CN101228252B - 含柏油的高质量沥青及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了含柏油的高质量沥青及其制备方法，所述柏油作为溶剂脱沥青过程的副产物制得。具体来说，本发明提供含柏油的高质量沥青，所述柏油是通过对包含以下组分的混合物进行溶剂脱沥青而制得的：第一减压渣油，以及第一石油馏出物，所述第一石油馏出物比所述减压渣油轻，含有大量的芳族化合物和树脂，本发明还提供制备所述高质量沥青的方法。根据本发明的方法，适当地控制所述溶剂脱沥青方法的操作条件，使得常压渣油和减压渣油中包含的芳族化合物和树脂组分能够分散入柏油中，而且还能除去饱和化合物。因此，与仅使用减压渣油制备沥青的常规方法相比，蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性可以进一步获得改进。

Description

含柏油的高质量沥青及其制备方法
技术领域
本发明一般涉及含柏油(pitch)的高质量沥青(asphalt)及其制备方法，所述柏油作为溶剂脱沥青过程的副产物制得，更具体来说，本发明涉及蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性获得改进的高质量沥青，所述改进是通过将常规的减压渣油与柏油混合而达成的，所述柏油具有控制的化学组成，通过使用溶剂脱沥青装置，由包含常压渣油和类似于常压渣油的石油馏出物的混合物制得，本发明还涉及制备所述高质量沥青的方法。 
背景技术
根据使用如图1所示的真空蒸馏装置制备沥青的常规方法，对使用原油蒸馏装置制得的常压渣油进行真空蒸馏处理，以分离具有受控的渗透性的减压渣油，然后将该减压渣油直接制成沥青。 
这样制得的沥青用作铺路材料。同样应当考虑沥青的重要的性质，例如渗透性、渗透指数、软化点、粘度、蜡含量以及薄膜烘箱测试之后的延性。在这些性质中，作为沥青硬度的度量的渗透性，最应当从根本上满足，以便将沥青用作铺路材料。另外，在评价沥青的质量的时候，主要考虑蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性。为此，随着蜡含量的减小以及薄膜烘箱测试之后的延性的增大，认为沥青的质量提高。 
当将减压渣油直接制成沥青的时候，将适于制备沥青的原油的组选择性地组合起来，然后将其提供给原油蒸馏装置，然后使用真空蒸馏装置来控制减压渣油的分离温度，以得到所需的渗透性。另外，其它的主要性质可取决于输送入原油蒸馏装置内的原油。因此，为了制备具有低的蜡含量以及薄膜烘箱测试之后高的延性，必须对在原油蒸馏装置中处理的原油的组进行适当的选择。然而，由于原油的价格占精炼车间工艺成本的很大一部分，可能会造成人们所不希望的对经济效益的负面影响。 
另外，由减压渣油直接制备高质量沥青还会遭受以下缺陷：由于使用所述 真空蒸馏装置与减压渣油一起制得的真空瓦斯油被用作高价值工艺(例如加氢裂化和流化催化裂化)的原料，因此在操作真空蒸馏装置以确保沥青质量的时候，会使得较为昂贵的真空瓦斯油的质量或产率很低，这是人们所不希望出现的。关于这一点，美国公开第2004-163996号揭示了一种使用减压渣油或常压渣油作为原料制备沥青的方法。 
同时，具体考虑用来直接制备沥青的减压渣油的化学结构，所述常压渣油和减压渣油的化学结构由饱和化合物、芳族化合物、树脂和沥青质组成。对此，已知饱和化合物的含量很低的时候，会得到低的蜡含量，当饱和化合物和沥青质含量很低、芳族化合物和树脂的含量很高的时候，会得到高的薄膜烘箱测试之后的延性。在真空蒸馏的时候，由于真空瓦斯油和减压渣油根据它们的分离温度而相互分离，所以从化学结构的角度来看，很难选择性地增大减压渣油中芳族化合物和树脂的量，以改进蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性。另外，所述减压渣油的化学结构不可能仅取决于原油。 
发明内容
技术问题 
来看本发明，本发明人对高质量沥青及其制备方法进行了深入而详尽的研究，以期避免在如上所述用减压渣油直接制成高质量沥青的时候遇到的问题，结果发现：通过溶剂脱沥青法制备具有受控的化学组成的柏油，然后将其与常规的减压渣油和类似的轻质石油馏出物混合，从而制得具有优良的蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性的高质量沥青。 
本发明的一个目标是提供具有优良的蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性的高质量沥青。 
本发明的另一个目标是提供制备这种高质量沥青的方法。 
技术方案 
为了完成上述目标，本发明提供了高质量沥青，其包含柏油，所述柏油是通过对包含第一减压渣油和第一石油馏出物的混合物进行溶剂脱沥青而制得的，所述第一石油馏出物比所述第一减压渣油轻，并且含有大量的芳族化合物和树脂，其中，所述第一减压渣油与第一石油馏出物的混合比值为10-90重量％。 
另外，本发明提供了一种制备高质量沥青的方法，该方法包括进行原油蒸馏和真空蒸馏，制得用于制备沥青的减压渣油，该方法使用通过对以下组分的混合物进行溶剂脱沥青而制得的柏油：减压渣油，其通过真空蒸馏制得；以及 第一石油馏出物，其比所述减压渣油轻，并且含有大量的芳族化合物和树脂，其中，所述第一减压渣油与第一石油馏出物的混合比值为10-90重量％。 
附图说明
结合附图，通过以下详述可以更清楚地理解本发明的上述和其它目标、特征和优点，图中： 
图1是使用由真空蒸馏装置制得的减压渣油制备直馏沥青的常规方法的示意图； 
图2是根据本发明的，使用通过溶剂脱沥青制得的柏油与轻质馏出物的混合物制备高质量沥青的方法的示意图。 
具体实施方式
下面将对本发明进行详细描述。 
根据上述制备沥青的常规方法，沥青直接由真空瓦斯油(VGO)和减压渣油(VR)制得的，所述减压渣油(VR)是通过使用真空蒸馏装置(VDU)，对使用原油蒸馏装置(CDU)制得的常压渣油(AR)进行真空蒸馏之后制得的。参见图1，对真空瓦斯油进行加氢裂化和流化催化裂化，从而精炼成煤油和瓦斯油，以及汽油，将所述减压渣油直接制成沥青。 
然而，根据本发明的沥青包含柏油，所述柏油是通过将第一石油馏出物与第一减压渣油混合起来，然后对该混合物进行溶剂脱沥青(SDA)而制得的，所述第一石油馏出物包含使用原油蒸馏装置制得的常压渣油(atmospheric reside)，所述第一减压渣油是使用所述真空蒸馏装置制得的。较佳的是，为了控制渗透性，将所述柏油与第二减压渣油和/或第二石油馏出物混合起来，从而制得沥青。这样制得的沥青具有极佳的蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性。 
图2显示了本发明的一种制备高质量沥青的方法。如图2所示，将使用真空蒸馏装置制得的第一减压渣油适当地与包含所述常压渣油的第一石油馏出物混合，然后对该混合物进行溶剂脱沥青，得到脱沥青的油和柏油。所述脱沥青的油通过加氢裂化和流化催化裂化进行精炼，所述柏油与第二真空渣油和第二石油馏出物混合起来，控制其渗透性，从而制得本发明的沥青。 
所述第一减压渣油与第一石油馏出物的混合比优选为10-90重量％。如果该比值小于10重量％，则第一石油馏出物中包含的芳族化合物和树脂的效果很低。另一方面，如果该比值超过90重量％，则在脱沥青的时候，柏油中轻油的含量会增大，从而使得沥青的质量变差。 
在本发明中，对于将会与减压渣油混合、作为溶剂脱沥青过程和最终混合过程的原料的石油馏出物，其除了上述常压渣油以外，还包括通过真空蒸馏制得的中间馏份真空瓦斯油(HCVGO)和/或流化催化裂化制得的油浆(SLO)。 
根据本发明，应当以一种方式进行溶剂脱沥青，使得通过溶剂脱沥青制得的柏油的渗透性与减压渣油的渗透性类似(几乎相等)或略低于减压渣油的渗透性，从而将所述柏油本身，或者柏油与减压渣油和/或石油馏出物的混合物转化为沥青。当混合的沥青的渗透性低于标准的时候，可通过加入比减压渣油轻的馏分对渗透性进行进一步控制，例如可加入常压渣油，中间馏份真空瓦斯油，和/或油浆。 
主要将C3-C6正链烷烃(paraffin)或异链烷烃溶剂作为用于溶剂脱沥青过程的溶剂。另外，为了控制柏油的渗透性，优选使用C3-C4链烷烃溶剂或其混合物。另外，柏油的产率随着作为原料的常压渣油和减压渣油之比以及操作条件的变化，该产率通常约为10-90体积％。当柏油产率很高的时候，制得具有高的柏油渗透性的软的半成品产物，脱沥青的油的性质获得改进。当溶剂的碳数很低，而且溶剂脱沥青过程的操作温度很高的时候，柏油的产率增大，因此芳族化合物和树脂的绝对含量很高。然而，如果柏油的产率过高，则沥青产品渗透性的标准将难以满足。另外，轻质馏出物的含量很大，因此薄膜烘箱测试之后的延性可能由于在薄膜烘箱测试之后进行延性测量时的氧化的促进而变差。因此，很重要的是根据所述溶剂脱沥青法的原料的性质适当地控制柏油的产率。 
在本发明中，为了改进薄膜烘箱测试之后的延性以及减小蜡含量，溶剂脱沥青过程优选在正丙烷的存在下，在43-93℃的柏油提取温度下进行，或者在正丁烷/异丁烷的存在下，在115-150℃的温度下，在30-46千克/厘米2克的柏油提取压力下进行。 
下表1显示了作为原料的常压渣油(AR)和减压渣油(VR)的性质，以及通过溶剂脱沥青法、由上述渣油混合物制得的脱沥青的油(DAO)和柏油的性质。从表1可以很清楚地看出，由于柏油的饱和化合物含量小于减压渣油，其宜含有低的蜡组分。另外，所述芳族化合物和树脂的含量很高，实现了优良的薄膜烘箱测试之后的延性。这是由于用于溶剂脱沥青的溶剂是基于链烷烃的，因此具有高化学亲和性的饱和化合物略微通过脱沥青的油分离，具有较低亲和性的芳 族化合物和树脂化合物组分不溶于溶剂，被转移到柏油。 
因此，根据本发明，不仅常压渣油、而且包含高含量的芳族化合物和树脂的其它石油馏出物都与减压渣油一起用作原料，使得饱和化合物以脱沥青的油的形式除去，而且芳族化合物和树脂转移到柏油，制得在沥青的性质中，获得有益的蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性的馏分。 
表1 
AR，VR，溶剂脱沥青中DAO和柏油的性质 
  AR  VR  DAO  柏油
氮，重量％ 0.27  0.42  0.06  0.52
硫，重量％ 3.21  4.87  2.20  4.99
镍/钒，wppm 24.3/71  46.8/135.8  痕量/痕量  45.2/136.9
蒸馏，D2887        
IBP 297  454  266  
5％ 365  514  339  
30％ 463  597  438  
50％ 535  647  488  
70％ 623  699  539  
90％      604  
95％      633  
FBP 750+  750+  699  
回收量％ 91.7  83.0  100.0  
比重，15/4 0.9757  1.0293  0.9177  1.0514
康拉逊残炭值，重量％ 10.73  23.34  0.99  25.68
化学组成饱和化合物芳族化合物树脂沥青质     4.5 61.8 13.7 20.0     0.7 66.4 15.2 17.7
发明方式 
通过以下说明性而非限制性的实施例可以更好地理解本发明。 
实施例1 
将包含以体积比18∶11混合的具有表1所示性质的常压渣油(AR)和减压渣油(VR)的原料，在下表2所示的条件下进行溶剂脱沥青，从而制得脱沥青的油和柏油。结果见下表3。为了控制这样制得的柏油的渗透性，还加入了中间馏份减 压渣油，制得沥青。这样制得的沥青的性质见下表4。 
从表4可以很明显地看出，在使用柏油制备沥青的时候，相对于由使用真空蒸馏装置生产的减压渣油制得的常规沥青相比，本发明的柏油制备的沥青具有更高含量的芳族化合物和树脂以及更低含量的饱和化合物，因此可以制得具有低蜡含量和高薄膜烘箱测试之后的延性的高质量沥青。由于所述沥青的渗透性约比减压渣油的渗透性低6，所以在校正渗透性的时候，包含所述柏油的沥青的薄膜烘箱测试之后的延性高得多。 
表2溶剂脱沥青的条件：61％柏油 
进料 AR/VR(18/11体积比)
溶剂 丙烷
柏油产率，重量％ 61
压力，千克/厘米2克 45.7
沥青质分离器的温度，℃ 83
表3溶剂脱沥青的进料和产物的性质：61％柏油 
   加料  DAO  柏油
比重，15/4  0.9888  0.9177  1.0514
API重力  11.60  22.69  3.08
氮，wppm  0.34  0.06  0.52
硫，重量％  3.84  2.20  4.99
CCR，重量％  15.86  0.99  25.68
镍/钒，wppm  33.5/93.2  痕量/痕量  45.2/136.9
D2887，℃      
IBP  291  266  
5％  376  339  
30％  512  438  
50％  588  488  
70％  660  539  
90％    604  
95％    633  
FBP  750+  699  
回收量％  88.7  100.0  
表4VR和柏油-混合的沥青的性质：61％柏油 
   VR(沥青)  混合柏油的沥 青 高质量沥青的条件
混合比，体积％VR沥青HCVGO   100      82.3 17.7  
在25℃下的渗透性，0.1毫米  70  64 60-80
软化点，℃  48.2  48.6 最小47
60℃下的粘度，帕·秒  213  221 最小180
蜡，重量％  1.87  1.49 最大1.8
在15℃下的延性，厘米  63  105 最小100
化学组成饱和化合物芳族化合物树脂沥青质   4.5 61.8 13.7 20.0   2.3 66.9 14.1 16.8  
实施例2 
对包含具有表1所示性质的常压渣油和减压渣油以18∶11的体积比混合的原料，在下表5所示的条件下进行溶剂脱沥青，制得脱沥青的油和柏油。结果列于下表6。这样制得的柏油与减压渣油混合，然后与中间馏份减压渣油混合，以控制其渗透性，制得沥青。这样制得的沥青的性质列于下表7。 
从表7中可以很明显地看出，证明使用柏油制得的沥青的薄膜烘箱测试之后的延性优于在相同渗透性条件下、由减压渣油制得的沥青。 
表5溶剂脱沥青的条件：70％柏油 
进料 AR/VR(18/11体积比)
溶剂 丙烷
柏油产率，重量％ 70
压力，千克/厘米2克 45.7
沥青质分离器的温度 88
表6 
溶剂脱沥青的进料和产物的性质：70％柏油 
   加料 DAO  柏油
比重，15/4  0.9888 0.9089  1.0385
API重力  11.60 24.18  4.75
氮，wppm  0.34 0.07  0.48
硫，重量％  3.84 2.03  4.70
CCR，重量％  15.86 0.29  23.13
镍/钒，wppm  33.5/93.2 痕量/痕量  40.5/129.4
D2887，℃      
IBP  291 259  
5％  376 332  
30％  512 428  
50％  588 475  
70％  660 523  
90％   591  
95％   623  
FBP  750+ 699  
回收量％  88.7 99.5  
表7 
VR和柏油-混合的沥青的性质：70％柏油 
   VR(沥青)  柏油-混合的 沥青 高质量沥青的条件
混合比，体积％VR沥青HCVGO   100     30.0 65.5 4.5  
在25℃下的渗透性，0.1毫米  70  70 60-80
软化点，℃  48.2  48.0 最小47
60℃下的粘度，帕·秒  213  194 最小180
蜡，重量％  1.87  1.49 最大1.8
在15℃下的延性，厘米  63  145+ 最小100
化学组成饱和化合物芳族化合物树脂沥青质   4.5 61.8 13.7 20.0   2.4 62.6 18.5 16.5  
工业实用性 
如上文所述，本发明提供了包含柏油的高质量沥青及其制备方法。根据本 发明，对溶剂脱沥青过程的操作条件进行适当的控制，使得常压渣油和减压渣油中包含的芳族化合物和树脂组分可以分配给柏油，还可除去饱和化合物。这样，与仅使用减压渣油制备沥青的常规方法相比，蜡含量和薄膜烘箱测试之后的延性可以进一步改进。 
尽管已经出于说明的目的描述了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员能够理解，可以在不背离所附权利要求书限定的本发明范围和精神的前提下，对本发明进行各种改良、添加和替代。 

Claims (11)

1.一种包含柏油的高质量沥青，所述柏油是通过对包含以下组分的混合物进行溶剂脱沥青而制得的：第一减压渣油、以及第一石油馏出物，所述第一石油馏出物比所述第一减压渣油轻，并且含有大量芳族化合物和树脂，其中，所述第一减压渣油与第一石油馏出物的混合比值为10-90重量％。
2.如权利要求1所述的沥青，其特征在于，所述沥青还包含第二减压渣油、第二石油馏出物、或者所述第二减压渣油和第二石油馏出物的混合物。
3.如权利要求1所述的沥青，其特征在于，所述第一石油馏出物选自至少一种选自下组的物质：常压渣油、中间馏份真空瓦斯油、以及用于流化催化裂化的油浆。
4.如权利要求2所述的沥青，其特征在于，所述第二石油馏出物选自至少一种选自下组的物质：常压渣油、中间馏份真空瓦斯油、以及用于流化催化裂化的油浆。
5.如权利要求1所述的沥青，其特征在于，所述柏油的渗透性与第一减压渣油类似，即基本与第一减压渣油相同，或者低于第一减压渣油。
6.一种制备权利要求1的包含柏油的高质量沥青的方法，该方法包括：进行原油蒸馏和真空蒸馏，制得用于制备沥青的减压渣油，该方法使用通过对以下组分的混合物进行溶剂脱沥青而制得的柏油：第一减压渣油，其通过真空蒸馏制得；以及第一石油馏出物，其比所述第一减压渣油轻，并且含有大量芳族化合物和树脂，其中，所述第一减压渣油与第一石油馏出物的混合比值为10-90重量％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂脱沥青需要选自C3-C4链烷烃溶剂及其混合物的溶剂，柏油的产率为10-90体积％。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂脱沥青在43-93℃的柏油提取温度下、在正丙烷的存在下进行，或者在115-150℃下、在正丁烷和/或异丁烷的存在下、在30-46千克/厘米2克的柏油提取压力下进行，通过溶剂脱沥青制得的柏油的渗透性与用于溶剂脱沥青的第一减压渣油类似、即基本与第一减压渣油相同，或者低于第一减压渣油。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括将所述柏油与第二减压渣油、第二石油馏出物、或者所述第二减压渣油和第二石油馏出物的混合物混合。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一石油馏出物选自至少一种选自下组的物质：常压渣油、中间馏份真空瓦斯油、以及用于流化催化裂化的油浆。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二石油馏出物选自至少一种选自下组的物质：常压渣油、中间馏份真空瓦斯油、以及用于流化催化裂化的油浆。
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