沥青的制备方法

专利名称:沥青的制备方法
本发明涉及沥青的一种制备方法、由此方法制备的沥青、以及含有这种沥青的沥青组合物。
沥青广泛用于道路建设、屋顶、管线的涂层、煤饼的粘结料等。在诸多应用中，沥青和骨料和/或填充料混合，使混合物增加强度。例如，在道路建筑中，沥青和砂、石子混合，混合物用作铺路沥青。显然，这样的沥青应是充分耐磨损的。因此，制备在和填充料混合后能提高耐磨损性能的沥青是有益的。
沥青的另一重要性能是它的耐水侵入性，特别是沥青混合物在防水结构的场合，例如屋顶、管线涂层以及道路建筑方面的应用。
现在已经发现，由热裂化烃原料生产的沥青或含这种沥青的沥青组合物具有极好的耐磨损性和耐水侵性。
但是，人们知道，由热裂化原料得到的沥青老化和稳定性质不好，正象在Fuel，60(1981)401-404和Fuel，63(1984)1515-1517所描述的那样。因此，这些沥青被认为不适合在铺路沥青中应用。
现已发现一种处理热裂化物料的专门方法。该方法生产的沥青具有极好的耐磨损性和耐水侵性，并且具有满意的稳定和老化性能。
因此，本发明提供一种制备沥青的方法，在该方法中，对热裂化烃料的残渣部分进行减压蒸馏，蒸馏最大温度相应于具有常压沸点455-540℃的烃的减压沸点，至少有部分蒸馏残渣回收作为沥青。
按照Ind.Eng.Chem，49(1957)1187-1196所述的Maxwell-Bonnell关系式，在转换减压沸点后，就得到了相对应的烃的常压沸点。实际上，烃的沸点是在减压下测定的，由于在各种减压压力下能测得许多不同的沸点，因此本技术领域：
的人员习惯采用单一的、转换过的常压沸点。
蒸馏最大温度不应低于常压沸点455℃的烃的沸点，否则比较轻的烃不能满意地馏出，正象上述Fuel中的文章所述的那样，这将会使得沥青不稳定，并且迅速老化。另一方面，若最大温度超过常压沸点540℃烃的沸点，则所得的残渣将会太硬，不适于用做道路沥青，在用于沥青混合物时，会出现不相混的问题。
减压蒸馏的残渣几乎可以是来自热裂化装置的任何馏分。一般是将热裂化产品送到常压蒸馏装置，将常压残渣与蒸馏产品，如气态烃、汽油、煤油和粗柴油分离。常压残渣送去减压蒸馏。常压蒸馏在塔底温度300-370℃进行为宜。因此，送去减压蒸馏的残渣馏分至少有80%(重量)的组分常压沸点至少为300℃。
热裂化是相当简单的裂化过程。在温度约400-500℃时，链较长的烃不稳定，趋于裂化成各种可能的大小和类型的较小的分子。热裂化的原料，一般是复杂的重烃的混合物，重烃来自原油的常压蒸馏或减压蒸馏。减粘裂化，即用分子的裂化减小粘度，是热裂化的一种重要的应用，因为它可以显著地减小在热裂化后得到的残渣的粘度。原料在适当预热后，送入加热炉加热到裂化温度，然后将原料送入在炉子后边的热裂化反应塔进行减粘裂化，大部分的裂化反应在热裂化反应塔中发生。热裂化反应塔装有适当的内部挡板以防逆混太多。减粘裂化产品是气态烃、蒸馏产品和残渣。残渣的粘度比原料小。这样的残渣，即减粘裂化烃料的残渣，最好作为本发明的方法中的残渣馏分。适宜的减粘裂化条件是，压力2-30巴，温度400-500℃以及停留时间5-60分。
残渣馏分在减压下蒸馏若最大蒸馏温度的要求可以得到满足，可进行常规的减压蒸馏。但是，最好将残渣馏分进行闪蒸。在闪蒸中，残渣馏分加热到液体在较低压力下的馏程内的某一温度，然后导入减压闪蒸区，产生蒸馏产品和残渣，残渣至少部分地回收作为沥青。
在本发明的方法中可用许多种减压压力。所用的每一种压力决定进行蒸馏的温度限制。蒸馏的实际温度最好不超过400℃。低于此温度，残渣中烃的反应，如裂化反应，基本上不发生。在较长的停留时间下，在400℃就能发生裂化反应，因此实际蒸馏温度要低一些，具体是在310-370℃之间更为可取。根据烃的沸点的要求，在减压蒸馏时，压力最好在2-120毫米汞柱之间(0.27-16.0kPa)。
如前所述，选择的最大蒸馏温度应使得，一方面获得较轻烃类的满意的蒸出效果，另一方面避免形成不能满足要求的硬的沥青。最大蒸馏温度最好是和常压沸点460-510℃的烃的沸点相适应。
按照本发明所制备的沥青，具有满意的老化和稳定性质。为了进一步改善氧化稳定性，蒸馏的塔底残渣，在回收作为所希望的沥青之前，最好至少部分地进行吹气氧化处理。氧化过程通常在吹气塔中连续进行，液体沥青加入吹气塔并在塔底附近抽出沥青，使塔内液面保持基本恒定。空气通过在塔底的空气分配器，吹过液层。适宜的氧化温度为170-320℃，尤其是220-275℃。
在工艺上已知，将各种不同型号的沥青混合可得到具有所希望的性质的沥青组合物，本发明进一步提供含有用本发明的方法制备的沥青的沥青组合物。但是，应该避免这样的沥青组合物含有过量的沥青质，这是因为在含有过量沥青质的组合物中会产生不均匀的情况。当热裂化残渣作为混合组分时，会出现沥青质过量的情况，这是因为，从上述Fuel中的论文可知，热裂化残渣中含的沥青质量是相当高的。这是因为，虽然在热裂化反应中重烃油料转化为沸点较低的化合物，但是，沥青质在残渣中浓集。而且，在裂化操作中，还形成新的沥青质。根据本发明方法，若最大蒸馏温度低于常压沸点540℃的烃的沸点，最好是常压沸点510℃烃的沸点时，产生沥青质过量的可能性基本上被排除。沥青组合物含本发明方法制备的沥青5～60%(重量)以及至少一种其它沥青组分95～40%(重量)为宜。专业领域的技术人员有能力按他的要求选择适当的其它沥青组分。适宜的其它沥青组分包括直馏沥青、丙烷沥青、光亮油抽出物如糠醛抽出物。各组分可以吹气氧化，也可以不吹气;可以含稀释油，也可以不含。选择其它组分的准则，包括挥发度、密度、针入度、软化点等，专业领域的技术人员对这些性能可以测定。
显然，本发明的沥青组合物可以含有其它添加成分，例如稀释剂和/或聚合物，特别是苯乙烯-丁二烯或苯乙烯-异戊间二烯嵌段共聚物或无规聚丙烯。
本发明将用下列实例进一步说明。
实例1在本实例中测定了热裂化残渣的一些特性。残渣Ⅰ是未经闪蒸的热裂化残渣。残渣Ⅱ是残渣Ⅰ在364℃、30毫米汞柱(4.0kpa)下闪蒸后得到的(相应于496℃，1巴压力)。残渣Ⅲ是残渣Ⅰ在330℃、30毫米汞柱(4.0kpa)下闪蒸(相应于460℃、1巴压力)、并在280～300℃，空气消耗量为20～30标准升/百克残渣下吹气之后得到的。在一薄膜炉试验(TFOT，ASTMD1754)中，残渣加热(163℃)并通空气，测定各残渣的老化性能。在试验之后，测定针入度，并和原有针入度比较，得到保留针入度值(%)。保留针入度值越高，残渣越能耐热和耐空气。还测定了在试验中的重量损失，以及用环球法测定了软化点的变化(R&B)。测定结果如表Ⅰ所示。
表Ⅰ残渣ⅠⅡⅢ25℃针入度dmm718185环球法软化点℃524648闪点℃210320316TFOT(163℃)加热重量损失%m/m1.8-0.080.06保留针入度%466257R&B℃1456由残渣Ⅰ和Ⅱ的结果比较可知，显然按本发明制备的沥青，保留针入度较高，没有加热重量损失，软化点变化较小，因而老化性能有了改善。残渣Ⅱ和Ⅲ的结果比较说明，稍轻度闪蒸之后进行吹气可得到相似的性能。
实例2对于一些组合物，试验了它们用于沥青混合物的适用性。沥青混合物进行Marshall试验，并将试验扩展到混合物在60℃水中储存两周的保留Marshall值，得到关于混合物对水的稳定性的敏感度的资料。沥青混合物含有6.0%m/m的沥青组合物(以100%m/m的矿物骨料为基准)，孔隙率为2%v/v。
沥青组合物由中东原油的减压蒸馏残渣和减压闪蒸热裂化残渣组成，闪蒸条件相应于495℃，1巴压力。结果如表Ⅱ所列。
表Ⅱ组合物号热裂化残渣减压蒸馏残渣保留Marshall值%(重量)%(重量)%1346691240608334654984505092对下述沥青混合物的沥青组合物进行了同样的试验，沥青组合物由丙烷沥青(pB)、光亮油糠醛抽出油(BFE)和减压闪蒸热裂化残渣(VFCR)组成，闪蒸条件相应于500℃、1巴压力。各组合物的保留Marshall值列于表Ⅲ。
表Ⅲ编号沥青组成保留Marshall值VFCRPBBFE%%(重量)%(重量)%(重量)50584262621423781743372087855182789960231792由上列结果可见，显然本发明的沥青组合物具有极好的耐水性能。
实例3实例2的组合物6和7进行磨损试验，在40℃水中储存240小时之后，测定磨损物料的百分数。此试验在“ProceedingsofAAPT，463，Vol，32，PP.380-411”中有所描述。
物料损失越少，耐磨性能越好。结果列于表Ⅳ。
表Ⅳ编号沥青组成物料表面损失VFCRBPBFE%(重量)%(重量)%(重量)克
621423729.2743372025.1从试验结果可见，显然具有较高VFCR组分的组合物改善了耐磨损性能。
权利要求
1.制备沥青的方法，其中对热裂化烃料的残渣馏分减压蒸馏，蒸馏的最大温度相应于具有常压沸点455-540℃的烃的减压沸点，至少有一部分蒸馏残渣回收作为沥青。
2.按照要求1的方法，其中残渣馏分为减粘裂化烃料的残渣。
3.按照要求2的方法，其中烃原料减粘裂化的压力为2-30巴，温度为400-500℃，停留时间为5-60分。
4.按照要求1-3的任一方法，其中对残渣馏分进行闪蒸。
5.按照要求1-4的任一方法，其中减压蒸馏压力在2-120毫米汞柱(0.27-16.0kPa)之间，最大蒸馏温度在310-370℃之间。
6.按照要求1-5的任一方法，其中最大蒸馏温度是相应于具有常压沸点460-510℃的烃的减压沸点。
7.按照要求1-6的任一方法，其中蒸馏塔塔底馏分在回收作为沥青前进吹气氧化。
8.用权利要求
1-7中任一方法制备的沥青。
9.含有权利要求
8制备的沥青的沥青组合物。
10.按照要求9的沥青组合物，该组合物含有5-60%(重量)的按照权利要求
8制备的沥青和95-40%(重量)的至少一种其它沥青组分。
专利摘要
制备沥青的方法，在该方法中，热裂化烃料的残渣馏分减压蒸馏，蒸馏最大温度是相应于具有常压沸点455—540℃的烃的减压沸点，至少部分蒸馏残渣回收作为沥青。
文档编号C10G55/04GK87102480SQ87102480
公开日1987年10月14日 申请日期1987年4月2日
发明者雅各布斯·亨德里库斯·布鲁克, 格里特·万·古斯维里根, 约翰尼斯·利奥波德玛丽·赛里亚 申请人:国际壳牌研究有限公司