TW201002810A - Process for producing an improved asphalt using polyphosphoric acid with air blowing - Google Patents

Description

201002810 六、發明說明： 4月7曰申 ，該申請案 本申請案根據35 U.S.C. § 119主張2008年 睛之吳國臨時巾請案第61/G43，Q67號之優先權 之全部内容以引用的方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 在一態樣中，本發明係關於製造以多碟酸改質之婉氣 煉遞青的改良方法。在其他態樣中’本發明係關於包：以 多磷酸改質之經氣煉瀝青的改良瀝青組成物及所得組成物 【先前技術】 對於某些應用而言，殘餘瀝青或直餾瀝青（有時稱為 地瀝青）並不適合依其製造之原樣而用於某些用途。在許 多情況下，藉由氧化法或氣煉法改質瀝青以改質瀝青之某 些性質。一般而言，此技術可增加瀝青之硬度、軟化點、 柔韌性及耐氣候性，同時降低其延展性及對溫度變化之敏 感性。 使用氣煉來氧化瀝青之先前方法典型地包括使空氣吹 過瀝青原料以氧化瀝青。典型地，在4〇〇卞至55〇卞範圍内 之溫度下且典型地以約3〇〇〇 CFM之吹風速率進行吹風處 理以製造因與空氣接觸而具有改質之性質的瀝青。在此等 方法中’氣煉典型地進行至多2〇小時之時期。 亦已使用添加劑來增強經氣煉瀝青的總體性質及減少 4 201002810 處理時間。氣煉法中當前所使用之—種添加劑為多鱗酸 (PPA)。在氣煉過程中添加PPA至瀝青中典型地使遞青在 吹風過程中的溫度降低，從而使得焦碳形成減少^ Z氣煉 過程中添加PPA亦可減少處理時間。與藉由不添加ppA之 氣煉處理製得的瀝青相比，添加PPA亦可有助於製造具有 高軟化點及更高穿透值的瀝青產品。 視原油之天然來源而定，可製得具有極為特定且獨特 之性質的瀝青。因而，由不同來源之原油製得的瀝青在吹 f風處理期間具有不同表現。已發現，在氣煉氧化過程中， 一些瀝青在存在pPA時起反應而形成吹風塔中之固體沈澱 物。此現象顯然不合需要且直至現在’已限制ppA與瀝青 (其與PPA反應形成沈澱物）一起使用。因此，將需要具 有-種可用於PPA以形成具有增強性質之瀝青的氣煉瀝青 氧化方法。 【發明内容】 本發明係針對製造改良瀝青組成物的方法。在該方法 中，，氣煉瀝青歷經一段減少之時間，接著添加多磷酸。在 典型地用於氣煉瀝青的溫度下且使用典型地用於氣煉瀝青 勺A量進行氣煉處理。可使用淨瀝青進行該方法，或可將 °亥方法用於瀝青與助熔劑（flux )、廢油（slop )或助熔劑與 廢油之混合物的混合物。 在初始氣煉時期之後，添加多磷酸至瀝青中。可趁遞 月…、夺h、、加多磷酸，或可在添加多磷酸之前使瀝青稍微冷 5 201002810 一步氣煉以獲得所需性 卻。添加多填酸之後’瀝青可經進一步 質。 之性質的氣煉瀝

具有所需性質的瀝青。根據以下提供的對本發明之描述 該方法之其他優勢對熟習此項技術者將顯而易見。 該方法之優勢在於可製造具有改良 青’同時使用多磷酸將在先前氣嬙視岛^ 【實施方式】 已發現，可使用氣煉氧化法製得具有增強性質的瀝 青，其係藉由首先使空氣吹過瀝青歷經一段與完全氣煉法 相比減少之時間以製造“半吹製”瀝青。接著添加ρρΑ至 半吹製瀝青中。添加ΡΡΑ至半吹製瀝青中顯著增高軟化點 而不過度降低穿透值。此外，可以較短吹風時間獲得所需

本發明預期使用典型的工業瀝青氣煉設備及程序。可 在350°F至550Τ範圍内之典型溫度下且以至多3〇〇() cFM 之人風速率進行氣煉處理。藉由使空氣吹過瀝青歷經一段 與正常氣煉法相比減少之時間來製造半吹製瀝青。該方法 之氣煉可歷經一段約6〇分鐘至7〇〇分鐘之間的時間，較佳 歷經一段約200分鐘與300分鐘之間的時間，且更佳在約 225分鐘與260分鐘之間。 本發明所使用之PPA較佳在1〇5%至11 8%之間的當量 值。添加PPA達到〇1重量。/。至3重量。/。之間的ρρΑ濃度。 6 201002810 添加PPA之後，攪拌PPA與瀝青歷經—段適當時間以達成 良好混合，該時間典型地為15分鐘至10小時。可在瀝青 處於所使用之氣煉溫度下時添加PPA，或可使瀝#冷卻，随 後添加PPA。在一具體實例中，在添加ppA之前可使瀝青 冷口P至320 F ( 1 60 c )。對用於改質極具PPA反應性之遞青 類3L或極具PPA反應性之瀝青與助熔劑或廢油的組合而 σ ’尤其需要該方法。 需要時，可將用於瀝青改質之其他添加 十。可在添加ΡΡΑ之前、與ΡΡΑ_起或在已添加ρρΑ之後 添加此等添加劑。可併入改質之瀝青中的添加劑包括（例 士）其他酉楚’諸如磷酸、硫酸、鹽酸、有機酸或用以改質 瀝青的任何其他酸。亦可將諸如蠟或氯化鐵之典型地用於 氧化處理之其他添加劑添加至改質之瀝青中。 應瞭解’用以獲得具有尤其需要之性質之瀝f的精確 條件將視用以製造淨瀝青之原油的來源、溫度及氣體流動 、及所使用之PPA的等級而定。熟習此項技術者可容易地 改變此等參數以獲得具有所需性質的遞青。 以下實施例描述本發明之較佳具體實例。提供此等實 &例以&明本發明之方法的特定具體實例’且該等實施例 並不意欲以任何方^ J万式限制本發明之範缚。 實施例1 a q在氣煉之後，進行實驗室測試以確定添加有PPA之半 製瀝月的〖生夤。為建立基線條件，將空氣以3 0公升/分鐘 、、、率人過淨瀝月。由俄國（如⑷抓）原油製得所使用之 201002810 瀝青。取出遞青樣本且在不同的吹風時間之後進行測試。 在選定時間之後的基線瀝青之軟化點及穿透深度展示於下 表1中。 矣1涤瀦音隨時間之款化點及穿透 唸思.格# : 440°F，3kg瀝音 時間 軟化點 穿透深度（dm) 120 32.8 180 45 230 59.1 60 255 66.2 45 300 77.9 32 365 95 20 在與基線瀝青所用相同之溫度及空氣流動速率下藉由 氣煉處理相同瀝青之兩個樣本。在第一個樣本中，將* t 吹過瀝青歷經230分鐘並添加ppA且如以上所描述授掉至 瀝青中。所使用之PPA係1〇5〇/。HsPO4當量，且當遞青已〆 卻至320°F ( 160°C )之溫度時添加ppA。在第_ ? 牡卑一個樣本中， 將空氣吹過瀝青歷經255分鐘且如以上所扣 上所犏述在攪拌下承 加105 % PPA。軟化點及穿透值陳述於下表2中 201002810 表2後添加ι〇5%ΡΡΑ至吹風230分鐘及255分鐘之 後的樣本 來自氣煉230分鐘之樣本 _ ΡΡΑ濃度 軟化點（。C) 穿透（dmm) 篩 1% 84.7 40 ----- 乾淨 2% 100 30 — 乾淨 來自氣煉255分鐘之樣本 PPA濃度 軟化點（°C) 穿透（dmm) ------- 篩 1% 95.6 31 ~~' ----- 乾淨 2% 111.5 25 乾淨 如表2中可見，當與表1中之淨瀝青相比時，氣煉23〇 分鐘及255分鐘之後添加PPA至瀝青中展示在軟化點方面 顯著提高而穿透值降低。此外，添加PPA之後將樣本過貪帛 且因為篩是乾淨的，所以沒有發現沈澱物。 實施例2 在氣煉約255分鐘之後’由正運作之工業吹風塔取得 瀝青樣本，且以105%抑或115%之ppA如以下所描述進^

改質。在400Τ至500°F之典型運作範圍内進行氣煉。由S 國原油製得瀝青。取約3 Kg半吹製瀝青至實驗室， 、 至 且下 表3及表4中陳述之比例如以上所述與ρΡΑ混合。樣本之 軟化點及穿透值如所展示。 9 201002810 表3 樣本 地瀝青 PPA 105% 軟化點測試值 穿透測試值（dmm) 軟化點 (0〇 重複（°C) 平均值 CC) 1 2 3 平均值 標記A 300 0 67.9 67.9 67.9 56.1 56.4 56.0 56.2 標記A+1% PPA 297 3 97.7 97.3 97.5 35.7 39.8 37.7 38.8 標記A+1.5% PPA 295.5 4.5 105.4 105.2 105.3 32.6 32.2 36.1 34.2 標記A+2% PPA 294 6 106.7 106.7 106.7 29.2 28.6 28.1 28.4 表4 樣本 地瀝青 PPA 115% 軟化點測試值 穿透測試值（dmm) 軟化點 (0〇 重複（°C) 平均值 (°C) 1 2 3 平均值 標記A 300 0 67.0 67.2 67.1 58.6 58.4 58.1 58.3 標記A+1% PPA 297 3 101.1 99.9 100.5 30.7 28.9 31.1 30.0 標記A+1.5% PPA 295.5 4.5 113.7 120.6 117.2 26.8 27 26.8 26.9 標記A+2% PPA 294 6 127.2 129.8 128.5 23.5 24.6 23.9 24.3 如表3及表4中可見，軟化點及穿透值展示出與上表1 中所描述之對照樣本相類似之改良。 本發明之方法可用於淨瀝青，或可將其用於瀝青與助 熔劑、廢油或助溶劑與廢油之組合的混合物。如彼等熟習 此項技術者所已知，助熔劑與廢油為用於描述在蒸餾塔中 10 201002810 獲得之特定餾分的術語。典型地，此等餾分為所蒸餾之原 油的輕餾分，且經常為原油蒸餾之真空殘餘物的最不具揮 發性德分。可將此等餾分與汽油或柴油組合。此外，該方 法可用於改良助熔劑與廢油之組合的性質。 圖1展示使用90%廢油與10%真空殘餘物之組合所獲 得的結果。將空氣在500°F下吹過該混合物。在圖1之表中 所示的時間獲得樣本且測試其軟化點及穿透值。在230分 鐘時，取出樣本且如以上所述添加1 05% PPA(稱為Innovalt N200 )至混合物中。一個樣本添加1重量％ PPA而第二個 樣本添加2重量％ PPA。如圖1之表中所示，對於相同的氣 煉時間，添加有PPA之混合物具有優於不含PPA之混合物 的性質。 圖2展示使用70%瀝青及30%真空殘餘物之組合所獲 得的結果。將空氣在460°F下吹過該混合物。在圖2之表中 所示的時間獲得樣本且測試其軟化點及穿透值。標記為 “吹風5”之表展示不含PPA之瀝青/真空殘餘物混合物的 結果，而標記為“摻合物Γ之表展示藉由添加1重量％之 10 5 % P P A (其如以上所述而添加至經氣煉之遞青/真空殘餘 物混合物的樣本中）而獲得之結果。如圖2之表中所示， 對於相同的氣煉時間，添加有PPA之混合物具有優於不含 PPA之混合物的性質。 圖3展示使用70%瀝青與30%真空殘餘物之組合所獲 得的結果。將空氣在460°F下吹過該混合物。在氣煉298分 鐘之後獲得半吹製瀝青之樣本且測試其軟化點及穿透值。 11 201002810 標記為“吹風6”之表展示未添加PPA之瀝青/真空殘餘物 混合物的結果，而標記為“摻合物2”之表展示藉由添加i 重量％之105% PPA至氣煉混合物之樣本中而獲得的結果。 如圖3之表中所示’對於相同的氣煉時間，添加有ppA之 混合物具有優於不含PPA之混合物的性質。

使用在 450°F下氣煉之 Tricor Bakersfield Valer〇 ACM 瀝青進行其他測試。淨瀝青之軟化點及穿透深度的改變匯 總於表5中。如由該表可見，耗費約12小時以達到約i〇〇t 之軟化點及約1 7之穿透深度。 450°F下氣煉淨地

圖4展示軟化點隨時間之變化 在未添加PPA氣煉約250分鐘時， 深度為74 dmm。如圖4之表由 认丫所示 PPA達到0·5重量％、1重量％及2重 化點且降低穿透深度。 。如圖4之表中所示， 軟化點為4 8.6 °C且穿透 與淨瀝青相比，添加 量％之PPA濃度增高軟 12 201002810 圖5展示軟化點隨時間之 。 在未添加PPA氣煉約51()分 如圖5之表中所示， 深度為2“_。如圖5之表；二軟化點為78.2。。且穿透 PPA達到〇.5重量％ I H歷青相比，添加 化點且降低穿透深度。。及2重量％之附濃度增加軟 L圖式簡單說明】 圖1為展示將本發明之t、土田& 热給^ 之方法用於90〇/〇廢油與10%真空 殘餘物之組合獲得的結果。 具 圖2為展示將本發明之 焱热私 之方法用於70°/〇瀝青與30%直空 殘餘物之組合獲得的結果。 - 圖3為展示將本發明$ 殘餘物％遞青與30〇/。真空 殘餘物之組合獲得的結果。 丨重：:展示在曰未添加PPA及添加ppA至達到〇.5重量%、 時軟化幻·1度的情況下，氣煉約250分鐘 k #人化點隨時間之變化。 i重旦圖0/5/示在未添加PPA及添加PPA至達到0.5重量％、 時軟IT二重量⑽濃度的情況下，氣練約-分鐘 犄軟化點隨時間之變化。 【主要元件符號說明】 無 13

Claims (1)

1. 201002810 七、申睛專利範圍： 種衣4氣煉瀝青之方法，該方法包含以下步驟： (a )提供瀝青組成物； )藉由氣煉處理該瀝青歷經一段6〇分鐘至7〇〇分 鐘之時間； )氣煉處理之後，添加多磷酸至該瀝青中，同時攪 拌。 。2•如申請專利範圍第1項之方法，其中該氣煉處理係在 350 F至550卞之溫度下進行。 3_如申請專利範圍第2項之方法，其中該多磷酸為ι〇5% 至118%之當量值。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中添加該多磷酸達 到〇·1重量％至3重量％之濃度。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中在添加該多磷酸 之後，攪拌該瀝青與多磷酸混合物歷經一& 15分鐘至1〇 小時之時間。 > 6.如申請專利範圍第5項之方法，其中在氣練之前， 該瀝青與助熔劑、廢油或助熔劑與廢油之組合混合。 7.如申請專利範圍帛5項之方法，其進一步包含在添 該多磷酸之前將該瀝青冷卻至3〇〇卞至34〇卞之溫度的 ，-—種製造氣煉瀝青之方法，該方法包含以下步驟： (a )提供遞青組成物； ⑴在4GGV至55G°F之溫度下，藉由氣煉處理該遞青 14 201002810 歷經一段200分鐘至300分鐘之時間； (c)氣煉處理之後，將具有105%至11 8%之當量值的 多磷酸添加至該瀝青中以達到〇 _ 1重量％至3重量％之濃 度，同時攪拌。 9.如申請專利範圍第8項之方法’其中在添加該多磷酸 之後，攪拌該瀝青與多磷酸混合物歷經一段1 5分鐘至10 小時之時間。 1〇·如申睛專利範圍第9項之方法，其中在氣煉之前， 將該瀝月與助熔劑、廢油或助熔劑與廢油之組合混合。 女申明專利範圍第10項之方法，其進一步包含在添 加該多嶙酸之俞# & ^ . <則將该瀝青冷部至300°F至340T之溫度的步 驟。 八、圖式： (如次頁）

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