高软化点沥青及其连续生产方法与系统与流程

本发明涉及高软化点沥青的生产领域，具体涉及一种高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

背景技术：

高软化点沥青是指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青。高软化点沥青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。如作为建筑房屋的屋顶罩面之用，即使在炎热的夏季也不会变得很软甚至流淌。还可以用于深层油气田的钻井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低率失量的作用。此外，还可以用作高分子材料的改性添加剂等等。

在现有高软化点沥青的制备方法中，例如中国专利申请cn201210418586.4、cn201520928725.7、以及cn201410438824.7所提供的高软化点沥青的制备方法中，通常采取直接投料方式进行加料，通过反应釜粒径进行加热，通过搅拌器使温度场均匀；然而现有的这种方法不但加热时间较长，而且很难保证反应釜的外壁与中心处的温度一致，此外，鉴于沥青会挂壁，这就使得靠近外壁处的沥青与靠近中心处的沥青在反应釜中的停留时间不一致；而正是基于前述问题的存在，将可能会影响沥青产品的品质。

为了提高沥青产品的品质，在现有技术中也提出了将原料进行预热成熔体后再加入反应釜的方法，如图1所示，在图1中给出了一种现有技术中高软化点沥青的生产流程示意图，其中原料通过筛分装置进行筛分后，经皮带传送机2和斗式提升机31进入沥青原料仓4，接着位于沥青原料仓中的原料经称量装置5称量后进入破碎装置进行破碎，破碎后的原料经斗式提升机32进入第一熔融釜71、并先后经过第一熔融釜71和第二熔融釜72的预热熔融后，进入加热熔融管73进一步热熔后进入沥青聚合反应系统中，其中第一熔融釜71、第二熔融釜72、以及加热熔融管73均通过供热装置74提供热量。而进入沥青聚合反应系统熔融沥青在反应釜8中发生聚合反应形成高软化点沥青。所生成的高软化点沥青在中间槽中经液下泵10的作用进入高置槽11，并进一步进入造粒装置12，所形成的颗粒产品通过输送机13进入后续包装装置；此外，在反应器8中生成的气体经冷凝器降温后进入储液槽15中。前述高软化点沥青的生产方法虽然能够在一定程度上提高高软化点沥青的品质，然而这种方法不但设备成本较高，工艺效率底，而且能耗较高，并不利于大规模的生产。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种高软化点沥青及其连续生产方法与系统，以在改善所制备的高软化点沥青的软化点均匀性的同时简化系统组成。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种高软化点沥青连续生产系统，该系统包括：连续加热进料装置和沥青聚合反应系统，所述连续加热进料装置设置在所述沥青聚合反应系统的上游，并与所述沥青聚合反应系统的进料口相连，其中所述连续加热进料装置为螺杆挤出机。

第二方面，本发明提供了一种高软化点沥青连续生产方法，该方法包括：将沥青原料通过螺杆挤出机加热至预定温度后形成沥青熔体，将所述沥青熔体加入至沥青聚合反应系统中进行接触反应。

第三方面，本发明提供了一种根据本发明前述方法所制备的高软化点沥青，所述高软化点沥青的软化点偏差在±10℃以内。

本发明所提供的一种高软化点沥青及其连续生产方法与系统，通过采用连续加热进料装置(螺杆挤出机)将沥青原料加热至预定温度后加入至沥青聚合反应系统中，能够有效简化高软化点沥青连续生产装置的，降低设备成本，而且能够提高高软化点沥青连续生产系统的生产效率。而且，通过本发明所提供的高软化点沥青连续生产系统所生产的高软化点沥青具有软化点均匀性和稳定性较好的特点。

附图说明

图1示出了根据现有技术的高软化点沥青的连续生产系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一种实施方式中的高软化点沥青的连续生产系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的另一种实施方式中的高软化点沥青的连续生产系统的结构示意图。

附图标记说明

1为筛分装置、2为皮带传送机、31和32为斗式提升机、4为沥青原料仓、5为称量装置、6为破碎装置、7为螺杆挤出机、71为第一熔融釜、72为第二熔融釜、73为加热熔融管、74为供热装置、8为反应釜、81为物料输送带、82为保温夹套、83为电机、9为中间槽、10为液下泵、11为高置槽、12为造粒装置、13为输送机、14为冷凝器、15为储液槽。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

第一方面，本发明提供了一种高软化点沥青连续生产系统，该系统包括：连续加热进料装置7和沥青聚合反应系统，所述连续加热进料装置7设置在所述沥青聚合反应系统的上游，并与所述沥青聚合反应系统的进料口相连，其中所述连续加热进料装置7为螺杆挤出机。

根据本发明的系统，所述螺杆挤出机包括箱体和搅拌轴，所述箱体的内部形成有可容纳所述搅拌轴的内腔，所述搅拌轴安装在所述内腔中；为了优化原料在螺杆挤出机中的预热效果，优选情况下，所述箱体中内腔的长径比为20-60：1。

根据本发明的系统，其中螺杆挤出机具有搅拌和加热双重功能，通过螺杆挤出机的预处理，能够使得沥青原料形成具有一定流动性的熔体。在本发明中优选所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机。在实际操作中，为了便于连续加热进料系统7的连续进料，优选情况下，在该连续加热进料系统7的入口端设置有进料斗，以便于供应原料。

根据本发明的系统，所述沥青聚合反应系统可以采用行业内常规使用的沥青聚合反应系统，在本发明中优选所述沥青聚合反应系统中包括串联设置的2-8级别，优选2-5级反应釜8，例如包括串联设置的2级(两台)、3级(3台)、4级(4台)、或5级(5台)反应釜8；其中反应釜8可以为任意适合于聚合反应的市售反应釜。

根据本发明的系统，为了实现对于反应釜8中温度的控制，优选情况下，所述反应釜8的外周设有保温夹套。对于保温夹套的设置采用本领域的常规工艺手段即可，其中对于加热介质的选择，以及对于供热系统(用于加热所述加热介质)的选择并没有特殊要求，可以根据反应釜8对于温度的要求进行合理选择即可。

根据本发明的系统，在沥青聚合反应系统中所采用的反应釜可以市售的常规用语发明聚合反应的反应釜，也可以是具有特殊结构的经改良的反应釜。在本发明中优选该反应釜为立式的反应釜8，如图1所示，该反应釜8内部设置有物料输送组件，所述物料输送组件包括沿所述立式反应釜8轴向设置的支撑杆，以及环绕所述支撑杆螺旋排布的物料输送带81，所述立式反应釜8的进料口位于所述物料输送带81的上方、出料口位于所述物料输送带81的下方。

根据本发明的系统，通过将物料输送带81环绕在沿立式反应釜8轴向设置的支撑杆上，不但有利于控制沥青熔体的定向流动，而且有利于沿反应器轴向对沥青熔体进行分层，避免立式反应釜下方的物料在搅拌过程中被携带到上方所造成的不同反应阶段的沥青熔体返混，进而有利于优化沥青产品的软化点均匀性。

根据本发明的系统，为了优化反应釜中物流的反应效果，优选情况下，所述物料输送组件绕所述反应釜8轴向可旋转的设置在所述立式反应釜8的内部。在实际操作中通过促使物料输送组件绕反应釜8的轴向转动，使物料沿轴向螺旋移动，为物料提供接触动能，以利于物料反应及物料的输送。在实际操作中，物料输送组件中的支撑杆的一端与电机82相连，该电机82设置在反应釜8的上方，用于驱动所述支撑杆沿所述反应釜8的轴心自传。

根据本发明的系统，为了便于所述物料输送组件的转动，优选情况下，沿所述反应釜8的轴线方向，所述物料输送带81距离所述反应釜8顶部的距离为10-50mm，距离所述反应釜8底部的距离为5-20mm。

根据本发明的系统，为了更好对沿反应器轴向分布的沥青熔体进行分离，避免返混，优选情况下，所述物料输送带81内边缘与所述支撑杆无缝隙固定连接(以避免物料沿支撑杆向下流动)，所述物料输送带81的外边缘与所述反应釜8的内周缝隙配合(以在满足物料输送带81旋转需求的同时，尽量减少物料沿反应釜8的内壁向下流动)。

根据本发明的系统，综合考虑物料输送带81的推动力以及沥青熔体的分区空间，优选情况下，所述物料输送带81的螺旋角β不小于45°，优选为70°≤β≤75°。

根据本发明的系统，为了改变沥青产品的微观结构，例如分子量、例如相关基团含量，通常的做法是可以在沥青反应过程中引入气体(包括惰性气体或者反应性气体)，在本发明中为了便于在立式反应釜8中引入气体，优选情况下，在所述反应釜8内部还设置有进气孔；进一步地，当所述反应釜8为本发明具有特殊结构的反应釜时，为了使得气体能够均匀的分布在反应熔体中，优选所述进气孔设置在所述物料输送带81的上表面上，且所述进气孔通过设置在所述支撑杆内部的进气通道与所述供气单元相连通，优选所述进气孔的孔径为2-15mm，优选所述进气孔的分布密度为1-4个/cm²。

根据本发明的系统，其中对于沥青聚合反应系统中可以设置多个反应釜，并可以对每个反应釜进行单独控温，当在沥青聚合反应系统中仅包括一个单独设置的结构特殊的反应釜8(如图3所示)时，为了实现对该反应釜8中温度的控制，优选情况下，所述反应釜8的外周设有保温夹套83；进一步地，为了实现对反应釜8中不同区域的温度的单独控制，优选情况下，在所述反应釜8的外周设置有沿轴向分布的多段(例如3段或4段)独立控温的保温夹套83。对于保温夹套83的设置采用本领域的常规工艺手段即可，其中对于加热介质的选择，以及对于供热系统(用于加热所述加热介质)的选择并没有特殊要求，可以根据反应釜8对于温度的要求进行合理选择即可。

根据本发明的系统，为了简化连续加热进料装置7(螺杆挤出机)的操作负担，优选在连续加热进料装置7的上游设置破碎装置6，并使得所述破碎装置6与所述连续加热进料装置7的进料口相连。

根据本发明的系统，其中还包括上料系统，所述上料系统设置在所述续加热进料装置7的上游、并与所述连续加热进料装置7的进料口相连；在本发明系统中包括破碎装置6的情况下，该上料系统设置在破碎装置6的上游，并与所述破碎装置6的进料口相连；所述上料系统按物料流动方向包括依次设置的沥青原料仓4和称量装置5。此外，为了便于系统的连续使用，优选情况下，沥青原料仓4和称量装置5设置在高于破碎装置和连续加热进料装置7的位置；而为了便于向沥青原料仓4中加入原料，实际操作中，在所述沥青原料仓4的上游还包括按物料进料方向依次设置的筛分装置1、皮带传送机2、以及斗式提升机3。

根据本发明的系统，其中还包括造粒系统12，所述造粒系统12与所述沥青聚合反应系统的出料口配合连接。在实际操作中，为了便于将沥青聚合反应系统的出料口与所述造粒系统12相连，通常在两者之间还设置有中间槽9、液下泵10和高置槽11，所述中间槽9与沥青聚合反应系统的出料口相连，用于储存沥青聚合反应系统产出的高软化点沥青，液下泵10连接在中间槽9和高置槽11之间，用于将中间槽9中的高软化点沥青输送至高置槽11，而高置槽11与所述造粒系统12的进料口相连；进一步的在所述造粒系统12的下游还设置有包装装置，且所述造粒系统12和包装装置之间通过输送机13相连。

根据本发明的系统，其中还包括尾气处理装置，所述尾气处理装置与沥青聚合反应系统中各反应釜的尾气出口配合连接。优选所述尾气处理装置包括冷凝器14和储液罐15，所述冷凝器14。

同时，第二方面，在本发明中还提供了一种高软化点沥青连续生产方法，该方法包括：所述方法包括：将沥青原料通过螺杆挤出机加热至预定温度后形成沥青熔体，将所述沥青熔体加入至沥青聚合反应系统中进行接触反应。

根据本发明的方法，优选情况下，所述预定温度为300-480℃。

根据本发明的方法，优选情况下，将所述沥青原料破碎至粒径小于10目，优选粒径为100-200目后加入至螺杆挤出机中。

根据本发明的方法，优选情况下，在沥青聚合反应系统中包括2-8级反应釜，优选2-5级反应釜时，各反应釜中反应温度为300-480℃，反应压力为0.01-1.5mpa，停留时间为2-10h，优选为4-8h；沿物料的流动方向，位于下游的反应釜的温度比位于上游的反应釜的温度高，且优选高3-15℃。

根据本发明的方法，优选情况下，在沥青聚合反应系统中包括一个具有图3所示结构的立式反应釜时，该立式反应釜中反应温度为300-480℃，反应压力为0.01-1.5mpa，停留时间为2-20h，优选为6-12h。优选情况下，所述支撑杆驱动所述物料输送带以5-100rpm的速度转动。优选情况下，沿所述反应釜的轴向包括至少三段加热区，且由上至下各加热区的温度依次增加，优选相邻两个加热区的温度差为5-15℃，优选靠近所述反应釜的进料口的第一加热区的温度大于等于所述预热温度。

根据本发明的方法，优选情况下，所述方法还包括向所述反应釜中通入气体的步骤，所述气体选自氮气、惰性气体、氧气(反应气体)中的一种或几种，优选所述气体的流量为0.1l/min-100l/min。

根据本发明的方法，其中对于沥青原料并没有特殊限定，可以是任意的对于软化点不满意的沥青原料，例如包括但不限于煤沥青、煤焦油沥青、石油沥青、石油渣油沥青，以及任意的软化点处于60～200℃的芳烃或稠环芳烃类物质，例如具有筹环结构的芳香烃，萘，四氢萘，均四甲苯等。

此外，第三方面，本发明还提供了一种由根据本发明所述的方法所制备的高软化点沥青。优选所述高软化点沥青的软化点偏差在±10℃以内优选在±8℃以内，更优选在±5℃以内；根据本发明所提供的高软化点沥青的具有产品性质均一，稳定性好的优势。

以下将结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

在如下实施例和对比例中所采用的沥青原料为原自神华煤制油公司，煤直接液化工序的产出的煤基沥青，该沥青的软化点为160℃，残碳含量为40重量％，灰分含量为0.05重量％，软化点偏差为±3℃。

实施例1

用于说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：如图2所示，其中沥青聚合反应系统包括串联设置的二级反应釜(反应釜高为3m，直径ф1m，内置有叶片式搅拌器)。

高软化点沥青的连续生产方法：将前述沥青原料通过筛分装置1进行筛分后，经皮带传送机2和斗式提升机31进入沥青原料仓4，接着位于沥青原料仓中的原料经称量装置5称量后进入破碎装置进行破碎(破碎至粒径为200目以下)，破碎后的原料加入至双螺杆挤出机(商购自南京瑞亚挤出机械制造有限公司的tse-65型号的双螺杆挤出机，螺杆挤出机的箱体内腔的长径比为40：1)中，并在双螺杆挤出机(耗能为0.2kw·h/kg)中将沥青原料加入至400℃形成沥青熔体(沥青原料在双螺杆挤出机中的停留时间为5min)，接着将沥青熔体加入至包括串联设置的二级反应釜8的沥青聚合反应系统中，其中第一级反应釜8中反应温度为400℃，反应压力为0.5mpa，停留时间为5h，搅拌器转动速度为150rpm；第二级反应釜8中反应温度为405℃，反应压力为0.5mpa，停留时间为5h，搅拌器转动速度为150rpm；所生成的高软化点沥青在中间槽中经液下泵10的作用进入高置槽11，并进一步进入造粒装置12，所形成的颗粒产品通过输送机13进入后续包装装置；此外，在反应器8中生成的气体经冷凝器降温后进入储液槽15中。

实施例2

用于说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：参照图2所示结构，区别在于，沥青聚合反应系统中采用图3中所示的立式反应釜代替串联设置的二级反应釜；该立式反应釜8(高为3m，直径ф1m)内部设置有物料输送组件，所述物料输送组件包括沿所述反应釜8轴向设置的支撑杆，以及环绕所述支撑杆螺旋排布的物料输送带81；所述支撑杆的动力机构(电机82)设置在所述反应釜8的上方，所述物料输送带81(螺旋角β为75°)内边缘与所述支撑杆无缝隙固定连接、外边缘与所述反应釜8的内周缝隙配合，且沿所述反应釜8的轴线方向，所述物料输送带距离所述反应釜8顶部(进料口一侧)的距离为10mm，距离所述反应釜8底部(出料口一侧)的距离为5mm；所述反应釜8的进料口位于所述物料输送带81的上方、出料口位于所述物料输送带81的下方，在所述反应釜8的垂直投影中，所述进料口相对于所述支撑杆的垂直线和所述出料口相对于所述支撑杆的垂直线之间的夹角α为180°；在所述反应釜8的外周外周设置有沿轴向分布的3段独立控温的保温夹套83(其中加热介质为60％nano3+40％kno3熔盐)。

高软化点沥青的连续生产方法：参照实施例1，区别在于在双螺杆挤出机中将沥青原料加热至400℃形成沥青熔体后，接着将沥青熔体加入至图3所示的立式反应釜8中，由物料输送带81的上方向下流动，在反应釜8中由上至下的三个加热区中温度依次为400℃、405℃以及410℃，反应压力为0.5mpa，物料的停留时间为8h，物料输送组件的转动速度为150rpm。

实施例3

用于说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：参照实施例2，区别在于，在所述物料输送带的上表面上形成有进气孔，进气孔的孔径为5mm，孔密度为1个/cm²；位于所述物料输送带上的进气孔通过设置在所述支撑杆内部的进气通道与所述供气单元相连通；

采用实施例2中方法连续生产高软化点沥青，区别在于，通过所述物料输送带81上的进气孔向反应釜8中通入氮气，所述氮气的流量为2l/min。

实施例4

用于说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：同实施例2；

采用实施例2中方法连续生产高软化点沥青，区别在于，通过所述物料输送带81上的进气孔向反应釜8中通入氧气，所述氧气的流量为0.5l/min。

对比例1

用于说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：未设置连续加热进料装置，反应釜参照实施例1，区别在于，采用搅拌装置代替物料输送组件，该搅拌装置包括沿所述反应釜轴向设置的支撑杆，以及环绕所述支撑杆螺旋排布的搅拌带；所述支撑杆的动力机构(电机)设置在所述反应釜的上方，在所述反应釜4的垂直投影中，搅拌带(螺旋角β为75°)的宽度(位于支撑杆一侧的宽度)为所述反应釜4半径的1/2；

高软化点沥青的连续生产方法：将前述沥青原料破碎至粒径在200目以下后通直接加入至常规反应釜中，在常规反应釜中由上至下的三个加热区中温度依次为400℃、405℃以及410℃，反应压力为0.5mpa，物料的停留时间为30h，搅拌带的转动速度为150rpm。

对比例2

用于对比说明本发明高软化点沥青及其连续生产方法与系统。

高软化点沥青连续生产系统：如图1所示，其中沥青聚合反应系统包括串联设置的5级反应釜(反应釜高为3m，直径ф1m，内置有叶片式搅拌器)。

高软化点沥青的连续生产方法：将前述沥青原料通过筛分装置1进行筛分后，经皮带传送机2和斗式提升机31进入沥青原料仓4，接着位于沥青原料仓中的原料经称量装置5称量后进入破碎装置进行破碎(破碎至粒径为<200目)，破碎后的原料经斗式提升机32进入第一熔融釜71(常压、温度为160℃、停留时间为10h)、接着进入第二熔融釜72(常压温度为200℃、停留时间为15h)，在接着进入加热熔融管73(温度为400℃，停留时间20min)进一步热熔后进入沥青聚合反应系统中，其中第一熔融釜71、第二熔融釜72、以及加热熔融管73均通过供热装置74提供热量(耗能为5kw·h/kg)。在沥青聚合反应系统中，沥青熔体依次加入至串联设置的二级反应釜8中，其中第一级反应釜8中反应温度为400℃，反应压力为0.5mpa，停留时间为5h，搅拌器转动速度为150rpm；第二级反应釜8中反应温度为405℃，反应压力为0.5mpa，停留时间为5h，搅拌器转动速度为150rpm；所生成的高软化点沥青在中间槽中经液下泵10的作用进入高置槽11，并进一步进入造粒装置12，所形成的颗粒产品通过输送机13进入后续包装装置；此外，在反应器8中生成的气体经冷凝器降温后进入储液槽15中。

测试例

将由前述实施例1-4和对比例1-2所制备的高软化点沥青进行如下测试：

软化点：参照astmd3104-2014中方法，测量高软化点沥青中5个点的软化点取平均值；软化点方差为根据前述测量的5个点计算获得；

残碳含量：参照jb/t6774-2006煤沥青固定炭测定方法；

灰分含量：参照gb/t2295-1980煤沥青灰分测定方法；

测试结果：如表1所示。

表1.

由表1中结果可知，与根据现有技术的对比例1(将原料沥青颗粒直接投入到反应釜中)所制备的高软化点沥青相比，根据本发明的实施例1-4所制备的高软化点沥青不但软化点、残碳含量和灰分含量均能够达到、甚至超过对比例1的优化效果，而且，根据本发明的实施例1-4所制备的高软化点沥青的软化点偏差更小，这表示根据本发明方法所制备的高软化点沥青具有更好的均匀性，更有利于提高高软化点沥青的稳定性，以利于该高软化点沥青的后续应用。

同时，与根据现有技术的对比例2(将原料沥青颗粒经复杂的熔融工序后投入到反应釜中)所提供的高软化点沥青的制备方法相比，本发明能够有效简化高软化点沥青连续生产系统的组成，降低设备成本，而且能够提高高软化点沥青连续生产系统的生产效率(预热时间由25h提升至5min)，降低能耗(预热能耗由5kw·h/kg降低2kw·h/kg)；而且，鉴于本发明所提供的高软化点沥青的制备系统及方法中，预热环节时间较短，有利于减少预热过程中不必要的聚合反应的发生，有利于降低该高软化点沥青的软化点偏差，进而使得本发明方法所制备的高软化点沥青具有更好的均匀性，更有利于提高高软化点沥青的稳定性，以利于该高软化点沥青的后续应用。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。