CN101010416B - 用于使沥青改性的方法与设备 - Google Patents

Abstract

用于使沥青改性的设备。这种设备包括多段式环管反应器。循环泵(11)使沥青在反应器(10)中循环，空气在注射位置(13)处引入。沥青由变速泵在入口(14)处引入反应器(10)。

Description

用于使沥青改性的方法与设备

技术领域

本发明涉及一种用于使沥青改性的方法与设备。

背景技术

已知的是通过氧化沥青来使沥青改性，特别是改进沥青的性能。氧化的或所谓的吹制沥青通过这样一种方式获得，即当沥青处于极高的温度例如200-350℃，通常为240至280℃时吹送或输送空气通过沥青。所形成的改性沥青更硬，即在类似的温度下具有增加的软化温度与粘度。

使用适当的试剂，就可以进一步改进沥青的性能以使沥青粘度更不容易受温度的影响。这些多级沥青(multi-grade bitumen)在本领域内也已公知。

通过吹气来使沥青改性的方法比较缓慢。由于沥青改性设备内在任何空间中存在挥发性烃，所以该方法本身存在危险。该方法还可能导致显著的碳沉积。该方法常常效率低下。还可能存在着使工厂失火或爆炸以及间接损害的实际风险并且可能地伤害到人员。

传统的沥青改性方法可以是成批的或连续的方法。根据用于实现该方法的设备的简单形式，处于高温下的沥青可被装入容器中，空气被引入到该容器的下部以便向上经过沥青。例如，在容器的基座中可以设置有喷射环(sparge ring)用以将空气注入到沥青中。

根据另一种方法，可以经过沥青所处的容器的顶部将空气引入。空气与沥青通过位于沥青内的旋转搅动元件而相互混合。按照这种方式，空气就通过沥青而散布。

发明内容

本发明的一个目的在于提供用于使沥青改性的设备，其提高了产量效率并且以固有安全的方式进行。

本发明的另一个目的在于提供一种以非常可控制的方式将沥青更有效地改性成各种各样的规格且以更加安全的方式进行。

广泛地，根据本发明的一个方面，提供一种用于使沥青改性的方法，该方法包括以下步骤：使沥青沿着管状路径通过，从而使沥青经过该管状路径中的多个混合器，并且在沿着该管状路径的位置处将空气注入到沥青中。

根据本发明的第二广义的方面，提供用于使沥青改性的设备，该设备包括：沥青可沿其运动的管状路径；用于在沿着所述管状路径的位置处将空气引入到沥青中的装置；以及多个位于所述管状路径中的混合器。

优选地，该设备包括用于将空气供应至用于引入空气的装置的空气压缩机。

优选地，该设备包括至少一个用于加入催化剂和/或试剂的端口。

为了进一步增加生产率，空气可以在注入到所述管状路径中之前被加热。

优选地，所述混合器为沿着所述管状路径间隔开的静态混合器。

为了进一步增加生产率，该设备可以在大气压力以上的压力下操作。

为了进一步增加生产率，可以加入催化剂。为了以不同的方法使沥青改性例如产生多级沥青，可以加入一种或多种试剂。

附图说明

在下文中参考附图来更具体地描述，其中：

图1为根据本发明的并可根据本发明的方法操作的设备的概略示意图。

具体实施方式

以下描述涉及用于实现本发明的设备的一种优选形式。主要地，该设备包括管反应器(tube reactor)10，在本发明的更优选的形式中，设备有效地包括单个但具有多段的管反应器。更具体而言，管反应器呈环管反应器(loop reactor)的形式。

设备10包括通过管12联接至空气注射位置13的循环泵11，该空气注射位置13包括空气流量控制器。在泵11与空气注射入口13之间的位置处，设置有用于将沥青吸入管12中的入口14。设备的控制单元将会控制变量泵P1的速度，以便控制经由入口14加入到反应器中的沥青的量。

在开始启动设备时，在空气注射开始之前，利用沥青充注反应器。(当启动设备时，)循环泵11将会缓慢地升高速度，而后保持于基本上设定的速度。在空气注射位置13处的空气流量也将会缓慢地积聚直至建立稳定的操作条件。

在操作中，设备将会始终保持充满沥青达到柱25中(或倾斜段24中)的沥青水平，当然头部21中的空气空间(air space)和至少倾斜段24(在下文中所述)下方除外。因此，设备不会被排空，因而当设备并不处于操作中时，设备中保持填充有沥青。

包括泵11与变速泵P1和P2的设备、入口14与出口27以及管反应器柱16、18、20和33均带有护套。热油可以经过护套以便在沥青产品制造操作开始之前预热设备和所包含的沥青以及沥青泵。

循环泵11操作用于使得沥青以所需的速率在设备10中循环。因此，所注射的空气就通过静态混合器15而良好地散布于沥青中。

根据本发明的一种形式，用于进一步增加生产量的速率的选择之一就是将注射位置13处所注射的空气预热。

在本发明的优选形式中，在约为6至7巴(90至100psi)的压力下将空气从输送空气的压缩机(未示出)供应至空气注射位置13。在常温常压下(ntp)，将空气加入到设备中的速率通常可以约为1.0m³/min。

沥青和空气经过管段16，该管段16从空气注射位置13延伸。该段16包括沿着管段16并隔开一定距离的多个静态混合器15。在到达管16的端部时，沥青经过连接件17而流至第二管段18，该第二管段18也包括有多个间隔开的静态混合器15。

另一个连接段19将沥青引入到第三管段20中，第三管段20也包括有多个间隔开静态混合器15。

多种构型改变的静态混合器均为公知的。在本发明中，静态混合器15具有不锈钢构造。

调节泵11的速度以使设备内的流体流的速度与静态混合器的功能相匹配。静态混合器的设计在流体流的方向上产生急剧变化，并且所形成的紊流使流体流中的所有组分形成密切的混合。

通常，沥青在设备中的平均停留时间约为两分钟。

在头部段21内，沥青从管段20的端部22流出。沥青在重力作用下向下流至头部21的倾斜段24并进入第五管段25，该第五管段25经由管段33联接至出口27，在环管反应器内循环的吹制沥青的一部分通过该出口27流出。通过来自水平传感器30的控制单元导出信息来控制在出口27处由变速泵P₂从反应器中吸取的部分吹制沥青。由于泵P₂的可变控制，柱25或向上至倾斜段24中的沥青的水平(高度)将会保持恒定。控制器30可以为任何适用类型，如雷达单元。

蒸气出口29联接至头部段21。通过该出口29排出的蒸汽包括低氧含量的空气和挥发物。尽管并未示出，但是防爆口通常将会连接至空气和蒸气输出段29。空气和挥发物将会经过压力控制阀31以便在焚化装置32中烧掉(焚化)。该压力控制阀31还将设备内的压力调节至约为6-7巴(90-100psi)，这样做的作用在于增加使沥青改性的反应速率。

在本发明的优选形式中，空气和挥发物的蒸气将被传送至热交换器型焚化装置32，以使烧尽的空气/蒸汽混合物可以用于加热经过热交换器的线圈的所谓热油。随后，这样加热的热油可以用于其它处理活动，如预热沥青和/或空气。替代地，空气和挥发物可以被送入简单的焚化装置以烧掉。

根据本发明的一种形式，可以在约为220-230℃的温度下将沥青供向管反应器10，这就导致离开反应器的处理后的沥青处于约230-240℃的温度下。为了增加反应速度，如上所述，头部中的空气压力在某处将会约为6-7巴(约90-100psi)。

与通过使用传统的氧化工厂实现的吹制沥青相比，由于这种沥青与来自压缩机的空气一起注射，而后经过多个具有多个间隔开的静态混合器的段，从而使空气中的氧与沥青接触最紧密，所以这种沥青具有相当大的优点。本发明的设备的产量约为每小时10-20吨，这与传统的可比较的工厂每小时5-10吨的产量相比是有利的。

本领域的普通技术人员应当理解，在本发明的范围内，对设备和方法的改进是开放的。例如，通过加入其他管段和静态混合器，增大管和静态混合器的尺寸和/或增加进入设备的空气注射的速率可以进一步增加沥青改性的速率。

在另一个实施例中，静态混合器可以完全或部分地由旋转式混合器或具有驱动混合元件的混合器代替。

根据本发明的一种优选形式，环管反应器位于竖直取向中。然而，在一种替代的构造中，管状元件可以(至少部分地)水平地设置，但是其中段20的至少一部分垂直(或某些其它取向)通向竖直设置的头部段21，而倾斜段24通向竖直取向的段25。

与传统的沥青氧化工厂相比，该设备的效率增强，这是由于通过穿过多个静态混合元件的沥青和空气的快速运动而实现氧在沥青内高效散布，从而使得反应的速率增加。

根据本发明的方法和设备提供了使沥青改性的非常稳定且可控制的装置。还能够生产包括多分级沥青在内的各种各样沥青规格的产品。

如果为了获得沥青的所需最终规格而需要的话，该方法可以在存在催化剂和试剂的情况下实现。试剂可以通过泵P₃加入，而催化剂可以通过泵P₄加入。

这种氧通过沥青的更好的分布情况用经由入口13进入的空气来示例说明，所述空气具有20.5％的氧的组分，而离开设备的蒸气中氧含量约为7.5％。众所周知，对于传统的氧化工厂，离开工厂的蒸气的含氧量高达19.5％。这样，相对少量的空气就进入并离开该设备。

这种氧与沥青固有的更好的反应就使得沥青的改性更快且更有效并且改性方法更安全。离开设备的挥发物使得发生爆炸的可能性显著降低。另外，蒸气可以受控且安全的方式烧掉。

另外，由于这样做，设备在操作中更加清洁，从而不会产生与常用设备相关联的显著的碳沉积。另外，通过混合器的紊流产生自动清洁。因此，就不需要清洁或定期清洁。

而且，设备的设计使得沥青表面上方的空间显著地减少，并且在空气中包含显著降低的氧含量。即使在此类空间中点燃挥发性烃蒸汽，该结构也显著地降低了在此类空间中发生任何爆炸的影响。

因此，本发明的方法和设备不仅提高了氧化沥青的产量，并且其操作方式使得具有较少的空气空间并且产生较低水平的挥发物和碳沉积，这固有地导致更清洁且更安全的操作。

Claims (24)

1.一种用于使沥青改性的方法，所述方法包括以下步骤：使沥青沿着管状路径通过，从而使沥青经过所述管状路径中的多个混合器，并且在沿着所述管状路径的位置处将空气注射到沥青中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沥青经过多个静态混合器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在静态混合器之前的管状路径中的位置处注射空气。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，将空气在注入到管状路径中之前进行加热。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在大气压力以上的压力下进行。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将催化剂和/或试剂加入到在所述管状路径中循环的沥青中。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法随着将沥青加入到管状路径中并从管状路径取出改性沥青而连续进行。

8.一种用于使沥青改性的设备，所述设备包括：管状路径，沥青可沿着所述管状路径运动；用于在沿着所述管状路径的位置处将空气引入到沥青中的装置；以及位于所述管状路径中的多个混合器。

9.根据权利要求8所述的设备，所述设备包括空气压缩机，该空气压缩机用于将空气供应至用于引入空气的装置。

10.根据权利要求8或9所述的设备，所述设备还包括用于加热被引入到沥青中之前的空气的加热装置。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述混合器为沿着所述管状路径间隔开的静态混合器。

12.根据权利要求8所述的设备，所述设备还包括用于加入催化剂和/或试剂的至少一个端口。

13.根据权利要求8或9所述的设备，其中，一头部段包括从管状路径的一部分的出口，所述混合器位于所述管状路径的所述一部分中，由此穿过所述出口流出的沥青流向出口端口，所述出口端口联接至用于从所述设备吸取一部分沥青的变速泵。

14.根据权利要求13所述的设备，所述设备还包括水平感测装置，其用于感测位于头部段中的出口与出口端口之间的沥青的水平。

15.如权利要求8所述的设备，其中，管状路径为连续的，并且所述管状路径连接有循环泵以使沥青循环。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述管状路径由多段环管反应器形成。

17.根据权利要求15所述的设备，其中，沥青通过变速泵而被引入到所述管状路径中。

18.根据权利要求15、16或17所述的设备，其中，管状路径包括其中的沥青的量可以通过传感器装置感测的管段，并且响应于来自传感器装置的输出而从所述管状路径中抽取沥青。

19.根据权利要求9所述的设备，其中，在6巴至7巴之间的压力下，压缩机将空气输送至用于引入空气的装置。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述用于引入空气的装置在常温常压下以1.0m³/min的速率将空气引入到所述管状路径中。

21.根据权利要求18所述的设备，所述设备还包括头部段，沥青在经过所述混合器之后流入所述头部段，一蒸气出口联接至所述头部段以便排放低氧含量的空气和挥发物。

22.如根据权利要求21所述的设备，所述设备还包括连接至所述蒸气出口的防爆口。

23.根据权利要求21或22中所述的设备，其中，所述头部段联接有压力控制阀以便调节设备内的压力。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述压力控制阀的作用在于将压力调节至6巴至7巴之间。

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