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        植物瀝青的綜合利用

        作者: 來源: 日期:2017/6/26 11:28:00

        石化瀝青屬于稀缺性不可再生資源,隨著石油資源的日漸枯竭,人們必須尋找其替代品或者一種可再生乃至環保的瀝青,以達致可持續發展的目標。


        一、瀝青資源的稀缺性已開始制約我國龐大公路網建設需求


            根據正在實施的《國家高速公路網規劃》,我國計劃到2020年,全國高速公路規模達到8.5萬公里。而去年,我國高速公路通車里程已經達到了7.4萬公里,預計2011年底將能基本完成規劃的里程。屆時,我國人口超過20萬的城市將全部用高速公路連接起來。


         我國龐大的公路網建設規劃,形成了對道路瀝青的巨大需求。2010年,我國瀝青的表觀消費量超過了2000萬噸,其中,瀝青產量為1626萬噸,進口瀝青410萬噸,創下了歷史新高,也同時推動了價格不斷攀升,超過5000元/噸的水平??梢灶A見,瀝青的進口依存度必將會進一步提高。


           隨著石油資源的日漸枯竭,以及瀝青價格不斷攀升,已開始制約我國道路建設的可持續發展。目前,作為瀝青的成熟替代原料——水泥,盡管可以在城市道路中發揮一定的作用,但水泥并不適合高速公路使用,其舒適性,汽車行駛安全性,路面膨脹性能以及路面沉降等因素均難以全部替代瀝青的使用。


           此外,石化瀝青具有不可降解,路面翻新產生的廢舊瀝青利用率甚低,難以處理的缺點。在使用過程中,瀝青煙中還含有大量致癌物質,污染環境,同時排放大量二氧化碳。國內外,許多專家為此致力于“石化瀝青溫拌技術”的研發,通過溶劑或表面活性劑將加工溫度控制在130攝氏度以內,避免青煙的產生,但該技術成本高昂,仍難以大規模推廣使用。


          二、植物煉制瀝青市場仍有待培育


            目前,市場出現的植物瀝青大都是植物油煉制后的廢棄物,約占植物油質量分數的3~5%左右。其主要成分為60~80%的脂肪酸和植物醇,油溶性與瀝青接近,主要應用于鑄造粘合劑和防水瀝青等領域,或直接作為重油填充料燃燒掉。


           2010年國內植物油產量大約為3900萬噸,1千多家企業從事植物油加工,按照上述比例推算,植物瀝青每年產量大約為117~195萬噸。由于分布較廣,質量良莠不齊,收集和運輸成本限制,至今難以發揮使用。因此,國內專家學者大都集中在植物煉制瀝青的再開發利用上,希望從油腳中進一步提煉出一些有用的有機酸或菑醇等,極少從瀝青替代的角度去思考其應用,有關文章也鮮有報道。


           2009年英國材料產業聯合會的專家利用植物瀝青(Vegetex)代替鋪設柏油公路所需瀝青的20%,取得了成功。該種瀝青不但具有可再生的概念,而且還可以在低溫下加工,能耗更低,減少“溫拌瀝青技術”所依賴的溶劑,降低成本。


           三、生物化工產業為可再生環保瀝青的發展打開了一個新的思路


           英國的專家盡管在技術上可以開發出可替代石化瀝青的植物瀝青,但由于受到原料和市場的限制,難有大的作為。相比較而言,中國擁有十分豐富的可再生植物資源,特別是秸稈作物資源,蓬勃發展的生物化工技術已經可以分解玉米秸稈中的多糖,其中一個路徑就是煉制燃料乙醇或多元醇,還有一個路徑就是多元糖類物質經過酸化或酯化處理后,可部分替代石化瀝青,達到防水卷材或道路瀝青的要求。


            植物煉制瀝青的開發,利用淀粉質材料或玉米秸稈中的C5、C6糖經過酯化或環化處理成大分子化合物之后,添加到瀝青當中,減少瀝青的用量,達到部分替代的目的。在防水卷材的多次試驗中根據效果的要求,可以替代5~15%的石化瀝青。


          相比植物油腳的提煉,生物化工法煉制的可再生瀝青完全具備工業化大規模生產的要求,根據我們的測算,玉米秸稈有用的C5、C6糖大約占到其質量比重的60%左右,可直接提煉成高附加值的燃料乙醇或者多元醇,余下30%部分可直接煉制成植物瀝青,相當于每噸玉米秸稈的18%可以煉制成植物瀝青。


           保守估計,僅我國玉米大省吉林省,每年玉米秸稈的產量就大約有3600萬噸,目前,當地農戶大都直接燃燒成灰作為肥料回用,造成了大量的浪費和二氧化碳排放,污染環境。如果,其中的一半秸稈能夠有效利用起來提煉成植物瀝青,大約可以形成324萬噸的年產能,接近我國目前需要從國外進口石化瀝青的總量,具有非常重要的戰略意義。


           從經濟回報看,目前,吉林省玉米秸稈的收購價是400元/噸,可綜合利用價值部分占60%。其中,煉制燃料乙醇或多元醇的比例占42%,市場平均售價為8000元/噸,余下18%可煉制成植物瀝青,假設植物瀝青售價為3000元/噸,那么綜合每噸的產品價值將可以達到3684元,產品價值與原料成本之比為9.21:1,價值提升空間巨大,因而,玉米秸稈具有十分可觀的開發利用價值。目前,秸稈制燃料乙醇或多元醇的技術已經十分成熟,植物煉制瀝青的開發利用也已經指日可待。   


        四、創新的產品需要創新的應用思維


        如果我們僅僅依靠植物油腳的綜合開發利用,是難以滿足我國石化瀝青市場需求的,因為由于單個加工企業的油腳規模均很小且分散,造成收集成本過高。但生物化工企業目前正蓬勃發展,規模日漸強大,特別是植物秸稈的綜合利用開發,就可以形成較大的單產規模和產能,滿足石化瀝青的市場需求。植物瀝青除了在鋪路和防水卷材等領域應用以外,還可以作為良好的制模粘合劑使用。


           植物瀝青不屬于多芳環復雜化合物,它具有低碳環保和可再生的優點,未來石化瀝青枯竭后,我們依然可以透過植物煉制技術源源不斷地生產出來。此外,與石化瀝青有著明顯區別的是,植物瀝青具有一定的親水性和可降解性,不能簡單給予替代使用,必須采用一些表面活性溶劑或者乳化劑配合使用,改善與石化瀝青的相容性。


            植物瀝青常溫下具有良好的流動性,與石化瀝青均勻混和后,起到一定的增稠作用,會增加瀝青與碳酸鈣或者石料的粘合性及親和力,不易出現沉降分層,使鋪灑更加均勻。


            英國交通研究實驗室的環境顧問認為,如果植物瀝青在再循環利用以及耐久性方面改進到石化瀝青的水平,那么植物瀝青將具有廣闊的發展前景。

         


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