán)利要求】
1. 一種生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的生物質(zhì)浙青是由生物質(zhì)重油、環(huán)氧樹脂、聚乙烯 和聚乙二醇組成，其中所述的環(huán)氧樹脂是生物質(zhì)重油重量的1?6wt%，聚乙烯是生物質(zhì)重 油重量的1?10wt%，聚乙二醇是生物質(zhì)重油重量的0. 5?12wt%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的生物質(zhì)重油是生物質(zhì)原料熱 裂解的重質(zhì)油餾分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的生物質(zhì)原料選自稻殼、農(nóng)作物 秸桿、木屑、水生藻類和酒糟中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的農(nóng)作物秸桿選自稻草、麥草、 玉米秸桿、大豆秸桿、棉花秸桿、紅薯秧中的一種或幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的聚乙烯是聚乙烯新料或聚乙 烯再生料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)浙青，其特征是：所述的聚乙二醇選自聚乙二醇 20000、聚乙二醇10000和聚乙二醇6000中的一種或幾種。
7. -種根據(jù)權(quán)利要求1?6任意一項所述的生物質(zhì)浙青的制備方法，其特征是：將生 物質(zhì)重油在溫度為100?130°C下進行處理；將處理后的生物質(zhì)重油移至混切機中，然后加 入環(huán)氧樹脂、聚乙烯和聚乙二醇得到混合物，其中，所加入的環(huán)氧樹脂是處理后的生物質(zhì)重 油重量的1?6wt%，聚乙烯是處理后的生物質(zhì)重油重量的1?10wt%，聚乙二醇是處理后的 生物質(zhì)重油重量的〇. 5?12wt% ;將得到的混合物在溫度為80?110°C下進行混合，得到所 述的生物質(zhì)浙青。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是：所述的在溫度為100?130°C下進行處 理的時間是10?150分鐘。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是：所述的在溫度為80?110°C下進行混 合的時間是30?60分鐘。
10. -種根據(jù)權(quán)利要求1?6任意一項所述的生物質(zhì)浙青的應(yīng)用，其特征是：所述的生 物質(zhì)浙青作為制備鋪路浙青的材料、浙青瓦的材料及防水材料使用。
【文檔編號】C08L63/00GK104151843SQ201310176517
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】平貴杰, 閆豐文, 袁國卿 申請人:邯鄲市頤民寶新能源開發(fā)有限公司, 中國科學院化學研究所