CN100340636C - 提高沥青性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产具有高闪点和低挥发性的沥青产品的方法，所述的方法包括初馏点至少270℃的高沸石油馏分和原油的调合油减压蒸馏，以便生产闪点为265-300℃的沥青产品。

Description

提高沥青性能的方法
发明领域
本发明涉及一种提高沥青产品性能的方法。
发明背景
为了符合屋面含沥青油和铺路沥青的技术规格，对提高某些蒸馏渣油的挥发性和闪点性能有持续不断的需要。这一点应在不降低沥青产品的其他希望的性能的条件下实现。本申请人的发明满足了这些需要。
发明概述
本发明的一实施方案提供了一种提高沥青产品性能特别是闪点和挥发性性能的方法。简单地说，生成的沥青更适用于生产屋面材料或铺路材料，其中沥青通常用作粘合剂。
本发明可包括或由或基本上由这里公开的以下步骤或单元组成，并可在没有限制的条件下实施。
具体地说，本申请提供下列发明：
1.一种提高沥青产品闪点的方法，所述的方法包括：减压蒸馏初馏点至少270℃且不含沥青质的高沸石油馏分与原油的调合油到减压蒸馏的切割点为430℃到490℃，所述高沸点石油馏分选自减压重瓦斯油、重润滑油馏分油或重润滑油萃取油，当高沸点石油馏分是减压重瓦斯油时，其量占全原油重量的5-30％，当高沸点石油馏分是重润滑油馏分或重润滑油萃取油时，其量占全原油重量的10％以生产闪点为265-300℃的沥青产品。
2.根据上款1的方法，其中所述原油选自未加工的全原油或原油的常压蒸馏渣油。
3.根据上款1的方法，其中所述高沸石油馏分选自按全原油计5-30％(体积)的减压重瓦斯油。
4.根据上款3的方法，其中按所述全原油计，所述减压重瓦斯油的数量为15-25％(体积)。
5.根据上款3的方法，其中所述减压重瓦斯油的氢/碳摩尔比大于1.6。
6.根据上款3的方法，其中所述减压重瓦斯油的芳烃含量为65-75％。
7.根据上款1的方法，其中所述沥青产品在100℃下的动力粘度为500-1500厘沲。
8.根据上款1的方法，其中所述沥青产品在100℃下的动力粘度为800-1000厘沲。
9.根据上款1的方法，其中所述沥青产品在25℃下的针入度为200-400丝米。
附图简介
图1表示本发明共蒸馏法的一个实施方案。
图2为冷湖原油(Cold Lake)和25％减压重瓦斯油(HVGO)(A)、纯净Cold Lake 229Pen(B)、纯净HVGO(C)共蒸馏的液体体积(LV％)(X轴)与温度(℃)(y轴)的沸点分布图，并说明对共蒸馏头部沸点(线(A))意想不到的增强影响。
发明详述
某些沥青例如低温应用的铺路沥青和屋面沥青的生产需要这样一种软沥青，它通常有200/400针入度(25℃下针入)或更软以及粘度为约500-1500厘沲(100℃下)。此后，这些沥青可直接用于铺路应用，它们或是纯净的或是改性的(例如用聚合物改性)或经过另外的处理(例如氧化)，以便符合屋面应用所需的技术规格。
由某些起始原油或渣油生产的含沥青油的特点是，它们经常有不能接受的低闪点(通常低于265℃)和不能接受的高质量损失(通常在163℃下加热5小时质量损失大于0.5-1％(重量)，例如在薄膜加热试验中)。在闪点和质量损失方面的这些不足通常在软铺路沥青中出现(例如200/300和300/400针入度；在美国粘度分级沥青也称为AC-5或AC-2.5)。例如，由冷湖原油和劳埃德明斯特原油生产的沥青，这些原油有高的沥青质含量(通常＞15％)、倾斜的沸点分布和高沸点馏分组成尾部(通常＞700℃)。当沥青产品用于屋面应用时，通过引起闪火可使得低于265℃的闪点产生许多限制。闪点可用大家熟悉的分析方法(ASTM D92，克利夫兰开杯闪点法)测定。
用本发明的方法处理由上述起始原油得到的常压渣油或减压渣油生产出具有所需的至少265℃闪点的经处理的产品，同时还具有其他所希望的性能，例如用于屋面沥青的良好耐候性以及用于铺路沥青的低质量损失和良好粘度-针入度特性。
图1表示用于原油与重质石油馏分油共蒸馏生产高闪点沥青产品的方法的一实施方案。原油进料通过管线1送入常压蒸馏段2。所有的或一部分的重质石油馏分油通过管线3和4送入常压蒸馏段2。当只有一部分重质石油馏分油按这样送入时，管线3装有一流量控制器V，以便控制这样的送入。常压蒸馏段生成通过管线5回收的塔顶馏分和通过管线6回收的塔底馏分。不通过管线3和流量控制器V到管线4送入常压蒸馏段2的任何重质石油馏分油部分通过管线7与来自管线6的塔底馏分一起通过管线8送入减压蒸馏段9。在段9中，通过加热和在足以阻止热裂化的减压条件下原油按本专业已知的方法分馏，通过管线10从中回收塔顶馏分和通过管线11回收减压渣油(沥青产品)。
减压渣油(沥青产品)用于沥青生产。减压渣油的切割点(它可为400-550℃)通常影响沥青的质量(例如针入度和粘度)。在本发明一优选的实施方案中，将所有的重质石油馏分油通过适当设定的流量控制器送入段9。减压蒸馏段的切割点可为430-490℃。如果在送入减压蒸馏段9中存在一些限制的话例如水力学限制，那么重质馏分油物流可送入常压蒸馏段2。
因此，生成的经处理的沥青产品比相同的起始原油仅减压蒸馏生产的沥青产品和起始原油渣油与上述重质馏分油简单调合生产的沥青产品有更高的闪点。由本申请人的方法生产的产品还有以下所希望的性能：100℃的动力粘度为500-1000厘沲；60℃的绝对粘度为200-300帕·秒和25℃的针入度为300-400丝米。这些产品有希望符合CSA屋面沥青技术规格(加拿大标准协会，在表1中给出)和200-400Pen沥青的CGSB铺路沥青技术规格(加拿大通用标准委员会，在表2中给出)。
此外，要求铺路级沥青符合现在在美国、加拿大和世界许多地区执行的SUPERPAVE技术规格。一个重要的要求是符合＜1.0％(重量)的质量损失技术规格，本申请人的发明特别满足的一个方面。
                           表1建筑屋面覆盖和防潮和防水
                              体系用沥青的CSA要求
 性质         类型1        类型2        类型3
    最小     最大     最小     最大     最小     最大
 软化点(环球法)℃     60     68     75     83     90     98
 闪点(克利夫兰开杯法)℃     230     -     230     -     230     -
 针入度，丝米0℃，200克，60秒25℃，100克，5秒45℃，50克，5秒 1030- -45160 1020- -3080 815- -2555
 163℃加热损失(50克，5小时)，％     -     1.0     -     1.0     -     1.0
 残留针入度，原来的百分数     80     -     80     -     80     -
 在三氯乙烯中可溶的材料，％     99     -     99     -     99     -
                             表2铺路沥青的CGSB要求
 性质     200/300针入度     300/400针入度   试验方法
  最小     最大   最小   最大   ASTM
 25℃针入度，100克，5秒，0.1毫米   200     300   300   400   D5
 闪点(夫利夫兰开杯法)℃   175     -   175   -   D92
 薄膜加热试验，％质量损失   -     1.5   -   1.5   D1754
 残余针入度，原来的百分数   37     -   35   -
 三氯乙烯中可溶的材料，％   99.0     -   99.0   -   D2042
 针入度，丝米                       200                       300                    400
 粘度要求*，该等级要求的最小值   厘沲     帕·秒   厘沲   帕·秒   厘沲   帕·秒
 “A”级“B”级“C”级   18514584     503923   14511560   3124.514.5   1209646   21.517.58.8
                        *60℃粘度，帕·秒或135℃粘度，厘沲
本发明提供了一种通过起始原油或渣油与足够数量的高沸石油馏分油馏分(初馏点至少270℃)减压蒸馏来提高用于铺路应用或屋面应用的沥青产品质量的方法。得到的产品有265-300℃的高闪点和比仅用起始原油生产的产品更低的质量损失。高沸馏分可选自各种来源，例如轻质合成原油的重质馏分、高沸石油馏分油例如减压重瓦斯油(HVGO)、重润滑油馏分油或脱沥青油料。不适合于这一应用的沸点大于270℃的馏分为经催化裂化或热裂化的高芳烃馏分，例如炼油厂的催化裂化装置或热裂化装置的物流。虽然这些物流可满意地改进闪点，但它们的其他性能下降，例如铺路沥青和屋面沥青分别需要的粘度和耐候性。在这些高沸馏分中，沥青质基本上没有。
与高沸馏分调合的沥青原油或渣油通常有表3所示的倾斜的沸点分布。
                   表3冷湖原油蒸馏馏分的性质
  ％(体积)    切割温度(℃)(1)     15℃密度(克/毫升) 100℃粘度(厘沲)
  30.1    i-232
  2.5    232-260     0.8654 ＜1.2
  3.6    260-288     0.8851 1.367
  2.8    288-316     0.9074 1.782
  3.8    316-343     0.9268 2.506
  0.1(2)    343-371     0.9472 3.284
  0.5(2)    371-399     0.9472 4.354
  3.2    399-427     0.9504 5.716
  4.9    427-454     0.9590 7.686
  48.5    454+
  (1)15/5蒸馏(ASTM D-2892)的初馏点-343℃(2)HIAC(高度减压蒸馏，ASTM D-5236)再蒸馏343℃+
用于本方法的优选高沸馏分为高沸石油馏分油，例如减压重瓦斯油(HVGO)(通常闪点200-220℃，100℃粘度8-20厘沲，密度0.90-0.92克/毫升，沸程400-650℃，氢/碳比1.6-1.75)。其他适合的高沸馏分可由熟悉本专业的技术人员来替换，以便达到上述所需的闪点/挥发性性能以及符合屋面产品和铺路产品的技术规格。
表4列出所用的代表性高沸馏分的性质，而表5列出沥青原油(冷湖原油)和10％(体积)每种高沸石油馏分油的共蒸馏调合油。各馏分列出典型的性质，例如沸点(初馏点和5％(体积)点)、氢/碳摩尔比和芳烃含量。
                           表4不同馏分油的典型性质
  性质                                石油馏分
  重润滑油馏分油   塔底常压瓦斯油     减压重瓦斯油   重润滑油萃取油   催化裂化装置分馏塔塔底油
  列数   1   2     3   4   5
  100℃粘度，厘沲   21   3.5-5     10-15   30   15-35
  GCD沸点，℃
  初馏点   413   283     292   428   191
  50％(体积)点   549   385     457   548   389
  终馏点   643   430     624   687   564
  芳烃，％(重量)   69   65-70     65-75   87   97
  氢/碳比   1.6   1.7     1.6   1.3   0.9
得到的产品对表1所列的屋面应用技术规格和表2所列的铺路应用技术规格进行测试。
                                                      表5不同馏分油对沥青性能的影响
                                                   产品目标：闪点＞265℃；符合屋面沥青
                                                   CSA技术规格；符号60℃粘度的CGSB“A”、
                                                          “B”铺路沥青分级
                    共蒸馏：90％冷湖原油+10％下列石油馏分
 原料性质   冷湖原油(CL)   重润滑油馏分油(HLD)  常压塔底瓦斯油(BAGO)   减压重瓦斯油(HVGO)   重润滑油萃取油(HLE) 催化裂化装置分馏塔塔底馏分(CFB)
 列数   1   2  3   4   5 6
 25℃针入度   229-440   440  424   440   175 175
 切割温度，℃   408-427   436  440   436   457 431
 产率，％(体积)   52.7-56   55.5  50   56   55.4 55
 闪点，℃   250-263   280  255   265   296 280
 100℃粘度   800-1400   675  800   680   1500 1266
 TFOT质量损失，％(重量)   0.8to-1.5   0.25  0.56   0.4   0.155 0.345
 屋面沥青CSA技术规格   不符合   符合  未作   符合   不符合 不符合
 铺路沥青CGSB技术规格(60℃粘度)   全部“A”级   “A”级＞200针入度  全部符合“A”级   300/400“A”级边界   全部“B”级 全部“B”级
参考以下实施例来说明本发明：
实施例1：冷湖原油(表5，第1列)
因为冷湖原油通常用于沥青生产以及由于它有高质量沥青的高产率，所以选择它作为基础原油。但是，纯净原油的不足是在切割温度范围内低的闪点(250-263℃)，针入度和粘度不符合屋面用CSA粘度/针入度技术规格以及在高温下相对高的质量损失(软沥青例如用于铺路应用的200/400pen)。为了克服这些不足，许多共蒸馏候选物按原油的10％(体积)进行试验。
实施例2：冷湖原油+10％重润滑油馏分油(表5，第2列)
重润滑油馏分油(HLD)为一种通常用减压分馏随后用于润滑油生产的原油生产的窄馏分重质石油物流。所述物流的特点是中等粘度、低芳烃含量和高碳/氢比(表4，第1列)。表5第2列表明，通过共蒸馏冷湖原油和这一馏分可满意地达到所有的产品目标。
实施例3：冷湖原油+10％BAGO(表5，第3列)
常压塔底瓦斯油(BAGO)为一种通常用常压蒸馏随后用于各炼油厂过程以生产清洁产品的原油生产的石油物流。所述物流的特点是相对低的粘度、低芳烃含量和高碳/氢比(表4，第2列)。虽然通过共蒸馏冷湖原油生产出有满意针入度的沥青，但255℃的闪点未达到目标。未进行屋面沥青和铺路沥青技术规格测试(表5，第3列)。
实施例4：冷湖原油+10％HVGO(表5，第4列)
减压重瓦斯油(HVGO)为一种通常用减压蒸馏随后用于各种炼油厂过程以生产清洁产品的原油生产的宽馏分石油物流。所述的物流的特点是中等粘度、低芳烃含量和高碳/氢比(表4，第3列)。表5第4列表明，通过共蒸馏冷湖原油和这一馏分可满意地达到所有的目标。
实施例5：冷湖原油+10％重润滑油萃取油(表5，第5列)
重润滑油萃取油(HLE)为一种通常在润滑油生产过程中用溶剂萃取重润滑油馏分油生产的石油物流。所述物流的特点是相对高的粘度、高芳烃含量和低碳/氢比(表4，第4列)。表5第5列表明，虽然通过共蒸馏冷湖原油和这一馏分可达到闪点目标，但它不符合屋面沥青技术规格，而对于所有的产品，铺路沥青等级为CGSB-“B”。
实施例6：冷湖原油+10％催化裂化装置分馏塔塔底馏分(表5，第6列)
催化裂化装置分馏塔塔底馏分(CFB)为一种通常石油馏分油催化裂化和随后产物分馏以后生产的石油物流，CFB为最重的馏分。所述物流的特点是中等粘度，很高的芳烃含量和很低的碳/氢比(表4，第5列)。表5第6列表明，虽然通过共蒸馏冷湖原油和这一馏分可达到闪点目标，但它不符合屋面沥青技术规格，对于所有产品，铺路沥青等级为CGSB-“B”。
表5中的实施例清楚表明，原油共蒸馏所选的高沸石油馏分的性质在生产有适合特性的最终沥青产品中是重要的。HVGO和HLD选作共蒸馏物时，它们比其他候选物明显地提供更有利的性能。
实施例7-9(表6，第3、4和5列)
除实施例4外，在那里使用10％HVGO，使用15％、20％和25％(体积)的HVGO(按整个原油计)也生产出可接受的闪点和比仅用原油生产的产品有更低质量损失的沥青产品(表6，第1列)。产品符合作为屋面沥青和铺路沥青的上述产品技术规格。
                  表6共蒸馏冷湖原油和不同数量减压重瓦斯油(HVGO)的影响
                   产品目标：闪点至少270℃和符合屋面沥青CSA技术规格；
                      符合60℃粘合的CGSB铺路级沥青“A”/“B”分级
  性质   冷湖原油   +10％HVGO   +15％HVGO     +20％HVGO   +25％HVGO
  列数   1   2   3     4   5
  25℃针入度   229-440   440   323     387   229
  切割温度，℃   408-427   436   440     455   475
  产率，％(体积)   52.7-56   56   51.7     50.7   46
  闪点，℃   250-263   265   284     292   298
  100℃粘度   800-1400   680   852     684   1131
  TFOT损失，％(重量)   0.8-0.15   0.4   0.04     0.07   0.1
  屋面沥青CSA技术规格   不符合   符合   符合     符合   符合
  铺路沥青CGSB技术规格   全部“A”级   300/400“A”级边界   300/400“B”级     200/300和300/400“B”级   200/300和300/400“B”级
可以预计有类似HVGO的性能和用于相同范围的其他共蒸馏可同样进行。
图2说明生成产品(A)的沸点分布与纯净冷湖原油(B)和纯净HVGO(C)相比，根据这里公开的方法共蒸馏冷湖原油和高沸馏分的好处。
简单地说，与生产具有更希望的闪点/挥发性性能的产品的重质原油(例如阿拉伯原油，如阿拉伯重质原油和阿拉伯中质原油；加拿大原油如鲍河原油、彭加纳原油、邦德里湖原油和委内瑞拉原油如BCF-22原油)相比，所述的共蒸馏法生产出低挥发性和高闪点的沥青。有利的是，还观测到，生成的沥青比用纯净原油生产的产品有减少烟灰生成的倾向。

Claims (8)

1.一种提高沥青产品闪点的方法，所述的方法包括：减压蒸馏初馏点至少270℃且基本上不含沥青质的高沸石油馏分与原油的调合油到减压蒸馏的切割点为430℃到490℃，所述高沸点石油馏分选自减压重瓦斯油、重润滑油馏分或重润滑油萃取油，当高沸点石油馏分是减压重瓦斯油时，其量占全原油体积的5-30％，当高沸点石油馏分是重润滑油馏分或重润滑油萃取油时，其量占冷湖原油体积的10％，以生产闪点为265-300℃的沥青产品。
2.根据权利要求1的方法，其中所述原油选自未加工的全原油或原油的常压蒸馏渣油。
3.根据权利要求1的方法，其中所述减压重瓦斯油按所述全原油计的数量为15-25体积％。
4.根据权利要求1的方法，其中所述减压重瓦斯油的氢/碳摩尔比大于1.6。
5.根据权利要求1的方法，其中所述减压重瓦斯油的芳烃含量为65-75％。
6.根据权利要求1的方法，其中所述沥青产品在100℃下的动力粘度为500-1500厘沲。
7.根据权利要求1的方法，其中所述沥青产品在100℃下的动力粘度为800-1000厘沲。
8.根据权利要求1的方法，其中所述沥青产品在25℃下的针入度为200-400丝米。
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