专利名称：一种水工沥青的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水工沥青的制备方法，具体地说涉及一种水利水电工程的沥青混凝土防渗面板和心墙用石油沥青的制备方法。
背景技术：
水工沥青作为防渗材料，是一种特种沥青产品，在大坝、电站等水利水电工程中有广泛的应用，如用于防渗面板和心墙等。目前生产水工沥青的方法仍采用生产道路沥青的生产方法，如蒸馏法、氧化法、调和法等。但这在工程质量上是不可取的。首先，对于电站用蓄水池有其独特的工作特点，由于电力系统的需要，上池和下池水位在不断发生变化，特别是在冬季气温较低的时候，面板的接触温度由水温变为气温会发生剧烈的变化，比沥青路面和常规水库的沥青混凝土斜墙的环境条件更加恶劣。其次，水利、水电工程一旦投入正常运行则没有汽车等载荷的反复作用，裂缝的自愈能力不及沥青路面。再就是坝体常有较大的沉陷变形以及主体多为斜面或垂直结构的沥青混凝土防渗墙。另外，对于投资巨大的水池建筑物来讲，一旦发生裂缝、鼓包等现象其严重后果是不言而喻的。已建成的部分水工建筑物已出现了低温开裂、漏水和高温流淌等现象。可见，并不是任何沥青都适合于修筑水利水电工程而达到低温不开裂、高温不流淌的目的，工程上要求水工沥青应具有更好的耐老化性、防渗性、抗裂性、感温性、柔性及耐久性等。
在现有技术中，就道路沥青和建筑沥青的生产而言，尽管多有采用氧化工艺来实现的，但其并未注重基础原料的选择，所用原料是由企业上游装置的需要来决定的，稠度难以调整，无论是采用氧化或半氧化工艺，产品都难以达到水工沥青的性能要求，或者氧化深度过度，造成低温性能下降，或者氧化深度不够，使高温性能得不到应有的改善。如CN1093394A所用原料为溶剂脱沥青的重脱沥青油，氧化温度高达295-310℃，风量高达350-420NM3/t，时间需要氧化30-32h，由于氧化条件非常苛刻，尽管提高了高温性能，但沥青已属于凝胶状态，致使产品脆性增加，而流变性能变差。CN1064987C其原料仅限于减压渣油经丙烷脱沥青所得脱油沥青，且产品的针入度、延度、密度和薄膜加热后性质变化等指标要求与水工沥青有很大的不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、操作方便的制备水工沥青的方法。用该方法可生产出高低温性能、抗老化性能和防渗性好的水工沥青产品。
本发明水工沥青制备方法的具体过程如下选择或调配性质适宜的沥青原料，然后进行缓和氧化处理，得到最终水工沥青产品。
其中缓和氧化处理过程条件如下液相温度140℃-260℃，优选150℃-240℃。
含氧气体流量0.01Nm3/kg.h-0.16Nm3/kg.h，优选0.05Nm3/kg.h-0.12Nm3/kg.h。
氧化时间1h～10h，优选2h～6h。
氧化塔液面高径比(2～10)∶1，优选(4～6)∶1。
其中沥青原料性质要求为按GB/T8928测定的15℃密度为＞1.000g/cm3，最好1.005～1.10g/cm3，按GB/T4509测定的基础沥青的25℃针入度为(75～200)1/10mm，最好为(80～160)1/10mm。按GB/T4507测定的基础沥青的软化点为(35～60)℃，最好为(38～50)℃。
沥青原料可以是符合性质要求的渣油或直馏沥青，或按上述性质要求用调和方式得到。如渣油、直馏沥青与溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青和/或脱沥青油等调和得到的基础沥青，或者是渣油、直馏沥青与减压馏分油和/或抽出油等调和得到的基础沥青，或者是溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青与减压馏分油和/或抽出油等调和得到的基础沥青，或者是各种沥青原料与催化裂化油浆调和得到的基础原料等各种基础原料。
所用装置为通用的各种规模氧化沥青生产装置。
所用含氧气体包括氧气、空气等，优选空气。
氧化过程中气体流量可以进行调节，随着氧化过程的进行，气体流量由小增大如在氧化过程的后20％～90％时间内，连续或分1～10次将气体流量提高至初期的105％～500％。
本发明水工沥青的具体制备过程如下将基础原料加热至140℃-260℃，优选150℃-240℃，然后送入氧化塔(或氧化釜)，与此同时按0.01Nm3/kg.h原料-0.16Nm3/kg.h原料(优选0.05Nm3/kg.h原料-0.12Nm3/kg.h原料)的空气通入塔(或釜)内底部，保持塔(或釜)内液面高径比(2～10)∶1，优选(4～6)∶1，控制氧化时间在1h～10h，优选2h～6h，即可得到合格的水工沥青产品。
本发明的方法与已有技术相比，拓宽了氧化原料的来源，适应面更广，而对原料的稠度即针入度和软化点以及密度有特定的要求，氧化条件更加缓和，这样，使氧化产品中既保留了较多的增塑组分，从而具有更好的低温性能，又适当增加了感温性和高温性能好的沥青质，使沥青具有更好的抵抗变形的能力，具体的说，水工沥青产品的针入度适宜(60-1001/10mm)、低温(15℃)延度大(薄膜加热前大于150cm、薄膜加热后大于100cm)、密度大(大于1.01)、薄膜加热后针入度比高(大于70％)且软化点升高数值小(小于5℃)。本发明生产的水工沥青不同于现有道路沥青和建筑沥青，由于具备了好的高低温性能和抗老化性能以及感温性、防渗性和耐水性，故适合于水利水电工程修筑沥青混凝土面板和心墙坝。针对沥青原料在氧化过程中的物料体系性质变化的不同，即氧化初期存在一个诱导期，反应速度缓慢，之后反应速度加快，沥青性质变化较快，通过调整在氧化过程中的气体流量，则可以减少氧化初期操作费用、提高空气中氧的利用率，整体上使水工沥青产品的性质更加均一，水工沥青的性能，特别是高温和低温延伸性能更加突出，这可以提高水工沥青产品在长时间使用过程中的整体防渗性能。
具体实施例方式
下面将通过实施例对本发明做进一步说明。实话例中涉及的百分含量为重量百分含量。
实施例1所用基础原料为直馏沥青，其针入度为105 1/10mm，软化点为44.3℃，密度为1.011g/cm3。将其加热熔融后装入500g到氧化釜中，此时，液面高径比为4∶1，在温度200℃、空气流量0.04m3/h下氧化5.5h结束，放出样品并测试沥青的性质(结果见表1)。
实施例2所用基础原料为减压渣油，其针入度为162 1/10mm，软化点为39.5℃，密度为1.008g/cm3。将其加热熔融后装入600g到氧化釜中，此时，液面高径比为6∶1，在温度240℃、空气流量0.03m3/h下氧化1h，空气流量0.048m3/h下氧化2h，在空气流量0.06m3/h下氧化4h结束，放出样品并测试沥青的性质(结果见表1)。
实施例3所用基础原料为丙烷脱油沥青(针入度为781/10mm，软化点为46.1℃，密度为1.018g/cm3)与抽出油(蜡含量0.25％，饱和分43.24％，芳香分43.66％，胶质12.96％，沥青质0.14％)重量比为92∶8调合而得，其针入度为120 1/10mm，软化点为41.7℃，密度为1.16g/cm3。将其加热熔融后装入550g到氧化釜中，此时，液面高径比为5∶1，在温度180℃、空气流量0.033m3/h下氧化3.5h结束，放出样品并测试沥青的性质(结果见表1)。
实施例4所用基础原料为直馏沥青(针入度为711/10mm，软化点为48.1℃，密度为1.021g/cm3)与丙烷脱油沥青(针入度为1211/10mm，软化点为42.9℃，密度为1.008g/cm3)重量比为40∶60调合而得，其针入度为951/10mm，软化点为44.8℃，密度为1.017g/cm3。将其加热熔融后装入500g到氧化釜中，此时，液面高径比为4∶1，在温度220℃、空气流量0.06m3/h下氧化2.5h结束，放出样品并测试沥青的性质(结果见表1)。
实施例5所用基础原料为直馏沥青(针入度为71 1/10mm，软化点为48.1℃，密度为1.021g/cm3)与丙烷脱油沥青(针入度为881/10mm，软化点为46.0℃，密度为1.013g/cm3)重量比为50∶50调合而得，其针入度为821/10mm，软化点为47.2℃，密度为1.016g/cm3。将其加热熔融后装入450g到氧化釜中，此时，液面高径比为3.5∶1，在温度160℃、空气流量0.018m3/h下氧化3h结束，放出样品并测试沥青的性质(结果见表1)。
表1中实施例水工沥青不仅具有优良的使用性能，而且各项性质达到了“三峡水电工程茅坪溪防护土石坝沥青混凝土用沥青质量技术要求”。
表1实施例水工沥青产品性质
*为“三峡水电工程茅坪溪防护土石坝沥青混凝土用沥青质量技术要求”。
权利要求
1.一种水工沥青的制备方法，过程如下选择或调配性质适宜的沥青原料，然后进行缓和氧化处理，得到最终水工沥青产品；其中缓和氧化处理过程条件如下液相温度140℃-260℃含氧气体流量0.01Nm3/kg.h-0.16Nm3/kg.h氧化时间1h～10h氧化塔液面高径比2～10∶1；其中沥青原料性质要求为15℃密度为＞1.000g/cm3，25℃针入度为75～200 1/10mm，软化点为35～60℃。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的缓和氧化处理过程条件如下液相温度150℃-240℃含氧气体流量0.05Nm3/kg.h-0.12Nm3/kg.h氧化时间2h～6h氧化塔液面高径比4～6∶1。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的沥青原料的15℃密度为1.005～1.10g/cm3。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的沥青原料的25℃针入度为80～160 1/10mm。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的沥青原料的软化点为38～50℃。
6.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述的沥青原料是符合性质要求的渣油或直馏沥青，或按上述性质要求用调和方式得到。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于所述的调和方式包括渣油、直馏沥青与溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青和/或脱沥青油等调和得到的基础沥青，或者是渣油、直馏沥青与减压馏分油和/或抽出油等调和得到的基础沥青，或者是溶剂脱沥青工艺得到的脱油沥青与减压馏分油和/或抽出油等调和得到的基础沥青，或者是各种沥青原料与催化裂化油浆调和得到的基础原料。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含氧气体为氧气或空气。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在氧化过程中气体流量随着氧化过程的进行，气体流量由小增大进行调节。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的气体流量调节为在氧化过程的后20％～90％时间内，连续或分1～10次将气体流量提高至初期的105％～500％。
全文摘要
本发明提供了一种水工沥青的制备方法。用轻度氧化工艺，选择适宜稠度(即针入度值)和密度等性质的基础原料及适宜的工艺条件，通过向加热熔融的基础沥青中通入氧气或含氧气体(如空气)进行适度氧化制备成水工沥青产品。不但生产工艺简单，而且该水工沥青产品具有良好的粘结性、高低温性能、抗老化性能和防渗等性能，适合于作粘结剂和防渗材料、通过制作成沥青混凝土来修筑水利水电等防渗工程的面板或心墙坝。
文档编号C10C3/04GK1766037SQ20041005079
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月29日 优先权日2004年10月29日
发明者郭皎河, 曲涛, 李永泰, 程国香, 冯敏哿 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院