KR20130088046A - 황­연장 아스팔트의 제조 동안 ｈ２ｓ 의 저방출 제공 방법 - Google Patents

황­연장 아스팔트의 제조 동안 ｈ２ｓ 의 저방출 제공 방법 Download PDF

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헬렌 제인 데이비스
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데이비드 스트릭랜드
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본 발명은 특정 물리적 특성을 갖고, 원하는 크기의 황 입자를 구축하기 위해 코팅물 사이에 고체화되는 액체 황으로 출발 황 종자 입자를 연속 코팅하여 제조되는 황 과립을 사용하여 대기에 최소 황화수소 기체를 방출하면서 황-연장 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법을 제공한다. 황 과립이 황, 역청 및 골재 혼합물의 제조에 사용되어 황-연장 아스팔트를 제공한다.

Description

황­연장 아스팔트의 제조 동안 Ｈ２Ｓ 의 저방출 제공 방법 {A METHOD PROVIDING FOR A LOW RELEASE OF H２S DURING THE PREPARATION OF SULFUR­EXTENDED ASPHALT}
본 발명은 황-연장 아스팔트의 제조 동안 H2S 의 저방출을 제공하는 방법에 관한 것이다.
아스팔트는 통상 건설 및 도로 포장에 사용된다. 이러한 명세서에서 사용된 용어로서, 아스팔트는 골재 물질, 예컨대 모래, 자갈 및 쇄석과 뜨거운 역청의 혼합물이다. 역청은 골재 물질을 코팅하여 아스팔트를 산출하고, 이는 노상에 균일층으로서 산포되고, 중량 롤링 장비를 사용하여 압축되고 평활화된다.
아스팔트의 제조에서 황이 역청과 혼합되어, 아스팔트 혼합물 중 원소 황의 사용으로 대체되는 역청의 감량 및 특정 향상된 특성을 갖는 황-연장 아스팔트를 제공할 수 있다는 것은 당업계에 인식되어 있다. 그러나, 아스팔트 혼합물에의 첨가제로서 황의 사용이 부딪히는 문제 중 하나는, 아스팔트의 제조 동안 아스팔트 성분과 황의 혼합으로부터 기인하는 황화수소와 같은 악취 기체 배출물의 원치 않는 방출이다.
아스팔트의 역청 및 골재 성분과 황의 혼합 동안 방출되는 황화수소는 여러 공급원으로부터 유래될 수 있다. 한 상기 공급원은, 뜨거운 혼합 온도, 예를 들어 140 ℃ 초과의 온도에서 역청과 황 사이에 발생하는 탈수소화 반응으로부터 기인하는 황화수소의 원치 않는 형성이다.
황화수소 방출의 또다른 공급원은 황 공급원 자체에 용해 또는 연행되고 생성된 액체 황과 아스팔트 혼합물의 용융 및 혼합시에 방출되는 실제 황화수소이다.
선행 기술은 황-연장 아스팔트의 혼합 및 제조 동안 발생하는 H2S 배출의 감소를 위한 수많은 접근을 제시한다. H2S 배출 감소에 대한 한 접근은 아스팔트 혼합물을 위한 황 공급원으로서 H2S 억제 화학 물질의 농축물을 함유하는 황 펠릿을 사용하는 것이다. H2S-억제제를 포함하는 상기 황 펠릿의 예는 US 2007/0125268 에 개시되어 있다. 이 공보에서는, H2S-억제제의 농축물, 즉 전형적으로 자유 라디칼 저해제 및 산화 환원 반응 촉매의 부류로부터 선택되는 화합물을 포함하는 특정 유형의 황 펠릿이 개시되어 있다. H2S-억제제의 농축물을 갖는 황 펠릿은 원소 황과 H2S-억제제 및 임의로 충전제를 혼합하여 혼합물을 형성한 후, 혼합물을 형상화 또는 펠릿화함으로써 제조된다. 예를 들어 과립기, 회전 드럼, 그 위에 황 액적이 분사되는 냉각 컨베이어 벨트, 및 고체화 입자에 액체 혼합물의 연속적 코팅을 적용하는 분사기의 사용을 포함하는, 다수의 상이한 수단 및 방법이 혼합물의 펠릿화에 관하여 개시되었다. 황 펠릿은 황, 역청 및 골재의 아스팔트 혼합물의 제조에서 사용될 수 있고, H2S-억제제를 함유하지 않는 원소 황 향정 (pastille) 과 비교했을 때 아스팔트의 혼합시에 H2S 방출의 실질적 감소를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
아스팔트의 제조 또는 혼합 동안 H2S 방출의 양을 감소시키기 위한 선행 기술에 개시된 또다른 접근이 WO 출원 2009/121917 에 나타나 있다. 이 공보에 나타낸 접근은 혼합 공정에서 첨가제로서 파라핀 왁스를 이용하여, 아스팔트 혼합물의 역청 및 골재 성분이 혼합되는 필요 온도를 감소시키는 공정이다. 이러한 혼합 온도의 감소는 아스팔트 성분의 혼합 동안 방출되는 H2S 의 양을 감소시키는 것의 혜택을 제공한다. 왁스가 이의 혼합 동안 아스팔트 혼합물의 성분에 별도로 첨가될 수 있거나, 이는 바람직한 구현예의 경우 황 및 왁스의 펠릿에 혼입되고 이후 이 펠릿은 아스팔트 혼합물의 역청 및 골재 성분과 혼합될 수 있다.
선행 기술에서 인식된 바와 같이, 황-연장 아스팔트의 제조 동안 황화수소 기체의 감소된 또는 낮은 방출을 제공하는 개선된 또는 다양한 방법을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 방법은 황-연장 아스팔트의 제조 동안 H2S 의 감소된 또는 낮은 방출을 제공한다. 이러한 방법은 황-연장 아스팔트의 제조에 사용하기 위한 황 과립을 제공하는 것을 포함한다. 황 과립은 고체화된 황 종자 입자를 형성하기 위해 액체 황 액적의 분사물을 통과하여 물 액적의 분사물을 교차시킨 후, 고체화된 황 종자 입자를 하나 이상의 액체 황 층으로 코팅 (이때, 하나 이상의 액체 황 층 각각은 고체화되어 황 과립을 형성함) 하는 것을 포함하는 방법에 의해 고체화된 황 종자 입자를 형성함으로써 제조된다. 황 과립은 황-연장 아스팔트를 제조하기 위해 역청 및 골재와 혼합되지만, H2S 의 낮은 방출을 갖는다.
본 발명은 황-연장 아스팔트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어인 황-연장 아스팔트는 도로 포장 물질로서 적절히 사용될 수 있는 아스팔트 혼합물을 제공하는 비율의 원소 황, 역청 및 골재의 혼합물인 것으로 이해된다. 이는 악취 기체 화합물의 배출물이 대기에 방출되는 역청 및 골재의 뜨거운 혼합물 또는 뜨거운 역청 물질에 대한 원소 황의 첨가에 의한 황-연장 아스팔트의 제조에서이다. 악취 기체 화합물은 황화수소 (H2S), 카르보닐 술피드 (COS), 이산화황 (SO2), 카본 디술피드 (CS2), 메틸 메르캅탄 (CH3SH) 및 에틸 메르캅탄 (CH3CH2SH) 을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 악취 기체 화합물 중 가장 두드러진 것은 H2S 및 SO2 이다. 이 중, H2S 는 본 발명의 방법에 의하여 대기에의 이의 방출이 감소 또는 최소화되는 더욱 두드러진 악취 기체 화합물이다.
황-연장 아스팔트 혼합물의 골재 성분은 골재 및 역청을 포함하는 아스팔트 혼합물의 제조 및 생산의 실시에서 적절히 또는 전형적으로 사용되는 임의의 물질일 수 있다. 일반적으로, 골재는 등급별 분절에 혼합하는데 사용되는 임의의 적합한 경질, 불활성 미네랄 물질이고, 모래, 자갈, 쇄석, 산호 및 슬래그와 같은 물질일 수 있다.
황-연장 아스팔트 혼합물의 역청 성분은 골재 물질을 코팅하는 결합제로서 기능하여, 노상에 균일한 층으로서 뜨거울때 산포되고 취권될 수 있도록 하는 특성을 갖는 역청-골재 혼합물을 산출한다. 역청은 전형적으로 폴리시클릭 방향족 탄화수소를 포함하거나, 아스팔텐, 수지 및 중유를 포함하는 고점성 유기 화합물의 혼합물이다. 역청은 또한 및 더 전형적으로는, 잔여 오일 또는 피치와 같은 석유 잔여물로부터 유래된 혼합물이다. 정제된 역청은 미정제 오일의 분획 증류에 의해 수득되고 525 ℃ (977 ℉) 를 초과하는 초기 비등 온도를 가질 수 있는 미정제 오일 하부 분획이다.
황-연장 아스팔트의 제조에서, 황은 역청 및 골재와 혼합되어, 3 가지 성분의 혼합물을 제공한다. 한 전형적 황-연장 아스팔트 제조 방법에서, 고체 황 펠릿은 아스팔트 혼합물의 뜨거운 성분과 혼합되면 고체 황 펠릿이 녹도록, 첨가된 황의 용융 온도를 초과하는 온도인 뜨거운 액체 역청 또는 뜨거운 골재에 또는 역청과 골재의 뜨거운 혼합물에 첨가된다. 황-연장 아스팔트의 이러한 제조 동안, H2S 기체의 원치 않는 양이 대기에 방출된다.
방출된 H2S 기체는 135 ℃ 또는 140 ℃ 초과의 높은 혼합 온도에서 역청과 황 사이에 발생하는 수소화 반응으로부터 및 황-연장 아스팔트의 제조에서 사용된 고체 황 펠릿에 연행되고 용융시에 방출되는 H2S 로부터 온다. 본 발명의 방법은 황-연장 아스팔트의 제조를 제공하지만, 이의 혼합 및 제조 동안 H2S 기체의 훨씬 감소된 방출을 제공한다.
본 발명의 방법은 아스팔트 혼합물의 제조 동안 H2S 의 최소 또는 낮은 또는 감소된 방출과 함께 황-연장 아스팔트의 제조를 제공한다.
본 발명의 방법에서, 아스팔트 혼합 동안 감소된 H2S 방출을 제공하는 특정하게 정의된 특성을 갖는 황 과립이 황-연장 아스팔트의 제조에 사용된다. 방법의 바람직한 구현예에서, 특정 과립화 공정 또는 방법에 의해 제조된 황 과립은 황-연장 아스팔트의 제조에 사용되고, 다른 방법에 의해 제조된 고체 황 펠릿보다 훨씬 더 낮은 H2S 의 방출을 제공한다.
황-연장 아스팔트의 제조에서의 용도로 제공된 황 과립은 주로 원소 황을 포함하고 평균적으로 최대 크기, 즉 길이 치수가 약 25 mm 이하의 범위인 입자이다. 본 발명의 방법에서 이용된 황 과립이 0.5 mm 내지 15 mm 범위, 더 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm, 가장 바람직하게는 1.5 mm 내지 8 mm 또는 2 mm 내지 6 mm 또는 2 mm 내지 5 mm 의 범위의 평균 최대 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본원에서 주어진 입자의 최대 크기에 대해 나타내는 경우, 나타낸 최대 크기 이하의 평면 이내인 입자 부분의 끝에서 끝까지의 선형 거리를 갖는 주어진 입자를 통과해 절단하는 임의의 주어진 평면에서 최대 길이 치수를 갖는다는 것을 의미한다. 입자의 최대 크기의 예는, 이 경우에 입자가 완벽한 구형이라면, 입자의 최대 크기는 이의 직경일 것이다. 본원에서, 입자의 평균 최대 크기에 대한 참조는 각각의 샘플에 포함된 입자의 최대 크기의 평균을 의미한다.
황 과립이 제조되는 방식은 본 발명의 방법에서 사용하기에 특히 적합한 황 과립을 제조하는 원하는 물리적 및 조성적 특성을 부여하는데 중요한 것으로 여겨지는 한편, 상기 황 과립은 불규칙 형상 및 더 대칭인 형상을 포함하여 다양한 가능한 기하학적 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다. 황 과립이 제조되는 방식으로 인해, 이는 전형적으로 및 일반적으로 형상이 (명목상으로) 구형인 것이 바람직하다. 따라서, 황 과립이 형상이 구형인 경우, 이의 직경은 최대 크기로 규정될 것이다.
한 황 과립 치수화 방법은 체 선별기의 사용에 의한 것이다. 황 과립은 체 개구부를 통한 황 과립의 통과를 돕기 위해 진탕되는 주어진 크기의 와이어 메시 체 꼭대기에 놓여질 수 있다. 더 큰 크기의 황 과립은 메시 위에 남고 더 작은 크기의 황 과립은 메시 개구부를 통과한다.
원하는 최소 황 과립 크기의 더 작은 입자의 분리를 위해 원하는 더 작은 체 개구부를 갖는 또다른 체 선별기가 사용될 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 방법에 사용된 황 과립은 표준 7/16 인치 (0.438 인치 또는 11.2 mm) US 메시를 통과하고 표준 제 40 호 US 메시 (0.425 mm) 에서는 유지되어야 한다. 황 과립 입자는 표준 1/4 인치 (0.25 인치 또는 6.3 mm) US 메시를 통과하고 표준 제 35 호 US 메시 (0.50 mm) 에서는 유지되고, 바람직하게는 표준 제 10 호 US 메시 (2.00 mm) 에서는 유지되는 것이 바람직하다.
한 황 과립의 특히 중요한 특성은 과립이 상당히 감소된 농도의 연행 또는 갇힌 H2S 기체를 함유한다는 것이다. 아스팔트 혼합물의 제조 동안 뜨거운 역청 및 골재와 황 과립의 혼합시에 황 과립이 용융되면, 연행된 H2S 가 방출되는 것으로 생각되므로, 황 과립이 낮은 농도의 H2S 를 포함하는 것이 본 발명의 특히 중요한 양상이다. 따라서, 황 과립은 본원에 기재된 바와 같은 상부 공간 분석 시험을 사용하여 시험되는 경우 30 ppmv 또는 15 ppmv 미만의 상부 공간 H2S 농도를 나타내는 특성을 가질 것이다. 바람직하게는, 황 과립에 의해 나타나는 상부 공간 H2S 농도는 10 ppmv 미만, 더 바람직하게는 8 ppmv 미만, 가장 바람직하게는 5 ppmv 미만이다.
본 발명의 황 과립이 주로 원소 황을 포함함에도 불구하고, 황은 추가로 황 과립에 추가적인 유익한 특성을 부여하는 첨가제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 황 과립은 H2S 억제제를 포함할 수 있다. 잠재적 H2S 억제제 중 일부는 상기 기재된 특허 문헌에 언급되어 있고 다른 문헌에 개시되어 있다. H2S 억제제가 황 과립에 포함되는 경우, 이는 전형적으로 황 펠릿의 총 중량의 10 중량% 미만의 양으로 존재한다.
황 과립은 또한 추가로 탄소를 또다른 성분으로서 포함할 수 있다. 전형적으로, 황 과립이 소정 농도의 탄소를 포함하는 경우, 이는 황 과립의 총 중량의 약 5 중량% 이하, 바람직하게는 0.25 중량% 내지 5 중량% 의 범위, 가장 바람직하게는 0.25 중량% 내지 1 중량% 의 양으로 존재할 것이다. 탄소는 카본 블랙 또는 탄소의 임의의 다른 적합한 유형 또는 형태일 수 있다. 황-연장 아스팔트의 제조에서 H2S 의 훨씬 감소된 방출을 제공하면서 더 낮은 요구된 탄소 농도를 갖는 황 과립을 사용하는 것이 본 발명 방법의 유리한 양상이다.
황 과립의 원소 황 함량은 황 과립의 총 중량을 기준으로, 60 중량% 이상이다. 바람직하게는, 황 과립은 75 중량% 내지 100 중량%, 가장 바람직하게는 90 내지 100 중량% 범위의 원소 황 함량을 가질 것이다.
황 과립의 벌크 밀도는 500 kg/㎥ 내지 2000 kg/㎥ 의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 황 과립의 벌크 밀도는 750 kg/㎥ 내지 1750 kg/㎥ 의 범위, 더 바람직하게는 1000 kg/㎥ 내지 1500 kg/㎥ 의 범위이다. 벌크 밀도는 표준 ASTM 시험 방법 C29 에 따라 측정된다.
본 발명의 중요한 양상은 황 과립이 제조되는 방법을 포함한다. 이는 예를 들어 향정 및 플레이크와 같은 고체 황 입자의 기타 형태의 사용에 비해 특히 바람직한 황-연장 아스팔트의 제조에 사용되게 하는 특성을 부여하는 황 과립이 제조되는 특정 방식 및 방법의 결과인 것으로 이론화된다.
일반적으로, 본 발명의 방법에서 이용되는 황 과립은, 고체화 황 종자 입자를 형성하기 위해 액체 황 액적의 분사물을 통과해 물 액적의 분사물을 교차시키는 것을 포함하는 방법에 의해 고체화된 황 종자 입자를 형성함으로써 제조된다. 이러한 고체화 황 종자 입자는 이후 액체 황의 층 하나 이상으로 코팅되고, 하나 이상의 액체 황 층 중 각각의 액체 황 층은 액체 황의 후속 코팅 전에 고체화되어 적절한 크기로 황 과립을 구축한다. 황 과립의 제조에 적절한 방법 및 장치는 미국 특허 제 5,435,945 호 및 WO 공보 제 2009/155682 호에 자세하게 기재되어 있다.
고체화 황 종자 입자의 코팅은 액체 황으로 코팅되는 고체화된 황 종자 입자가 쏟아져 내리는 상승된 위치로부터 형성되는 것을 포함할 수 있다. 이러한 코팅은 액체 황 액적의 제 1 분사물을 통해 또는 액체 황 액적의 제 2 분사물을 통해 통과시킴으로써 고체화된 황 종자 입자의 크기를 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 황 과립은 일반적으로 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃, 바람직하게는 5 ℃ 내지 75 ℃, 더 바람직하게는 10 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 수온의 온도인 물의 분사물을 분사시킴으로써, 및 일반적으로 약 115 ℃ 내지 약 200 ℃, 바람직하게는 120 ℃ 내지 175 ℃, 더 바람직하게는 125 ℃ 내지 155 ℃ 범위의 황 온도의 온도인 액체 황의 분사물을 분사시킴으로써 제조된다.
물의 분사물 및 액체 황의 분사물이 방출되어 교차되고, 서로 접촉되어 액체 황 분사물의 온도를 낮추어서 황 액적이 고체화되고 황 종자 입자를 형성하는 효과를 가져온다. 황 종자 입자는 액체 황과 분사되어 이를 황의 고체 코팅물로 코팅하여서, 황 종자 입자보다 더 큰 황 과립을 형성한다.
본 발명의 황 과립의 제조 방법의 한 구현예는, 분사 노즐이 낙하하는 황 과립 및 사전 생성된 황 종자 입자의 막에 인접하고 액체 황의 분사물 중 하나 이상의 분획이 물 분사물을 통과해서 및 낙하 황 과립 및 사전 생성된 황 종자 입자 막의 내로 통과하도록, 과립화 드럼 내에 위치된 분사 노즐의 사용을 포함한다. 이는 황 과립 및 사전 생성된 황 종자 입자의 크기를 증가시키고 황 종자 입자로부터 황 과립을 형성하고 황 과립의 크기를 증가시키도록, 이후에 고체화되는 액체 황을 사용하여 낙하 황 과립 및 사전 생성 황 종자 입자의 막의 황 과립 및 사전 생성된 황 종자 입자를 코팅하는 것을 제공한다. 이러한 방법으로 형성되는 수득된 최종 황 과립은 본원의 다른 곳에서 더 자세하게 기재된 크기 및 특성을 가질 것이다.
본 발명의 황 과립은 역청 및 골재와 혼합되어 황-연장 아스팔트를 제조한다. 당업자에게 공지된 임의의 방법 또는 수단은 황-연장 아스팔트의 황, 역청 및 골재 성분을 혼합하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 가열된 역청은 가열된 골재와 혼합되면서, 고체 황 과립은 가열된 역청 또는 가열된 골재 또는 가열된 역청 및 골재 혼합물에 첨가된다. 역청 또는 골재 또는 혼합물의 뜨거운 성분은 바람직하게는 황의 용융 및 아스팔트 성분과 황의 실질적으로 균질한 혼합을 제공하도록 황 과립의 용융 온도를 초과하는 온도이다.
뜨거운 역청 또는 골재 성분이 혼합되어 황-연장 아스팔트를 형성하는 혼합 온도는 일반적으로 100 ℃ 내지 200 ℃ 의 범위이지만, 바람직하게는 이 온도는 115 ℃ 내지 175 ℃, 더 바람직하게는 120 ℃ 내지 150 ℃, 가장 바람직하게는 125 ℃ 내지 140 ℃ 이다.
골재 및 황과 혼합되어 황-연장 아스팔트를 형성하는 역청의 양은 전형적으로 황-연장 아스팔트 중 1 중량% 이상이다. 아스팔트 혼합물에 이용되는 역청의 상한선은 황-연장 아스팔트 중 약 10 중량% 이다. 황-연장 아스팔트는 1 중량% 내지 10 중량% 역청을 포함하는 것이 바람직하다. 황-연장 아스팔트는 2 내지 8 중량%, 가장 바람직하게는 3 내지 6 중량% 의 역청을 포함하는 것이 더 바람직하다.
골재는 황-연장 아스팔트 혼합물의 주요 성분이고, 이는 99 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 골재는 황-연장 아스팔트의 총 중량 중 50 중량% 내지 99 중량% 범위의 양으로 황-연장 아스팔트 혼합물에 존재한다. 더 전형적으로, 황-연장 아스팔트 혼합물은 60 중량% 내지 98 중량% 범위로 골재를 포함한다.
황-연장 아스팔트 혼합물을 형성하기 위한 역청 및 골재 성분과 조합 및 혼합된 황의 양은, 원하는 특성을 갖는 아스팔트를 제공할 정도이어야 하고, 일반적으로 1:0.1 내지 1:10 범위의 황-연장 아스팔트에서의 원소 황 대 역청의 중량비를 제공할 정도이다. 역청 및 골재 성분과 혼합된 원소 황의 바람직한 양은 1:0.5 내지 1:6 범위의 황-연장 아스팔트 혼합물 중 원소 황 대 역청의 중량비를 제공할 정도이다. 더 바람직한 황-연장 아스팔트 혼합물의 원소 황 대 역청의 중량비는 1:1 내지 1:4 의 범위이다.
하기 실시예는 본 발명의 방법의 특정 구현예를 설명하기 위해 제시되지만, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
이 실시예는 다양한 형태의 고체 황 물질에 함유된 악취 기체의 상대적 양을 측정하는 표준화된 방법을 제공하는데 사용된 상부 공간 분석 시험을 기재 및 정의한다.
0.5 인치 (12.7 mm) 미만 및 4 메시 (4.76 mm) 초과의 입자 크기 치수를 갖는 입자로 파쇄된 주어진 고체 황 물질의 샘플 10 g 을 밀봉된 100 ㎖ 상부 공간 병에 넣었다. 상부 공간 병을 오븐에 넣고 140 ℃ (이 온도에서, 황이 용융됨) 의 온도에서 유지시켰다. 오븐에서 1 시간 후에, 병을 진탕시켜 황 샘플에 용해된 기체의 방출을 도왔다. 오븐에서 2 시간 및 140 ℃ 의 온도에서 상부 공간 병을 유지시킨 후에, 상부 공간 병을 오븐에서 제거하고 상부 공간 병의 상부 공간 기체의 분취량을 기체 샘플링 실린지에 의해 취출하였다. 기체 샘플을 기체 크로마토그래피 방법론 및 장비를 사용하여 분석하였다. 예를 들어, 불꽃광도 검출기 (PEPD) 와 연속하여 열전도성 검출기 (TCD) 가 장착된 Varian 3800 기체 크로마토그래피를 상부 공간 기체 샘플의 기체 크로마토그래피 분석에 사용하여, 황화수소 (H2S), 카르보닐 술피드 (COS), 이산화황 (SO2), 메틸 메르캅탄 (CH3SH) 및 에틸 메르캅탄 (CH3CH2SH) 를 포함하는 기체의 조성을 측정할 수 있다. 이러한 분석의 조성적 결과가 이후 나타내어질 수 있다.
실시예 2
이 실시예는 이의 제조에 사용된 황 펠릿 또는 과립 생성물 및 황 공급원의 다양한 샘플에 대해 이루어진 상부 공간 분석 시험의 결과를 나타낸다.
황 샘플에 함유된 악취 기체 화합물을 측정하기 위해 여러 공급원으로부터 취출된 다양한 황 샘플에 대해 상부 공간 분석 시험을 수행하였다.
설비 제 1 호에서 생성된 황은 황 종자 입자의 형성을 포함하는 GX 과립 형성 공정을 사용하는 과립으로 형성되고, 이에 따라 액체 황의 얇은 코팅물이 고체화된 황의 연속적 층에 분사되어 약 6 mm 의 직경을 갖는 과립이 구축되었다. GX 과립, 제 4 호 메시 (4.75 mm 개구부) 보다 큰 GX 과립 및 제 4 호 메시보다 작은 GX 과립을 제조하는데 사용된 황 공급원을 상부 공간 분석 시험을 사용하여 각각 시험하였다. 이 결과를 아래 표 1 에 나타냈다.
[표 1] 설비 제 1 호로부터의 황 샘플에 대해 이루어진 상부 공간 분석 시험의 결과
Figure pct00001
설비 제 2 호에서 생성된 황은 황 향정의 제조를 위한 공지된 회전형성 공정 (rotoforming process) 을 사용하여 향정으로 형성되었다. 소형, 액체 황 액적의 정규 배열을 그 아랫면에 물을 분사함으로써 냉각되는 연속 이동 강철 벨트에 공급함으로써 황 향정을 제조하였다. 냉각된 황 액적을 고체 반구형 향정으로서 움직이는 강철 벨트로부터 방출시켰다. 고체 황 향정 및 회전형성 공정을 사용하여 형성된 고체 황 향정으로 형성되기 전에 황 공급원을 상부 공간 분석 시험을 사용하여 시험하였다. 이러한 결과를 아래 표 2 에 나타냈다.
[표 2] 설비 제 2 호로부터의 황 샘플에 대해 이루어진 상부 공간 분석 시험의 결과
Figure pct00002
상부 공간 분석 시험을 사용하여 시험된 고체 황 펠릿의 최종 샘플은 소정 농도의 탄소를 포함하고 상품명 Thiopave® 로 시판되는 시판 황 향정 펠릿의 샘플이었다. 이러한 샘플의 상부 공간 분석 시험의 결과를 아래 표 3 에 나타냈다.
[표 3] 시판되는 탄소-함유 황 향정의 샘플에 대해 이루어진 상부 공간 분석 시험의 결과
Figure pct00003
표 1, 2 및 3 에 나타낸 데이터로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, GX 황 과립은 회전 형성 향정 및 탄소-함유 황 향정보다 상당히 더 낮은 상부 공간 H2S 농도를 나타냈다. GX 과립은 1 또는 2 ppmv 의 상부 공간 H2S 농도를 가졌고, 이는 회전형성 황 향정에 의해 나타나는 21 ppmv 상부 공간 H2S 농도 및 시판되는 탄소-함유 황 향정의 샘플에 의해 나타나는 14 ppmv 상부 공간 H2S 농도보다 상당히 낮다.
GX 과립의 형성에 사용된 황의 공급은 40 ppmv 의 상부 공간 H2S 농도를 가졌는데, 이는 황을 공급하는 것에 의해 제조된 GX 과립보다 상당히 더 높았다. 황을 공급할 시에 연행된 H2S 를 통한 GX 과립 중 연행된 H2S 의 상당히 감소된 양은 GX 과립이 제조되는 독특한 방법으로부터 기인하는 것으로 여겨진다. GX 과립화 공정에서 황은 과립 크기의 구축 시에 황 종자 및 과립에 따라 연속적으로 분사되므로 액체 황의 얇은 코팅물의 통기에 의해 탈기되는 것으로 이론화된다. 이러한 이론은 상기 황의 공급으로부터 제조된 회전형성 향정과 동일한 상부 공간 H2S 농도를 갖는 회전형성 향정의 형성에 사용된 황의 공급을 나타내는 표 2 에 나타낸 데이터에 의해 또한 뒷받침되는 것으로 드러난다.
탄소 농도를 갖는 황 향정 펠릿은 14 ppmv 의 상부 공간 H2S 농도를 나타낸다. 이러한 상부 공간 H2S 농도 값은 회전형성 향정의 상부 공간 H2S 농도보다 낮지만 GX 과립의 상부 공간 H2S 농도보다 높으므로, 회전형성 향정보다 낮은 양의 연행된 H2S 를 갖지만 GX 과립보다 높은 양의 연행된 H2S 를 갖는다는 것을 나타낸다.
실시예 3
이 실시예는 실시예 2 에 기재된 상이한 황 공급원 또는 펠릿을 사용하여 제조된 여러 황 연장 아스팔트 혼합물을 기재한다. 또한 나타나는 것은 상이한 황 공급원을 사용하여 제조된 황-연장 아스팔트 혼합물의 상부 공간 시험에서 측정된, 아스팔트 샘플을 초과하는 폐쇄된 상부 공간의 H2S 기체 농도이다.
특정 황 물질, 즉 GX 과립 또는 회전형성 향정, 또는 평범한 황 플레이크를 오븐에서 용융시킨 후, 액화된 황을 15 초 동안 사전 혼합된 뜨거운 골재와 역청의 혼합물 (93.6 중량% 미네랄 골재 및 3.9 중량% 역청의 혼합 제형) 을 함유하는 실험용 혼합기에 부음으로써 포장용 혼합물을 제조하였다. 성분의 혼합을 90 초 동안 지속하였다. 황, 역청 및 골재의 혼합물 4000 g 을 이후 2 개의 4 ℓ 절연 캔에 붓고, 이를 이후 뚜껑으로 덮었다. 캔을 대략 이의 중간 지점까지 충전하였다. 5 분 동안 포장 혼합물 위의 상부 공간에 기체가 축적되게 하고, 이 지점에서 펌프가 장착된 Draeger MiniWarn 계량기를 사용하여 황화수소 기체 농도를 측정하였다. 포장 혼합물의 목표 온도는 135 ℃ 내지 140 ℃ 였다. 상부 공간 분석 결과를 표 4 에 나타냈다.
[표 4] 나타낸 형태의 황을 사용하여 제조된 아스팔트 혼합물 위의 폐쇄된 상부 공간에서의 황화수소 기체 농도
Figure pct00004
표 4 에 나타낸 데이터가 나타내는 바와 같이, GX 과립을 사용하여 제조된 황-연장 아스팔트 혼합물은 다른 형태의 황 물질, 즉 회전형성 향정 및 전형적 정제 황을 사용하여 제조된 황-연장 아스팔트 혼합물과 비교했을 때 연행된 H2S 기체를 상당히 감소시켰다. 이는 황-연장 아스팔트의 제조에 GX 과립이 사용되는 경우, 황 펠릿의 다른 형태가 아스팔트 제조에 사용되는 경우보다 훨씬 감소된 또는 더 낮은 H2S 방출이 산출될 것임을 나타낸다.

Claims (8)

  1. 하기 단계를 포함하는, 황-연장 아스팔트의 제조 동안의 H2S 의 감소된 또는 낮아진 방출 제공 방법:
    액체 황 액적의 분사물을 통과해 물 액적의 분사물을 교차시켜 고체화된 황 종자 입자를 형성하는 것을 포함하는 방법에 의해 고체화된 황 종자 입자를 형성하고, 이후 액체 황의 하나 이상의 층 (여기서 액체 황의 하나 이상의 층 각각은 고체화되어 황 과립을 형성함) 으로 상기 고체화 황 종자 입자를 코팅함으로써 제조되는, 황-연장 아스팔트의 제조에서 사용하기 위한 황 과립을 제공하는 단계; 및
    상기 황 과립과 역청 및 골재를 혼합하여, H2S 의 낮은 방출과 함께 황-연장 아스팔트를 제조하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 황 과립이 15 ppmv 미만의 상부 공간 H2S 농도를 갖는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 황 과립이 25 mm 이하 범위의 평균 최대 크기 치수를 갖는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 황 과립이 500 kg/㎥ 내지 2000 kg/㎥ 범위의 벌크 밀도를 갖는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 황 과립이 60 중량% 이상의 원소 황, 5 중량% 이하의 탄소, 및 10 중량% 미만의 H2S 억제제를 포함하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 물 액적의 분사가 0 ℃ 내지 80 ℃ 범위의 물 분사 온도에서 이루어지고, 액체 황 액적의 분사가 115 ℃ 내지 160 ℃ 범위의 황 분사 온도에서 이루어지는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅 단계가, 액체 황 액적의 분사물 또는 액체 황 액적의 제 2 분사물에 통과시킴으로써 고체화된 황 종자 입자의 크기를 증가시키기 위해 액체 황으로 코팅된 고체화 황 종자 입자가 쏟아져 내리는 상승된 위치로부터 형성되는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 황 연장 아스팔트가 1:0.1 내지 1:10 범위의 황 연장 아스팔트 중 황 대 역청의 중량비를 제공하는 양으로 1 중량% 이상의 역청, 황, 및 98 중량% 이하의 골재를 함유하고, 황 과립, 역청 및 골재의 혼합이 100 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 혼합 온도에서 수행되는 방법.
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