EA017707B1

EA017707B1 - Способ получения асфальта

Info

Publication number: EA017707B1
Application number: EA201071149A
Authority: EA
Inventors: Жак Коланж; Дейвид Стрикленд
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-02-28
Also published as: EA201071149A1; WO2009121917A3; JP5619722B2; AU2009232015B2; CL2009000808A1; AR071287A1; US20110041729A1; EP2274253A2; AU2009232015A1; BRPI0910068A2; WO2009121917A2; CN102015569A; CA2720397A1; JP2012500856A

Abstract

Изобретение относится к способу получения асфальта, включающему в себя следующие стадии: (i) нагревание битума; (ii) нагревание заполнителя и (iii) смешивание горячего битума с горячим заполнителем в смесительном агрегате с образованием асфальта. Добавляют от 10 до 200 мас.% серы в расчете на массу битума по меньшей мере на одной из стадий (i), (ii) или (iii) и от 0,1 до 20 мас.% твёрдого парафина по меньшей мере на одной из стадий (i), (ii) или (iii).

Description

Изобретение относится к способу получения асфальта, в котором в асфальт вводится сера.

Уровень техники

В дорожном строительстве и промышленности дорожных покрытий широкое распространение получила операция покрытия материала заполнителя, такого как песок, гравий, измельченный камень или их смеси, горячим жидким битумом, распространение покрытого материала в виде однородного слоя на дорожном полотне или на ранее построенной дороге, пока битум еще является горячим, и уплотнение однородного слоя путём укатки с помощью тяжёлых дорожных катков, чтобы получить дорогу с гладкой поверхностью.

Композиция битума с материалом заполнителя, таким как песок, гравий, измельченный камень или их смеси, называется асфальтом. Битум, также называемый асфальтовый связующий материал, обычно представляет собой жидкий связующий материал, содержащий асфальтены, смолы и масла. Например, битум может содержать смеси, произведенные из нефтяных остатков, таких как остаточные масла или пек либо их смеси.

Из уровня техники известно, что серу можно смешивать с битумом для использования в дорожном строительстве и в промышленности дорожных покрытий. Одной из проблем, возникающих при использовании серы в битуме, является нежелательное образование сероводорода в результате протекания реакций дегидрирования с участием битума и серы при высоких температурах, например выше чем 140°С.

Учитывая значительные количества используемой серы, особенно в асфальте, имеющем высокое массовое соотношение сера/битум, например, доходящие до 1:1, выделение сероводорода представляет собой серьезное вредное воздействие. Поэтому желательно снизить нежелательное образование и выделение сероводорода из асфальта, содержащего серу.

Один способ снижения выделения сероводорода из горячих отливаемых смесей серы с асфальтом описан в документе АО 2005/059016. Введение материала для подавления сероводорода, такого как хлорное железо, в серные гранулы может снизить выделение сероводорода в ходе получения асфальта, содержащего серу. Однако сульфид железа трудно перерабатывать, причём он имеет склонность взаимодействовать с атмосферной влагой, поэтому желательно найти альтернативное средство снижения выделения сероводорода из смесей серы и асфальта.

Краткое раскрытие изобретения

Авторы изобретения обнаружили, что можно снизить температуру получения асфальта, содержащего серу, путём добавления дополнительного компонента в ходе производства асфальта. Снижение температуры смешения и/или температуры уплотнения уменьшает количество сероводорода, который выделяется в ходе производства асфальтового покрытия. Несмотря на снижение температуры смешивания и/или уплотнения, полученный асфальт является долговечным и обладает низкой чувствительностью к воде.

Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает способ получения асфальта, который содержит следующие стадии:

(ί) нагревание битума;

(ίί) нагревание заполнителя;

(ίίί) смешивание горячего битума с горячим заполнителем в смесительном агрегате с образованием асфальта;

где от 10 до 200 мас.% серы в расчёте на массу битума добавляется по меньшей мере на одной из стадий (ί), (ίί) или (ίίί), и от 0,1 до 20 мас.% твёрдого парафина добавляется по меньшей мере на одной из стадий (ί), (ίί) или (ίίί).

Кроме того, изобретение предлагает способ получения асфальтового покрытия, в котором асфальт получают по способу согласно изобретению и который дополнительно содержит следующие стадии:

(ίν) распространение асфальта в виде слоя и (ν) уплотнение слоя.

Изобретение дополнительно предоставляет асфальт и асфальтовое покрытие, полученное по способу согласно изобретению.

В варианте осуществления изобретения серу и твёрдый парафин добавляют совместно; сера находится в виде гранул и твёрдый парафин введён в серные гранулы. Соответственно изобретение дополнительно предоставляет серные гранулы, содержащие твёрдый парафин. Эти гранулы выгодно применяются в способе согласно изобретению.

- 1 017707

Подробное раскрытие изобретения

На стадии (1) способа согласно изобретению битум нагревают предпочтительно при температуре от 60 до 200°С, предпочтительно от 80 до 150°С, более предпочтительно от 100 до 140°С. Предпочтительно битум представляет собой сорт битума для дорожного покрытия, который пригоден для укладки на дороге и имеет пенетрацию, например, от 9 до 1000 бтш. более предпочтительно от 15 до 450 бтш (испытание при 25°С согласно стандарту ΕΝ 1426: 1999) и температуру размягчения от 25 до 100°С, более предпочтительно от 25 до 50°С (испытание согласно стандарту ΕΝ 1427: 1999).

На стадии (и) способа нагревают заполнитель предпочтительно при температуре от 60 до 200°С, предпочтительно от 80 до 150°С, более предпочтительно от 100 до 140°С. Обычно заполнитель представляет собой любой заполнитель, который пригоден для укладки на дороге. Заполнитель может состоять из смеси частиц грубого заполнителя (удерживаются на сите 4 мм), мелкого заполнителя (проходят через сито 4 мм, но удерживаются на сите 63 мкм) и пыли (проходят через сито 63 мкм).

На стадии (ш) горячий битум и горячий заполнитель смешивают в смесительном агрегате. Обычно смешивание проводят при температуре от 80 до 200°С, предпочтительно от 90 до 150°С, более предпочтительно от 100 до 140°С. Типичное время смешивания составляет от 10 до 60 с, предпочтительно от 20 до 40 с.

Температура, при которой битум и заполнитель нагреваются и затем смешиваются, желательно поддерживается, по возможности, низкой для того, чтобы снизить выделение сероводорода, в случае добавления серы. Однако эта температура должна быть достаточно высокой для того, чтобы битум мог эффективно покрыть заполнитель. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что введение твёрдого парафина снижает температуру, при которой может быть получен асфальт желательной прочности и долговечности.

Количество серы, добавленной в битум, заполнитель или смесь битума и заполнителя, составляет от 10 до 200 мас.% в расчёте на массу битума, предпочтительно от 20 мас.%, более предпочтительно от 40 мас.% и предпочтительно до 100 мас.%, более предпочтительно до 80 мас.%. Наличие серы в асфальтовой смеси для дорожного покрытия может улучшать прочность и стойкость смеси для дорожного покрытия к появлению колейности, при этом важно вводить достаточное количество серы, чтобы реализовать эти преимущества. Кроме того, введение повышенных количеств серы может снизить стоимость смеси для дорожного покрытия. Однако слишком большое количество серы может снизить обрабатываемость смеси для дорожного покрытия, поэтому важно использовать не больше чем 200 мас.% гранул серы, предпочтительно не больше чем 100 мас.%.

Предпочтительно серу вводят в виде гранул. Упомянутые в изобретении гранулы могут быть сернистым материалом любого типа, который отливают из расплавленного состояния в частицы регулярной формы определенного типа, например, чешуйки, плитки или частицы серы сферической формы, такие как корольки, гранулы, крупицы и лепешки, или частицы типа полусферы. Обычно гранулы серы содержат от 50 до 99 мас.% серы в расчёте на массу сернистых гранул, предпочтительно от 60 мас.% и наиболее предпочтительно от 70 мас.%; типично до 95 мас.% и предпочтительно до 90 мас.%. Предпочтительным является диапазон от 60 до 90 мас.%.

Гранулы серы могут содержать другие компоненты, например они могут содержать амилацетат в концентрации по меньшей мере приблизительно 0,08 мас.% в расчёте на массу гранул и/или могут содержать углерод в концентрации по меньшей мере 0,25 мас.%. Как описано в документе XVО 03/14231, жидкую серу можно пластифицировать путём добавления углерода в концентрации по меньшей мере 0,25 мас.% и можно дополнительно обработать амилацетатом в концентрации по меньшей мере приблизительно 0,08 мас.% для того, чтобы получить еще более удобные пластифицированные гранулы серы.

Количество твёрдого парафина, который добавляют в битум, заполнитель или смесь битума и заполнителя, составляет от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 20 мас.%, более предпочтительно от 1 до 8 мас.% в расчёте на массу битума. Твёрдый парафин предпочтительно представляет собой воск, полученный в синтезе Фишера-Тропша. Предпочтительно твёрдый парафин содержит по меньшей мере 90 мас.% алканов с прямой цепью. Предпочтительно длина цепи алкана составляет от С30 до приблизительно С100. Предпочтительно температура плавления твёрдого парафина составляет от 80 до 110°С.

Введение твёрдого парафина в смесь асфальта снижает температуру, при которой можно получить асфальт. Кроме того, введение твёрдого парафина снижает чувствительность к воде полученного асфальта.

Предпочтительно серу и твёрдый парафин смешивают вместе, т.е. оба компонента на стадии (1), стадии (й) или стадии (ш). В первом варианте осуществления горячий заполнитель смешивают с серой и твёрдым парафином. Затем горячий битум добавляют в горячую смесь заполнителя с серой. Во втором варианте осуществления горячий заполнитель смешивают с горячим битумом и добавляют серу и твёрдый парафин в смесь горячий битум-заполнитель. В этом варианте реализуется преимущество, т. е. получение более прочной смеси серы и асфальта. В третьем варианте осуществления горячий битум смешивают с серой и твёрдым парафином и полученную горячую смесь битума с серой смешивают с горячим заполнителем, чтобы получить смесь асфальта, содержащего серу.

В качестве альтернативы серу и твёрдый парафин можно добавлять раздельно. Например, твёрдый парафин можно добавлять к битуму на стадии (1), а серу можно добавлять на стадии (ш).

- 2 017707

В предпочтительном варианте осуществления изобретения серу и твёрдый парафин добавляют вместе; сера находится в виде гранул, причём твёрдый парафин вводится в гранулы серы. Гранулы серы предпочтительно содержат от 0,2 до 30 мас.% твёрдого парафина в расчёте на массу серы, более предпочтительно от 1 до 12 мас.%. Гранулы серы удобно получать в способе, в котором жидкую серу смешивают с твёрдым парафином и необязательно с дополнительными компонентами, такими как углерод или амилацетат. Затем смесь формуют и/или гранулируют.

В одном варианте осуществления изобретения серу можно добавлять в виде гранул серы двух типов: первый тип гранул серы, которые содержат твёрдый парафин, и второй тип гранул серы, которые не содержат твёрдый парафин. Это удобно, поскольку твёрдый парафин существенно концентрируется в гранулах серы первого типа, а остальная часть необходимой серы может быть введена в виде традиционных гранул серы.

Кроме того, изобретение предоставляет асфальт, полученный по способу согласно изобретению. Типичный асфальт содержит по меньшей мере 1 мас.% битума в расчёте на массу асфальта. Асфальт, содержащий приблизительно от 1 до 10 мас.% битума, является предпочтительным, и особенно предпочтительным является асфальт, содержащий приблизительно от 3 до 6 мас.% битума в расчёте на массу асфальта.

В изобретении дополнительно разработан способ получения асфальтового покрытия, в котором асфальт получают по способу согласно изобретению, который включает стадии:

Кроме того, изобретение предоставляет асфальтовое покрытие, полученное по способу согласно изобретению.

Уплотнение на стадии (ν) обычно происходит при температуре от 80 до 200°С, предпочтительно от 90 до 150°С, более предпочтительно от 100 до 140°С. Температуру уплотнения желательно поддерживать на минимально возможном уровне для того, чтобы снизить выделения сероводорода. Однако температура уплотнения должна быть достаточно высокой, чтобы содержание пустот в полученном асфальте было достаточно малым, чтобы асфальт был долговечным и водостойким.

Теперь изобретение будет описано со ссылкой на примеры, которые не предназначены для ограничения изобретения.

Сравнительный пример 1.

Получают асфальт согласно техническим условиям ЭЛС 0/11 (плотный асфальтобетон). Заполнитель нагревают до 140°С, битум нагревают до 140°С и заполнитель и битум смешивают при 140°С. Битум имеет сорт с пенетрацией 70/100, причём количество битума составляет 5,8 мас.% в расчёте на массу заполнителя. Асфальт формуют в слой и уплотняют при температуре 130°С.

Сравнительный пример 2.

Асфальт получают согласно сравнительному примеру 1, за исключением того, что битум заменяют смесью битума (сорт с пенетрацией 70/100) и гранул серы. (Примечание: содержание связующего материала регулируют таким образом, чтобы объёмный состав асфальтов из сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2 был практически одинаковым; это означает, что массовая доля связующего материала немного больше в сравнительном примере 2, чем в сравнительном примере 1). Отношение битум:гранулы серы составляет 60:40 мас.%, причём гранулы серы представляют собой гранулы 8ЕАМ™ от фирмы 8йе11, которые, главным образом, содержат серу, а также технический углерод.

Пример 1.

Получают асфальт согласно сравнительному примеру 2, за исключением того, что в асфальт вводят 1,5 мас.% твёрдого парафина в расчёте на совокупную массу битума и гранул серы. Твёрдый парафин представляет собой 8а§оЬй® - продукт, полученный в синтезе Фишера-Тропша на фирме 8а§о1.

Пример 2.

Получают асфальт согласно примеру 1, за исключением того, что твёрдый парафин представляет собой воск 8X100, полученный в синтезе Фишера-Тропша на фирме 8йе11 Ма1ау81а.

Температура смешения и уплотнения и полученное содержание пустот.

Варьируют температуру смешения и уплотнения и измеряют содержание пустот в полученном асфальте с использованием измерительного эталона ΕΝ 12697-6. Результаты приведены в табл. 1.

- 3 017707

Таблица 1

Примеры	Температура смешения, °С	Температура уплотнения, °С	Среднее содержание пустот (%)
Сравнительный пример 1	140	130	5,4
Сравнительный пример 2а	140	130	6,5
Сравнительный пример 2Ь	130	120	5,5
Пример 1а	130	120	5,9
Пример 1Ъ	130	120	4,9
Пример 2а	130	120	4,9
Сравнительный пример 2с	130	110	7,7
Пример 2Ь	130	ПО	7,6

Во всех сравнительных примерах и примерах используют одинаковое уплотнение. Для плотного асфальтобетона желательно небольшое содержание пустот, причём повышенное содержание пустот потенциально означает, что будут наблюдаться проблемы долговечности асфальта. Асфальт сравнительного примера 1 (который не содержит серы) обеспечивает приемлемое содержание пустот 5,4% при температурах смешения и уплотнения 140 и 130°С. Асфальт сравнительного примера 2а (в котором битум и сера присутствуют в соотношении 60:40 мас.%) имеет содержание пустот 6,5% при температурах смешения и уплотнения 140 и 130°С. Снижение температуры смешения и уплотнения обычно приводит к увеличению содержания пустот (см. сравнительные примеры 2а-2с и примеры 2а, 2Ь). Однако когда в асфальт вводят 1,5 мас.% твёрдого парафина, то обычно содержание пустот становится меньше при пониженных температурах. Это означает, что за счёт введения твёрдого парафина температура смешения и уплотнения может быть снижена без вредного воздействия на долговечность асфальта.

Температура смешения и уплотнения и остаточная стабильность.

После уплотнения прочность образцов асфальта необходимо увеличивать благодаря кристаллизации серы в течение 14 суток. Спустя 14 суток измеряют стабильность по МатайаЛ (согласно стандарту ΕΝ 12697-34) для асфальта, содержащего серу, которая почти в два раза меньше стабильности, полученной в сравнительном примере 1. Остаточную стабильность по МагайаЛ измеряют согласно указанному стандарту, за исключением того, что некоторые из образцов были обработаны в вакууме и воде (абсолютное давление 24 мбар, температура 4°С, в течение 3 ч), затем 1 ч при 0°С и атмосферном давлении, затем 48 ч в водяной бане при 60°С. Остаточная стабильность дана в процентах от прямой стабильности по МагайаЛ. Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Примеры	Температура смешения	Температура уплотнения	Остаточная стабильность (%)
Сравнительный пример 1	140	130	80
Сравнительный пример 2а	140	130	49
Сравнительный пример 2Ъ	130	120	50
Пример 1а	130	120	61
Пример 1Ь	130	120	69
Пример 2а	130	120	66

Остаточная стабильность асфальта из сравнительного примера 1 (который не содержит серу) является высокой, в то время как остаточная стабильность асфальта из сравнительного примера 2а (который содержит битум и серу в соотношении 60:40 мас.%) значительно ниже. Однако благодаря наличию твёрдого парафина значения остаточной стабильности в примерах 1а, 2а и 2Ь выше, чем в сравнительных примерах 2а и 2Ь, причём восстанавливается часть остаточной стабильности из сравнительного примера

1. Введение твёрдого парафина может снизить чувствительность к воде асфальта, содержащего серу.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения асфальта, который содержит следующие стадии:

(ί) нагревание битума;

(ίί) нагревание заполнителя;

(ίίί) смешивание горячего битума с горячим заполнителем в смесительном агрегате с образованием асфальта;

где от 10 до 200 мас.% серы в расчёте на массу битума добавляется по меньшей мере на одной из стадий (ί), (ίί) или (ίίί) и от 0,1 до 20 мас.% твёрдого парафина добавляется по меньшей мере на одной из стадий (ί), (ίί) или (ίίί).
2. Способ по п.1, где сера находится в форме гранул.
3. Способ по п.1 или 2, где твёрдый парафин представляет собой воск, полученный в синтезе Фишера-Тропша.
4. Способ по одному из предшествующих пунктов, где серу и твёрдый парафин добавляют одновременно.
5. Способ по п.4, где сера находится в форме гранул и твёрдый парафин введён в гранулы серы.
6. Гранулированная композиция, предназначенная для использования в способе по п.1, содержащая гранулы серы и от 1 до 12 мас.% твёрдого парафина в расчёте на массу серы, при этом температура плавления твёрдого парафина составляет от 80 до 110°С.
7. Асфальт, полученный по способу согласно одному из пп.1-5.
8. Способ получения асфальтового покрытия, в котором асфальт получают по способу согласно одному из пп.1-5 и который дополнительно содержит следующие стадии:

(ίν) распространение асфальта в виде слоя и (ν) уплотнение слоя.
9. Асфальтовое покрытие, полученное способом по п.8.