CN1900221B

CN1900221B - 铺装用沥青及其制造方法

Info

Publication number: CN1900221B
Application number: CN2006100847757A
Authority: CN
Inventors: 中村好和; 田口昌广; 塚越彻
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: CN1900221A

Abstract

本发明提供一种能够以更为简便的方法使薄膜加热试验后的延伸率较大并且针入度残留率较大等在耐老化性方面优良的铺装用沥青。在将原油在小于400℃下常压蒸馏后，通过将所得的常压蒸馏残油在馏出温度500～650℃的范围中减压蒸馏，得到蜡量小于2.2质量％、沥青烯成分为7.5～10.2质量％、硫成分为5.63～6.00质量％、钒/镍比为3.02～3.66的减压蒸馏残油，将其作为铺装用沥青使用。

Description

铺装用沥青及其制造方法

技术领域

本发明涉及应用性良好的铺装用沥青及其制造方法。具体来说，涉及薄膜加热试验后的延伸率大并且针入度残留率大等沥青复合材料(也称作沥青混合物)的制造、搬运、施工时的热老化及应用后的氧化老化等方面优良的铺装用沥青及其制造方法。

背景技术

道路用的沥青铺装材料通常来说是将碎石、沙子、石粉及沥青用搅拌机加热混合而制造的。即，该沥青复合材料(有时也称作沥青混合物)被如下制造，即，将在沥青复合材料设备中预先加热、干燥为150～170℃左右的粒料(粒度不同的碎石、沙子、石粉)与在150～165℃左右被加热贮藏的沥青投入搅拌机，搅拌混合1分30秒至2分钟左右，制造出沥青复合材料。该复合材料被堆放于翻斗汽车中，保温地运送到施工现场。在施工现场，在道路等现场上在140～155℃下将复合材料以给定厚度均匀地铺设，在120℃～140℃左右的温度下用铁制的压路机进行一次碾压而压实。然后，在90～110℃左右的温度下，利用橡胶制的充气轮胎压路机进行二次碾压而作为铺装体完成加工。

像这样，沥青在沥青复合材料设备的贮藏罐中在150～165℃左右的温度加热贮藏，在复合材料制造时，利用混合以薄膜状涂覆在高温的粒料表面，在该状态下被运送到施工现场。由于近年来要在城市的交通堵塞之中用翻斗汽车运送到施工现场，因此与以前相比要花费更多的运送时间，虽然可以保温，然而复合材料温度下降，难以确保施工时的碾压温度。因此，在复合材料设备中，就要提高制造沥青复合材料的温度，以应对直至施工之前这段时间的温度降低。所以，沥青就逐渐处于容易发生热老化、氧化老化的条件下。

铺装体中的沥青如上所述，在沥青复合材料制造时及施工时老化最为明显，在用于铺装后的裂纹或粒料剥离等对寿命产生很大的影响。因此，通过模拟复合材料制造及施工时的老化而由JIS规定了薄膜加热试验。耐老化性具体来说是由薄膜加热试验后的延伸率大并且针入度残留率大等情况显示的。

这里，为了改善铺装用沥青的耐老化性，以往提出了各种尝试。

专利文献1中公布有如下的技术，即，为了降低沥青复合材料制造时等的混合温度，并且为了增多循环次数，将原油的减压蒸馏残渣在流动催化剂床之下进行加氢处理，继而除去轻质成分。相同文献中，该沥青组合物由于硫成分或氮成分的含量因加氢而大幅度减少，因此对于热、氧化、紫外线变得稳定，对于路面的经时老化，例如粒料的剥离现象、裂缝、辙痕等可以显示出足够的耐久性。另外，由于蜡成分被除去，因此可以防止因蜡析出而产生的粒料的剥离、裂缝等。

专利文献2中，公布有具有如下目的的技术，即，提供改良了针入度及感温性的脱除丙烷的改性沥青及使用它而改良了与粒料的耐剥离性、感温性的质量优良的直馏沥青。相同文献中的直馏沥青作为整体组成，因石蜡成分小于等于10质量％，因而蜡成分减少，直馏沥青与粒料的耐剥离性提高。另外，从提高直馏沥青与粒料的耐剥离性的观点考虑，蜡成分优选小于等于2质量％。

[专利文献1]特开2002-60628号公报

[专利文献2]特开2004-346156号公报

但是，这些技术必须进行与脱除丙烷的改性沥青的混合，或者必须进行减压蒸馏残渣的加氢处理、轻质成分除去工序等，因而希望能够以更为简便的方法来改善耐老化性。

另外，在原油中，通常来说含有多种金属，尽管只是不会引起较特别问题的程度的非常微少的量，特别是广泛地分布有镍和钒，其量以及镍、钒比取决于原油的种类而有很大不同。这些金属不一定是以金属单体的状态存在，因此，根据原油的种类、精制的方法、其程度等，在一定限度下，其含有率虽然会改变，但还是会混入残油中。由于此原因，在常压或减压的残油中，特别是镍和钒，虽然来自原油的只有一定限度，特别是通过改变减压残渣的馏出温度，镍和钒的量以及其比不同。

但是，如前所述，包括广泛分布的镍或钒在内，残油中的这些微量的金属通常来说在任何的意义下都基本上没有何影响。

发明内容

在所述现有的技术中，必须进行与脱除丙烷改性沥青的混合，或者必须进行减压蒸馏残渣的加氢处理、轻质成分除去工序等，因而希望能够以更为简便的方法来改善耐老化性。

所以，本发明的目的在于，提供薄膜加热试验后的延伸率大并且针入度残留率大等能够以更为简便的方法使耐老化性优良的铺装用沥青及其制造方法。

本申请发明人等对不使用脱除丙烷改性沥青，而仅使用其自身，或者不需要加氢处理、轻质成分除去工序等，而使耐老化性优良的铺装用沥青及其制造方法进行了研究，结果发现，通过严格地控制原油、常压蒸馏残油或减压蒸馏残油的性状，就会显示出优良的耐老化性，从而完成了本发明。

本发明之一涉及具有如下特征的铺装用沥青，即，包括蜡量小于2.2质量％、沥青烯成分为7.5～10.2质量％、硫成分为5.63～6.00质量％、钒/镍比为3.02～3.66的减压蒸馏残油。

本发明之二涉及具有如下特征的本发明之一的铺装用沥青的制造方法，即，在将原油在低于400℃下常压蒸馏后，将所得的常压蒸馏残油在馏出温度500～650℃的范围中减压蒸馏。

本发明之三涉及具有如下特征的铺装用沥青的制造方法，即，在本发明之二中，原油的性状为：30℃的运动粘度为10.88～14.00mm²/s，50℃的运动粘度为6.68～7.98mm²/s，硫成分为2.45～2.80质量％，密度为0.8658～0.8740g/cm³。

本发明之四涉及具有如下特征的铺装用沥青的制造方法，即，在本发明之二或三中，常压蒸馏残油的性状为：密度为0.9660～0.9749g/cm³，50℃的运动粘度为581～743mm²/s，钒/镍比为3.19～3.70，残留碳成分为10.3～11.8质量％。

根据本发明，通过严格地控制原油、常压蒸馏残油或者减压蒸馏残油的形状，就不用使用丙烷脱除改性沥青，或者不需要加氢处理、轻质成分除去工序等，能够以更为简便的方法获得耐老化性优良的铺装用沥青。

具体实施方式

本发明的铺装用沥青包括特定的原油及利用特定的制法得到的减压蒸馏残油。

该减压蒸馏残油是在将原油在小于400℃下常压蒸馏后，通过将所得的常压蒸馏残油在馏出温度500～650℃的范围中减压蒸馏而获得的。

所用原油优选中重质的原油，优选位于石蜡基原油和萘基原油的中间的中间基原油及萘基原油，具体来说，例如可以举出沙特比利轻(Arabian Light)原油、地峡(Isthmus)原油、伊朗重(Iranian heavy)原油、伊朗轻(Iranian light)原油、巴茶开罗(バチヤケロ)原油、半透明(diafana)原油、豪特(Hout)原油、科威特(Kuwait)原油、拉他丸(ラタウエ一)原油、阿鲁拉衣案(アルライアン)原油、始新世(Eocene)原油、苏鲁什(Soroush)原油。这些原油可以混合使用。

优选的原油的性状为：30℃的运动粘度为10.88～14.00mm²/s，50℃的运动粘度为6.68～7.98mm²/s，硫成分为2.45～2.80质量％，密度为0.8658～0.8740g/cm³。

用于常压蒸馏的原油的30℃的运动粘度优选10.88～14.00mm²/s。因为当原油的30℃的运动粘度小于10.88mm²/s时，或者超过14.00mm²/s时，则后述的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，原油的30℃的运动粘度更优选11.00～13.40mm²/s，最优选11.15～13.40mm²/s。而且，这里所说的原油的30℃的运动粘度是指，利用JIS K2283「原油及石油产品-运动粘度试验方法及粘度指数计算方法」测定的运动粘度(mm²/s)。

用于常压蒸馏的原油的50℃的运动粘度优选6.68～7.98mm²/s。因为当原油的50℃的运动粘度小于6.68mm²/s时，或者超过7.98mm²/s时，则后述的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，原油的50℃的运动粘度更优选6.78～7.90mm²/s，最优选6.79～7.72mm²/s。而且，这里所说的原油的50℃的运动粘度是指，利用JIS K2283「原油及石油产品-运动粘度试验方法及粘度指数计算方法」测定的运动粘度(mm²/s)。

用于常压蒸馏的原油的硫成分优选2.45～2.80质量％。因为当原油的硫成分小于2.45质量％时，或者超过2.80质量％时，则后述的薄膜加热试验后的15℃的延伸率降低，因此不优选。基于该理由，原油的硫成分更优选2.48～2.80质量％，最优选2.48～2.69质量％。而且，这里所说的减压蒸馏残油的硫成分是指，依照JIS K 2541「硫成分试验方法」得到的硫成分的含量(质量％)。

用于常压蒸馏的原油的密度优选0.8658～0.8740g/cm³。因为当原油的密度小于0.8658g/cm³时，或者超过0.8740g/cm³时，则后述的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，原油的密度更优选0.8670～0.8740g/cm³，最优选0.8668～0.8738g/cm³。而且，这里所说的原油的密度是指，利用JIS K 2249「密度试验方法」测定的密度(g/cm³)。

所述性状的原油可以从所述种类的原油中适当地选择。即，虽然原油性状会在一定的幅度发生变化，然而适当地选择所述优选的原油的性状范围中所包括的原油，根据需要适当地将其混合，就可以获得所述性状的原油。

将所述原油在小于400℃下常压蒸馏，除了得到汽油、煤油、轻油及重油等，还得到常压蒸馏残油。由于在大于等于400℃时会产生分解，因此采用小于400℃的蒸馏温度。常压蒸馏温度的下限值只要是能够进行常压蒸馏，就没有特别限定。通常来说为大于等于200℃ 的温度。

所得的常压蒸馏残油接下来被用于减压蒸馏工序而得到减压蒸馏残油，用于该后续的减压蒸馏工序的优选的常压蒸馏残油的性状如下所示。

即，作为优选的常压蒸馏残油的性状，密度为0.9660～0.9749g/cm³，50℃的运动粘度为581～743mm²/s，钒/镍比为3.19～3.70，残留碳成分为10.3～11.8质量％。

如上所述，用于后续的减压蒸馏工序的常压蒸馏残油的密度优选0.9660～0.9749g/cm³。因为，当常压蒸馏残油的密度小于0.9660g/cm³ 时，或者超过0.9749g/cm³时，则后述的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，常压蒸馏残油的密度更优选0.9670～0.9745g/cm³，最优选0.9690～0.9741g/cm³。而且，这里所说的常压蒸馏残油的密度是指，利用JIS K 2207「密度试验方法」测定的密度(g/cm³)。

用于后续的减压蒸馏工序的常压蒸馏残油的50℃的运动粘度优选581～743mm²/s。因为当常压蒸馏残油的50℃的运动粘度小于581mm²/s时，或者超过743mm²/s时，则薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，常压蒸馏残油的50℃的运动粘度更优选590～720mm²/s，最优选600～718mm²/s。而且，这里所说的常压蒸馏残油的50℃的运动粘度是指，利用JIS K 2283「原油及石油产品-运动粘度试验方法及粘度指数计算方法」测定的运动粘度(mm²/s)。

用于后续的减压蒸馏工序的常压蒸馏残油的钒/镍比优选3.19～3.70。因为当常压蒸馏残油的钒/镍比小于3.19时，或者超过3.70时，则薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，常压蒸馏残油的钒/镍比更优选3.20～3.70，最优选3.22～3.60。而且，这里所说的常压蒸馏残油的钒/镍比是指，利用ASTMD5863「元素分析方法」测定的钒与镍的比。

用于后续的减压蒸馏工序的常压蒸馏残油的残留碳成分优选 10.3～11.8质量％。因为当常压蒸馏残油的残留碳成分小于10.3质量％时，或者超过11.8质量％时，则后述的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，常压蒸馏残油的残留碳成分更优选10.3～11.7质量％，最优选10.4～11.7质量％。而且，这里所说的常压蒸馏残油的残留碳成分是指，利用JIS K 2270「残留碳成分试验方法」测定的残留碳成分(质量％)。

所述性状的常压蒸馏残油可以通过将所述选择的原油适当地常压蒸馏而获得。即，具有所述范围的密度、运动粘度、钒/镍比、残留碳成分等的常压蒸馏残油可以通过将所述已选择的原油适当地常压蒸馏而容易地获得。而且，这些密度、运动粘度、钒/镍比、残留碳成分等特性能够具有JIS或ASTM等的规格，其自身是在石油精制等领域中常用的特性，来源于作为天然资源的原油，实际的常压蒸馏残油中，作为各个值应该有相当多的各种值。由此，通过选择原油，继而施加蒸馏操作，就能够容易地获得所述性状的常压蒸馏残油。

对于所得的常压蒸馏残油，通过在其后在馏出温度500～650℃的温度范围中进行减压蒸馏，除了得到润滑油等以外，还得到减压蒸馏残油。这里，所谓馏出温度是换算为大气压下的温度后的温度。优选500～565℃的范围。通过在该范围中改变减压蒸馏的馏出温度，就可以选择减压蒸馏残油的25℃的针入度，例如使之达到30～120。

因为当减压蒸馏的馏出温度小于等于500℃时，则减压蒸馏残油的沥青烯成分就变为小于等于7.5质量％，另外，当大于等于650℃时，则减压蒸馏残油的沥青烯成分就变为大于等于10.2质量％，无法获得最佳的性状的减压残油，因此不优选。

减压蒸馏的减压度没有特别限定。可以采用适当的常用方法的减压度。

所得的减压蒸馏残油具有如下的性状：蜡量小于2.2质量％，沥青烯成分为7.5～10.2质量％，硫成分为5.63～6.00质量％，钒/镍比为3.02～3.66。

所得的减压蒸馏残油的蜡量需要小于2.2质量％。因为当减压蒸馏残油的蜡量大于等于2.2质量％时，则有可能发生因蜡析出而产生的粒料的剥离或裂缝等，因此不优选。基于该理由，减压蒸馏残油的蜡量更优选小于等于2.0质量％，最优选小于等于1.9质量％。而且，这里所说的减压蒸馏残油的蜡量是指，依照DIN 52015「Determinationof paraffin wax content」得到的蜡的含量(质量％)。

所得的减压蒸馏残油的沥青烯成分需要为7.5～10.2质量％。当减压蒸馏残油的沥青烯成分小于7.5质量％时，则由于直馏沥青的耐流动性降低，容易产生辙痕，因此不优选。另一方面，当减压蒸馏残油的沥青烯成分超过10.2质量％时，则由于在模拟制造沥青复合材料时的热老化的薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，应用后的沥青铺装容易很快地产生裂纹，因此不优选。基于该理由，减压蒸馏残油的沥青烯成分更优选7.6～10.0质量％，最优选8.0～10.0质量％。而且，这里所说的减压蒸馏残油的沥青烯成分是指，依照JPI法「组成分析试验法」得到的沥青烯成分的含量(质量％)。

所得的减压蒸馏残油的硫成分需要为5.63～6.00质量％。当减压蒸馏残油的硫成分小于5.63质量％时，则由于直馏沥青的蜡成分有可能达到大于等于2质量％，因此不优选。另一方面，当减压蒸馏残油的硫成分超过6.00质量％时，则由于直馏沥青的薄膜加热试验后的延伸率容易降低，因此不优选。基于该理由，减压蒸馏残油的硫成分更优选5.60～5.85质量％，最优选5.69～5.84质量％。而且，这里所说的减压蒸馏残油的硫成分是指，依照JISK 2541「硫成分析试验法」得到的硫成分的含量(质量％)。

所得的减压蒸馏残油的钒/镍比需要为3.02～3.66。当减压蒸馏残油的钒/镍比小于3.02时，或者超过3.66时，则由于薄膜加热试验后的15℃延伸率降低，因此不优选。基于该理由，减压蒸馏残油的钒/镍比更优选3.10～3.60，最优选3.20～3.58。而且，这里所说的减压蒸馏残油的钒/镍比是指，依照ASTMD 5863「元素分析方法」得到的钒与镍的比。

而且，优选的25℃的针入度为30～120，通过改变所述的减压蒸馏的馏出温度，就可以获得该针入度的材料。

另外，本申请的包括所述性状的减压蒸馏残油的沥青例如可以通过将由所述的优选的性状的原油得到的常压蒸馏残油再进行减压蒸馏而容易地获得。即，所述蜡量、沥青烯成分、硫成分、钒/镍比等特性能够具有JIS或ASTM等的规格，其自身是石油精制等领域中所常用的特性，由于来源于作为天然资源的原油或常压蒸馏残油，实际的减压蒸馏残油中，作为各个值应该具有相当多的各种值。另外，已知其量(比)会因蒸馏操作而产生一定程度的改变。因此，通过选择原油，继而施加蒸馏操作，就能够容易地获得所述性状的减压蒸馏残油。

如上所述地获得的所述性状的减压蒸馏残油被作为铺装用沥青，与粒料等适当地混合，用于复合材料制造、铺装施工。另外，也可以作为配合了改性材料的改性沥青基材使用。另外，本发明的沥青既可以单独使用1种，也可以将大于等于2种混合使用。

[实施例]

以下，将利用实施例等对本发明进行更详细说明。

「常压蒸馏和减压蒸馏」

将科威特原油或含有85％科威特原油的混合原油在360℃温度下进行常压蒸馏，得到常压蒸馏残油。然后将所得的常压蒸馏残油在减压度1500(Pa)、馏出温度520～550℃条件下进行减压蒸馏，得到减压蒸馏残油。

原油、常压蒸馏残油、减压蒸馏残油的性状分别表示于表1及2中。

「薄膜加热试验」

是用于调查沥青(减压蒸馏残油)的老化的容易度的试验，取50g沥青放在规定的容器中(膜厚约为3mm)，在水平地旋转的同时，在163℃加热5小时，调查了试验后的特性。

薄膜加热试验前及试验后的15℃的延伸率利用JISK 2207[延伸率试验方法]测定。另外，薄膜加热试验后的针入度残留率是测定薄膜加热试验前及试验后的针入度，利用以下的计算式(*)求得。

*薄膜加热后的针入度残留率(％)＝加热后的针入度/加热前的针入度×100。

在JIS规格中，对于每一级别的针入度都确定了针入度残留率，直馏沥青40-60、60-80及80-100分别大于等于58％、55％及50％是合格的。另外，在JIS规格中，试验前的沥青的15℃的延伸率对于直馏沥青40-60、60-80及80-100的任意一个都规定为大于等于100mm，然而薄膜加热试验后的延伸率没有规定。如前所述，由于薄膜加热试验法是评价复合材料制造时及施工时的热老化的方法，因此这里将薄膜加热试验后的延伸率在大于等于100cm评价为耐老化性良好的沥青。

<实施例1～6>

实施例1～6是原油、常压蒸馏残油及减压蒸馏残油的性状包含于本发明的范围中的例子。

即，根据表1的结果，减压蒸馏残油在163℃、5小时的薄膜加热试验后的15℃延伸率超过100cm，另外，163℃、5小时的薄膜加热试验后的针入度残留率超过58％，具有足够的耐老化性。

表1

<比较例1～6>

比较例1是原油性状为本发明的范围内，而减压蒸馏残油的性状脱离本发明的范围的例子，根据表2的结果，减压蒸馏残油在163℃、5小时的薄膜加热试验后的15℃延伸率低于100cm，耐老化性不充分。

比较例2～6都是原油、常压蒸馏残油及减压蒸馏残油的性状脱离本发明的范围的例子，根据表2的结果，减压蒸馏残油在163℃、5小时的薄膜加热试验后的15℃延伸率大大地低于100cm，163℃、5小时的薄膜加热试验后的针入度残留率小于等于55％，耐老化性也不充分。

表2

Claims

1.铺装用沥青的制造方法，其特征是，在将原油在小于400℃下常压蒸馏后，将所得的常压蒸馏残油在馏出温度500～650℃的范围中减压蒸馏，获得减压蒸馏残油，所述铺装用沥青包括蜡量2.0质量％以下、沥青烯成分为7.5～10.2质量％、硫成分为5.63～6.00质量％、钒/镍比为3.02～3.66的减压蒸馏残油，所述原油选自沙特比利轻原油、地峡原油、伊朗重原油、伊朗轻原油、巴茶开罗原油、半透明原油、豪特原油、科威特原油、拉他丸原油、阿鲁拉衣案原油、始新世原油、苏鲁什原油、或这些原油的混合物。

2.根据权利要求1所述的铺装用沥青的制造方法，其特征是，原油的性状为：30℃的运动粘度为10.88～14.00mm²/s，50℃的运动粘度为6.68～7.98mm²/s，硫成分为2.45～2.80质量％，密度为0.8658～0.8740g/cm³。

3.根据权利要求1或2所述的铺装用沥青的制造方法，其特征是，常压蒸馏残油的性状为：密度为0.9660～0.9749g/cm³，50℃的运动粘度为581～743mm²/s，钒/镍比为3.19～3.70，残留碳成分为10.3～11.8质量％。