一種道路瀝青膠結料及其制備方法

專利名稱：一種道路瀝青膠結料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種道路瀝青膠結料及其制備方法，特別是用于熱帶地區路面鋪筑用的瀝青膠結料及其制備方法。
2、背景技術瀝青由于具有優良的熱塑性和粘彈性，廣泛應用于路面鋪筑、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。據統計，全世界道路瀝青的產量約占瀝青總產量的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重破壞。尤其在氣候炎熱地區，夏季高溫條件下，路面受車輪碾壓的反復作用，當荷載應力超過瀝青混合料的穩定度極限時，就容易累積形成車轍，破壞路面結構，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主要是60℃粘度和軟化點。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。特別是希望瀝青材料針入度較大的同時具有更大的60℃粘度和更高的軟化點。
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基礎瀝青進行改性制得，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，但聚合物的價格昂貴，并且需額外購置改性設備，因而將大大增加最終的生產成本。
日本公開特許公報特開平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％的潤滑油基礎油、溶劑精制抽出油、減壓渣油、減粘渣油等組分調合制取高粘度道路瀝青的方法。其中脫油瀝青的瀝青質含量為20～60m％，調合組分的飽和分含量為15～35m％，最終調合瀝青的膠質含量為5～30m％，瀝青質為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，經丙烷脫瀝青后，再經半氧化工藝制取60℃粘度為600～1000Pa·s的高粘度道路瀝青生產方法，該瀝青的族組成是飽和分18～21m％、芳香分50～53m％、膠質26～28m％、瀝青質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，但由于它們的膠質含量低，瀝青產品的針入度偏小，一般在50 1/10mm左右，而在實際的筑路工程中大多使用針入度在70或90 1/10mm左右的瀝青產品，因為針入度太小的瀝青往往低溫性能較差，用其鋪路后容易發生低溫破壞。
3、發明內容針對現有鋪路瀝青普遍存在的在針入度較大的情況下60℃粘度和軟化點較低的問題，本發明提出一種膠質含量高、瀝青質含量低的瀝青膠結料及其制備方法，該瀝青膠結料在較高的路面使用溫度下，具有良好的抗車轍性能。
本發明的瀝青膠結料組成為飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質60～70m％，瀝青質0.1～2m％，在針入度相同的條件下，比普通道路瀝青的軟化點高3～6℃，比普通道路瀝青的60℃粘度高40～200Pa·s。
本發明瀝青膠結料的生產過程為選擇20℃密度大于0.93g/cm3的重質原油為原料，經蒸餾(常、減壓蒸餾)后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對應的最高常壓溫度在460～540℃之間，然后由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調合制取本發明的瀝青。
經研究發現，當瀝青中的飽和分及瀝青質含量較少、膠質含量較多時，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和更大的60℃粘度的瀝青膠結料。從而在較高的路面使用溫度下，具有更好的抗車轍性能。本發明通過選用特定的重質原油為基礎原料，經一定加工工藝處理后，得到一種飽和分、瀝青質含量低，膠質含量高的瀝青膠結料，使產品的軟化點和60℃粘度等性能指標大幅度提高，具有優良的高溫抗車轍性能。本發明選用的重質原油較難加工，不適于生產輕質燃料等產品。重質原油價格較低，并且在加工過程中不需要加入聚合物等改性劑，因此用其生產的瀝青產品成本低，經濟性好。
具體實施方式
本發明瀝青膠結料的生產方法是選擇適宜的重質原油為原料，經蒸餾(常、減壓蒸餾)后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對應的最高常壓溫度在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明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調合制取本發明的瀝青。無論使用上述何種工藝及其組合，都應保證最終制得的瀝青產品具有如下組成飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質60～70m％，瀝青質0.1～2m％。
本發明所述的適宜重質原油是指20℃密度大于0.93g/cm3的原油。最好是輕組分收率低的環烷基、中間基或環烷—中間基重質原油。這些原油用來制取汽油、煤油、柴油、潤滑油等高附加值產品的生產工藝復雜，成本較高，用來生產道路瀝青將產生更佳的經濟效益。最適宜的重質原油如屬環烷—中間基的蘇丹Fula原油。
本發明所述的蒸餾(常、減壓蒸餾)工藝的最高蒸餾溫度對應的常壓溫度應在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，會對瀝青產品的穩定性產生不利影響；如果最高蒸餾溫度高于540℃，則所得的減壓渣油將會太硬，不適合作為溶劑脫瀝青工藝的原料。
本發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當保留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當保留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在30～70m％之間，最好在40～60m％之間。
本發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發生變化，從而達到產品的質量要求。氧化可以在間歇式氧化裝置中進行，也可以在連續氧化裝置中進行。一般氧化溫度為170℃～300℃，最好是200℃～250℃。氧化時間為1.0h～7.0h，最好是3.0h～5.0h。
本發明所述的調合工藝是指在調合罐或動態、靜態混合器中，將脫油瀝青與本發明方法選用原油的減壓渣油或與減粘渣油調合。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℃粘度應為2～50Pa·s，最好是5～20Pa·s。調合比例為脫油瀝青50～90m％，最好是50～70m％；減壓渣油或減粘渣油為10～50m％，最好是30～50m％。
下面的實施例將對本發明做進一步說明。
實施例1以一種20℃密度為0.94g/cm3，屬于環烷—中間基的蘇丹Fula原油為原料，在實驗室實沸點蒸餾裝置上蒸餾得到減壓渣油餾分，最高蒸餾溫度對應的常壓溫度為520℃。減渣性質如下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46.1m％，瀝青質0.5m％。
以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對減壓渣油進行溶劑脫瀝青試驗。塔頂溫度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為9.2MPa。當脫瀝青油收率分別為39m％和45m％時，可制得本發明的瀝青，性質如表1所示。
表1分析項目 產品1 產品2針入度(25℃)，1/10mm 100 69軟化點，℃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64.7 67.4瀝青質 0.5 0.2實施例2以丙烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對實施例1中的減壓渣油進行溶劑脫瀝青試驗。塔頂溫度118℃，塔中112℃，塔底105℃，溶劑比為6∶1，操作壓力12.0MPa。當脫瀝青油收率為31m％時，可得到針入度240 1/10mm，軟化點41.5℃的脫油瀝青。取500g脫油瀝青在實驗室小型間歇釜式氧化裝置上進行氧化試驗，反應溫度250℃，吹氣量0.3m3/kg.h，在氧化時間分別為2.5h和3.0h時，可制得本發明的瀝青，性質如表2所示。
表2分析項目 產品3 產品4針入度(25℃)，1/10mm 9770軟化點，℃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63.5 64.8瀝青質 1.1 1.2
實施例3以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對實施例1中的減壓渣油進行溶劑脫瀝青試驗。塔頂溫度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為10.5MPa。當脫瀝青油的收率為58m％時，可得到針入度24 1/10mm，軟化點68.3℃的脫油瀝青。將此瀝青與實施例1中的減壓渣油進行調合，可制得本發明的瀝青。試驗結果如表3所示。
表3分析項目 產品5 產品6調合比例脫油瀝青，％ 5860減壓渣油，m％4240針入度(25℃)，1/10mm 106 94軟化點，℃ 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 63.1 62.7瀝青質 0.3 0.3實施例4以丁烷為溶劑對實施例1中的減壓渣油進行亞臨界溶劑脫瀝青試驗。塔頂溫度112℃，塔中106℃，塔底100℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為4.0MPa。當脫瀝青油的收率為69％時，可得到針入度11 1/10mm，軟化點83.1℃的脫油瀝青。將此脫油瀝青與減壓渣油經減粘裂化工藝得到的60℃粘度為9.2Pa·s的減粘渣油進行調合，可制得本發明的瀝青。試驗結果如表4所示。
表4分析項目產品7 產品8調合比例脫油瀝青，m％ 55 58減粘渣油，m％ 45 42針入度(25℃)，1/10mm 71 74軟化點，℃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60.2 60.2瀝青質 1.5 1.3實施例5以蘇丹Fula原油為原料，在實驗室實沸點蒸餾裝置上蒸餾得到減壓渣油餾分，最高蒸餾溫度對應的常壓溫度為490℃。減渣性質如下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44.2m％，瀝青質0.4m％。
以丁烷為溶劑在超臨界溶劑脫瀝青裝置上對此減壓渣油進行溶劑脫瀝青試驗。塔頂溫度169℃，塔中162℃，塔底155℃，溶劑比為6∶1，操作壓力為9.5MPa。當脫瀝青油收率為47m％時，可制得本發明的瀝青，性質如表5所示。
表5分析項目 產品9針入度(25℃)，1/10mm 74軟化點，℃52.6粘度(60℃)，Pa.s 296組成分析，％飽和分 2.3芳香分 31.2膠質66.2瀝青質 0.3
通過將本發明得到的瀝青與普遍使用的道路瀝青性質進行對比，將有助于進一步理解本發明的瀝青膠結料。對比試驗結果如表6、表7所示，作為對比瀝青的茂名瀝青、盤錦瀝青和中海瀝青都是國內高等級公路鋪筑工程中比較常用的瀝青膠結料。由表中數據可以看出與一般的道路瀝青相比，本發明瀝青最顯著的特點是膠質含量明顯偏高，平均為一般瀝青的2倍左右；瀝青質含量則大大低于一般的道路瀝青產品；在針入度相當的情況下，本發明的瀝青明顯具有更高的軟化點和更大的60℃粘度，而在粘度或軟化點相近的情況下，本發明的瀝青則具在更大的針入度，因而本發明的瀝青具有更佳的抗高溫車轍性能。
表6茂名90號分析項目 產品1 產品3 產品5 產品6 盤錦瀝青瀝青針入度(25℃)，1/10mm 100 97 106 94 86 95軟化點，℃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64.7 63.563.162.730.7 35.7瀝青質 0.5 1.1 0.3 0.3 8.85.4表7茂名70號分析項目產品2產品4產品7 產品8 中海瀝青瀝青針入度(25℃)，1/10mm 6970 71 74 7373軟化點，℃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67.4 64.8 60.260.2 36.3 31.4瀝青質 0.2 1.21.5 1.3 3.3 8.權利要求
1.一種瀝青膠結料，其特征在于以質量計的組成為飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質60～70m％，瀝青質0.1～2m％。
2.按照權利要求1所述的瀝青膠結料，其特征在于所述瀝青膠結料在針入度相同的條件下，比普通道路瀝青的軟化點高3～6℃，比普通道路瀝青的60℃粘度高40～200Pa·s。
3.一種權利要求1所述的瀝青膠結料的生產方法，其特征在于選擇20℃密度大于0.93g/cm3的重質原油為原料，經常、減壓蒸餾后得到減壓渣油餾分，減壓蒸餾對應的最高常壓溫度在460～540℃之間，然后由溶劑脫瀝青工藝直接制取本發明的瀝青，或者將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調合制取本發明的瀝青。
4.按照權利要求3所述的生產方法，其特征在于所述的重質原油為環烷基、中間基或環烷—中間基重質原油。
5.按照權利要求3或4所述的生產方法，其特征在于所述的重質原油為環烷—中間基的蘇丹Fula原油。
6.按照權利要求3所述的生產方法，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.按照權利要求3所述的生產方法，其特征在于所述的氧化工藝在間歇式或連續氧化裝置中進行，氧化溫度為170℃～300℃，氧化時間為1.0h～7.0h。
8.按照權利要求6所述的生產方法，其特征在于所述的氧化溫度為200℃～250℃，氧化時間為2.0h～5.0h。
9.按照權利要求3所述的生產方法，其特征在于所述調合用的脫油瀝青的25℃針入度為0～50 1/10mm，調合用的減壓渣油或減粘渣油的60℃粘度為2～50Pa·s，調合比例為脫油瀝青50m％～90m％，減壓渣油或減粘渣油為10m％～50m％。
10.按照權利要求9所述的生產方法，其特征在于所述調合用的脫油瀝青的25℃針入度為10～30 1/10mm，調合用的減壓渣油或減粘渣油的60℃粘度為5～20Pa·s，調合比例為脫油瀝青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路面鋪筑的瀝青膠結料及其制備方法，通過選擇適宜的重質原油為原料，經常、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明的瀝青，或者是將溶劑脫瀝青工藝得到的脫油瀝青進行氧化或與減壓渣油、減粘渣油調合制取本發明的瀝青。本發明的瀝青具有如下特征飽和分2～10m％，芳香分25～35m％，膠質60～70m％，瀝青質0.1～2m％。本發明瀝青膠質含量高，飽和分和瀝青質含量低，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和60℃粘度。
文檔編號C10C1/00GK1493652SQ02144539
公開日2004年5月5日 申請日期2002年11月2日 優先權日2002年11月2日
發明者李志軍, 王仁輝, 劉樹華, 陳保蓮 申請人: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