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煤沥青“组分调和-反应改性”新工艺制备煤基道路沥青的技术开发中国科学院山西煤炭化学研究所目录项目背景项目可行性技术方案项目概算合作方式项目前景目录项目背景煤沥青市场现状我国公路建设情况及规划我国道路沥青产量与市场需求公路建设对道路沥青的质量要求沥青性能与路面质量的关系小结煤沥青是煤焦油中的重质组分，产量约为高温煤焦油量的55%～60%，中低温煤焦油量的10%～30%。目前国内煤沥青主要用于炭素材料成型粘结剂、重油替代燃料油等，用途十分单一，而且污染严重，严重制约了煤焦油深加工产业的发展。项目背景——煤沥青市场现状2008年全球范围金融危机爆发以来，全国焦化行业产能严重过剩，整体亏损。为了适应焦化行业转型跨越发展的要求，提升煤焦油深加工行业的整体效益，煤沥青高附加值利用成为全行业关注的焦点，煤焦化产品精细化深加工的道路成为焦化企业实现扭亏为盈和可持续发展的必由之路和广泛共识。项目背景——煤沥青市场现状到2010年底，全国已建成通车的公路总里程达398.4万公里，其中高速公路通车里程已达7.4万公里、农村公路（县、乡、村）通车里程达到345万公里。据交通部统计，2011年全国公路养护里程398.04万公里，占公路总里程的96.9%。项目背景——我国公路建设情况及规划《公路水路交通运输“十二五”发展规划》提出，到2015年，全国公路网总里程达到450万公里，其中高速公路里程达到10万公里。分别比2010年增加51.6万公里和2.6万公里。根据《国家公路网规划（2013年—2030年）》，到2030年，我国将基本建成布局合理、功能完善、覆盖广泛、安全可靠的国家干线公路网络，实现首都辐射省会、省际多路连通、地市高速通达、县县国道覆盖，届时国家公路网总规模约40万公里。根据该规划，未来15～20年内，普通国道将新建8000公里，升级改造10万公里；国家高速公路将新建2.5-3万公里。按照静态投资匡算，总投资约4.7万亿元。未来一段时间内，我国公路建设仍将处于快速发展阶段，因此未来新建道路里程的持续增加将有效支撑国内道路沥青需求保持较高水平。根据有关数据测算，预计“十三五”期间全国道路沥青消费量将保持在2000万吨以上。项目背景——我国道路沥青产量与市场需求中国高速公路新增里程及通车总程通车情况(万公里)中国石油沥青年度表观消费量从2007年开始，西部地区公路建设投资开始超过东部地区。2013年中西部公路建设总投资所占比例为70%，而东部地区仅为30%。随着国家西部大开发战略的深入推进和“一路一带”大战略的实施，未来东、西部地区公路建设投资总额度的差距将愈加明显，中西部地区将持续成为全国道路建设的中心所在。道路建设重心的转移说明国内道路沥青消费增长已开始从东部向中西部地区转移，中西部地区已成为道路沥青消费增长的主要地区。国家统计局数据显示：2013年1-11月份，全国公路建设总投资12445亿，较去年同期增加973亿，增幅8%；其中西部地区占43%，投资额为5347.30亿元，中部占26%，投资额3298.9亿元；东部占30%，投资额3799.32亿元。项目背景——我国道路沥青产量与市场需求项目背景——公路建设对道路沥青的质量要求新时期公路建设对道路沥青的性能要求越来越高，特别是由于特殊的气候和地理环境，以及重型车辆长距离运输的特殊情况，对道路沥青性能的要求尤为严格。根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），可查询出目标地区所属的气候分区，选择出合适标号的道路沥青项目背景——沥青性能与路面质量的关系水稳定性表面服务（抗滑、噪声、车轮两侧溅水、车轮后方水雾）行车舒适高温抗车辙非常重要比较重要几乎无关有影响低温抗开裂耐疲劳抗老化沥青结合料与沥青路面关系项目背景——沥青性能与路面质量的关系沥青用量空隙率粘附性与粘度流变性（感温、感时、老化、标号）车辙空隙率粘附性与粘度流变性（感温、感时、老化、标号）开裂沥青用量针入度标号表面功能衰减粘附性水损害与沥青相关的影响沥青路面损害因素项目背景——小结如果将产量巨大的煤沥青作为原料通过改性生产出性能优良的道路沥青，不仅拓展了煤沥青的利用途径，提高煤沥青附加值，解决了煤焦油深加工产业发展的一个难点，而且满足了市场对道路沥青不断增长的需求，创造出巨大的经济效益和社会效益。目录项目可行性道路沥青材料发展历程国内外研发和实践历程煤沥青性能优势至今仍在使用的斯图加特到慕尼黑高速公路（二战期间德国使用混合沥青修筑）随着石油工业的迅速发展，石油沥青产量大量增加，价格大幅下降，很快取代了煤沥青成为了道路沥青市场的主角。早在20世纪初，德国就将煤沥青作为为筑路材料应用到道路铺筑中。二三十年代德国开始以筑路焦油(中温煤沥青回配焦油)为基料，添加石油沥青生产混合沥青。但随着现代化公路建设的发展，石油沥青修筑的公路逐渐难以达到日益提高的路面性能要求。1963年，英国开发生产了以石油沥青为基料掺加少量煤沥青的混合沥青，用于铺筑最高荷载的公路。1973年制定了混合沥青的国家标准。上世纪70年代以来,法国、德国、瑞士、波兰等许多欧州国家都先后开始生产和使用这种混合沥青筑路材料。20世纪50-60年代20世纪70-80年代随着发达国家煤化工产业布局调整和转移，停止了煤沥青在公路建设上的研究与应用。20世纪80年代之后项目可行性——道路沥青材料发展历程从1982年开始，德国吕特格公司生产混合沥青碳沥青CB70,是由25wt%增塑煤沥青和75wt%道路石油沥青B80配制而成。德国用这种沥青自1982年~1986年期间铺筑了72条路段,总面积90万m2。1989年，波兰开始生产混合型道路沥青煤石油沥青PA。波兰用工业试生产的混合沥青铺筑的几条在各种地势和行车条件。经过四年多运行之后,路面几乎没有观察到变化。法国高速公路使用的混合沥青路面寿命在15年以上。项目可行性——国外研发和实践2008年至2011年，新型路用煤沥青系列改性材料在二广高速公路（G55）忻州段、山西高陵高速进行了铺筑应用。由交通部公路工程检测中心对煤沥青路用性能检测表明，该系列材料各项性能指标优良，完全满足高速公路施工相关要求。项目可行性——国内研发与实践粘附性和渗透性粘度-温度曲线抗塑性变形抗油侵蚀行车安全性国外煤-石油混合沥青优点项目可行性——煤沥青性能优势目录技术方案煤基调和道路沥青的生产流程与技术指标煤基道路沥青的制备原理CMB系列煤沥青专用改性剂煤基道路沥青的生产流程检测分析煤基道路沥青技术指标煤基改性道路沥青性能检测污染防治与人员劳动保护试验路周围土壤污染物检测标准的制定与工业化应用技术方案——煤基调和道路沥青的生产流程与技术指标组分调和脱油均质稳定煤系调和剂煤沥青煤基调和道路沥青产品编号质量指标评价老化前薄膜烘箱试验延度cm软化点℃针入度（25℃)0.1mm质量损失%针入度比%延度(15℃)cmMC-115044.351.80.79（120℃）79.886.0MC-4136.0743.830.61.14（120℃）40.8578.60MC-372.8048.821.50.61（120℃）65.58105.75技术方案——煤基改性道路沥青的制备原理改性煤基道路沥青煤基调和沥青煤基调和沥青与溶剂油混合，加入改性剂、弹性体、稳定剂、抗老化剂等，在一定温度下反应，改善煤沥青延展性、粘弹性、抗老化性、感温性等性能，改变沥青胶体结构，最终制备性能优良的道路沥青。改性剂溶剂油稳定剂弹性体抗老化剂补强剂经过研究团队多年的潜心钻研，进行了大量探索性和系统性的实验室实验，对煤沥青改性剂进行了筛选和集成优化，成功开发出兼具性能和成本优势的CMB系列煤沥青专用改性剂。技术方案——CMB系列煤沥青专用改性剂CMB系列煤沥青专用改性剂技术方案——煤基改性道路沥青的生产流程组分调和反应改性发育稳定浇筑试样性能测试化学组成与微观结构分析技术方案——检测分析道路石油沥青标准主要指标要求《重交通道路石油沥青》GB/T15180-2010指标AH-90AH-70AH-50针入度（25℃）0.1mm80～10060～8060～80延度（15℃），cm≥100≥100≥80软化点，℃42～5544～5745～58薄膜烘箱实验（163℃,5h）质量变化，%≤1.0≤0.8≤0.6针入度比，%≥50≥55≥58延度（15℃），cm≥40≥30报告指标90#70#50#针入度（25℃）0.1mm80～10060～8060～80延度（15℃）,cm≥100≥100≥80软化点,℃≥42≥44≥45薄膜烘箱实验（120℃,5h）质量变化,%≤1.0≤0.8≤0.6针入度比,%≥50≥55≥58延度（15℃）,cm≥40≥30≥20煤沥青改性道路沥青主要指标要求技术方案——煤基改性道路沥青技术指标技术方案——煤基改性道路沥青性能检测我们委托山西省交通建设工程质量检测中心（甲级资质）进行了沥青检测，结果表明我们团队研究开发的煤基道路沥青产品三大指标完全达到交通部规范规定的道路石油沥青A级标准。为了验证煤基道路沥青的路用性能，制定和完善施工方案，我们委托江苏省交通科学研究院股份有限公司工程检测中心（甲级资质）进行了沥青混合料配合比设计，结果表明设计的AC-25沥青混合料高温性能和抗水损坏性能满足规范要求，可以用于指导生产。技术方案——煤基改性道路沥青性能检测技术方案——煤基改性道路沥青性能检测技术方案——煤基改性道路沥青性能检测混合料性能高温性能水稳定性检测试验车辙试验冻融劈裂试验浸水马歇尔试验指标动稳定度（次/mm）变异系数劈裂强度比（%）残留稳定度（%）设计试验结果61895.586.289.6规范对普通石油沥青混合料要求≥800≤20≥70≥75规范对改性石油沥青混合料要求≥2400≤15≥75≥80煤基道路沥青混合料性能运输和拌合铺筑的防治1.温拌施工2.施工人员劳动防护煤沥青高温流动性好工序石油沥青施工温度，℃煤沥青施工温度，℃石料加热温度150-160125-130沥青加热温度185-195125出料温度160-170125-130摊铺温度150125初压温度，不低于140125终压温度，不低于11080路面开放温度，不高于5050道路使用期间的防治1.中下面层使用2.路面结构防水排水设计108℃0.28±0.03Pa·s0.17±0.02Pa·s技术方案——污染防治与人员劳动保护G55二广高速煤沥青试验路是国内第一段也是目前唯一的一段煤基道路沥青高速公路试验段。为了准确评价煤基道路沥青对周围环境的影响，消除人们对煤沥青污染物扩散风险的普遍担忧，本研究团队多次组织了对G55二广高速忻州段k668和K694试验路周围土壤中的多环芳烃污染物检测。技术方案——试验路周围土壤污染物检测技术方案——试验路周围土壤污染物检测技术方案——试验路周围土壤污染物检测检测结果表明，煤基道路沥青试验路未向路侧土壤扩散污染物。试验路界外农田未检出多环芳烃，表明煤基道路沥青的应用没有影响到公路界外环境。本项目在实验室内已经完成煤沥青组分调和分布规律探索、改性剂筛选与相容性考察、反应改性的原料配比及生产工艺优化，形成了具有自主知识产权的一系列创新技术成果，完全具备工业化放大条件。煤沥青与石油沥青的性质不尽相同，有着自身的特殊性质。以煤沥青作为主要原料生产道路沥青不宜套用石油沥青现有标准。目前国内尚未就煤沥青改性道路沥青制定相应的标准，现有标准均参照石油沥青性能指标制定。为了填补该领域技术标准空白，促进煤基道路沥青与炭基道路沥青改性剂的推广应用，我们已向省质量技术监督局申报制定山西省地方标准《重交通道路用改质煤沥青》，现已提交讨论意见稿。技术方案——标准的制定与工业化应用技术方案——标准的制定与工业化应用2015年3月，某企业采用我方技术方案进行了工业生产，一次投料试车成功，生产出合格的90#和70#道路沥青产品。目录项目概算成本核算经济效益核算序号成本名称成本（元/吨）1中温煤沥青+蒽油16312专业改性剂6153生产成本1