MX2010011072A

MX2010011072A - Asfalto soplado con aire incluyendo ácido polifosfórico.

Info

Publication number: MX2010011072A
Application number: MX2010011072A
Authority: MX
Inventors: Jean-Valery Martin; Gaylon Lynn Baumgardner; Andrew Michael Menapace; John Medford Mas
Original assignee: Innophos Inc
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2012-10-01
Also published as: US20090249978A1; AU2009233836B2; EP2262873A1; CN102066525A; AR071301A1; CA2720792A1; AU2009233836A1; JP2011516691A; CL2009000841A1; TW201002810A; EP2262873A4; CN102066525B; KR20110002470A; WO2009126646A1

Abstract

Se proporciona un proceso para producir una composición asfáltica mejorada que se sopla con aire durante un periodo de tiempo reducido antes de la adición de ácido fosfórico. El proceso de soplado con aire se realiza a temperaturas y usando volúmenes de aire que se usan típicamente para el asfalto soplado con aire. El proceso se puede realizar usando asfalto puro, o se puede usar en mezclas de asfalto con flujo, vertido o mezclas de flujo y vertido. Después del periodo inicial de soplado con aire, se le añade ácido polifosfórico al asfalto. Se puede añadir el ácido polifosfórico mientras el asfalto está a temperatura, o el asfalto se puede dejar enfriar ligeramente antes de la adición del ácido fosfórico. Luego de la adición del ácido fosfórico, el asfalto puede ser sometido a soplado con aire adicional para obtener las propiedades deseadas.

Description

ASFALTO SOPLADO CON AIRE INCLUYENDO ÁCIDO POLIFOSFÓRICO Esta solicitud reclama prioridad bajo el U .S.C . 35, Sección 1 19, con respecto a la Solicitud Provisional Estadounidense N ° 61 /043,067, presentada el 7 de abril de 2008, cuyo contenido está incorporado a la presente mediante referencia.

Campo de la invención La presente invención se refiere, en un aspecto, a procesos mejorados para la producción de asfalto soplado con aire modificado con ácido polifosfórico. En otros aspectos, la presente invención se refiere a composiciones asfálticas mejoradas que contienen asfalto soplado con aire modificado con ácido polifosfórico y a usos de las composiciones resultantes.

Antecedentes de la invención Para algunas aplicaciones el asfalto residual o betún de destilación directa (algunas veces denominado betún) no es apropiado para algunos usos tal como se produce. En muchos casos, el asfalto se modifica mediante un proceso de oxidación o un proceso de soplado con aire para modificar ciertas propiedades del asfalto. En general , esta técnica puede aumentar la dureza , el punto de ablandamiento, la maleabilidad y la resistencia a la erosión de un asfalto, al tiempo que disminuye su ductilidad y susceptibilidad a los cambios de temperatura.

Los procesos anteriores para la oxidación de asfalto usando soplado con aire típicamente implican soplar aire a través de una existencia de asfalto para oxidad el asfalto. El proceso de soplado típicamente se realiza a temperaturas que varían desde 204.4 °C (400 °F) hasta 287.7 °C (550 °F) y con el aire soplado a velocidades típicamente de aproximadamente 85 m3/min (3000 pie3/min ) para producir un asfalto que tiene propiedades modificadas como resultado del contacto con el aire. En estos procesos, el soplado de aire se realiza comúnmente durante periodos de hasta 20 horas.

También se han usado aditivos para mejorar las propiedades generales del asfalto soplado con aire y para reducir el tiempo de proceso. Un aditivo que se usa actualmente en el proceso de soplado con aire es el ácido polifosfórico (PPA, por sus siglas en inglés). La adición de PPA al asfalto durante el proceso de soplado con aire típicamente permite una reducción en la temperatura del asfalto durante el proceso de soplado, lo que leva a una reducción en la formación de coque. La adición de PPA durante el proceso de soplado con aire también puede reducir el tiempo de proceso. La adición de PPA también puede ayudar a la producción de un producto asfáltico que tenga un punto de ablandamiento alto con valores de penetración más altos con respecto al asfalto producido mediante un proceso de soplado sin la adición de PPA.

Dependiendo del origen natural del petróleo crudo, los asfaltos se pueden producir con propiedades muy particulares y únicas. Por ello, el asfalto producido de diferentes fuentes de petróleo se comportará de manera diferente durante el proceso de soplado. Se ha descubierto que algunos asfaltos reaccionan en la presencia de PPA durante un proceso de oxidación con soplado de aire para formar un precipitado sólido en la torre de soplado. Este fenómeno obviamente no es deseable, y hasta ahora ha limitado el uso del PPA con asfaltos que reaccionan con PPA para formar precipitados. En consecuencia, sería deseable tener un proceso de oxidación de asfalto con soplado de aire que se pueda usar con PPA para formar asfaltos que tengan propiedades mejoradas.

Breve descripción de la invención La presente invención está dirigida a procesos para producir composiciones de asfalto mejoradas. En el proceso, el asfalto se sopla con aire durante un periodo de tiempo reducido antes de la adición del ácido polifosfórico. El proceso de soplado con aire se realiza a temperaturas y usando volúmenes de aire que se usan comúnmente para al asfalto soplado con aire. El proceso se puede realizar usando asfalto puro , o se puede usar en mezclas de asfalto con flujo, alimentación l íquida o mezclas de flujo y alimentación líquida.

Después del periodo inicial de soplado con aire, se le añade ácido polifosfórico al asfalto. Se puede añadir el ácido polifosfórico mientras el asfalto está a temperatura, o el asfalto se puede dejar enfriar ligeramente antes de la adición del ácido polifosfórico. Luego de la adición del ácido polifosfórico, el asfalto puede ser sometido a soplado con aire adicional para obtener las propiedades deseadas.

Entre las ventajas del proceso está que se puede producir un asfalto soplado con aire que tiene propiedades mejoradas, y al mismo tiempo se reducen al m ínimo o se eliminan los precipitados que se forman en los procesos de soplado con aire de la técnica anterior usando ácido polifosforico, y se puede producir asfalto que tenga propiedades deseables con tiempos de soplado con aire reducidos, lo que reduce el costo del proceso. Otras ventajas del proceso serán evidentes para los expertos en la técnica con base en la descripción de la invención que se proporciona a continuación.

Descripción de las figuras La figura 1 muestra los resultados obtenidos usando el proceso de la presente invención para una combinación de 90% de barro y 10% de residuo de vacío.

La figura 2 muestra los resultados obtenidos usando el proceso de la presente invención para una combinación de 70% de asfalto y 30% de residuo de vacío.

La figura 3 muestra los resultados obtenidos usando el proceso de la presente invención para una combinación de 70% de asfalto y 30% de residuo de vacío.

La figura 4 muestra el cambio en el punto de ablandamiento contra el tiempo aproximadamente a los 250 minutos de soplado con aire sin la adición de PPA y con la adición de PPA para obtener una concentración por peso de 0.5%, 1 % y 2%.

La figura 5 muestra el cambio en el punto de ablandamiento contra el tiempo aproximadamente a los 510 minutos de soplado con aire sin la adición de PPA, y con la adición de PPA para obtener una concentración de PPA por peso de 0.5%, 1% y 2%.

Descripción detallada de la invención Se ha descubierto que se pueden producir asfaltos que tienen propiedades mejoradas usando un proceso de oxidación por soplado con aire, soplando aire primero a través del asfalto durante un tiempo reducido en comparación con un proceso de soplado con aire completo para producir un asfalto "semi soplado". Luego se le añade PPA al asfalto semi soplado. La adición de PPA al asfalto semi soplado aumenta significativamente el punto de ablandamiento sin disminuir demasiado el valor de penetración. Además, se pueden obtener las propiedades deseadas con un tiempo de soplado más corto.

La presente invención contempla el uso de equipo y procedimientos de soplado de asfalto con aire típicos en la industria. El proceso de soplado con aire se puede realizar a temperaturas típicas que varían desde 177 °C (350 °F) hasta 287.7 °C (550 °F) y con aire soplado a velocidades de hasta 85 m3/min (3000 pie3/min). El asfalto semi soplado se produce soplando el aire a través del asfalto durante un tiempo reducido en comparación con un proceso de soplado con air normal. El soplado de aire para el proceso puede ser durante un tiempo de entre aproximadamente 60 minutos y 700 minutos, preferiblemente durante un tiempo de entre aproximadamente 200 y 300 minutos, y más preferiblemente entes aproximadamente 225 y 260 minutos.

El PPA que se utiliza en la presente invención preferiblemente está entre 105% y 118% en valor equivalente. Se añade PPA hasta obtener una concentración de entre 0.1% por peso y 3% por peso. Después de la adición del PPA, el PPA y el asfalto se agitan durante el periodo de tiempo apropiado para obtener un buen mezclado, típicamente desde 15 minutos hasta 10 horas. El PPA se puede añadir mientras el asfalto está a la temperatura usada de soplado con aire, o se puede dejar enfriar el asfalto antes de la adición del PPA. En una modalidad, se puede dejar que el asfalto se enfríe hasta 160 °C (320 °F) antes de la adición del PPA. El proceso es particularmente deseable para su uso en la modificación de tipos de asfalto muy reactivos a PPA, o combinaciones de asfalto muy reactivas a PPA con flujo o lodo.

Si se desea, se le pueden añadir al asfalto otros aditivos que se usan en la modificación de asfalto. Estos aditivos se pueden añadir antes de la adición de PPA, con el PPA o después de que el PPA se ha añadido. Los aditivos que se pueden incorporar en el asfalto modificado incluyen, por ejemplo, otros ácidos, tales como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácidos orgánicos o cualquier otro ácido utilizado para modificar asfalto. También se le pueden añadir al asfalto modificado otros aditivos que se usan típicamente en el proceso de oxidación, por ejemplo ceras o cloruro de hierro.

Se entenderá que las condiciones precisas utilizadas para obtener asfalto que tenga propiedades particularmente deseadas dependerá del origen del petróleo crudo utilizado para producir el asfalto puro, la temperatura y el flujo de aire, y la clasificación de PPA utilizada. Un experto en la técnica puede variar fácilmente estos parámetros para obtener asfalto que tenga las propiedades deseadas.

Los siguientes ejemplos describen modalidades preferidas de la invención. Estos ejemplos se proporcionan para ilustrar modalidades particulares del proceso de la invención, y no se pretende que limiten el alcance de la invención en forma alguna.

Ejemplo 1 Se realizaron pruebas de laboratorio para determinar las propiedades del asfalto semi soplado con PPA añadido después del soplado con aire. Para establecer una condición de línea de base, se sopló el aire a través de asfalto puro a una velocidad de 30 litros/min. El asfalto utilizado se produjo a partir de un petróleo crudo ruso. Se sacaron muestras del asfalto y se sometieron a prueba después de varios tiempos de soplado. El punto de ablandamiento y la profundidad de penetración después de los tiempos seleccionados para el asfalto de la linea de base se muestran en la Tabla 1 siguiente.

Tabla 1 - Punto de ablandamiento v penetración contra tiempo del asfalto puro.

Condiciones de soplado: 226 °C (440 °F).3 ka de asfalto Se procesaron dos muestras del mismo asfalto mediante soplado con aire a las mismas temperaturas y velocidades de flujo de aire utilizadas para el asfalto de la línea de base. En la primera muestra, se sopló aire a través del asfalto durante 230 minutos y se le añadió PPA y se agitó en el asfalto como se describió anteriormente. El PPA utilizado fue H3P04 al 105% equivalente y se añadió cuando el asfalto se había enfriado hasta una temperatura de 160 °C (320 °F). En la segunda muestra, se sopló aire a través del asfalto durante 255 minutos y se le añadió PPA con agitación como se describió anteriormente. El punto de ablandamiento y los valores de penetración se presentan en la Tabla 2 siguiente.

Tabla 2 - Después de la adición de PPA al 105% en muestras luego de 230 minutos y 255 minutos de soplado Muestra de 230 minutos de soplado de aire Muestra de 255 minutos de soplado de aire Como se puede ver en la Tabla 2, cuando se compara con el asfalto puro en la Tabla 1, la adición de PPA al asfalto luego del soplado con are durante 230 y 255 minutos presenta una mejora significativa en términos del punto de ablandamiento con una reducción en el valor de penetración. Además, las muestras fueron tamizadas después de la adición del PPA y no se identificaron precipitados dado que los tamices estuvieron limpios.

Ejemplo 2 Se tomaron muestras de asfalto de una torre de soplado industrial en operación después de aproximadamente 255 minutos de soplado con aire y se modificaron con PPA ya sea al 105% o al 115% según se describe más adelante. El soplado con aire se realizó dentro del rango de operación típico de 204 °C (400 °F) y 288 °C (550 °F). El asfalto fue producido a partir de petróleo crudo ruso. Se tomaron aproximadamente 3 kg del asfalto semi soplado en el laboratorio, y se mezclaron con PPA como se describe anteriormente, en las proporciones que se presentan en las Tablas 3 y 4 siguientes. El punto de ablandamiento y los valores de penetración para las muestras son los siguientes.

Tabla 3 Tabla 4 Como puede verse en la Tabla 3 y en la Tabla 4, el punto de ablandamiento y los valores de penetración muestran mejoras similares con respecto a la muestra de control descrita en la Tabla 1 anterior.

El proceso de la presente invención se puede usar con asfalto puro, o se puede usar en mezclas de asfalto con flujo, barro o combinaciones de flujo y barro. Como es sabido por los expertos en la técnica, flujo y barro son los términos que se utilizan para describir fracciones específicas obtenidas en una torre de destilación. Típicamente, estas son fracciones ligeras de petróleo crudo destilado, y con frecuencia son la última fracción volátil del residuo de vacío de la destilación del petróleo crudo. Estas fracciones se pueden combinar con gas de petróleo o gasolina diesel. Además, el proceso se puede usar para mejorarlas propiedades de combinaciones de flujo y lodo.

La Figura 1 muestra los resultados obtenidos usando una combinación de 70% de asfalto y 30% de residuo de vacío. El aire se sopló a través de la mezcla a 260 °C (500 °F). Las muestras fueron obtenidas en los momentos que se indican en las Tablas de la Figura 1 y se sometieron a prueba para determinar el punto de ablandamiento y el valor de penetración. A los 230 minutos, se sacó una muestra y se le añadió PPA al 105% (denominado Innovalt N200) a la mezcla como se describió anteriormente. Una muestra tuvo 1% por peso de PPA añadido y la segunda tuvo 2% por peso de PPA añadido. Como se muestra en las Tablas de la Figura 1, la mezcla con el PPA añadido tuvo propiedades superiores a la mezcla sin PPA para el mismo tiempo de soplado con aire.

La Figura 2 muestra los resultados obtenidos usando una combinación de 70% de asfalto y 30% de residuo de vacío. Se sopló el aire a través de la mezcla a 238 °C (460 °F). Las muestras fueron obtenidas en los momentos que se indican en las Tablas de la Figura 2 y se sometieron a prueba para determinar el punto de ablandamiento y el valor de penetración. La Tabla marcada como "Soplado 5" presenta los resultados para la mezcla de asfalto y residuo de vacío sin PPA, mientras que la Tabla marcada como "Mezcla 1" presenta los resultados obtenidos añadiendo 1% por peso de PPA al 105%, añadido a una muestra de la mezcla de asfalto soplado con aire y residuo de vacío como se describió anteriormente. Como se muestra en las Tablas de la Figura 2, las mezclas con el PPA añadido tuvieron propiedades superiores a las de las mezclas sin PPA para el mismo tiempo de soplado con aire.

La Figura 3 muestra los resultados obtenidos usando una combinación de 70% de asfalto y 30% de residuo de vacío. El aire se sopló a través de la mezcla a 238 °C (460 °F). Se obtuvo una muestra del asfalto semi soplado después de 298 minutos de soplado con aire y se sometió a prueba para determinar el punto de ablandamiento y el valor de penetración. La Tabla marcada como "Soplado 6" presenta los resultados para la mezcla de asfalto y residuo de vacío sin PPA añadido, mientras que la Tabla marcada como "Mezcla 2" presenta los resultados obtenidos añadiendo 1% por peso de PPA al 105% a la muestra de la mezcla soplada con aire. Como se muestra en la Tabla de la Figura 3, las mezclas con el PPA añadido tuvieron propiedades superiores a las de las mezclas sin PPA para el mismo tiempo de soplado con aire.

Se realizaron pruebas adicionales usando asfalto Tricor Bakersfield Valero AC-1 soplado con aire a 4.4 °C (450 °F). El cambio en el punto de ablandamiento y la profundidad de penetración para el asfalto puro se resume en la Tabla 5. Como puede verse en esa Tabla, toma aproximadamente 12 horas obtener un punto de ablandamiento de aproximadamente 100 °C y una profundidad de penetración de aproximadamente 17.

Tabla 5 - Betún puro soplado con aire a 4.4 °C (450 °F) gura 4 muestra el cambio en el punto ablandamiento contra el tiempo. Como se muestra en la tabla de la Figura 4, aproximadamente a 250 minutos de soplado con aire sin la adición de PPA, el punto de ablandamiento es de 48.6 °C y la profundidad de penetración es de 74 dmm. Como se muestra en la Tabla de la Figura 4, la adición de PPA para obtener una concentración por peso de 0.5%, 1% y 2% aumenta el punto de ablandamiento y disminuye la profundidad de penetración en comparación con el asfalto puro.

La figura 5 muestra el cambio en el punto de ablandamiento contra el tiempo. Como se muestra en la Tabla de la Figura 5, aproximadamente a los 510 minutos de soplado con aire sin la adición de PPA, el punto de ablandamiento es de 78.2 °C y la profundidad de penetración es de 26 dmm. Como se muestra en la Tabla de la Figura 5, la adición de PPA para obtener una concentración por peso de 0.5%, 1% y 2% aumenta el punto de ablandamiento y disminuye la profundidad de penetración en comparación con el asfalto puro.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para producir un asfalto soplado con aire, que comprende los pasos de: (a) proporcionar una composición asfáltica; (b) tratar el asfalto mediante soplado con aire durante un periodo de tiempo desde 60 minutos hasta 700 minutos; (c) luego del tratamiento de soplado con aire, añadir ácido polifosfórico al asfalto mientras se agita.

2. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el tratamiento de soplado con aire se realiza a una temperatura desde 177 °C hasta 288 °C (350 °F hasta 550 °F).

3. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 2, caracterizado además porque el ácido polifosfórico es desde 105% hasta 1 8% en valor equivalente.

4. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 3, caracterizado además porque el ácido polifosfórico se añade hasta obtener una concentración desde 0.1% por peso hasta 3% por peso.

5. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 4, caracterizado además porque la mezcla de asfalto y ácido polifosfórico se agita durante un periodo de tiempo desde 15 minutos hasta 10 horas luego de la adición del ácido polifosfórico.

6. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 5, caracterizado además porque antes del soplado con aire, el asfalto se mezcla con flujo, lodo o combinaciones de flujo y lodo.

7. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 5, que además comprende el paso de enfriar el asfalto antes de añadirle el ácido polifosfórico, hasta una temperatura desde 149 °C hasta 171 °C (300 °F hasta 340 °F).

8. Un proceso para producir un asfalto soplado con aire que comprende los pasos de: (a) proporcionar una composición asfáltica; (b) tratar el asfalto mediante soplado con aire a una temperatura desde 204 °C hasta 288 °C (400 °F hasta 550 °F) durante un periodo de tiempo desde 200 minutos hasta 300 minutos; (c) luego del tratamiento de soplado con aire, añadir ácido polifosfórico que tenga un valor equivalente desde 105% hasta 118% al asfalto, hasta obtener una concentración desde 0.1% hasta 3% por peso mientras se agita.

9. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 8, caracterizado además porque la mezcla de asfalto y ácido polifosfórico se agita durante un periodo de tiempo desde 15 minutos hasta 10 horas luego de la adición del ácido polifosfórico.

10. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 9, caracterizado además porque antes del soplado con aire, el asfalto se mezcla con flujo, lodo o combinaciones de flujo y lodo.

11. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 10, que además comprende el paso de enfriar el asfalto antes de añadirle el ácido polifosfórico, hasta una temperatura desde 149 °C hasta 171 °C (300 °F hasta 340 °F).