JP2011516691A

JP2011516691A - 空気ブローと共にポリリン酸を使用して改良されたアスファルトを製造するプロセス

Info

Publication number: JP2011516691A
Application number: JP2011504131A
Authority: JP
Inventors: ジャン−バレリーマルタン; ゲイロンリンバウムガードナー; アンドリューマイケルメナペース; ジョンメドフォードデュマス
Original assignee: イノフォスインコーポレーテッド
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2011-05-26
Also published as: AU2009233836A1; EP2262873A1; WO2009126646A1; TW201002810A; AR071301A1; KR20110002470A; CA2720792A1; MX2010011072A; CL2009000841A1; EP2262873A4; US20090249978A1; CN102066525B; CN102066525A; AU2009233836B2

Abstract

改良されたアスファルト組成物を製造するプロセスが提供される。アスファルトに、空気が短時間ブローされ、その後にポリリン酸が添加される。空気ブローのプロセスは、高温、かつ空気ブローンアスファルトに対して通常使用される空気量で行われる。このプロセスは、ストレートアスファルトを使用して行い得るし、またはアスファルトに、フラックス、スロップ、またはフラックスとスロップの混合物を混合したものを使用して行い得る。初期の空気ブロー期間の後、ポリリン酸がアスファルトに添加される。ポリリン酸は、アスファルトが高温度にあるときに添加できるし、またはアスファルトは、ポリリン酸の添加のわずかに前に冷却させておくこともできる。ポリリン酸の添加に続いて、アスファルトをさらに空気ブローして、所望の特性を得ることができる。

Description

本願は、２００８年４月７日に出願された米国仮特許出願第６１／０４３，０６７号に対して米国特許法第１１９条に基づいて優先権を主張するものであり、その全内容を本明細書に参考文献として引用する。

本発明は、態様の一つでは、ポリリン酸で改質された空気ブローン（ａｉｒ−ｂｌｏｗｎ）アスファルトの製造のための改良されたプロセスに関する。他の態様では、本発明は、ポリリン酸で改質された空気ブローンアスファルトを含む改良された組成物、および得られた組成物の使用に関する。

ある種の適用に対して、残油から、すなわち、ストレート処理からのアスファルト（時にビチューメン（ｂｉｔｕｍｅｎ）とも称される）は、ある種の使用には製造時のままでは不適なこともある。多くの場合、アスファルトは、酸化プロセス、すなわち、空気吹き込みプロセス（ａｉｒｂｌｏｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）で改質される。一般に、この技法によって、アスファルトの硬度、軟化点、融通性および耐候性が上昇し、一方では温度変化に対する伸度および感度が低下する。

空気ブローを使用してアスファルトの酸化を行う既往のプロセスは、通常、アスファルト原料に空気ブローを行ってアスファルト酸化を行うステップを伴う。この空気吹き込みプロセスは、通常、４００°Ｆ〜５５０°Ｆの範囲の温度で、通常、約３，０００ＣＦＭの流量の空気で行われ、この空気接触の結果として改質された性質を有するアスファルトが製造される。これらのプロセスで、空気のブローは、通常、最大２０時間にわたって行われる。

空気ブローンアスファルトの総括的特性を向上し、処理時間を短縮する目的で、従来から添加剤も使用されている。空気吹き込みプロセスで現在使用されている添加剤の一つは、ポリリン酸（ＰＰＡ）である。空気吹き込み工程の際にアスファルトにＰＰＡを添加すると、吹き込みプロセスの際に必要なアスファルトの温度を下げることが、通常可能となり、結果としてコーク形成が減少する。空気吹き込み工程の際にアスファルトにＰＰＡを添加すると、処理時間も短縮できる。また、ＰＰＡ添加を行うと、ＰＰＡの添加なしの空気吹き込みプロセスで製造されたアスファルトに比較して、より高い軟化点とより優れた針入度を有するアスファルト製品を製造するのに役立ち得る。

原油の天然起源に依存して、製造されるアスファルトは、極めて特有な性質、ユニークな特性を有し得る。したがって、相異なる原油源から製造されるアスファルトは、空気吹き込みプロセスの間に相異なる挙動を示す。発見されたことは、アスファルトは種類によっては、空気ブロー酸化プロセスの際にＰＰＡの存在の下で反応させると、空気ブロー塔で固形沈殿物が形成するということである。この現象は、明らかに望ましくなく、ＰＰＡと反応して沈殿物を形成するアスファルトには、ＰＰＡの使用は現在まで制限されてきている。従って、望ましいことは、向上した性質を備えるアスファルトを生成するのにＰＰＡと共に使用し得る空気ブロー酸化プロセスを提供することである。

本発明は、改良されたアスファルト組成物を製造するプロセスに関する。本プロセスでは、アスファルトの空気ブローは、ポリリン酸の添加の前に短時間で行われる。空気ブローのプロセスは、高温、かつ空気ブローンアスファルトに対して通常使用される空気量で行われる。このプロセスは、ストレートアスファルト（ｎｅａｔａｓｐｈａｌｔ）を使用して行い得るし、またはアスファルトと、フラックス（ｆｌｕｘ）、スロップ（ｓｌｏｐ）、またはフラックスとスロップの混合物とを混合したものを使用して行い得る。

初期の空気ブロー時間の後、ポリリン酸がアスファルトに添加される。ポリリン酸は、アスファルトが高温度にあるときに添加できるし、またはアスファルトは、ポリリン酸の添加の前に少しだけ冷却しておくこともできる。ポリリン酸の添加に続いて、アスファルトをさらに空気ブローして、所望の特性を得ることもできる。

本プロセスの利点は、改良された特性を有する空気ブローンアスファルトが得られるのと同時に、ポリリン酸を使用する既往の空気吹き込みプロセスで形成される沈殿物を最小限に抑え、あるいは皆無にすることができることである。さらに、望ましい性質を有するアスファルトが、より少ない回数の空気ブローで製造され、従って処理コストが低減されることである。本プロセスの他の利点は、以下に記載される発明の詳細な説明に基づけば、当業者には明らかであろう。

スロップ９０％と減圧残油１０％の混合物に対して本発明のプロセスを使用して得られた結果を示す図である。アスファルト７０％と減圧残油３０％の混合物に対して本発明のプロセスを使用して得られた結果を示す図である。アスファルト７０％と減圧残油３０％の混合物に対して本発明のプロセスを使用して得られた結果を示す図である。空気ブローを約２５０分間行った場合の軟化点変化対時間を示すもので、ＰＰＡ無添加と、ＰＰＡ濃度０．５％と１％と２％のケースを示す図である。空気ブローを約５１０分間行った場合の軟化点変化対時間を示すもので、ＰＰＡ無添加と、ＰＰＡ濃度０．５％と１％と２％のケースを示す図である。

発見されたことは、改良された性質を有するアスファルトが、空気ブロー酸化プロセスを使用して製造し得るが、これは、先ず、フル空気吹き込みプロセスに比較して短時間でアスファルトを空気ブローすることによって「セミブローン（ｓｅｍｉ−ｂｌｏｗｎ）」アスファルトが製造される。次に、このセミブローンアスファルトにＰＰＡが添加される。セミブローンアスファルトにＰＰＡを添加すると、針入度を過剰に減少させずに軟化点を顕著に上昇させる。さらに、望ましい特性が、短時間のブローで達成し得る。

本発明は、典型的な工業的アスファルト空気ブロー装置と操作法が使用されるものと想定する。空気ブローのプロセスは、３５０°Ｆ〜５５０°Ｆの範囲の典型的な温度で、そして最大３，０００ＣＦＭの流量でブローされる空気で行い得る。セミブローンアスファルトは、通常の空気吹き込みプロセスと比べて短時間でアスファルトに空気を吹き込んで製造される。本プロセスに対するブロー空気は、約６０分間〜７００分間、好ましくは約２００分間〜３００分間、より好ましくは約２２５分間〜２６０分間にわたって行い得る。

本発明に使用されるＰＰＡは、好ましくは、１０５％〜１１８％当量のものである。ＰＰＡは、０．１重量％〜３重量％のＰＰＡ濃度となるように添加される。ＰＰＡの添加の後、ＰＰＡとアスファルトは良好な混合が達成されるに好適な時間、通常、１５分間〜１０時間にわたって撹拌される。ＰＰＡの添加は、アスファルトが使用される空気ブロー温度にある時に行うことができるし、またはＰＰＡ添加以前にアスファルトを冷却しておくこともできる。実施の形態の一つでは、アスファルトは、ＰＰＡ添加以前に３２０°Ｆ（１６０℃）に冷却しておくことができる。本プロセスは、極めてＰＰＡとの反応性に富むアスファルトのタイプ、またはフラックスまたはスロップとアスファルトとの混合物で極めてＰＰＡとの反応性に富む混合物を改質するのに特に望ましい。

所望ならば、アスファルト改質に使用される他の添加剤をアスファルトに添加し得る。これらの添加剤は、ＰＰＡの添加の前でも、ＰＰＡと一緒にでも、またはＰＰＡ添加後にでも、添加し得る。改質アスファルトに取り入れ得る添加剤としては、例えば、リン酸、硫酸、塩酸、有機酸のような他の酸、またはアスファルトを改質するのに使用される他のどのような酸でもよい。酸化プロセスに通常使用される他の添加剤、例えば、ワックスまたは塩化鉄も、改質アスファルトに添加し得る。

理解されるべきであるが、特に所望の性質を有するアスファルトを得るのに使用される正確な条件は、ストレートアスファルト製造に使用される原油の起源、温度と空気流、および使用されるＰＰＡのグレードに依存する。当業者は、これらのパラメータを容易に変更し、所望の性質を有するアスファルトを得ることができる。

以下の実施例は、本発明の好ましい実施の形態を説明するものである。これらの実施例は、本発明プロセスの特定の実施形態を示すために提供されるものであり、本発明の範囲をいかなる形でも限定するものではない。

＜実施例１＞
ＰＰＡを空気ブロー後に添加したセミブローンアスファルトの性質を測定するために実験室試験を行った。ベースライン条件を確立するため、空気を３０リットル／分の流量でアスファルトにブローした。使用アスファルトは、ロシア原油から製造した。アスファルトのサンプルは、様々なブロー時間で試験した後で取り出し、試験に供した。ベースライン条件のアスファルトに対して処理時間を選択した後の軟化点と針入度を、以下の表１に示す。

同じアスファルトのサンプル二つを、ベースラインのアスファルトで使用したのと同じ温度と同じ空気流で空気ブローして処理した。第一のサンプルでは、空気を２３０分間アスファルトにブローし、ＰＰＡを添加し、撹拌し、上記のアスファルトを得た。使用ＰＰＡは、Ｈ_３ＰＯ_４１０５％当量のものであり、アスファルトを３２０°Ｆ（１６０℃）の温度に冷却したとき、添加した。第二のサンプルでは、空気を２５５分間アスファルトにブローし、１０５％当量ＰＰＡを上記のように撹拌しながら添加した。軟化点と針入度を、表２に示す。

表２で分かるように、表１のストレートアスファルトと比較して、空気ブローを２３０分間と２５５分間行った後にＰＰＡを添加すると、軟化点が顕著に改良され、針入度も減少する。さらに、ＰＰＡの添加に続いて、サンプルを篩分したが、篩上はクリーンであって、沈殿物は認められなかった。

＜実施例２＞
空気ブローを約２５５分間行い、上記のように１０５％または１１５％当量ＰＰＡで改質した後、運転中の工業用ブロー塔からアスファルトのサンプルを採取した。空気ブローは、４００°Ｆ〜５５０°Ｆの典型的な運転範囲で行った。アスファルトは、ロシア原油から製造した。セミブローンアスファルト約３ｋｇを実験室に運び、表３と４に記載の比率で上記のようにＰＰＡを混合した。サンプルに対する軟化点と針入度を、以下に示す。

表３と４で分かるように、軟化点と針入度が、上記の表１に記載の対照標準サンプルに対して同様に改良されていることを示す。

本発明のプロセスは、ストレートアスファルトに使用できるが、あるいはアスファルトと、フラックス、スロップ、またはフラックスとスロップの混合物とを混合したものにも使用し得る。当業者に既知のように、フラックスとスロップは、蒸留塔で得られる特定の留分を記述するのに使用される用語である。通常、これらは、蒸留される原油の軽質留分であって、多くは原油蒸留から得られた減圧残油の最後の揮発性留分である。これらの留分は、軽油またはディーゼル油に混合し得る。さらに、本プロセスは、フラックスとスロップの混合物の性質を改良するのにも使用し得る。

図１は、スロップ９０％と減圧残油（ｖａｃｕｕｍｒｅｓｉｄｕｅ）１０％の混合物を使用して得られた結果を示す。空気は５００°Ｆの混合物にブローされた。サンプルは、図１の表に示されている処理時間で採取し、軟化点と針入度に関して試験を行った。２３０分間でサンプルを採取し、１０５％ＰＰＡ（Innovalt N200と称する）を、上記のように当該混合物に添加した。サンプルの一つでは、添加ＰＰＡは１重量％で、二つ目のサンプルでは、添加ＰＰＡは２重量％であった。図１の表に示されているように、ＰＰＡ添加の混合物は、同じ空気ブロー時間に対してＰＰＡなしの混合物に比して、より優れた性質を有した。

図２は、アスファルト７０％と減圧残油３０％の混合物を使用して得られた結果を示す。空気は４６０°Ｆの混合物にブローされた。サンプルは、図２の表に示されている処理時間で採取し、軟化点と針入度に関して試験を行った。「ブロー５」とラベルされた表は、ＰＰＡを含まないアスファルト／減圧残油混合物の結果を示し、一方、「ブレンド１」とラベルされた表は、上記のようにブローンアスファルト／減圧残油混合物のサンプルに１０５％ＰＰＡを１重量％添加して得られた結果を示す。図２の表に示されているように、ＰＰＡ添加の混合物は、同じ空気ブロー時間に対してＰＰＡなしの混合物に比して、より優れた性質を有した。

図３は、アスファルト７０％と減圧残油３０％の混合物を使用して得られた結果を示す。空気は４６０°Ｆの混合物にブローされた。サンプルは、空気ブロー２９８分後のセミブローンアスファルトから採取し、軟化点と針入度に関して試験を行った。「ブロー６」とラベルされた表は、ＰＰＡを含まないアスファルト／減圧残油混合物の結果を示し、一方、「ブレンド２」とラベルされた表は、空気ブローン混合物のサンプルに１０５％ＰＰＡを１重量％添加して得られた結果を示す。図３の表に示されているように、ＰＰＡ添加の混合物は、同じ空気ブロー時間に対してＰＰＡなしの混合物に比して、より優れた性質を有した。

追加試験を、４５０°Ｆで空気をブローしたToricor Bakersfield Valero AC-1アスファルトを使用して行った。ストレートアスファルトに対する軟化度と針入度の変化は、表５に要約されている。表から分かるように、約１００℃の軟化点と約１７の針入度を得るには、約１２時間かかる。

図４が示すのは、軟化点変化対時間である。図４の表に示されているように、ＰＰＡ添加なしに約２５０分間空気ブローしたときは、軟化点は４８．６℃であり、針入度は、７４ｄｍｍである。図４の表に示されているように、ＰＰＡ濃度が０．５％、１％、２％となるようにＰＰＡを添加すると、ストレートアスファルトと比較して、軟化点が上昇し、針入度が減少する。

図５が示すのは、軟化点変化対時間である。図５の表に示しているように、ＰＰＡ添加なしに約５１０分間空気ブローしたときは、軟化点は７８．２℃であり、針入度は、２６ｄｍｍである。図５の表に示されているように、ＰＰＡ濃度が０．５％、１％、２％となるようにＰＰＡを添加すると、ストレートアスファルトと比較して、軟化点が上昇し、針入度が減少する。

Claims

（ａ）アスファルト組成物を提供するステップと、
（ｂ）６０分間〜７００分間にわたって空気ブローすることによって前記アスファルトを処理するステップと、
（ｃ）前記空気ブロー処理に続いて、撹拌しながら、前記アスファルトにポリリン酸を添加するステップと、
を含むことを特徴とする空気ブローンアスファルトの製造プロセス。
請求項１のプロセスにおいて、前記空気ブロー処理が３５０°Ｆ〜５５０°Ｆの温度で行われることを特徴とするプロセス。
請求項２のプロセスにおいて、前記ポリリン酸が１０５％〜１１８％当量であることを特徴とするプロセス。
請求項３のプロセスにおいて、前記ポリリン酸が、０．１重量％〜３重量％の濃度になるように添加されることを特徴とするプロセス。
請求項４のプロセスにおいて、前記ポリリン酸の添加に続いて、前記アスファルトとポリリン酸との混合物が１５分間〜１０時間にわたって撹拌されることを特徴とするプロセス。
請求項５のプロセスにおいて、空気ブローの前に、前記アスファルトが、フラックス、スロップ、またはフラックスとスロップの混合物に混合されることを特徴とするプロセス。
請求項５のプロセスが、前記ポリリン酸を添加する前に３００°Ｆ〜３４０°Ｆの温度にアスファルトを冷却するステップをさらに含むことを特徴とするプロセス。
（ａ）アスファルト組成物を提供するステップと、
（ｂ）２００分間〜３００分間にわたって温度４００°Ｆ〜５５０°Ｆで空気ブローすることによって前記アスファルトを処理するステップと、
（ｃ）前記空気ブロー処理に続いて、撹拌しながら、アスファルトに１０５％〜１１８％当量のポリリン酸を添加して、０．１重量％〜３重量％の濃度になるようにするステップと、
を含むことを特徴とする空気ブローンアスファルトの製造プロセス。
請求項８のプロセスにおいて、前記ポリリン酸の添加に続いて、前記アスファルトとポリリン酸との混合物が、１５分間〜１０時間にわたって撹拌されることを特徴とするプロセス。
請求項９のプロセスにおいて、空気ブローの前に、前記アスファルトが、フラックス、スロップ、またはフラックスとスロップの混合物と混合されることを特徴とするプロセス。
請求項１０のプロセスが、前記ポリリン酸を添加する前に３００°Ｆ〜３４０°Ｆの温度にアスファルトを冷却するステップをさらに含むことを特徴とするプロセス。