CN104560089B - 一种高软化点沥青的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高软化点沥青的生产方法，包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，将母液、熔融态的沥青原料和促进剂加入调和罐中混合，同时从调和罐底部通入含氧气体，进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出。吹脱结束后，得到高软化点沥青；其中所述的相容剂为馏程范围在100~380℃之间的任意馏分；所述的改性剂为岩沥青、地沥青或湖沥青中的一种或几种。本发明方法以改性剂调和并配合促进剂使沥青发生化学反应，工艺简单、操作方便、成本低廉，所得产品的高温性能优良，应用范围广泛。

Description

一种高软化点沥青的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高软化点沥青的生产方法，具体地说涉及一种采用改性剂提高沥青高温稳定性的高软化点沥青生产方法。

背景技术

高软化点沥青是指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青。高软化点沥青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。如作为建筑房屋的屋顶罩面之用，即使在炎热的夏季也不会软化或流淌。还可以用于深层油气田的钻井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降滤失量的作用。此外，还可以用作高分子材料的改性添加剂等。

高软化点沥青生产工艺主要采用溶剂脱沥青工艺或氧化工艺。按照现有的溶剂脱沥青工艺，欲得到高软化点沥青，需要采用更重的溶剂。为脱除沥青相中的溶剂，需要加热到更高的温度，因此极易造成加热炉结焦等问题，而且能耗很大。另外，即使在较高的温度下高软化点沥青的粘度仍然很大，生产出料也比较困难，因此目前的溶剂脱沥青工艺并不十分适宜生产高软化点沥青。

氧化沥青工艺是指以软化点低，针入度大及温度敏感性高的减压渣油、溶脱沥青或它们的混合物为原料，在氧化塔中在一定的温度条件下通入空气进行反应，使其组成发生变化，软化点升高，针入度和温度敏感性下降，以达到沥青产品规格和使用性能要求。与溶剂脱沥青工艺相比，氧化工艺具有投资少，工艺简单，易操作等优点，不失为生产高软化点沥青较理想的工艺手段。

然而，采用传统的氧化沥青工艺生产高软化点沥青时，由于反应时间过长、空气分布不均匀等原因，会使反应在后期很难进行，甚至造成结焦的不良后果。严重影响了生产的连续性和产品的质量。

为了在较低的反应温度和较短的反应时间内，得到软化点高的沥青，通常采用催化氧化的方法，即在反应中加入一定量的催化剂，来提高反应速度。

CN102464989A公开了一种采用预混式催化氧化生产高软化点沥青的方法。该方法提高了氧化效率，降低了氧化时间和温度，但是需要加入一定量的催化剂。不仅增加了成本，而且所采用的催化剂为酸性物质，长时间生产可造成设备的腐蚀，缩短生产周期等问题。

调和法在众多的沥青生产方法中，最为简单且成本低廉。但是，若要得到高软化点沥青，就必须添加更高软化点的调和组分。在调和过程中需要采用较高的调和温度和较长的调和时间，极易使最终产品老化甚至结焦。

CN200410021928.4公开了一种采用天然沥青与石油沥青调和提高产品软化点的方法。该方法首先需要将天然沥青粉碎成细粉，才能加入到石油沥青中。所得沥青软化点在100℃以下。有的还需要采用剪切机或胶体磨进行再次混合，增加了流程的复杂性。这种方法在生产120℃以上甚至150℃以上的高软化点沥青时，显然是不适用的。会因天然沥青的加量提高，很难混合均匀。

CN101195758A公开了一种先将石油沥青加热到牛顿流体状态，再加入天然沥青的方法提高沥青软化点。所需熔解温度可达300℃以上，不仅浪费能源而且易造成高温老化。该方法对加入的天然沥青的细度要严格控制，需达到180目以上，否则很难完全混融。此外，天然沥青属于热敏性材料，在粉碎或超细粉碎时，会增加很大成本。

发明内容

针对现有技术在生产高软化点沥青过程中存在的生产周期长，操作困难，工艺复杂等问题，本发明提供一种高软化点沥青的生产方法，该方法以改性剂调和并配合促进剂使沥青发生化学反应，工艺简单、操作方便、成本低廉，所得产品的高温性能优良。

本发明高软化点沥青的生产方法，包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，将母液、熔融态的沥青原料和促进剂加入调和罐中混合，同时从调和罐底部通入含氧气体，进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出，经冷凝回收可循环使用。吹脱结束后，得到高软化点沥青；其中所述的相容剂为馏程范围在100~380℃之间的任意馏分，优选汽油、煤油或柴油中的一种或几种；所述的改性剂为岩沥青、地沥青或湖沥青中的一种或几种，软化点为180~350℃，优选200~300℃，占母液总重量的20wt%～80wt%，优选40wt%～60wt%。

本发明方法中，所述的沥青原料为石油沥青，包括减压渣油、直馏沥青、溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青等中的一种或几种的混合物，沥青原料25℃针入度为25～200 1/10mm，软化点为30～70℃。

本发明方法中，母液与沥青原料的混合的质量比为10：1~1：1，优选8：1~2：1。

本发明方法中，所述的促进剂为双氧水、氯酸钾、高锰酸钾或氯化铁中的一种或几种，促进剂加入量为占原料总量（这里沥青原料与改性剂总质量）的0.1wt%～1.0wt%。

本发明方法中，所述的含氧气体为纯氧气、空气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种，氧气在气相中的体积分数为20%~100%。

本发明方法中，改性剂与相容剂混合温度为20~80℃，优选25~75℃。混合时间为1~60分钟，优选10~30分钟，混合过程采用普通的机械搅拌的方式。

本发明方法中，调和罐为下部带有压缩气体入口，上部设有气体出口以及带有搅拌的容器。

本发明方法中，所述的吹脱处理条件为：温度150～300℃，优选为180～280℃，时间为0.5～5小时，优选1~4小时，压缩气体入口压力为0.1~0.3MPa。吹脱处理过程中采用机械搅拌对反应原料进行混合，搅拌伴随着整个吹脱过程。

本发明方法中，吹脱处理过程优选按照如下方式进行：在温度150~250℃，进行吹脱处理30~150分钟，然后升温至200~300℃，吹脱10~100分钟。

本发明方法中，相容剂在吹脱过程中呈气相经调和罐上部出口排出，并冷却进入收集器可循环使用。

本发明方法制备的高软化点沥青产品的软化点为120~250℃，优选150~220℃。

本发明方法与现有技术相比具有如下优点：

（1）由于岩沥青等沥青原料的软化点很高，多在200℃甚至240℃以上，采用普通调和工艺生产高软化点沥青时，需要将岩沥青粉碎成极细的粉末，否则很难混融均匀。而且所得产品的软化点越高，加入的改性剂就越多，需要的调和温度也越高，甚至超高300℃以上。这样，不仅提高了成本，增加了能耗，而且也会使产品性质劣化。本发明方法中，选用合适的相容剂在常温下即可将难以熔融的改性剂制成质地均匀的母液，为了加快混融速度，可以适当加热，使后面的调和改性过程更易进行。可以在较低的温度，较短的时间完成生产，有效提高产品软化点，而且对改性剂的细度没有过高的要求。此外，由于所选相容剂均为石油馏分，与改性剂有很好的相容性，而且不会给产品带来任何杂质，同时，产品软化点可以根据不同需要进行调节。

（2）在调和罐下部通入含氧气体，既能够有效地脱除母液中的相容剂，又能够起到辅助搅拌的作用，使沥青和改性剂混合得更均匀；同时沥青原料在促进剂的作用下发生氧化、缩合反应。与单纯的物理过程相比，这种边氧化边调和的工艺使沥青的组成发生了变化。，不仅使其与天然沥青组分能更好地融合在一起，而且能够改善产品的抗温度敏感性等使用性能，并能在较短的时间内使沥青的软化点迅速升高，提高了反应效率。

（3）通过选用合适的改性剂、相容剂制备成母液，在促进剂和压缩气体的作用下使沥青原料发生化学反应，并与母液进行调和改性，同时采用压缩气体对相容剂进行吹脱处理，可在较低的温度、较短的时间内有效提高产品软化点，在油田钻井方面，特别是深层钻井液体系中具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面将通过实施例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明。软化点的测试方法根据GB/T4507方法进行。高温粘度根据SH/T 0739方法进行。

实施例1

取软化点为212℃的岩沥青120g和100g煤油置于容器中，常温搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将80g针入度为82 1/10mm，软化点为44.6℃的减压渣油加热至140℃熔融态，置于调和罐中加入0.8g高锰酸钾，并通入含氧气体（氧气与氮气的混合物，氧气含量为30v%）混合10分钟后加入母液，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.15 MPa，调和罐温度保持在190℃，搅拌100分钟。将调和罐温度升至220℃，保持30分钟。工艺条件及产品性质见表1。

对比例1

母液制备同实施例1。将80g针入度为82 1/10mm，软化点为44.6℃的减压渣油，置于调和罐中加热至140℃熔融态。通入含氧气体（氧气与氮气的混合物，氧气含量为30v%）10分钟后加入母液，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.15 MPa，调和罐温度保持在190℃，搅拌100分钟。将调和罐温度升至220℃，保持30分钟，得到高软化点沥青。产品性质见表1。

实施例2

取软化点为205℃的岩沥青128g和100g柴油置于容器中，50℃搅拌15分钟，待充分混合均匀后制得母液。将72g针入度为72 1/10mm，软化点为45.2℃的减压渣油置于调和罐中加热至150℃熔融态。加入1.6g氯化铁并通入压缩空气15分钟后加入母液，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.24 MPa，调和罐温度保持在200℃，搅拌85分钟。将调和罐温度升至250℃，保持20分钟，得到高软化点沥青。产品性质见表1。

对比例2

取软化点为205℃的岩沥青145g和145g柴油置于容器中，50℃搅拌15分钟，待充分混合均匀后制得母液。将55g针入度为72 1/10mm，软化点为45.2℃的减压渣油置于调和罐中加热至150℃熔融态。在调和罐中加入母液并通入压缩空气，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.24 MPa，调和罐温度保持在200℃，搅拌100分钟。将调和罐温度升至250℃，得到高软化点沥青。产品性质见表1。

实施例3

取软化点为205℃的岩沥青154g和150g柴油置于容器中，60℃搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将46g针入度为45 1/10mm，软化点为47.8℃的减压渣油置于调和罐中加热至150℃熔融态。加入1.0g高锰酸钾，并通入压缩空气混合10分钟后加入母液，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.22 MPa，调和罐温度保持在210℃，搅拌90分钟。将调和罐温度升至270℃，保持25分钟，得到高软化点沥青。产品性质见表1。

对比例3

取软化点为205℃的岩沥青154g和150g柴油置于容器中，60℃搅拌20分钟，待充分混合均匀后制得母液。将46g针入度为45 1/10mm，软化点为47.8℃的减压渣油置于调和罐中加热至150℃熔融态。加入1.0g高锰酸钾，并通入压缩氮气混合10分钟后加入母液，调节减压阀使调和罐气体入口压力为0.22 MPa，调和罐温度保持在210℃，搅拌90分钟。将调和罐温度升至270℃，保持25分钟，得到高软化点沥青。产品性质见表1。

表1 实施例和对比例中高软化点沥青产品性质。

Claims (7)

1.一种高软化点沥青的生产方法，其特征在于包括如下内容：改性剂与相容剂混合得到母液，将母液、熔融态的沥青原料和促进剂加入调和罐中混合，同时从调和罐底部通入含氧气体，进行吹脱处理，相容剂呈气相经调和罐上部出口排出，吹脱结束后，得到高软化点沥青；其中所述的相容剂为馏程范围在100~380℃之间的任意馏分；所述的改性剂为岩沥青、地沥青或湖沥青中的一种或几种；所述的改性剂的软化点为180~350℃，占母液总重量的20wt%～80wt%；所述的促进剂为双氧水、氯酸钾、高锰酸钾或氯化铁中的一种或几种，促进剂加入量为占沥青原料与改性剂总质量的0.1wt%～1.0wt%；所述的吹脱处理条件为：温度为150～300℃，时间为0.5～5小时，压缩气体入口压力为0.1~0.3MPa。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的相容剂为汽油、煤油或柴油中的一种或几种。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的沥青原料为石油沥青，选自减压渣油、直馏沥青、溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青中的一种或几种的混合物，沥青原料25℃针入度为25～200 1/10mm，软化点为30～70℃。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：母液与沥青原料混合的质量比为10：1~1：1。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的含氧气体为纯氧气、空气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种，氧气在气相中的体积分数为20%~100%。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：改性剂与相容剂混合温度为20~80℃，混合时间为1~60分钟。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：吹脱处理过程按照如下方式进行：在温度150~250℃，进行吹脱处理30~150分钟，然后升温至200~300℃，吹脱10~100分钟。