DE69806659T2

DE69806659T2 - Verfahren zur Herstellung von Bitumen für den Strassenbau

Info

Publication number: DE69806659T2
Application number: DE69806659T
Authority: DE
Inventors: Paolo Italia
Original assignee: Agip Petroli SpA
Current assignee: Agip Petroli SpA
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: DE69806659D1; EP0863196A1; IT1290566B1; DK0863196T3; SI0863196T1; EP0863196B1; ES2181118T3; ATE221112T1; PT863196E; ITMI970492A1; TR199800408A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen für den Straßenbau, insbesondere mit guten Gebrauchseigenschaften.
Es sind drei Haupteigenschaften, die von einem für Straßendecken verwendeten Bitumen verlangt werden, nämlich eine gute Konsistenz im heißen Zustand, eine ausgezeichnete Flexibilität im kalten Zustand und hohe Oxidationsbeständigkeit.
Die obigen Eigenschaften werden nach den folgenden Methoden gemessen:
- "Ring-Kugel-Erweichungspunkt" (Methode ASTM D36) und "dynamische Viskosität" (Methode CEN TC19 143) zur Untersuchung der Konsistenz im heißen Zustand;
- "Brechpunkt nach Fraass" (Methode IP 80) für die Flexibilität im kalten Zustand;
- "Beschleunigte Dünnschichtalterung RTFOT" (Methode ASTM D2872) mit anschließender Untersuchung der Eigenschaften bezüglich "Penetration bei 25º C" (Methode ASTM D5) und "Ring-Kugel-Erweichungspunkt" (Methode ASTM D36) im Vergleich zu denen des Ausgangsproduktes.
Hinsichtlich der Verwendung von Biturnen für den Straßenbau sind die derzeit in Italien angewandten Hauptspezifikationen (CNR BU N.68) und die entsprechenden Spezifikationen, die in naher Zukunft auf europäischer Ebene eingeführt werden (doc.CEN TC19 SC1 WG1 N112), in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
Gegenwärtig können Bitumen für den Straßenbau aus Fraktionen gewonnen werden, die von verschiedenen Raffinerieprozessen herrühren, wie der Destillation (atmosphärisch und Vakuum), dem Viskositätsbrechen und thermischen Kracken und der Rekonstruktion (z. B. mit aromatischen Komponenten aus einem Schmiermittel-Arbeitszyklus).
Ungeachtet der Art des verwendeten Rohöls, das mehr oder weniger die Endeigenschaften des Bitumens beeinflussen kann, leitet sich aus jedem dieser Prozesse ein spezielles Bitumen ab, das im allgemeinen die folgenden speziellen Aspekte aufweist:
- Bitumen aus der Destillation, die eine gute Konsistenz im heißen Zustand, eine mittelmäßige Flexibilität im kalten Zustand und eine gute Oxidationsbeständigkeit aufweisen;
- Bitumen aus dem thermischen Kracken, die eine schlechte Konsistenz im heißen Zustand, eine gute Flexibilität im kalten Zustand und eine sehr schlechte Oxidationsbeständigkeit aufweisen;
- Bitumen aus der Rekonstruktion, die eine mittelmäßige Konsistenz im heißen Zustand, eine schlechte Flexibilität im kalten Zustand und eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit aufweisen.
Bitumen für den Straßenbau aus der Destillation, dem thermischen Kracken (Viskosebrechen) und der Rekonstruktion haben angabegemäß die in Tabelle 2 gezeigten Eigenschaften. TABELLE 2
Zum Beispiel beschreibt US-A-3,440,074 ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen für den Straßenbau mit einer Oxidation einer Zusammensetzung, bestehend aus einer bituminösen Komponente (I) und einer aromatischen Komponente (II), wobei die bituminöse Komponente (I) ein Vakuumrückstand aus Rohölen des Mittleren Ostens ist.
Wie ersichtlich ist, ermöglichen Raffinerieprozesse im allgemeinen nicht immer die Herstellung eines Bitumens mit sämtlichen ausgezeichneten Eigenschaften unter dem Gesichtspunkt des Gebrauchsverhaltens.
Hieraus ergibt sich noch stärker die Notwendigkeit, über Bitumen für den Straßenbau zu verfügen, die sämtliche Vorgaben erfüllen, die durch die gegenwärtigen Spezifikationen und die in der nahen Zukunft angewandten aufgestellt sind.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das die obigen Nachteile beseitigt, da es die Herstellung von Bitumen für den Straßenbau mit ausgezeichneten Gebrauchseigenschaften ermöglicht.
In Übereinstimmung hiermit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Bitumen für den Straßenbau, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die Oxidation einer Zusammensetzung umfaßt, bestehend aus
(a) einer bituminösen Komponente (I) mit einem Gehalt an Asphaltenen von 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 40 Gew.-%, einem Gehalt an aromatischen Substanzen von 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 15 bis 35 Gew.-%, und einer Penetration bei 25ºC von 1 bis 50 dmm, vorzugsweise von 15 bis 45 dmm, und
(b) einer aromatischen Komponente (II) im wesentlichen ohne Asphaltene und mit einem Gehalt an aromatischen Substanzen von 80 bis 95%, vorzugsweise von 82 bis 93%, und einer Viskosität bei 60ºC von 100 bis 1.000 cSt, vorzugsweise von 150 bis 800 cSt,
wobei das Gewichtsverhältnis zwischen der aromatischen Komponente (II) und der bituminösen Komponente (I) 10 : 90 bis 50 : 50, vorzugsweise 15 : 85 bis 45 : 55, noch bevorzugter 20 : 80 bis 40 : 60, beträgt.
In der bevorzugten Ausführungsform findet die Oxidation bei einer Temperatur von 150ºC bis 270ºC, weiter bevorzugt von 160ºC bis 250ºC, und noch weiter bevorzugt von 170ºC bis 190ºC statt.
Eine niedrigere Temperatur würde nämlich eine zu lange Dauer des Prozesses bedingen, was unter einem industriellen Gesichtspunkt unakzeptabel ist. Höhere Temperaturen würden eine Zersetzung des Bitumens hervorrufen und wären für den Betrieb der Anlage gefährlich.
Die obige Oxidation wird mit Sauerstoff ausgeführt, das mit einem inerten Gas, vorzugsweise mit Luft, verdünnt ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Oxidation bei zuvor hergestellten Zusammensetzungen von (I) und (II) ausgeführt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Oxidation gleichzeitig mit dem Mischen der beiden Komponenten (I) und (II) ausgeführt.
Mit anderen Worten ist es möglich, mit anfänglichem Mischen der beiden Komponenten zu arbeiten und anschließend die Oxidation des hergestellten Gemisches vorzunehmen. Alternativ kann die Oxidation während des Mischens der beiden Komponenten durchgeführt werden.
Ein typisches Beispiels der bituminösen Komponente (I) ist der Vakuumrückstand, der durch Destillation des Abflusses der Viskositätsbrechanlage bei reduziertem Druck gewonnen wird.
Die Tabelle A zeigt die Merkmale einiger dieser Proben (die aus Gründen der Einfachheit hier RVB genannt werden), die aus verschiedenen Prozessen von Viskosebrechanlagen stammen. TABELLE A
Ein typisches Beispiel einer aromatischen Verbindung (II) ist die aromatische Fraktion, extrahiert mit einem Lösungsmittelextraktionsprozeß, des Vakuumdestillats oder entasphaltierten Vakuumrückstands in einem Arbeitszylklus für die Herstellung von Schmierbasen. Diese Fraktionen werden nachfolgend mit den Buchstaben CA abgekürzt. Die Tabelle B zeigt die Eigenschaften einiger dieser Fraktionen.
Die obige Tabelle B zeigt auch die Eigenschaften einiger Proben von Vakuumgasölen, die durch Vakuumdestillation des Abflusses einer Viskosebrechanlage gewonnen werden. Diese Proben (GVB genannt) können nicht in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, da sie nicht die erforderlichen Eigenschaften der bituminösen Komponente (I) oder der aromatischen Komponente (II) aufweisen. Sie sind hier spezifiziert, weil sie in den Vergleichsbeispielen weiter verwendet werden. TABELLE B
Was das optimale Verhältnis zwischen der bituminösen Komponente (I) und der aromatischen Komponente (II) angeht, so hängt dieses von den Eigenschaften der beiden Komponenten und des zu gewinnenden Bitumens ab. In jedem Fall muß es in dem oben angegebenen Bereich liegen.
Die Dauer des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung hängt von den verschiedenen Parametern ab, z. B. der Temperatur, der Rührgeschwindigkeit und der Viskosität der Komponenten. Die Dauer beträgt üblicherweise einige 10 Minuten bis mehrere Stunden.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Straßenbitumens, das in der Lage ist, die oben angegebenen Spezifikationen zu erfüllen, die in Kürze in Europa eingeführt werden. Insbesondere hat das mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gewonnene Bitumen für den Straßenbau eine gute Konsistenz im heißen Zustand, eine ausgezeichnete Flexibilität im kalten Zustand und eine hohe Oxidationsbeständigkeit.
Die folgenden Beispiele werden zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben.

BEISPIELE

VERGLEICHSBEISPIEL 1

In Übereinstimmung mit dem, was normalerweise in einer Raffinerie geschieht, wird in diesem Beispiel ein Straßenbitumen unter Viskosebrechen durch einfaches Mischen (folglich ohne Oxidation) von RVB1 und GVB1 hergestellt.
Das Mischen wird bei 130/150ºC durch Rühren für 20130 Minuten mit einem Schrägblattrührwerk bei einer Geschwindigkeit von etwa 400 U/min ausgeführt.
Die Eigenschaften dieser Fraktionen (RVB1 und GVB1) sind oben angegeben.
Das Bitumen (das hier 1C genannt wird) hat die in der Tabelle 1C angegebenen Eigenschaften, die ferner die Spezifikationswerte CNR und CEN angibt. TABELLE 1C
Wie ersichtlich ist, zeigt dieses Bitumen, daß es eine schlechte Konsistenz im heißen Zustand (Viskositätswert außerhalb der Begrenzung) und eine geringe Oxidationsbeständigkeit (die Werte nach dem beschleunigten Dünnschicht- Alterungstest liegen außerhalb der Begrenzung) aufweist.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 wird ein Straßenbitumen durch einfaches Mischen der bituminösen Komponente RVB1 und der aromatischen Komponente CA1 hergestellt. Das Bitumen (das hier mit 2C bezeichnet wird) hat die in der Tabelle 2C angegebenen Eigenschaften, die ebenfalls die Spezifikationswerte CNR und CEN angibt. TABELLE 2C
Wie ersichtlich ist, liegt das Bitumen 2C, obgleich es (mit Blick auf das Bitumen 1C) eine gute Verbesserung in den Eigenschaften nach dem beschleunigten Dünnschicht-Alterungstest zeigt, noch außerhalb der Spezifikationswerte, insbesondere hinsichtlich der Hochtemperatur-Eigenschaften (Viskosität bei 60º C).

VERGLEICHSBEISPIEL 2 bis

Wiederum wird gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 und ausgehend von RVB1 und CA1 der Prozentsatz der aromatischen Komponente erhöht in dem Versuch, die Eigenschaften des Endproduktes weiter zu verbessern.
Zu diesem Zweck wird ein Bitumen hergestellt, das aus 60 Gew.-% RVB1 und 40 Gew.-% CA1 besteht.
Das so gewonnene Bitumen hat eine Penetration bei 25ºC von etwa 800 dmm gegenüber einer CNR-Spezifikation von 801100 und einer CEN-Spezifikation von 70/100. Das so gewonnene Bitumen liegt somit deutlich außerhalb der Regelwerte als Anfangspenetrationswert.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Straßenbitumens, das man durch Mischen der beiden Komponenten aus dem Viskosebrechen (RVB1 und GVB1) und nachfolgendes Beblasen mit Luft bei 250ºC erhält.
Die beiden Komponenten werden in einem auf 130/150ºC erhitzten Metallbehälter gemischt, indem 20/30 Minuten mit einem Blattrührwerk (etwa 600 U/min) gerührt wird. Während dieses Zeitraums wird die Temperatur auf etwa 250ºC erhöht. Es wird Luft auf das so erhitzte Gemisch geblasen und bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 90 Liter/Stunde pro kg des Gemisches gerührt.
Die Eigenschaften dieses Bitumens (das hier mit 3C bezeichnet wird) sind in Tabelle 3C gezeigt. TABELLE 3C
Wie ersichtlich ist, liegt das Bitumen 3C noch außerhalb der Spezifikationswerte in bezug auf die Oxidationsbeständigkeit (insbesondere der Wert der Erhöhung bei Ring & Kugel nach dem beschleunigten Dünnschicht-Alterungstest) und der Konsistenz bei hoher Temperatur (Viskositätswert).

BEISPIEL 4

Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein Straßenbitumen durch Luftbeblasen einer Zusammensetzung hergestellt, die aus einer Komponente aus dem Viskosebrechen (RVB1) und einer aromatischen Komponente (CA1) besteht. Die beiden Komponenten werden in einem auf 130/150ºC erhitzten Metallbehälter gemischt, indem 20/30 Minuten mit einem Blattrührwerk (etwa 600 U/min) gerührt wird. Während dieses Zeitraumes wird die Temperatur auf etwa 250ºC erwärmt. Luft wird in das so erwärmte Gemisch geblasen und bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 90 Litern/h pro kg des Gemisches wird gerührt.
Die Eigenschaften dieses als Bitumen 4 bezeichneten Bitumens sind in Tabelle 4 gezeigt. TABELLE 4
Anders als die vorherigen Vergleichsbitumen befindet sich das Bitumen des Beispiels 4 vollkommen in Übereinstimmung mit sämtlichen Spezifikationen bei deutlich verbesserten Gesamteigenschaften im Vergleich mit den oben beschriebenen Vergleichsbitumen.
Tatsächlich hat das Bitumen 4, das gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, eine gute Konsistenz im heißen Zustand, eine ausgezeichnete Flexibilität im kalten Zustand und eine hohe Oxidationsbeständigkeit.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Der Ansatz eines aus dem Viskosebrechen erhaltenen Straßenbitumens wird durch einfaches Mischen der beiden Komponenten aus dem Viskosebrechen (RVB2 und GVB2) in Übereinstimmung mit dem normalen Raffinerieverfahren gebildet. Das Verfahren ist das gleiche, wie das zuvor in Beispiel 1 beschriebene.
Die Eigenschaften des so gewonnenen Bitumens sind in Tabelle 50 angegeben. TABELLE 5C
Wie ersichtlich ist, hat das Bitumen eine sehr schlechte Oxidationsbeständigkeit mit Werten nach dem beschleunigten Dünnschicht-Alterungstest, die deutlich außerhalb der Regelwerte liegen.

VERGLEICHSBEISPIEL 6

Gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird ein Straßenbitumen durch einfaches Mischen einer Komponente aus dem Viskosebrechen (RVB2) und einer aromatischen Komponente (CA1) hergestellt.
Die Eigenschaften des so gewonnenen Bitumens sind in Tabelle 6C angegeben. TABELLE 6C
Wie ersichtlich ist, liegt das gewonnene Bitumen, obwohl es eine deutliche Verbesserung in den Eigenschaften nach dem beschleunigten Dünnschicht- Alterungstest zeigt, noch außerhalb der Regelwerte.

VERGLEICHSBEISPIEL 6 bis

Bei diesem Beispiel wird die Menge der aromatischen Komponente erhöht, in dem Versuch, die Eigenschaften des Endproduktes weiter zu verbessern. Es wird eine Zusammensetzung von Bitumen hergestellt, indem von den gleichen Komponenten wie im Vergleichsbeispiel 6 ausgegangen wird, jedoch in einem unterschiedlichen Verhältnis.
Zu diesem Zweck wird ein Bitumen nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, das aus 60 Gew.-% RVB2 und 40 Gew.-% GA1 besteht. Das so gewonnene Bitumen hat eine Penetration bei 25ºC von etwa 700 dmm gegenüber einer CNR-Spezifikation von 80/100 und einer CEN-Spezifikation von 70/100. Dieses Bitumen liegt somit deutlich außerhalb des Regelwertes als Anfangspenetrationswert.

VERGLEICHSBEISPIEL 7

Dieses Beispiel beschreibt den Ansatz eines Straßenbitumens aus dem Viskosebrechen durch das Mischen von zwei Komponenten aus dem Viskosebrechen (RVB2 und GVB2) mit anschließendem Beblasen mit Luft bei 250ºC gemäß dem Verfahren des Beispiels 4.
Die Eigenschaften des so hergestellten Bitumens 7C sind in Tabelle 7C angegeben. TABELLE 7C
Wie ersichtlich ist, hat dieses Bitumen noch eine sehr schlechte Oxidationsbeständigkeit (insbesondere als Erhöhung im Ring-Kugel-Erweichungspunkt-Wert nach dem beschleunigten Dünnschicht-Alterungstest).

BEISPIEL 8

Bei diesem Beispiel wird der Ansatz, gemäß dem beanspruchten Verfahren, von einem Straßenbitumen gebildet, indem eine Komponente aus dem Viskosebrechen (RVB2) und eine aromatische Komponente (CA1) gemischt werden, mit anschließendem Beblasen mit Luft bei 170ºC. Das Verfahren ist das im Beispiel 4 beschriebene.
Die Eigenschaften des so gewonnenen Bitumens 8 sind in Tabelle 8 angegeben. TABELLE 8
Wie zu beobachten ist, liegt das so hergestellte Bitumen 8 vollkommen auf der Linie der obigen Spezifikationen bei deutlich verbesserten Gesamteigenschaften in bezug auf diejenigen der in den vorausgegangenen Vergleichsbeispielen beschriebenen Bitumen.
Unter Anwendung des in diesem Beispiel beschriebenen Verfahrens wurde ein Bitumen mit einer guten Konsistenz im heißen Zustand, einer ausgezeichneten Flexibilität im kalten Zustand und einer hohen Oxidationsbeständigkeit gewonnen.

BEISPIEL 9

Gemäß dem Verfahren des Beispiels 4 wurde ein Straßenbitumen durch Mischen und nachfolgendes Anwenden eines Beblasens mit Luft bei 180ºC einer Zusammensetzung einer bituminösen Komponente (RVB3) und einer aromatischen Komponente (CA2) hergestellt. Die Merkmale dieses Bitumens sind in Tabelle 9 angegeben. TABELLE 9
Wie festgestellt werden kann, liegt dieses Bitumen völlig auf einer Linie mit den oben angegebenen Spezifikationswerten.
Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Bitumen mit einer guten Konsistenz im heißen Zustand, einer ausgezeichneten Flexibilität im kalten Zustand und einer hohen Oxidationsbeständigkeit zu erhalten.

BEISPIEL 10

Bei diesem Beispiel wird der Ansatz eines Straßenbitumens gemäß dem Verfahren des Beispiels 4 durch Mischen von RVB3 und CA2 und anschließendes Beblasen mit Luft bei 190ºC gebildet.
Die Eigenschaften dieses Bitumens (Bitumen 10) sind in Tabelle 10 angegeben. TABELLE 10
Wie das Bitumen des vorausgegangenen Beispiels hat auch dieses eine gute Konsistenz im heißen Zustand, eine ausgezeichnete Flexibilität im kalten Zustand und eine hohe Oxidationsbeständigkeit.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Bitumen für den Straßenbau, dadurch gekennzeichnet, daß es die Oxidation einer Zusammensetzung umfaßt, bestehend aus

(a) einer bituminösen Komponente (I) mit einem Gehalt an Asphaltenen von 10 bis 50%, einem Gehalt an aromatischen Substanzen von 10 bis 50 Gew.-% und einer Penetration bei 25ºC von 1 bis 50 dmm und

(b) einer aromatischen Komponente (II) im wesentlichen ohne Asphaltene und mit einem Gehalt an aromatischen Substanzen von 80 bis 95% und einer Viskosität bei 60ºC von 100 bis 1000 cSt,

wobei das Gewichtsverhältnis zwischen der aromatischen Komponente (II) und der bituminösen Komponente (I) 10 : 90 bis 50 : 50 beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen der aromatischen Komponente (II) und der bituminösen Komponente (I) 15 : 85 bis 45 : 55 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen der aromatischen Komponente (II) und der bituminösen Komponente (I) 20 : 80 bis 40 : 60 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bituminöse Komponente (I) einen Gehalt an Asphaltenen von 20 bis 40 Gew.-%, einen Gehalt an aromatischen Substanzen von 15 bis 35% und eine Penetration bei 25ºC von 15 bis 45 dmm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Komponente (II) einen Gehalt an aromatischen Substanzen von 82 bis 93 94 und eine Viskosität bei 60ºC von 150 bis 800 cSt aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei einer Temperatur von 150ºC bis 270ºC durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei einer Temperatur von 160º6 bis 250ºC durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei einer Temperatur von 170ºC bis 190ºC durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation mit Luft durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bituminöse Komponente (I) der durch die Destillation bei reduziertem Druck des Abflusses einer Viskositätsbrechanlage erhaltene Vakuumrückstand ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Komponente (II) die aromatische Fraktion ist, extrahiert mit einem Lösungmittelextraktionsprozeß, des Vakuumdestillats oder entasphaltierten Vakuumrückstands, in einem Arbeitszyklus für die Produktion von Schmierbasen.