CN1289818A - 制备和/或氧化处理沥青的方法以及实施该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制备和/或氧化处理沥青的方法,其中对常压蒸馏原油产生的残渣进行真空蒸馏,之后,如果需要,在220至290℃下,特别是在240至270℃下,优选在高于常压的压力下,在加入或不加入水的条件下,在蒸馏的残渣中通入氧气例如空气,其特征在于,将来自常压蒸馏的残渣分成几份,并且在220至290℃下,特别是在240至270℃下,优选在高于常压的压力下,例如在2至3巴下,在加入或不加入水的条件下,在分量中通入氧例如空气,之后,将该分量与优选剩余的残渣一起进行真空蒸馏,之后,如果需要,在真空蒸馏之后,在220℃至290℃下,特别是在240℃至270℃下,优选在高于常压的压力下,例如在2至3巴下,在加入或不加入水的条件下,在残渣中通入氧气例如空气。

Description

制备和／或氧化处理沥青的方法以及实施该方法的设备

本发明涉及一种制备和／或氧化处理沥青的方法，其中对来自原油常压蒸馏的残渣进行真空蒸馏。此外本发明涉及一种设备，特别是实施本发明方法的设备。

在自然界中，沥青以纯的和与颗粒物质混合的形式存在。由于沥青具有低的水溶性和高的附着力和粘合力，从而具有各种各样的用途。由于其具有各种各样的用途，例如制备屋顶沥青纸、盖屋板、建筑物例如房屋、墙壁等的防水层，特别是道路上层，所以自然存在的沥青在数量上是不足的。为了满足不断上升的这种需求，研制出一种从常压蒸馏原油而形成的残渣中获得沥青的方法，该沥青具有所需要的性能。这里原油是基于环烷烃和基于混合物的原油。根据残渣的组成，对其或者只进行真空蒸馏，或者先进行真空蒸馏，接着用氧例如空气氧化。借助于真空蒸馏应从残渣中除去易挥发组分，而不会引起其热分解。通过氧气处理真空蒸馏的残渣可以提高沥青的软化点，并且实现烃的脱氢作用。相应的设备以及鼓风方法例如描述在AT-353，157-B中。

迄今为止获得沥青的已知方法的先决条件是，在常压或减压下蒸馏石油获得石油残渣，该石油残渣本身已经具有高的沥青含量，并且仅包含少量的链烷烃类物质，因为在偏离室温的温度下链烷烃类物质使沥青的性能明显恶化。即在低温下提高了裂缝倾向性和在高温下提高了塑性。

本发明的任务是提供一种方法，该方法可以从原油制备沥青，该沥青不仅满足公路路面的要求，而且满足其它高要求的产品的要求。本发明的又一任务是提高沥青的粘度，其中不必延长所有原油蒸馏残渣的鼓风过程，这样无需处理大量额外的通过石油蒸馏残渣的氧化降解产物污染的气体量。

本发明涉及制备和／或氧化处理沥青的方法，其中对常压蒸馏原油产生的残渣进行真空蒸馏，之后，如果需要，在220至290℃下，特别是在240至270℃下，优选在高于常压的压力下，在加入或不加入水的条件下，在蒸馏的残渣中通入氧气例如空气，其特征在于，将来自常压蒸馏的残渣分成几份，并且在220至290℃下，特别是在240至270℃下，优选在高于常压的压力下，例如在2至3巴下，在加入或不加入水的条件下，在分量中通入氧气例如空气，之后，将该分量与优选剩余的残渣一起进行真空蒸馏，之后，如果需要，在真空蒸馏之后，在220℃至290℃下，特别是在240℃至270℃下，优选在高于常压的压力下，例如在2至3巴下，在加入或不加入水的条件下，在残渣中通入氧气例如空气。通过常压蒸馏之后的真空蒸馏，以温和的方式从常压蒸馏的残渣中蒸除高沸点物。通过用氧气例如空气处理可以提高最终产物的粘度。氧气作用的时间越长，所调节的粘度越高。它是一种放热过程，所以必须控制温度。热量的释放，如果需要，在附加的冷却系统下，可以经反应器壁进行。也可以通过在鼓风气体中加入液体水来降低温度，因为水在残渣中可以蒸发并且水的蒸发过程需要大量的热量。然而，水的加入还具有其它优点，即可以从残渣中汽提挥发物。通过将常压蒸馏的残渣分成几份和在加入或不加入水的情况下氧化处理分量可以使该分量进行强氧化反应。芳香组分部分地被转化成树脂和沥青。通过氧化处理的分量与余量常压蒸馏产生的残渣混合可以将芳香组分引入该混合物中。通过随后的真空蒸馏可以至少部分地将不希望的链烷烃类物质和其它降低粘度的物质一起除去。来自真空蒸馏的残渣，如果需要，可以进一步在加入或不加入水的条件下用氧气例如空气处理，以便附加地提高来自真空蒸馏的残渣的粘度。借助于该方法，可以赋予由原油供给的迄今为止使用的表现出不好的性能水平的沥青显著改善的性能，或者对此可以使用迄今为止根本不适合于由其获得沥青的原油。

如果使用来自常压蒸馏的芳烃含量是25．0重量％至50．0重量％的残渣，那么可以使用来自至今根本不适合于制备沥青的原油的残渣，通过继续处理以获得高质量的沥青，例如道路用沥青。

如果真空蒸馏底部的最高温度保持在480至540℃，特别是500至520℃，那么很少发生残渣的热分解，其中，附加地，起沥青增塑剂作用的物质以所希望的程度被分离。

如果分量与来自常压蒸馏的残渣混合至芳烃含量是20．0重量％至40．0重量％的，那么随后的氧化步骤可以额外地提高沥青的性能水平。

如果将来自常压蒸馏的残渣分成几份，用氧气例如空气处理分量，真空蒸馏以及，如果需要，用氧例如空气进一步处理，这些步骤连续进行，那么可以得到一种能量消耗特别低的方法，其中无需其它的用于贮存中间产物的容器，所以大大降低该方法的总费用。

本发明的设备，特别是用于制备和／或氧化处理沥青的设备，具有一个常压蒸馏塔，其具有用于残渣的导管，经该导管将残渣供给真空蒸馏设备，真空蒸馏设备的底部与沥青鼓风反应器连接，其特征在于，常压蒸馏塔附加地与另一沥青鼓风反应器连接，如果需要，该另一沥青鼓风反应器本身与真空蒸馏设备连接。这样的设备可以以简单的方式从常压蒸馏设备的底部中导出分量。此外，该分量可以被简单地氧化，然后再次在真空蒸馏设备中与余量混合，之后，根据需要，可以继续处理这样获得的沥青。这样的设备可以连续处理来自常压蒸馏的原油残渣，其中该原油残渣迄今提供或者不好的产物或者根本不可使用的(即不符合沥青定义的)产物。

下面借助于附图和实施例详细地描述本发明。

附图表示用于连续处理来自常压蒸馏的残渣的设备的示意图。

在该附图描述的设备中，经管线1将温度是370℃的原油加入常压蒸馏塔2中。该塔具有未示出的塔顶冷却器和十九个泡罩板，由该泡罩板排出不同的馏分。残渣以320℃经导管4经阀5从蒸馏塔2的底部3排出或者经阀6和7送去进一步反应从而转化为具有高性能水平的沥青。通过阀6、7的不同开启位置将来自蒸馏塔2的经泵8供给的残渣分成几份。经阀6和管线9部分残渣到达沥青鼓风反应器10中，其中按照箭头X通入空气和液态水。经管线11排出的气体经未示出的具有电子过滤器的过滤装置纯化，并且排入大气中。未进行氧化处理的残渣部分经阀7到达导管12中，离开沥青鼓风反应器10的底部的导管13通入导管12中。导管12通入真空蒸馏装置14中，在该真空蒸馏装置中经管线15排出挥发物。此外，真空蒸馏装置14安装有加热装置16。经该加热装置对原料进行加热。然后，经导管17离开底部的产物经导管21排出或者进入另一沥青鼓风反应器18中，在鼓风反应器18中按照箭头Y通入空气和液态水。这些气体经废气管19进入处理装置中，然后排入大气中。制备好的产物经导管20从沥青鼓风反应器18中排出。

对比实施例1：

由70体积％的阿拉伯轻质原油和30体积％的阿拉伯重质原油组成的原油在345℃的交叉点(Schnittpunkt)下进行常压蒸馏。残渣具有表1中列举的性能和组成。然后，在133．3帕和510℃的交叉点下进行真空蒸馏。由真空蒸馏排出的残渣，即获得的沥青，其具有表2中列举的性能和组成。

对比实施例2：

由79体积％迪拜原油和21体积％的科威特原油组成的原油按照对比实施例1进行常压蒸馏。残渣具有表1中列举的性能和组成。然后，进行真空蒸馏。真空蒸馏排出的残渣具有表2中列举的性能和组成。

对比实施例3：

按照对比实施例1，对原油Ural Blend进行常压蒸馏。残渣具有表1中列举的性能和组成。然后，进行真空蒸馏。真空蒸馏排出的残渣具有表2中列举的性能和组成。

对比实施例4：

按照对比实施例1，对原油Amna进行常压蒸馏。残渣具有表1中列举的性能和组成。然后，进行真空蒸馏。真空蒸馏排出的残渣具有表2中列举的性能和组成。

对比实施例5：

按照对比实施例1，对原油Brega进行常压蒸馏。残渣具有表1中列举的性能和组成。然后，进行真空蒸馏。真空蒸馏排出的残渣具有表2中列举的性能和组成。

实施例6：

在240℃和1．4巴下，在3．75小时内将20重量％的按照对比实施例3常压蒸馏原油Ural Blend获得的残渣在实验室沥青鼓风反应器(下面称作Paratox反应器)中，以0．7升／分钟·千克物料的流速供给空气和以0．25升／小时的速度供给液态水。该反应器的总体积是14．10^-3平方米，并且以2．16升／小时的速度连续加入来自常压蒸馏的残渣，同样从反应器中排出相同量的经氧处理的残渣。然后，用氧处理的残渣(其性能和组成列举在表3中)与剩余的残渣混合。这样获得的混合物的芳烃含量是26．1重量％，并且在133．3帕和510℃的交叉点下进行真空蒸馏。这样获得的残渣具有表4中列举的性能。然后，来自真空蒸馏的残渣在下列条件下在沥青鼓风反应器中再次进行氧处理：270℃；压力：190帕；空气：0．7升／分钟·千克物料；0．25升液态水／小时。获得的残渣具有表5中列举的性能。

实施例7：

类似于实施例6进行处理，其中使用基于原油Amna的残渣。由用氧处理和未处理的残渣组成的混合物的芳烃的含量是30．7重量％。

实施例8：

类似于实施例6进行处理，其中使用基于原油Brega的残渣。由用氧处理和未处理的残渣组成的混合物的芳烃的含量是36．9重量％。

对比实施例9：

将70体积％的阿拉伯轻质原油和30体积％的阿拉伯重质原油组成的原油进行真空蒸馏而获得的残渣与破碎的石灰颗粒材料(DeuschAltenburg，Niederoesterreich)混合，该颗粒材料的颗粒尺寸分布是：小于0．09毫米的8．5重量％，2毫米的筛下量是37．8重量％和大于11毫米的是16．7重量％，剩余的小于11毫米，大于2毫米。4．755千克的岩石与0．245千克的70体积％的阿拉伯轻质原油和30体积％的阿拉伯重质原油组成的原油进行真空蒸馏而获得的残渣混合。根据DIN1996，第7部分，测定马歇尔(Marshall)空隙率，根据DIN1996，第11部分，测定马歇尔载荷值(Tragwert)。表6中列举出该沥青混合料的值。

对比实施例10：

按照对比实施例9进行处理，但是使用对比实施例2中的79％迪拜和21％科威特原油的真空蒸馏残渣。获得表6中列举的值。

对比实施例11：

按照对比实施例9，对原油Ural Blend真空蒸馏后获得的残渣(对比实施例3)进行处理。获得表6中列举的值。

对比实施例12：

按照对比实施例9进行处理，但是使用原油Amna的残渣(对比实施例4)。获得表6中列举的值。

对比实施例13：

按照对比实施例9处理在真空蒸馏后获得的原油Brega的残渣(对比实施例5)。获得表6中列举的值。

实施例14：

根据对比实施例9，处理根据实施例6的、来自沥青鼓风反应器和常压蒸馏的原油Ural Blend的混合残渣。获得表7中列举的值。

实施例15：

根据对比实施例9，处理根据实施例7真空蒸馏之后的、来自沥青鼓风反应器和常压蒸馏的原油Amna的混合残渣。获得表7中列举的值。

实施例16：

根据对比实施例9，处理根据实施例8真空蒸馏之后的、来自沥青鼓风反应器和常压蒸馏的原油Brega的混合残渣。获得表7中列举的值。

实施例17：

根据对比实施例9，使用原油Ural Blend，并且按照实施例6在真空蒸馏之后在沥青鼓风反应器中处理混合物而获得的残渣。获得表7中列举的值。

实施例18：

根据对比实施例9，使用原油Amna，并且按照实施例7在真空蒸馏之后在沥青鼓风反应器中处理混合物而获得的残渣。获得表7中列举的值。

实施例19：

根据对比实施例9，使用原油Brega，并且按照实施例8在真空蒸馏之后在沥青鼓风反应器中处理混合物而获得的残渣。获得表7中列举的值。

对比常压蒸馏后的残渣(表1)表明，阿拉伯轻质和阿拉伯重质或迪拜和科威特沥青混合残渣具有所希望的低的饱和烃含量和高的芳烃含量。树脂和沥青的总量在每种情况下均超过20重量％，其中测定的链烷烃的含量特别低。粘度甚至在80℃下具有高的值。Ural Blend、Amna和Brega常压蒸馏之后的残渣的饱和烃的的含量比上面列举的二种沥青的高二倍多，其中芳烃的含量约是2／3。树脂和沥青的总量远远低于20重量％，其中链烷烃的含量约是上面列举的二种沥青的二倍。在80℃下粘度是所要求的值的1／5至1／4。

在Ural Blend、Amna和Brega真空蒸馏之后的残渣(表2)的芳烃含量和树脂与沥青总量明显不同。软化点在40至50℃之间。由阿拉伯轻质油和阿拉伯重质油以及迪拜和科威特油获得的沥青的粘度在100℃下至少比Ural Blend、Amna和Brega的残渣高10％。

表3中给出的值表明，通过在常压蒸馏后在残渣中鼓入空气可以使树脂和沥青明显增加3倍至4倍，而链烷烃的含量基本上保持不变。

表2中的对比实施例1和2的沥青与根据本发明方法获得的实施例6、7和8(表4)的沥青相比，本发明产物中的饱和烃的含量明显高，而芳烃的含量大约是参考值的一半。树脂的含量始终较高，而沥青的含量基本上与对比实施例1和2中的沥青相同。此外，在25℃下的针入度也相同，而在所有温度下粘度均较低。

表4值与表5中的每个值相比较表明，在混合物中进一步鼓入氧可以明显降低芳烃的含量，而树脂和沥青的含量增加至二倍。此外，分子量升高至2至4倍。软化点至少升高至10℃。同样可以显著提高粘度值。

借助于表6和7中列举的值比较沥青混合料的值，其中对比实施例9和10具有特别适合于道路上层的性能。对比实施例11、12和13的混合物(其中粘结剂由常压和真空蒸馏后的原油Ural Blend、Amna和Brega获得)表明，不但针入度而且载荷值和流动度太低，以致于不适合作为道路上层。

表7中列举的值表明，在使用原油Ural Blend和Amna的情况下，通过简单地在分量中鼓入氧气，接着混合，随后真空蒸馏可获得适合于道路上层的混合物，而对于原油Brega，为了使其适合作为道路上层的粘结剂，该混合物必须再次进行鼓风过程。现有技术中的沥青与本发明方法制备的沥青相比较表明，存在可比的强度，对于沥青混合料来说粘合剂的需要量约是相同的。马歇尔载荷值表明，本发明方法制备的粘合剂同样对于岩石具有有利的粘结作用。

表1常压蒸馏后的残渣表2真空蒸馏后的残渣

表3常压蒸馏、鼓入空气后的残渣表4鼓风和未鼓风残渣的混合物进行真空蒸馏后的残渣

表5在鼓风和未鼓风残渣的混合物进行真空蒸馏之后鼓入空气的残渣

表6表7

Claims (6)

1、制备和／或氧化处理沥青的方法，其中对常压蒸馏原油产生的残渣进行真空蒸馏，之后，如果需要，在220至290℃下，特别是在240至270℃下，优选在高于常压的压力下，在加入或不加入水的条件下，在蒸馏的残渣中通入氧气例如空气，其特征在于，将来自常压蒸馏的残渣分成几份，并且在220至290℃下，特别是在240至270℃下，优选在高于常压的压力下，例如在2至3巴下，在加入或不加入水的条件下，在分量中通入氧例如空气，之后，将该分量与优选剩余的残渣一起进行真空蒸馏，之后，如果需要，在真空蒸馏之后，在220℃至290℃下，特别是在240℃至270℃下，优选在高于常压的压力下，例如在2至3巴下，在加入或不加入水的条件下，在残渣中通入氧气例如空气。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，使用来自常压蒸馏的芳烃含量是25．0重量％至50．0重量％的残渣。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在真空蒸馏中，底部的最高温度保持在480至540℃，特别是500至520℃。

4、根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于，将该分量与来自常压蒸馏的残渣混合至芳烃的含量是20．0重量％至40．0重量％。

5、根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，将来自常压蒸馏的残渣分成几份，使用氧气例如空气处理分量和真空蒸馏以及，如果需要，再次用氧气例如空气处理的这些步骤是连续进行的。

6、一种设备，特别是实施权利要求1至5之一的方法的设备，其具有常压蒸馏塔(2)，该蒸馏塔具有用于残渣的导管(4)，经该管道将残渣供给真空蒸馏设备(14)，其底部与沥青鼓风反应器连接，其特征在于，蒸馏塔(2)附加地与另一沥青鼓风反应器(10)连接，如果需要，该另一沥青鼓风反应器本身与真空蒸馏(14)设备连接。

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