CN1230495C - 一种道路沥青胶结料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
揭示了一种适用于热带地区路面铺筑的沥青胶结料及其制备方法，通过选择适宜的重质原油为原料，经常、减压蒸馏得到馏程在460℃以上的减压渣油，然后由溶剂脱沥青工艺直接制取本发明的沥青，或者是将溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青进行氧化或与减压渣油、减粘渣油调合制取本发明的沥青。本发明的沥青具有如下特征：饱和分2～10m%，芳香分25～35m%，胶质60～70m%，沥青质0.1～2m%。本发明沥青胶质含量高，饱和分和沥青质含量低，在针入度相同的条件下，比普通道路沥青具有更高的软化点和60℃粘度。
Description
1、技术领域
本发明涉及一种道路沥青胶结料及其制备方法，特别是用于热带地区路面铺筑用的沥青胶结料及其制备方法。
2、背景技术
沥青由于具有优良的热塑性和粘弹性，广泛应用于路面铺筑、防水防潮、防腐及绝缘等方面。其中最主要的用途是用于公路建设。据统计，全世界道路沥青的产量约占沥青总产量的85％左右。通常，沥青能很好地满足路面铺筑要求，但随着交通量的日益增大及车辆载重量的不断增加，许多沥青路面遭到严重破坏。尤其在气候炎热地区，夏季高温条件下，路面受车轮碾压的反复作用，当荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限时，就容易累积形成车辙，破坏路面结构，沥青路面的永久变形或车辙是造成路面破坏的主要原因。
防止车辙损害最有效的措施是提高沥青胶结料在夏季高温条件下的使用性能。代表沥青高温抗车辙性能的指标主要是60℃粘度和软化点。因而在选用的铺路沥青材料针入度范围固定的情况下，我们希望其具有更大的60℃粘度和更高的软化点。特别是希望沥青材料针入度较大的同时具有更大的60℃粘度和更高的软化点。
美国专利US5302638揭示的一种具有良好的高温粘度和低温柔性的沥青组合物。该组合物是在氧存在条件下，用剪切的方法添加聚乙烯对基础沥青进行改性制得，用其铺路可以提高路面的抗车辙性能。聚合物改性虽然能够显著提高沥青的高温抗车辙和低温抗开裂性能，但聚合物的价格昂贵，并且需额外购置改性设备，因而将大大增加最终的生产成本。
日本公开特许公报特开平6-116499提出的以一种用溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青为原料，与10～70m％的润滑油基础油、溶剂精制抽出油、减压渣油、减粘渣油等组分调合制取高粘度道路沥青的方法。其中脱油沥青的沥青质含量为20～60m％，调合组分的饱和分含量为15～35m％，最终调合沥青的胶质含量为5～30m％，沥青质为5～20m％。中国专利CN1064987公开的一种以阿曼原油的减压渣油为原料，经丙烷脱沥青后，再经半氧化工艺制取60℃粘度为600～1000Pa·s的高粘度道路沥青生产方法，该沥青的族组成是饱和分18～21m％、芳香分50～53m％、胶质26～28m％、沥青质1～3m％。虽然上述两种沥青的60℃粘度较高，满足了高温条件下的使用要求，但由于它们的胶质含量低，沥青产品的针入度偏小，一般在50 1/10mm左右，而在实际的筑路工程中大多使用针入度在70或90 1/10mm左右的沥青产品，因为针入度太小的沥青往往低温性能较差，用其铺路后容易发生低温破坏。
3、发明内容
针对现有铺路沥青普遍存在的在针入度较大的情况下60℃粘度和软化点较低的问题，本发明提出一种胶质含量高、沥青质含量低的沥青胶结料及其制备方法，该沥青胶结料在较高的路面使用温度下，具有良好的抗车辙性能。
本发明的沥青胶结料组成为：饱和分2～10m％，芳香分25～35m％，胶质60～70m％，沥青质0.1～2m％，在针入度相同的条件下，比普通道路沥青的软化点高3～6℃，比普通道路沥青的60℃粘度高40～200Pa·s。
本发明沥青胶结料的生产过程为：选择20℃密度大于0.93g/cm3的重质原油为原料，经蒸馏(常、减压蒸馏)后得到减压渣油馏分，减压蒸馏对应的最高常压温度在460～540℃之间，然后由溶剂脱沥青工艺直接制取本发明的沥青，或者将溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青进行氧化或与减压渣油、减粘渣油调合制取本发明的沥青。
经研究发现，当沥青中的饱和分及沥青质含量较少、胶质含量较多时，可得到在针入度相同的条件下，具有比普遍使用的道路沥青具有更高的软化点和更大的60℃粘度的沥青胶结料。从而在较高的路面使用温度下，具有更好的抗车辙性能。本发明通过选用特定的重质原油为基础原料，经一定加工工艺处理后，得到一种饱和分、沥青质含量低，胶质含量高的沥青胶结料，使产品的软化点和60℃粘度等性能指标大幅度提高，具有优良的高温抗车辙性能。本发明选用的重质原油较难加工，不适于生产轻质燃料等产品。重质原油价格较低，并且在加工过程中不需要加入聚合物等改性剂，因此用其生产的沥青产品成本低，经济性好。
4、具体实施方式
本发明沥青胶结料的生产方法是选择适宜的重质原油为原料，经蒸馏(常、减压蒸馏)后得到减压渣油馏分，减压蒸馏对应的最高常压温度在460～540℃之间，然后在适宜的操作条件下，由溶剂脱沥青工艺直接制取本发明的沥青，或者将溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青进行氧化或与减压渣油、减粘渣油调合制取本发明的沥青。无论使用上述何种工艺及其组合，都应保证最终制得的沥青产品具有如下组成：饱和分2～10m％，芳香分25～35m％，胶质60～70m％，沥青质0.1～2m％。
本发明所述的适宜重质原油是指20℃密度大于0.93g/cm3的原油。最好是轻组分收率低的环烷基、中间基或环烷—中间基重质原油。这些原油用来制取汽油、煤油、柴油、润滑油等高附加值产品的生产工艺复杂，成本较高，用来生产道路沥青将产生更佳的经济效益。最适宜的重质原油如属环烷—中间基的苏丹Fula原油。
本发明所述的蒸馏(常、减压蒸馏)工艺的最高蒸馏温度对应的常压温度应在460～540℃之间，最好在480℃～520℃之间。如果最高蒸馏温度低于460℃，则将有部分轻组分残留在减压渣油中，会对沥青产品的稳定性产生不利影响；如果最高蒸馏温度高于540℃，则所得的减压渣油将会太硬，不适合作为溶剂脱沥青工艺的原料。
本发明所述的溶剂脱沥青工艺常用的溶剂为丙烷、丁烷、戊烷中的一种或其中两种或三种溶剂的混合物。溶剂脱沥青过程可以在亚临界条件下进行，即操作温度和压力分别低于溶剂的临界温度和临界压力；也可以在超临界条件下进行，即操作温度和压力分别高于溶剂的临界温度和临界压力。一般在亚临界条件下，使用丙烷做溶剂的溶剂脱沥青工艺的操作温度为60～80℃，丁烷溶剂90～140℃，戊烷溶剂140～190℃，抽提塔顶部和底部应当保留10～20℃温差。操作压力为2.8～4.2MPa，溶剂与原料的体积比为3～10∶1，最好是6～8∶1。一般在超临界条件下，使用丙烷做溶剂的溶剂脱沥青工艺的操作温度为105～170℃，丁烷溶剂155～240℃，戊烷溶剂200～290℃，抽提塔顶部和底部应当保留10～20℃温差。操作压力为4.2～12MPa，溶剂与原料的体积比为3～10∶1，最好是6～8∶1。溶剂脱沥青工艺得到的脱沥青油收率应在30～70m％之间，最好在40～60m％之间。
本发明所述的氧化工艺是指在高温条件下，通过吹空气的方法使沥青的组成和性质发生变化，从而达到产品的质量要求。氧化可以在间歇式氧化装置中进行，也可以在连续氧化装置中进行。一般氧化温度为170℃～300℃，最好是200℃～250℃。氧化时间为1.0h～7.0h，最好是3.0h～5.0h。
本发明所述的调合工艺是指在调合罐或动态、静态混合器中，将脱油沥青与本发明方法选用原油的减压渣油或与减粘渣油调合。脱油沥青的25℃针入度为0～50 1/10mm，最好是10～30 1/10mm；减压渣油或减粘渣油的60℃粘度应为2～50Pa·s，最好是5～20Pa·s。调合比例为脱油沥青50～90m％，最好是50～70m％；减压渣油或减粘渣油为10～50m％，最好是30～50m％。
下面的实施例将对本发明做进一步说明。
实施例1
以一种20℃密度为0.94g/cm3，属于环烷—中间基的苏丹Fula原油为原料，在实验室实沸点蒸馏装置上蒸馏得到减压渣油馏分，最高蒸馏温度对应的常压温度为520℃。减渣性质如下：25℃针入度大于300 1/10mm，60℃粘度6.6Pa·s，饱和分20.5m％，芳香分32.9m％，胶质46.1m％，沥青质0.5m％。
以丁烷为溶剂在超临界溶剂脱沥青装置上对减压渣油进行溶剂脱沥青试验。塔顶温度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶剂比为6∶1，操作压力为9.2MPa。当脱沥青油收率分别为39m％和45m％时，可制得本发明的沥青，性质如表1所示。
表1
| 分析项目 | 产品1 | 产品2 |
| 针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 10049.01642.832.064.70.5 | 6953.23552.030.467.40.2 |
实施例2
以丙烷为溶剂在超临界溶剂脱沥青装置上对实施例1中的减压渣油进行溶剂脱沥青试验。塔顶温度118℃，塔中112℃，塔底105℃，溶剂比为6∶1，操作压力12.0MPa。当脱沥青油收率为31m％时，可得到针入度240 1/10mm，软化点41.5℃的脱油沥青。取500g脱油沥青在实验室小型间歇釜式氧化装置上进行氧化试验，反应温度250℃，吹气量0.3m3/kg.h，在氧化时间分别为2.5h和3.0h时，可制得本发明的沥青，性质如表2所示。
表2
| 分析项目 | 产品3 | 产品4 |
| 针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 9749.81735.330.163.51.1 | 7052.23555.228.864.81.2 |
实施例3
以丁烷为溶剂在超临界溶剂脱沥青装置上对实施例1中的减压渣油进行溶剂脱沥青试验。塔顶温度174℃，塔中167℃，塔底160℃，溶剂比为6∶1，操作压力为10.5MPa。当脱沥青油的收率为58m％时，可得到针入度24 1/10mm，软化点68.3℃的脱油沥青。将此沥青与实施例1中的减压渣油进行调合，可制得本发明的沥青。试验结果如表3所示。
表3
| 分析项目 | 产品5 | 产品6 |
| 调合比例脱油沥青，％减压渣油，m％针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 584210648.72096.430.263.10.3 | 60409449.52426.930.162.70.3 |
实施例4
以丁烷为溶剂对实施例1中的减压渣油进行亚临界溶剂脱沥青试验。塔顶温度112℃，塔中106℃，塔底100℃，溶剂比为6∶1，操作压力为4.0MPa。当脱沥青油的收率为69％时，可得到针入度11 1/10mm，软化点83.1℃的脱油沥青。将此脱油沥青与减压渣油经减粘裂化工艺得到的60℃粘度为9.2Pa·s的减粘渣油进行调合，可制得本发明的沥青。试验结果如表4所示。
表4
| 分析项目 | 产品7 | 产品8 |
| 调合比例脱油沥青，m％减粘渣油，m％针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 55457151.03398.529.860.21.5 | 58427452.94408.330.260.21.3 |
实施例5
以苏丹Fula原油为原料，在实验室实沸点蒸馏装置上蒸馏得到减压渣油馏分，最高蒸馏温度对应的常压温度为490℃。减渣性质如下：25℃针入度大于300 1/10mm，60℃粘度5.8Pa·s，饱和分23.7m％，芳香分31.7m％，胶质44.2m％，沥青质0.4m％。
以丁烷为溶剂在超临界溶剂脱沥青装置上对此减压渣油进行溶剂脱沥青试验。塔顶温度169℃，塔中162℃，塔底155℃，溶剂比为6∶1，操作压力为9.5MPa。当脱沥青油收率为47m％时，可制得本发明的沥青，性质如表5所示。
表5
| 分析项目 | 产品9 |
| 针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 7452.62962.331.266.20.3 |
通过将本发明得到的沥青与普遍使用的道路沥青性质进行对比，将有助于进一步理解本发明的沥青胶结料。对比试验结果如表6、表7所示，作为对比沥青的茂名沥青、盘锦沥青和中海沥青都是国内高等级公路铺筑工程中比较常用的沥青胶结料。由表中数据可以看出：与一般的道路沥青相比，本发明沥青最显著的特点是胶质含量明显偏高，平均为一般沥青的2倍左右；沥青质含量则大大低于一般的道路沥青产品；在针入度相当的情况下，本发明的沥青明显具有更高的软化点和更大的60℃粘度，而在粘度或软化点相近的情况下，本发明的沥青则具在更大的针入度，因而本发明的沥青具有更佳的抗高温车辙性能。
表6
| 分析项目 | 产品1 | 产品3 | 产品5 | 产品6 | 茂名90号沥青 | 盘锦沥青 |
| 针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa.s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 10049.01642.832.064.70.5 | 9749.81735.330.163.51.1 | 10648.72096.430.263.10.3 | 9449.52426.930.162.70.3 | 8646.315210.250.330.78.8 | 9544.613223.435.535.75.4 |
表7
| 分析项目 | 产品2 | 产品4 | 产品7 | 产品8 | 茂名70号沥青 | 中海沥青 |
| 针入度(25℃)，1/10mm软化点，℃粘度(60℃)，Pa·s组成分析，％饱和分芳香分胶质沥青质 | 6953.23552.030.467.40.2 | 7052.23555.228.864.81.2 | 7151.03398.529.860.21.5 | 7452.94408.330.260.21.3 | 7348.02747.552.936.33.3 | 7347.123416.244.231.48.2 |
Claims (6)
1、一种沥青胶结料，其特征在于以质量计的组成为：饱和分2～10m％，芳香分25～35m％，胶质60～70m％，沥青质0.1～2m％。
2、一种权利要求1所述的沥青胶结料的生产方法，其特征在于选择20℃密度大于0.93g/cm3的重质原油为原料，经常、减压蒸馏后得到减压渣油馏分，减压蒸馏对应的最高常压温度在460～540℃之间，然后由溶剂脱沥青工艺直接制取所述的沥青胶结料，或者将溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青进行氧化或与减压渣油、减粘渣油调合制取所述的沥青胶结料；
其中所述的溶剂脱沥青工艺使用的溶剂为丙烷、丁烷、戊烷中的一种或其中两种或三种溶剂的混合物，溶剂抽提塔顶部和底部的温差为10～20℃，操作压力为2.8～12MPa，溶剂与原料的体积比为3～10∶1；所述的氧化工艺在间歇式或连续氧化装置中进行，氧化温度为170℃～300℃，氧化时间为1.0h～7.0h；所述调合用的脱油沥青的25℃针入度为0～501/10mm，调合用的减压渣油或减粘渣油的60℃粘度为2～50Pa·s，调合比例为脱油沥青50m％～90m％，减压渣油或减粘渣油为10m％～50m％。
3、按照权利要求2所述的生产方法，其特征在于所述的重质原油为环烷基、中间基或环烷—中间基重质原油。
4、按照权利要求2或3所述的生产方法，其特征在于所述的重质原油为环烷—中间基的苏丹Fula原油。
5、按照权利要求2所述的生产方法，其特征在于所述的氧化温度为200℃～250℃，氧化时间为2.0h～5.0h。
6、按照权利要求2所述的生产方法，其特征在于所述调合用的脱油沥青的25℃针入度为10～301/10mm，调合用的减压渣油或减粘渣油的60℃粘度为5～20Pa·s，调合比例为脱油沥青50m％～70m％，减压渣油或减粘渣油为30m％～50m％。
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