專利名稱：：一種制備改性瀝青的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種制備改性瀝青的方法，更具體地，涉及一種采用煤直接液化油渣制備改性瀝青的方法。
背景技術：
：現(xiàn)代公路路面采用瀝青作為結合料，增強了礦料間的粘結力，提高了混合料的強度和穩(wěn)定性，使路面的使用質量和耐久性得到了提高。但是隨著高等級7/^各流量加大，渠化交通明顯，車速高，軸承日益重型化，以及我國獨特的季風性氣候引起的溫度劇變，對瀝青的性能要求越來越高，如在高溫下具有足夠的強度和熱穩(wěn)定性，在低溫下有足夠的彈性和塑性。但是由于我國的瀝青含蠟量高，溫度敏感性大，粘結力差、延伸度低、熱穩(wěn)定性和低溫抗裂性差，所以瀝青混合料的應力松弛性能差，不能抵抗溫度變化而產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象。因此，提高瀝青性能顯得格外重要，使用改性劑成為改善瀝青質量的重要方法。所謂改性瀝青是指通過在瀝青中摻加聚合物改性劑(橡膠、樹脂、熱塑性彈性體、磨細的廢橡膠粉等)和非聚合物改性劑(填料、天然瀝青、纖維、抗剝離劑、抗老化劑和氧化劑等)而制備的瀝青。聚合物改性瀝青的缺點是溫度穩(wěn)定性差、混融難、易離析、施工工藝復雜、施工設備投資大等。采用天然瀝青改性瀝青有許多優(yōu)點由于本身是瀝青，其物理和化學特性與常規(guī)瀝青完全一致，二者可以有較好的混融性，且混合后的瀝青在使用性能方面得到了改善，如改善瀝青及混合料的溫度敏感性，增加抗疲勞開裂強度和減少龜裂、增強降噪性能、增強耐久性、延長使用壽命、減薄瀝青厚度、增強防水性能、提高抗水損害能力、抵抗油料及化學品的侵蝕、增強在惡劣環(huán)境和繁重交通條件下的正常使用能力、對基質瀝青有廣泛的適應性，不僅可與各種其他各種改性劑、外摻劑混合使用，還可與聚合物改性劑同時使用，對任何硬度及粘度的基質瀝青改性應付自如，只要調節(jié)不同摻加比例就可達到改性目的。目前廣泛使用的天然瀝青改性劑有Trinidad湖瀝青(TLA),其本身是瀝青，而不是合成添加劑，其物理和化學性質與常規(guī)瀝青完全一致，因此其作為一種瀝青改性劑，摻加到石油瀝青中，兩者能有較好的混融性，且混合后的瀝青在使用性能方面得到了改善，在許多發(fā)達國家用于質量要求較高的路面，美國和英國對TLA改性瀝青都有專門的標準要求。隨著我國近年來在某些高等級路段開始使用TLA改性瀝青，如北京二環(huán)路、首都機場、國道北京八達嶺段、江陰長江大橋、成;俞高速公路、天津津薊高速、廣東省東莞開陽高速等，也相應頒布了標準。但是，TLA受資源(僅產(chǎn)于特立尼達和多巴哥)以及政治(我國尚未與其建交)的限制，售價較高，使用范圍受到限制。因此，尋找TLA瀝青的替代物作為瀝青改性劑具有現(xiàn)實的經(jīng)濟學意義。煤直接液化技術是通過高溫、高壓和加氫，在催化劑作用下將固體煤直接轉化成清潔的便于運輸和可以使用的液體燃料(汽油、柴油、航空煤油等)或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。在煤炭直接液化工藝中，除了得到所需要的汽油、柴油等液體產(chǎn)品外，還產(chǎn)生了占原料煤總量20%-30%的主要副產(chǎn)物一液化油渣。液化油渣在組成上和一些物性方面與天然瀝青(TLA)有相似之處，可以用做瀝青的改性劑。中國專利申請CN1827697A(申請?zhí)?00610012547.9)公開了一種道路瀝青改性劑及其應用方法。其制備工藝是首先將煤液化油渣粉碎至100目以下，與瀝青在100-250。C范圍內按煤直接液化油渣占改性瀝青的重量比為5-30%混合均勻。在該專利申請所述制備工藝中，反應物分別是冷卻為固體的煤液化油渣和處于熔融狀態(tài)的液相基質瀝青，盡管油渣經(jīng)過粉碎，但是由于反應為非均相的液固反應，在將液化油渣(固態(tài))分散到基質瀝青(熔融液態(tài))時，一方面需要時間4吏液化油渣由固態(tài)轉化為液態(tài)，另一方面也需要時間將轉化為熔融液態(tài)的油渣分散到基質瀝青中，導致混合時間過長，由于油渣熱熔融溫度(150-280°C)要高于基質瀝青的熱熔融溫度(100-180°C),這樣在兩者混合分散過程中，長時間使基質瀝青處于較高溫度下，這樣會在一定程度上損害基質瀝青的一些物性，進而降低或損害利用液化油渣所制備的改性瀝青的物性。并且，這種液固混合的工藝也導致混合分散效果較差、并需要較多的能量，而且液化油渣在分散到基質瀝青的同時，熱熔的油渣之間會發(fā)生聚集使之分散效果差。另外這種工藝還存在其它一些缺點，例如，1.工藝由運取油渣、研磨、篩分、加熱混合等組成，步驟多、費時費力；2.由于液化油渣是一種混合物，采用研磨篩分的方法必定會造成油渣組成發(fā)生變化、從而使液化油渣的利用率下降，而油渣組成的變化會對改性后的瀝青物性穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。3.工藝過程中牽涉到液化油渣的研磨、存放，既耗占空間又容易導致環(huán)境污染。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種應用煤直接液化油渣制備改性瀝青的方法,以克服現(xiàn)有技術中所存在的諸多缺點，能夠節(jié)能、環(huán)保、高效，并提高產(chǎn)物的品質。本發(fā)明所提供的方法如下將150-28(TC的熔融狀態(tài)的煤直接液化油渣和100-180。C的熔融狀態(tài)的基質瀝青在150-280。C下攪拌均勻，形成熔融物，從而得到改性瀝青。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述150-28(TC的熔融狀態(tài)的煤直接液化油渣直接在煤直接液化工藝中煤直接液化油渣排放處取得。在一個優(yōu)選的實施方案中，在所述熔融物中，所述煤直接液化油渣占所述改性瀝青的重量百分比為3-40%,在一個更為優(yōu)選的實施方案中，所述煤直接液化油渣占所述改性瀝青的重量百分比為7-20%。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述基質瀝青為90號石油瀝青。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述煤直接液化油渣是高碳、高灰、高硫的混合物，外觀是瀝青狀物質，常溫下為不規(guī)則的塊狀固體，熱熔融狀態(tài)下為黑色粘稠狀液體，熱變形溫度試驗測定在6(TC以上，軟化點約在90-250°C,甲苯不溶物的含量范圍在20-60%,灰分的含量范圍在9-30%。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明屬于兩種熔融物料(熔融的液化油渣和基質瀝青)的液相與液相混合(液相-液相混合)，而在現(xiàn)有技術中則為一種熔融物料(熔融的基質瀝青)和一種固態(tài)物料(液化油渣)的液相與固相混合(液相-固相混合)。通常當兩種或幾種常溫為固態(tài)的物料進行分散混合時，同屬熔融液態(tài)的物料混合分散效果要優(yōu)于一種為熔融液態(tài)而另一種仍為固態(tài)的液相-固相混合，同時避免了熱熔的油渣之間會發(fā)生聚集而使之分散效果差。由于液相-液相混合所需要的時間較液相-固相混合更短，也避免了基質瀝青的物性的損害。另外由于液相-液相混合的高效率，消耗的能量比液相-固相混合更少。2.本發(fā)明可以直接從煤直接液化裝置中液化油渣排放處取出熔融的液態(tài)油渣與熔融的液態(tài)基質瀝青加熱攪拌混合，釆用共熱法制備工藝，省去了油渣的研磨工藝，因此，制備工藝簡單。3.由于油渣是一種混合物，采用研磨篩分的方法必定會造成油渣組成發(fā)生變化、油渣的利用率下降，而油渣組成的變化會對改性后的瀝青物性穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。本發(fā)明采用共熱法制備工藝，是將熔融的液化油渣與熔融的基質瀝青混合，因此油渣利用率高，防止由于受熱不均而導致的局部過熱，損害物料的物性，且改性后的瀝青物性穩(wěn)定性纟是高。4.適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可以直接從煤直接液化裝置中取出熔融的油渣與熔融的基質瀝青加熱混合即可，省去了油渣冷卻排》文工序。5.改性效果與TLA相當時，用量卻比后者少(通常在TLA改性瀝青中TLA用量在20%左右)，TLA售價6000-8000元/噸、殘渣大約200-400元/噸，明顯可以降低改性瀝青成本。6.在本發(fā)明涉及的改性瀝青的制備方法中，采用煤直接液化制備油品過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物一液化油渣，該方法有利于保護環(huán)境、充分合理利用有限的資源、提高了煤直接液化經(jīng)濟性，拓寬了液化油渣的利用范圍。近年來隨著石油資源的持續(xù)短缺以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，煤直接液化技術越來越受到人們的關注。然而在煤炭直接液化工藝中，除了得到所需要的汽油、柴油等液體產(chǎn)品外，還產(chǎn)生了占原料煤總量20%-30%的主要副產(chǎn)物一液化油渣。液化油渣屬于天然瀝青，其主體是由液化原料煤中未轉化的煤有機體、無機礦物質以及外加的液體催化劑組成的，是一種高碳、高灰、高硫的混合物，灰分和催化劑含量約占煤直接液化油渣總量的20%左右。當溫度升到軟化點U80。C左右)以上就能流動，發(fā)熱量在25MJ/kg以上，是優(yōu)質的載能物質。因此液化工藝產(chǎn)生的如此多的油渣量不僅降低了液化過程的效率，造成資源浪費，還會因堆放占據(jù)空間并造成環(huán)境污染，甚至還會因為自燃造成突發(fā)災害而危害社會。因此無論從經(jīng)濟效益還是社會效益考慮，本發(fā)明都具有突出的優(yōu)點。具體實施方式不同類型的煤直接液化油渣物性如表l所示，所選用的基質瀝青為90號道路石油瀝青，其物性如表2所示。表1不同類型的煤直接液化油渣物性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2兩種90號基質瀝青的基本性質及國家道路石油瀝青技術要求<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例1將CI加熱熔融后以3%的重量比(改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青Jl中在180。C混合均勻，其測試結果如表3。實施例2將C2加熱熔融后以7%的重量比(改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青Jl中在200。C混合均勻，其測試結果如表3。實施例3將C3加熱熔融后以20%的重量比(改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青J2中在220。C混合均勻，其測試結果如表3。實施例4將C2加熱熔融后以10%的重量比(改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青J2中在250。C混合均勻，其測試結果如表3。只于比例對比例1將TLA加熱熔融后以20%的重量比(改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青Jl中在200。C混合均勻，其測試結果如表3。只于比例2將C2粉碎至100目以下，以7%的重量比(粒徑小于100目的改性劑占改性瀝青重量百分比)加入到熔融攪拌中的基質瀝青Jl中在200°C混合均勻，其測試結果如表3。表3實施例1、2、3、4和對比例1、2對石油瀝青的改性結果與國家標準對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(注TFOT是指薄膜烘箱老化試驗，163°C,5h)由于美國、英國、日本等眾多國家的規(guī)范中，除了聚合物改性瀝青外，一般都有天然瀝青作改性劑(特立尼達湖瀝青，TLA)改性瀝青的質量要求，我國為適應實際需要，參照英國BS3690、美國ASTMD5710、特立尼達和多巴哥TTS590:2002,TTS593:2002及日本瀝青路面設計指針等，我國在公路改性瀝青路面施工技術規(guī)范中也相應制訂了特立尼達湖瀝青(TLA)改性瀝青的質量要求，TMA-70就是要求針入度60-80的一種牌號的TLA改性瀝青。從表3中可以發(fā)現(xiàn)無論實施例還是對比例所得到的結果均能滿足國家的質量要求。與對比例l相比，實施例中作為瀝青改性劑的液化殘渣加入量少于TLA時，所得的改性瀝青的各種性能指標仍能滿足要求，這樣與對比例l對比的優(yōu)勢在于在改性效果與TLA相當時，用量卻比后者少，明顯可以降低改性瀝青成本。與對比例2相比，兩者的本質區(qū)別在于實施例采用的是兩種熔融物津牛(熔融的液化油渣和基質瀝青)的液相與液相混合(液相-液相混合)，而對比例2采用的是一種熔融物料(熔融的基質瀝青)和固態(tài)物料(液化油渣)的液相與固相混合(液相-固相混合)。通常當兩種或幾種常溫為固態(tài)的物料，在分散混合時同屬熔融液態(tài)的物料混合分散效果要優(yōu)于一種為熔融液態(tài)而另一種仍為固態(tài)的液相-固相混合。這是因為在將液化油渣(固態(tài))分散到基質瀝青(熔融液態(tài))時，一方面需要能量使液化油渣由固態(tài)轉化為熔融液態(tài)，另一方面也需要能量將轉化為熔融液態(tài)的油渣分散到基質瀝青中；由于液化油渣在分散到熔融基質瀝青的同時，熱熔的油渣之間會發(fā)生聚集而使之分散效果差，這一點可以通過改性瀝青的薄膜烘箱老化(TFOT)后殘留針入度比可以體現(xiàn)(實施例薄膜烘箱老化(TFOT)后殘留針入度比高于對比例)。另外，由于采用本發(fā)明方法，直接從煤直接液化裝置中油渣排放處取出于熔融的基質瀝青加熱混合，省去了油渣的研磨工藝，因此，制備工藝簡單；由于是將所得到的油渣通過加熱熔融后，再與熔融的基質瀝青混合，因此油渣利用率高且改性后的瀝青物性穩(wěn)定性提高；由于可以直接從煤直接液化裝置中油渣排放處取出與熔融的基質瀝青加熱混合即可，適合于大規(guī)才莫工業(yè)化生產(chǎn)。盡管在本文公開了以上實施例，但是本發(fā)明的技術方案并不限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明的思想和宗旨的情況下，對本發(fā)明的技術方案所做的任何改動都將落入本發(fā)明的權利要求書所限定的范圍。權利要求1.一種用煤直接液化油渣制造改性瀝青的方法，其特征在于，將150-280℃的熔融狀態(tài)的煤直接液化油渣和100-180℃的熔融狀態(tài)的基質瀝青在150-280℃下攪拌均勻，形成熔融物，從而得到改性瀝青。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述150-280。C的熔融狀態(tài)的煤直接液化油渣直接在煤直接液化工藝中煤直接液化油渣排放處取得。3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述熔融物中，所述煤直接液化油渣占所述改性瀝青的重量百分比為3-40%。4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述煤直接液化油渣占所述改性瀝青的重量百分比為7-20%。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述基質瀝青為石油瀝青。6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述石油瀝青為90號石油瀝青。7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述煤直接液化油渣是高碳、高灰、高硫的混合物，外觀是瀝青狀物質，常溫下為不規(guī)則的塊狀固體，熱熔融狀態(tài)下為黑色粘稠狀液體，熱變形溫度試驗測定在60。C以上，軟化點約在90-250。C,曱苯不溶物的含量范圍在20-60%,灰分的含量范圍在9-30%。全文摘要本發(fā)明公開一種用煤直接液化油渣制備改性瀝青的方法，將150-280℃的熔融狀態(tài)的煤直接液化油渣和100-180℃的熔融狀態(tài)的基質瀝青在150-280℃下攪拌均勻，形成熔融物，從而得到改性瀝青。該方法工藝簡單、節(jié)能、環(huán)保、高效，并提高了改性瀝青的品質。文檔編號C10C3/00GK101161778SQ20071017808公開日2008年4月16日申請日期2007年11月26日優(yōu)先權日2007年11月26日發(fā)明者任相坤,馮盈之,朱偉平,朱豫飛,楊葛靈,田樹勛,高聚忠申請人:神華集團有限責任公司;中國神華煤制油有限公司;神華煤制油研究中心有限公司