專利名稱：一種道路瀝青膠結(jié)料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種道路瀝青膠結(jié)料及其制備方法，特別是用于熱帶地區(qū)路面鋪筑用的瀝青膠結(jié)料及其制備方法。
2、背景技術(shù)瀝青由于具有優(yōu)良的熱塑性和粘彈性，廣泛應(yīng)用于路面鋪筑、防水防潮、防腐及絕緣等方面。其中最主要的用途是用于公路建設(shè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界道路瀝青的產(chǎn)量約占瀝青總產(chǎn)量的85％左右。通常，瀝青能很好地滿足路面鋪筑要求，但隨著交通量的日益增大及車輛載重量的不斷增加，許多瀝青路面遭到嚴(yán)重破壞。尤其在氣候炎熱地區(qū)，夏季高溫條件下，路面受車輪碾壓的反復(fù)作用，當(dāng)荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限時(shí)，就容易累積形成車轍，破壞路面結(jié)構(gòu)，瀝青路面的永久變形或車轍是造成路面破壞的主要原因。
防止車轍損害最有效的措施是提高瀝青膠結(jié)料在夏季高溫條件下的使用性能。代表瀝青高溫抗車轍性能的指標(biāo)主要是60℃粘度和軟化點(diǎn)。因而在選用的鋪路瀝青材料針入度范圍固定的情況下，我們希望其具有更大的60℃粘度和更高的軟化點(diǎn)。特別是希望瀝青材料針入度較大的同時(shí)具有更大的60℃粘度和更高的軟化點(diǎn)。
美國專利US5302638揭示的一種具有良好的高溫粘度和低溫柔性的瀝青組合物。該組合物是在氧存在條件下，用剪切的方法添加聚乙烯對(duì)基礎(chǔ)瀝青進(jìn)行改性制得，用其鋪路可以提高路面的抗車轍性能。聚合物改性雖然能夠顯著提高瀝青的高溫抗車轍和低溫抗開裂性能，但聚合物的價(jià)格昂貴，并且需額外購置改性設(shè)備，因而將大大增加最終的生產(chǎn)成本。
日本公開特許公報(bào)特開平6-116499提出的以一種用溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青為原料，與10～70m％的潤滑油基礎(chǔ)油、溶劑精制抽出油、減壓渣油、減粘渣油等組分調(diào)合制取高粘度道路瀝青的方法。其中脫油瀝青的瀝青質(zhì)含量為20～60m％，調(diào)合組分的飽和分含量為15～35m％，最終調(diào)合瀝青的膠質(zhì)含量為5～30m％，瀝青質(zhì)為5～20m％。中國專利CN1064987公開的一種以阿曼原油的減壓渣油為原料，經(jīng)丙烷脫瀝青后，再經(jīng)半氧化工藝制取60℃粘度為600～1000Pa·s的高粘度道路瀝青生產(chǎn)方法，該瀝青的族組成是飽和分18～21m％、芳香分50～53m％、膠質(zhì)26～28m％、瀝青質(zhì)1～3m％。雖然上述兩種瀝青的60℃粘度較高，滿足了高溫條件下的使用要求，但由于它們的膠質(zhì)含量低，瀝青產(chǎn)品的針入度偏小，一般在50 1/10mm左右，而在實(shí)際的筑路工程中大多使用針入度在70或90 1/10mm左右的瀝青產(chǎn)品，因?yàn)獒樔攵忍〉臑r青往往低溫性能較差，用其鋪路后容易發(fā)生低溫破壞。
3、發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有鋪路瀝青普遍存在的在針入度較大的情況下60℃粘度和軟化點(diǎn)較低的問題，本發(fā)明提出一種膠質(zhì)含量高、瀝青質(zhì)含量低的瀝青膠結(jié)料及其制備方法，該瀝青膠結(jié)料在較高的路面使用溫度下，具有良好的抗車轍性能。
本發(fā)明的瀝青膠結(jié)料組成為飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質(zhì)60～70m％，瀝青質(zhì)0.1～2m％，在針入度相同的條件下，比普通道路瀝青的軟化點(diǎn)高3～6℃，比普通道路瀝青的60℃粘度高40～200Pa·s。
本發(fā)明瀝青膠結(jié)料的生產(chǎn)過程為選擇20℃密度大于0.93g/cm3的重質(zhì)原油為原料，經(jīng)蒸餾(常、減壓蒸餾)后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對(duì)應(yīng)的最高常壓溫度在460～540℃之間，然后由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發(fā)明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進(jìn)行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調(diào)合制取本發(fā)明的瀝青。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瀝青中的飽和分及瀝青質(zhì)含量較少、膠質(zhì)含量較多時(shí)，可得到在針入度相同的條件下，具有比普遍使用的道路瀝青具有更高的軟化點(diǎn)和更大的60℃粘度的瀝青膠結(jié)料。從而在較高的路面使用溫度下，具有更好的抗車轍性能。本發(fā)明通過選用特定的重質(zhì)原油為基礎(chǔ)原料，經(jīng)一定加工工藝處理后，得到一種飽和分、瀝青質(zhì)含量低，膠質(zhì)含量高的瀝青膠結(jié)料，使產(chǎn)品的軟化點(diǎn)和60℃粘度等性能指標(biāo)大幅度提高，具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能。本發(fā)明選用的重質(zhì)原油較難加工，不適于生產(chǎn)輕質(zhì)燃料等產(chǎn)品。重質(zhì)原油價(jià)格較低，并且在加工過程中不需要加入聚合物等改性劑，因此用其生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟(jì)性好。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明瀝青膠結(jié)料的生產(chǎn)方法是選擇適宜的重質(zhì)原油為原料，經(jīng)蒸餾(常、減壓蒸餾)后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對(duì)應(yīng)的最高常壓溫度在460～540℃之間，然后在適宜的操作條件下，由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發(fā)明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進(jìn)行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調(diào)合制取本發(fā)明的瀝青。無論使用上述何種工藝及其組合，都應(yīng)保證最終制得的瀝青產(chǎn)品具有如下組成飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質(zhì)60～70m％，瀝青質(zhì)0.1～2m％。
本發(fā)明所述的適宜重質(zhì)原油是指20℃密度大于0.93g/cm3的原油。最好是輕組分收率低的環(huán)烷基、中間基或環(huán)烷—中間基重質(zhì)原油。這些原油用來制取汽油、煤油、柴油、潤滑油等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，用來生產(chǎn)道路瀝青將產(chǎn)生更佳的經(jīng)濟(jì)效益。最適宜的重質(zhì)原油如屬環(huán)烷—中間基的蘇丹Fula原油。
本發(fā)明所述的蒸餾(常、減壓蒸餾)工藝的最高蒸餾溫度對(duì)應(yīng)的常壓溫度應(yīng)在460～540℃之間，最好在480℃～520℃之間。如果最高蒸餾溫度低于460℃，則將有部分輕組分殘留在減壓渣油中，會(huì)對(duì)瀝青產(chǎn)品的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；如果最高蒸餾溫度高于540℃，則所得的減壓渣油將會(huì)太硬，不適合作為溶劑脫瀝青工藝的原料。
本發(fā)明所述的溶劑脫瀝青工藝常用的溶劑為丙烷、丁烷、戊烷中的一種或其中兩種或三種溶劑的混合物。溶劑脫瀝青過程可以在亞臨界條件下進(jìn)行，即操作溫度和壓力分別低于溶劑的臨界溫度和臨界壓力；也可以在超臨界條件下進(jìn)行，即操作溫度和壓力分別高于溶劑的臨界溫度和臨界壓力。一般在亞臨界條件下，使用丙烷做溶劑的溶劑脫瀝青工藝的操作溫度為60～80℃，丁烷溶劑90～140℃，戊烷溶劑140～190℃，抽提塔頂部和底部應(yīng)當(dāng)保留10～20℃溫差。操作壓力為2.8～4.2MPa，溶劑與原料的體積比為3～10∶1，最好是6～8∶1。一般在超臨界條件下，使用丙烷做溶劑的溶劑脫瀝青工藝的操作溫度為105～170℃，丁烷溶劑155～240℃，戊烷溶劑200～290℃，抽提塔頂部和底部應(yīng)當(dāng)保留10～20℃溫差。操作壓力為4.2～12MPa，溶劑與原料的體積比為3～10∶1，最好是6～8∶1。溶劑脫瀝青工藝得到的脫瀝青油收率應(yīng)在30～70m％之間，最好在40～60m％之間。
本發(fā)明所述的氧化工藝是指在高溫條件下，通過吹空氣的方法使瀝青的組成和性質(zhì)發(fā)生變化，從而達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求。氧化可以在間歇式氧化裝置中進(jìn)行，也可以在連續(xù)氧化裝置中進(jìn)行。一般氧化溫度為170℃～300℃，最好是200℃～250℃。氧化時(shí)間為1.0h～7.0h，最好是3.0h～5.0h。
本發(fā)明所述的調(diào)合工藝是指在調(diào)合罐或動(dòng)態(tài)、靜態(tài)混合器中，將脫油瀝青與本發(fā)明方法選用原油的減壓渣油或與減粘渣油調(diào)合。脫油瀝青的25℃針入度為0～50 1/10mm，最好是10～30 1/10mm；減壓渣油或減粘渣油的60℃粘度應(yīng)為2～50Pa·s，最好是5～20Pa·s。調(diào)合比例為脫油瀝青50～90m％，最好是50～70m％；減壓渣油或減粘渣油為10～50m％，最好是30～50m％。
下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1以一種20℃密度為0.94g/cm3，屬于環(huán)烷—中間基的蘇丹Fula原油為原料，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置上蒸餾得到減壓渣油餾分，最高蒸餾溫度對(duì)應(yīng)的常壓溫度為520℃。減渣性質(zhì)如下25℃針入度大于300 1/10mm，60℃粘度6.6Pa·s，飽和分20.5m％，芳香分32.9m％，膠質(zhì)46.1m％，瀝青質(zhì)0.5m％。
以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對(duì)減壓渣油進(jìn)行溶劑脫瀝青試驗(yàn)。塔頂溫度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為9.2MPa。當(dāng)脫瀝青油收率分別為39m％和45m％時(shí)，可制得本發(fā)明的瀝青，性質(zhì)如表1所示。
表1分析項(xiàng)目 產(chǎn)品1 產(chǎn)品2針入度(25℃)，1/10mm 100 69軟化點(diǎn)，℃49.0 53.2粘度(60℃)，Pa.s 164 355組成分析，％飽和分 2.8 2.0芳香分 32.0 30.4膠質(zhì)64.7 67.4瀝青質(zhì) 0.5 0.2實(shí)施例2以丙烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對(duì)實(shí)施例1中的減壓渣油進(jìn)行溶劑脫瀝青試驗(yàn)。塔頂溫度118℃，塔中112℃，塔底105℃，溶劑比為6∶1，操作壓力12.0MPa。當(dāng)脫瀝青油收率為31m％時(shí)，可得到針入度240 1/10mm，軟化點(diǎn)41.5℃的脫油瀝青。取500g脫油瀝青在實(shí)驗(yàn)室小型間歇釜式氧化裝置上進(jìn)行氧化試驗(yàn)，反應(yīng)溫度250℃，吹氣量0.3m3/kg.h，在氧化時(shí)間分別為2.5h和3.0h時(shí)，可制得本發(fā)明的瀝青，性質(zhì)如表2所示。
表2分析項(xiàng)目 產(chǎn)品3 產(chǎn)品4針入度(25℃)，1/10mm 9770軟化點(diǎn)，℃49.8 52.2粘度(60℃)，Pa.s 173 355組成分析，％飽和分 5.3 5.2芳香分 30.1 28.8膠質(zhì)63.5 64.8瀝青質(zhì) 1.1 1.2
實(shí)施例3以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對(duì)實(shí)施例1中的減壓渣油進(jìn)行溶劑脫瀝青試驗(yàn)。塔頂溫度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為10.5MPa。當(dāng)脫瀝青油的收率為58m％時(shí)，可得到針入度24 1/10mm，軟化點(diǎn)68.3℃的脫油瀝青。將此瀝青與實(shí)施例1中的減壓渣油進(jìn)行調(diào)合，可制得本發(fā)明的瀝青。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
表3分析項(xiàng)目 產(chǎn)品5 產(chǎn)品6調(diào)合比例脫油瀝青，％ 5860減壓渣油，m％4240針入度(25℃)，1/10mm 106 94軟化點(diǎn)，℃ 48.7 49.5粘度(60℃)，Pa.s 209 242組成分析，％飽和分 6.4 6.9芳香分 30.2 30.1膠質(zhì) 63.1 62.7瀝青質(zhì) 0.3 0.3實(shí)施例4以丁烷為溶劑對(duì)實(shí)施例1中的減壓渣油進(jìn)行亞臨界溶劑脫瀝青試驗(yàn)。塔頂溫度112℃，塔中106℃，塔底100℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為4.0MPa。當(dāng)脫瀝青油的收率為69％時(shí)，可得到針入度11 1/10mm，軟化點(diǎn)83.1℃的脫油瀝青。將此脫油瀝青與減壓渣油經(jīng)減粘裂化工藝得到的60℃粘度為9.2Pa·s的減粘渣油進(jìn)行調(diào)合，可制得本發(fā)明的瀝青。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
表4分析項(xiàng)目產(chǎn)品7 產(chǎn)品8調(diào)合比例脫油瀝青，m％ 55 58減粘渣油，m％ 45 42針入度(25℃)，1/10mm 71 74軟化點(diǎn)，℃51.0 52.9粘度(60℃)，Pa.s 339 440組成分析，％飽和分 8.5 8.3芳香分 29.8 30.2膠質(zhì)60.2 60.2瀝青質(zhì) 1.5 1.3實(shí)施例5以蘇丹Fula原油為原料，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置上蒸餾得到減壓渣油餾分，最高蒸餾溫度對(duì)應(yīng)的常壓溫度為490℃。減渣性質(zhì)如下25℃針入度大于300 1/10mm，60℃粘度5.8Pa·s，飽和分23.7m％，芳香分31.7m％，膠質(zhì)44.2m％，瀝青質(zhì)0.4m％。
以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對(duì)此減壓渣油進(jìn)行溶劑脫瀝青試驗(yàn)。塔頂溫度169℃，塔中162℃，塔底155℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為9.5MPa。當(dāng)脫瀝青油收率為47m％時(shí)，可制得本發(fā)明的瀝青，性質(zhì)如表5所示。
表5分析項(xiàng)目 產(chǎn)品9針入度(25℃)，1/10mm 74軟化點(diǎn)，℃52.6粘度(60℃)，Pa.s 296組成分析，％飽和分 2.3芳香分 31.2膠質(zhì)66.2瀝青質(zhì) 0.3
通過將本發(fā)明得到的瀝青與普遍使用的道路瀝青性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，將有助于進(jìn)一步理解本發(fā)明的瀝青膠結(jié)料。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如表6、表7所示，作為對(duì)比瀝青的茂名瀝青、盤錦瀝青和中海瀝青都是國內(nèi)高等級(jí)公路鋪筑工程中比較常用的瀝青膠結(jié)料。由表中數(shù)據(jù)可以看出與一般的道路瀝青相比，本發(fā)明瀝青最顯著的特點(diǎn)是膠質(zhì)含量明顯偏高，平均為一般瀝青的2倍左右；瀝青質(zhì)含量則大大低于一般的道路瀝青產(chǎn)品；在針入度相當(dāng)?shù)那闆r下，本發(fā)明的瀝青明顯具有更高的軟化點(diǎn)和更大的60℃粘度，而在粘度或軟化點(diǎn)相近的情況下，本發(fā)明的瀝青則具在更大的針入度，因而本發(fā)明的瀝青具有更佳的抗高溫車轍性能。
表6茂名90號(hào)分析項(xiàng)目 產(chǎn)品1 產(chǎn)品3 產(chǎn)品5 產(chǎn)品6 盤錦瀝青瀝青針入度(25℃)，1/10mm 100 97 106 94 86 95軟化點(diǎn)，℃49.0 49.848.749.546.3 44.6粘度(60℃)，Pa.s 164 173 209 242 152132組成分析，％飽和分 2.8 5.3 6.4 6.9 10.2 23.4芳香分 32.0 30.130.230.150.3 35.5膠質(zhì)64.7 63.563.162.730.7 35.7瀝青質(zhì) 0.5 1.1 0.3 0.3 8.85.4表7茂名70號(hào)分析項(xiàng)目產(chǎn)品2產(chǎn)品4產(chǎn)品7 產(chǎn)品8 中海瀝青瀝青針入度(25℃)，1/10mm 6970 71 74 7373軟化點(diǎn)，℃53.2 52.2 51.052.9 48.0 47.1粘度(60℃)，Pa.s 355 355339 440 274 234組成分析，％飽和分 2.0 5.28.5 8.3 7.5 16.2芳香分 30.4 28.8 29.830.2 52.9 44.2膠質(zhì)67.4 64.8 60.260.2 36.3 31.4瀝青質(zhì) 0.2 1.21.5 1.3 3.3 8.權(quán)利要求
1.一種瀝青膠結(jié)料，其特征在于以質(zhì)量計(jì)的組成為飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質(zhì)60～70m％，瀝青質(zhì)0.1～2m％。
2.按照權(quán)利要求1所述的瀝青膠結(jié)料，其特征在于所述瀝青膠結(jié)料在針入度相同的條件下，比普通道路瀝青的軟化點(diǎn)高3～6℃，比普通道路瀝青的60℃粘度高40～200Pa·s。
3.一種權(quán)利要求1所述的瀝青膠結(jié)料的生產(chǎn)方法，其特征在于選擇20℃密度大于0.93g/cm3的重質(zhì)原油為原料，經(jīng)常、減壓蒸餾后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對(duì)應(yīng)的最高常壓溫度在460～540℃之間，然后由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發(fā)明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進(jìn)行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調(diào)合制取本發(fā)明的瀝青。
4.按照權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的重質(zhì)原油為環(huán)烷基、中間基或環(huán)烷—中間基重質(zhì)原油。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的重質(zhì)原油為環(huán)烷—中間基的蘇丹Fula原油。
6.按照權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的溶劑脫瀝青工藝使用的溶劑為丙烷、丁烷、戊烷中的一種或其中兩種或三種溶劑的混合物，溶劑抽提塔頂部和底部的溫差為10～20℃，操作壓力為2.8～12MPa，溶劑與原料的體積比為3～10∶1。
7.按照權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的氧化工藝在間歇式或連續(xù)氧化裝置中進(jìn)行，氧化溫度為170℃～300℃，氧化時(shí)間為1.0h～7.0h。
8.按照權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的氧化溫度為200℃～250℃，氧化時(shí)間為2.0h～5.0h。
9.按照權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述調(diào)合用的脫油瀝青的25℃針入度為0～50 1/10mm，調(diào)合用的減壓渣油或減粘渣油的60℃粘度為2～50Pa·s，調(diào)合比例為脫油瀝青50m％～90m％，減壓渣油或減粘渣油為10m％～50m％。
10.按照權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述調(diào)合用的脫油瀝青的25℃針入度為10～30 1/10mm，調(diào)合用的減壓渣油或減粘渣油的60℃粘度為5～20Pa·s，調(diào)合比例為脫油瀝青50m％～70m％，減壓渣油或減粘渣油為30m％～50m％。
全文摘要
揭示了一種適用于熱帶地區(qū)路面鋪筑的瀝青膠結(jié)料及其制備方法，通過選擇適宜的重質(zhì)原油為原料，經(jīng)常、減壓蒸餾得到餾程在460℃以上的減壓渣油，然后由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發(fā)明的瀝青，或者是將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進(jìn)行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調(diào)合制取本發(fā)明的瀝青。本發(fā)明的瀝青具有如下特征飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質(zhì)60～70m％，瀝青質(zhì)0.1～2m％。本發(fā)明瀝青膠質(zhì)含量高，飽和分和瀝青質(zhì)含量低，在針入度相同的條件下，比普通道路瀝青具有更高的軟化點(diǎn)和60℃粘度。
文檔編號(hào)C10C1/00GK1493652SQ02144539
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月2日
發(fā)明者李志軍, 王仁輝, 劉樹華, 陳保蓮 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院