本发明涉及石油沥青领域，具体地，涉及一种颗粒状石油硬质沥青和调合硬质沥青及其制备方法。
背景技术：
随着国民经济健康快速发展，公路建设十分迅速，我国每年新建和维修道路所需沥青混合料约4亿万吨，所需沥青约2400万吨，然而通过减压蒸馏深拔生产的部分道路沥青却不能完全满足交通部2004年颁布的《公路沥青路面施工技术规范》中对A级沥青的技术要求，这主要是受原油性质的制约，我国原油大多数属于低硫石蜡基。一般来说，这样的原油难以生产高质量A级道路沥青，因而我国道路沥青的质量和数量长期满足不了市场需求，随着进口原油特别是中东原油(适合作沥青原料)的大量进口，高质量沥青比例有明显提高(如90号A级沥青、70号A级沥青等)。
由于目前我国道路还面对着重载超载车多、车速高、车流量大等问题，路面易出现车辙，严重危胁着行车安全，而50号道路沥青针入度较低、软化点较高，可以有效的解决沥青路面的车辙问题。但是，炼油企业通过常减压蒸馏技术加工中东进口原油直接生产50号道路沥青难度也很大，并且制备50号道路沥青的原料也受到现有原料的限制。因此，50号A级道路沥青需求增加与供应缺乏之间矛盾的日益突出。
因此，现在急需一种新型的50号道路沥青及其生产方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中硬质沥青针入度高、软化点低和较难制备的缺陷，提供一种颗粒状石油硬质沥青和调合硬质沥青及其制备方法。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种颗粒状石油硬质沥青，该颗粒状石油硬质沥青含有芳香分、胶质和沥青质，以颗粒状石油硬质沥青总重量为基准，所述芳香分的含量为20-30重量％，所述胶质的含量为30-40重量％，所述沥青质的含量为30-40重量％，所述颗粒状石油硬质沥青的形状为半球状。
另一方面，本发明还提供了一种调合硬质沥青，该调合硬质沥青含有硬组分沥青和软组分沥青，所述硬组分沥青为上述的颗粒状石油硬质沥青，所述软组分沥青的25℃针入度为60-80(1/10mm)。
第三方面，本发明还提供了一种调合硬质沥青的制备方法，该方法包括：将硬组分沥青和软组分沥青调合，其中，所述硬组分沥青为上述的颗粒状石油硬质沥青，所述软组分沥青的25℃针入度为60-80(1/10mm)。
第四方面，本发明还提供了上述方法制备的调合硬质沥青。
本发明的调合硬质沥青的各项性能参数均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对50号A级道路沥青的各项要求，并且所制备的调合硬质沥青的针入度显著低于现有70号A级道路沥青，软化点显著高于现有70号A级道路沥青。本发明的调合硬质沥青通过选择合适的软组分沥青，其25℃针入度为60-80(1/10mm)，并将该软组分沥青与制备的颗粒状石油硬质沥青进行调合而制成调合硬质沥青，不仅能够提高调合硬质沥青的软化点，还可以降低其针入度，并且该制备工艺简单，易于工业化应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一方面，本发明提供了一种颗粒状石油硬质沥青，该颗粒状石油硬质沥青含有芳香分、胶质和沥青质，以颗粒状石油硬质沥青总重量为基准，所述芳香分的含量为20-30重量％，所述胶质的含量为30-40重量％，所述沥青质的含量为30-40重量％，所述颗粒状石油硬质沥青的形状为半球状。
根据本发明所述的颗粒状石油硬质沥青，优选地，颗粒状石油硬质沥青不含饱和分，从而可使颗粒状石油硬质沥青具有更低的针入度和更高的软化点。
根据本发明所述的颗粒状石油硬质沥青，该颗粒状石油硬质沥青的制备方法采用回转钢带滴落成型法，该回转钢带滴落成型法可以包括：将来自烷烃脱沥青装置的硬质脱油沥青(DOA)从溶剂脱沥青装置汽提塔塔底排出，经换热后进入脱气罐进行静置脱气处理，然后用沥青泵升压至1.0-1.5MPa，再经换热后通过过滤器过滤，输送至造粒机，通过造粒机的布料器将熔融态的硬质脱油沥青分布成均匀的液滴，滴落在匀速移动的钢带上，经强制冷却后形成半球状颗粒。其中，汽提塔操作条件可以包括：压力为0.55-0.65MPa，塔底温度为280-290℃；造粒机的操作条件可以包括：进料温度≥230℃，进料压力为0.25-0.35MPa，布料器温度≤200℃，冷却水温度≤10℃，颗粒卸料温度≤40℃。其中，造粒机为常规的造粒机。
本领域的技术人员知晓，上述制备过程并不改变烷烃脱沥青装置的硬质脱油沥青的成分和含量，因此，烷烃脱沥青装置的液态硬质脱油沥青中芳香分、胶质、沥青质和饱和分的含量与制得的颗粒状石油硬质沥青中一样。
本发明颗粒状石油硬质沥青的直径可以≤10mm，优选为6-8mm。
本发明颗粒状石油硬质沥青的25℃针入度≤5(1/10mm)，软化点为100-140℃，溶解度≥99.5％，灰分≤1％。
另一方面，本发明还提供了一种调合硬质沥青，该调合硬质沥青含有硬组分沥青和软组分沥青，所述硬组分沥青为上述的颗粒状石油硬质沥青，所述软组分沥青的25℃针入度为60-80(1/10mm)。
根据本发明所述的调合硬质沥青，其中，以所述调合硬质沥青的总重量为基准，硬组分沥青的含量为2-5重量％，软组分沥青的含量为95-98重量％，从而能够在满足调合硬质沥青质量要求的基础上进一步提高软化点并降低针入度。
根据本发明所述的调合硬质沥青，其中，软组分沥青可以为本领域常规的针入度为60-80(1/10mm)的软组分沥青，优选地，软组分沥青的延度为薄膜烘箱前10℃延度不小于40cm。
本发明的调合硬质沥青满足50号硬质道路沥青的各项标准即可，例如25℃针入度在40-60(1/10mm)范围内，软化点大于等于49℃，15℃延度大于等于80cm，10℃延度大于等于15cm等。
第三方面，本发明还提供了一种调合硬质沥青的制备方法，该方法包括：将硬组分沥青和软组分沥青调合，其中，所述硬组分沥青为上述的颗粒状石油硬质沥青，所述软组分沥青的25℃针入度为60-80(1/10mm)。
本发明中，硬组分沥青为上述制得的颗粒状石油硬质沥青，该颗粒状石油硬质沥青的形状为半球形，本发明的发明人在研究中发现，将硬质沥青制作成半球形的，能够提高硬质沥青的软化点并降低其针入度，另外，由于将硬质沥青做成半球形，从而更有利于运输和使用。
根据本发明所述的方法，其中，优选地，所述软组分沥青的延度为薄膜烘箱前10℃延度不小于40cm。
本发明中，以所述调合硬质沥青的总重量为基准，硬组分沥青的用量为2-5重量％，软组分沥青的用量为95-98重量％，从而能够在满足调合硬质沥青质量要求的基础上进一步提高软化点并降低针入度。
根据本发明所述的方法，其中，所述调合的方式可以为搅拌混合，搅拌的转速可以为300-400转/min。
根据本发明所述的方法，其中，所述调合的条件优选包括：温度为140-160℃，时间为0.5-2h，更优选地，温度为150-160℃，时间为0.5-1.5h，从而能够在满足调合硬质沥青质量要求的基础上进一步提高软化点并降低针入度。
第四方面，本发明还提供了上述方法制备的调合硬质沥青。
本发明的调合硬质沥青满足50号硬质道路沥青的各项标准即可，例如25℃针入度在40-60(1/10mm)范围内，软化点大于等于49℃，15℃延度大于等于80cm，10℃延度大于等于15cm等。
实施例
造粒机购自江苏，牌号为CF型回转带式冷凝造粒机。
制备例1
将来自烷烃脱沥青装置的硬质脱油沥青(以硬质脱油沥青总重量为基准，芳香分的含量为20重量％，胶质的含量为40重量％，沥青质的含量为40重量％)从溶剂脱沥青装置汽提塔塔底排出，经换热后进入脱气罐进行静置脱气处理，然后用沥青泵升压至1.2MPa，再经换热后通过过滤器过滤，输送至造粒机，通过造粒机的布料器将熔融态的硬质脱油沥青分布成均匀的液滴，滴落在匀速移动的钢带上，经强制冷却后形成半球状颗粒。其中，汽提塔操作条件可以包括：压力为0.55MPa，塔底温度为280℃；造粒机的操作条件可以包括：进料温度为240℃，进料压力为0.30MPa，布料器温度为200℃，冷却水温度为10℃，颗粒卸料温度为40℃，制得半球状颗粒状石油硬质沥青，其直径为8mm，25℃针入度为1(1/10mm)，软化点为140℃，溶解度为99.5％，灰分为1％。
制备例2
将来自烷烃脱沥青装置的硬质脱油沥青(以硬质脱油沥青总重量为基准，芳香分的含量为25重量％，胶质的含量为37重量％，沥青质的含量为38重量％)从溶剂脱沥青装置汽提塔塔底排出，经换热后进入脱气罐进行静置脱气处理，然后用沥青泵升压至1.1MPa，再经换热后通过过滤器过滤，输送至造粒机，通过造粒机的布料器将熔融态的硬质脱油沥青分布成均匀的液滴，滴落在匀速移动的钢带上，经强制冷却后形成半球状颗粒。其中，汽提塔操作条件可以包括：压力为0.55MPa，塔底温度为285℃；造粒机的操作条件可以包括：进料温度为235℃，进料压力为0.27MPa，布料器温度为200℃，冷却水温度为10℃，颗粒卸料温度为40℃，制得半球状颗粒状石油硬质沥青，其直径为6mm，25℃针入度为2(1/10mm)，软化点为120℃，溶解度为99.5％，灰分为1％。
制备例3
将来自烷烃脱沥青装置的硬质脱油沥青(以硬质脱油沥青总重量为基准，芳香分的含量为28重量％，胶质的含量为36重量％，沥青质的含量为36重量％)从溶剂脱沥青装置汽提塔塔底排出，经换热后进入脱气罐进行静置脱气处理，然后用沥青泵升压至1.05MPa，再经换热后通过过滤器过滤，输送至造粒机，通过造粒机的布料器将熔融态的硬质脱油沥青分布成均匀的液滴，滴落在匀速移动的钢带上，经强制冷却后形成半球状颗粒。其中，汽提塔操作条件可以包括：压力为0.55MPa，塔底温度为290℃；造粒机的操作条件可以包括：进料温度为232℃，进料压力为0.25MPa，布料器温度为200℃，冷却水温度为10℃，颗粒卸料温度为40℃，制得半球状颗粒状石油硬质沥青，其直径为7mm，25℃针入度为3(1/10mm)，软化点为110℃，溶解度为99.6％，灰分为1％。
制备例4
按照制备例1的方法制备半球状颗粒状石油硬质沥青，不同的是，采用硬质脱油沥青(以硬质脱油沥青总重量为基准，芳香分的含量为35重量％，胶质的含量为45重量％，沥青质的含量为20重量％)替换制备例1中的硬质脱油沥青，制得半球状颗粒状石油硬质沥青，其直径为8mm，25℃针入度为8(1/10mm)，软化点为95℃，溶解度为99.5％，灰分为1％。
制备例5
按照制备例1的方法制备半球状颗粒状石油硬质沥青，不同的是，采用硬质脱油沥青(以硬质脱油沥青总重量为基准，芳香分的含量为20重量％，胶质的含量为30重量％，沥青质的含量为30重量％，饱和分的含量为20重量％)替换制备例1中的硬质脱油沥青，制得半球状颗粒状石油硬质沥青，其直径为8mm，25℃针入度为10(1/10mm)，软化点为85℃，溶解度为99.5％，灰分为1％。
实施例1
本实施例用于说明本发明的调合硬质沥青及其制备方法。
将250g制备例1制得的半球状颗粒状石油硬质沥青与9750g 70号A级道路沥青(购自中国石化东海牌沥青，牌号为70号A级沥青，25℃针入度为70(1/10mm)，薄膜烘箱前10℃延度为50cm)放入搅拌器中在155℃、350转/min下搅拌1h混合均匀，制得调合硬质沥青。
实施例2
本实施例用于说明本发明的调合硬质沥青及其制备方法。
将330g制备例2制得的半球状颗粒状石油硬质沥青与9670g 70号A级 道路沥青(购自中国石化东海牌沥青，牌号为70号A级沥青，25℃针入度为70(1/10mm)，薄膜烘箱前10℃延度为50cm)放入搅拌器中在155℃、350转/min下搅拌0.8h混合均匀，制得调合硬质沥青。
实施例3
本实施例用于说明本发明的调合硬质沥青及其制备方法。
将400g制备例3制得的半球状颗粒状石油硬质沥青与9600g 70号A级道路沥青(购自中国石化东海牌沥青，牌号为70号A级沥青，25℃针入度为70(1/10mm)，薄膜烘箱前10℃延度为50cm)放入搅拌器中在155℃、350转/min下搅拌0.7h混合均匀，制得调合硬质沥青。
实施例4
本实施例用于说明本发明的调合硬质沥青及其制备方法。
按照实施例1的方法制备调合硬质沥青，不同的是，调合的温度为140℃，搅拌时间为2h，制得调合硬质沥青。
实施例5
按照实施例1的方法制备调合硬质沥青，不同的是，用制备例5的半球状颗粒状石油硬质沥青替换制备例1的半球状颗粒状石油硬质沥青，制得调合硬质沥青。
对比例1
按照实施例1的方法调合制备硬质沥青，不同的是，用制备例4的半球状颗粒状石油硬质沥青替换制备例1的半球状颗粒状石油硬质沥青，制得调合硬质沥青。
测试例
采用以下方法测定实施例1-5和对比例1的调合硬质沥青的性能参数，具体方法如下：
按照交通部标准T0604测定针入度以及针入度指数PI，按照交通部标准T0606测定软化点(环球法)，按照交通部标准T0611测定闪点(COC)，按照交通部标准T0605测定延度，按照交通部标准T0620测定60℃动力粘度，按照交通部标准T0615测定含蜡量(蒸馏法)，按照交通部标准T0603测定密度，按照交通部标准T0607测定溶解度，按照交通部标准T0609进行薄膜加热试验。
表1
通过表1的数据可以看出，将实施例1-5与对比例1相比，实施例1-5的调合硬质沥青的各项性能参数符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对50号A级道路沥青的各项要求，尤其是，实施例1-5的调合硬质沥青的针入度显著低于对比例1，软化点显著高于对比例1。
本发明的调合硬质沥青的各项性能参数均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对50号A级道路沥青的各项要求，并且所制备的调合硬质沥青的针入度显著低于现有70号A级道路沥青，软化点显著高于现有70号A级道路沥青。本发明的调合硬质沥青通过选择合适的软组分沥青，其25℃针入度为60-80(1/10mm)，并将该软组分沥青与制备的颗粒状石油硬质沥青进行调合而制成调合硬质沥青，不仅能够提高调合硬质沥青的软化点，还可以降低其针入度，并且该制备工艺简单，易于工业化应用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。