劣质渣油调配90#高等级道路沥青的研究

张树丰，闫 锋，刘中凯，张 聪，陈 宇

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113000； 2. 中冶京诚（营口）装备技术有限公司， 辽宁 营口 115004）

劣质渣油调配90#高等级道路沥青的研究

张树丰1，闫 锋1，刘中凯2，张 聪1，陈 宇1

（1. 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113000； 2. 中冶京诚（营口）装备技术有限公司， 辽宁 营口 115004）

大庆原油经过常减压蒸馏得到劣质渣油，测定劣质渣油的性质，将劣质渣油和标准的70#高等级道路沥青1∶1比例初步调配。然后选择合适的再生剂C，添加8%的再生剂C，成功地调配出符合高等级道路90#石油沥青质量标准(GB50092．96)的合格沥青，从而使劣质渣油有效利用。

劣质渣油；再生剂；调配

科技迅速发展，公路建设速度明显加快，随着公路交通事业的发展，沥青的需求量呈急速上升的趋势。近年来，中国的高等级道路路面大多为沥青路面，而且进口沥青占很大比例，会消耗我国的大量资金，路用拌料价格也在逐渐上升，对大量的劣质渣油调配高等级道路沥青的再生技术的研究显得尤为迫切。沥青再生已成为我们科研面临的一个重要问题，铺在道路上的沥青经过一定时间的使用，那些小分子物质很容易挥发，剩下的几乎全是大分子的物质，导致沥青变硬，失去光泽，失去粘度和柔韧性。那么，沥青就会失去了原来的固有性质，再也不能把沥青拌料紧紧的凝结在一起了。因失去了粘合力，再加上地面所承载的压力，会出现许多网裂、车辙、凹陷、等各种各样的病害，这样就会使沥青和拌料分开，导致路面严重被损坏。在温度高的季节沥青中的某些物质又和空气中的氧气反应，又会使沥青逐渐老化，失去粘度和流动性。小分子的易挥发和高低温的交替变化等等都会使沥青失去原来的性质，进而老化非常明显，会给我们的交通带来严重的不便，影响我们的生活质量。为了还给我们一个交通舒适的路面，这就会使沥青的用量大大损耗[1]。

原油经过常减压蒸馏之后，在釜底我们得到了大量的劣质渣油，这些劣质渣油因具有不可降解性，所以我们不能用深埋的办法处理掉，以免污染环境。因此，现阶段对渣油研究的比较多，又因为渣油的组分是大分子，和沥青的四组分有相似之处，所以，劣质渣油和标准沥青调和，既能回收劣质渣油又能再生利用，既可以保护环境又可以节约自然资源。

1 原料性质

1.1 劣质渣油的组成情况

从炼油厂常减压塔底得到的劣质渣油，有的是作为溶剂脱沥青的原料，有的是催化裂化、延迟焦化、氧化沥青的主要原料，也可通过调入各种油品，各种添加剂生产锅炉用的燃料油或加工生成各种各样的石油沥青。

渣油胶质、戊烷沥青质组分中都含有丰富的芳香环系相连的正构烷基侧链, 其碳数范围为C1～C30。随碳数的增加, 侧链的摩尔浓度就会下降。从轻胶质、重胶质到戊烷沥青质, 其中与芳香环相连的正构烷基侧链浓度有所下降。也存在着以正构烷基桥相

连的至少由两个芳香环系组成的芳香性分子。

在渣油胶质、戊烷沥青质组分中，有的是迫位缩合，有的是联苯型芳香环系结构缩合,但是联苯型的芳香环系结构缩合相对较少。从轻胶质、重胶质到戊烷沥青质, 渺位缩合的芳香结构减少, 迫位缩合的芳香环系结构增加。在胶质组分中，对于芳香环系结构的物质，无论是渺位缩合还是迫位缩合，都只不过是两种缩合方式而已。他们各自所占的比例是不同的，例如：戊烷沥青质中以迫位缩合为主。不同油源的胶质、戊烷沥青质有些差别, 例如：辽河渣油的胶质、戊烷沥青质中和芳香环相连的较长的正构烷基侧链相对较多, 而芳香环系中迫位缩合的结构却相对较少[2]。

1.2 劣质渣油的三大指标

劣质渣油的三大指标见表1。从表1可以看出：这种沥青非常软，针入度越大、延度严重偏低，而软化点严重偏低。上述三大指标均不能达到高等级道路石油沥青质量标准(GB50092.96)的要求。

表1 劣质渣油的三大指标Table 1 Three major indicators of inferior residues

沥青针入度偏高、软化点偏低是因为沥青质是液态组分的增稠剂，劣质渣油中沥青质含量相对偏低造成的。又因为胶质的含量对沥青延度的影响是显著的，所以，从表中看到胶质的含量也相对偏低。饱和分是软化剂(增塑性较强，相对于胶质而言，沥青质会需要相当多的软化剂）。芳香分含量偏高，从而使沥青塑性升高。根据沥青的理化性能，我们用70#标准沥青使其调和成我们需要的90#高等级道路沥青。

1.3 70#标准沥青的三大指标

70#标准沥青的三大指标见表2，从沥青的三大指标来看，符合70#标准沥青的质量要求，70#标准沥青相对较硬，与较软的劣质渣油调配，符合调配原理。

表2 70#沥青的三大指标Table 2 Three major indicators of 70#petroleum asphalt

2 调 配

2.1 调配原理

调配工艺是石油工业中的一种重要工艺方法。根据沥青的族组成，把沥青分为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质四组分。饱和分和芳香分是由分子量大小不等的碳氢化合物所形成的混合物，胶质和沥青质是由分子量相对较大且不等的碳氢化合物所形成的混合物。在石油相关的领域内, 因为沥青是混合物, 根据不同的组成组分，将几种不同组分加以调配, 因此就调配成不同性质的沥青材料。我们把这种方法叫做调和或是调配，用这种方法生成的沥青我们称之为调和沥青或是调配沥青。

本实验采用劣质渣油和标准的70#石油沥青进行调配。由于他们各自呈现相对稳定的胶体分散体系，当两种不同的胶体体系混合在一起形成新的胶体平衡体系时，其所需的结果取决于原有各自体系的差异程度。此外，劣质渣油和70#沥青调和后的各项性能指标并不是调和前他们性能指标的线性相加。

2.2 调配的结果

劣质渣油和70#标准沥青质量比为1∶1的比例调配，见表3，表4。

表3 调配的三大指标Table 3 Three major indicators of Mixed asphalt

表4 调配沥青的四组分Table 4 Mixed asphalt four components

从比例为1∶1初步调配的沥青的三大指标和四组分来看，远远不符合高等级道路沥青的质量标准。针入度，软化点，延度都难以达到规定的范围，当增加70#标准沥青和劣质渣油的质量比为2∶1时、3∶1时，或比例更高时，根据沥青的四组分组成和调配的基本原理，我们能成功的调配出90#高等级道路沥青。但它同时失去经济效益，也失去了科研的意义。只有在保持70#标准沥青和劣质渣油的质量比为1∶1时，我们调配出90#高等级道路沥青才有意义，才有科学价值。因此，我们需要加入一种再生剂，使其沥青的四组分进行适当的调整，使其性质获得很大的改善和提高，使其符合90#高等级道路沥青的质量标准。

3 再生剂

3.1 沥青再生的基本原理

沥青再生一般有两种情况：第一是将旧沥青混合经过适当的处理, 使其中一些已经老化的沥青恢复原来的性质。第二是将调配沥青的四组分进行适当的调整，使其达到我们所需沥青的质量要求，使

调配沥青性质取得相当大的改善和提高,重新铺筑路面以节约资源,降低成本[3]。沥青再生的过程就是使失去原来固有性质的沥青四组分重新组成，重新分配，达到我们所要求的质量标准，恢复其粘度，柔韧性等一切性质，并能够重新加以使用。

从理化性质来看，沥青的四组分发生了改变,饱和分、芳香分的含量相对减少，胶质、沥青质含量相对增多，导致沥青的胶体结构发生改变，由溶胶型向凝胶型转变。从表面来看，沥青表现为暗淡无光、脆硬、失去了本身的柔韧性,流动性减小，非牛顿性质显著增强。

3.2 再生剂的选择

再生剂主要有两个作用:第一就是恢复粘度，沥青经过一定的年限会变硬，失去固有的粘度，无法凝结拌料，所以再生剂能将旧沥青或调和沥青的粘度调节到各种所需的范围内，以供道路应用。第二就是恢复旧沥青或调和沥青的柔韧性,使其具有良好的延伸性。再生剂一般有两种，一种是油溶性再生剂，另一种是水溶性再生剂。油溶性再生剂大多数情况下用于热再生, 水溶性再生剂大多数情况下用于冷再生。沥青再生剂不是纯净物,而是混合物，而是由许多物质组成的混合物。可以根据不同需要配制成不同系列的沥青再生剂。再生剂必须具有良好的抗老化性能、分散沥青质的能力、一定的粘度和柔韧性、流变性能等等。同时，各种道路环境的差异有所不同，各种道路的特殊需要，有时候所需的再生剂还可能是两种再生剂以一定比例复合的再生剂。本实验参考了四种再生剂，四种再生剂的四组分见表5。

根据1∶1比例调配的沥青四组分数据与90#标准沥青四组分数据(饱和分10%～40%，芳香分10%～40%，胶质10%～30%，沥青质0% ～20%)[4,5]，可知：为了改善调和沥青的理化性质，我们需要添加沥青质含量相对较高、饱和分含量相对较低的再生剂。经综合分析比较，C 剂可以作为调和的再生剂。

3.3 再生剂比例的探究

调和沥青加入不同比例再生剂后，三大指标有明显的改变，实验结果见表6。

按照沥青的胶体结构理论去分析，因为再生剂C的四组分含量与1∶1比例调和沥青的四组分含量有所差别，所以，当调和沥青中添加再生剂C时，再生剂中的芳烃缩合度相对较高，调和沥青中胶质、沥青质对它们的吸附溶解能力大于调和沥青中的小分子芳香分、饱和分，因此降低了小分子芳烃、饱和烃所受吸附的影响。这样，就能使沥青达到我们所需的各种性能，如：抗老化性能、粘度、针入度、延度、软化点、柔韧度，流变性能等等。沥青各种性能的改变就由调和沥青与再生剂C之间化学组分的相互改变而引起的。因为沥青四组分之间的组成有所改变，会导致形成稳定的胶体结构，使调和沥青满足高等级道路90#沥青的质量要求[6-7]。

表5 四种再生剂的四组分Table 5 Four components of four kinds of recycling reagents

表6 加入不同比例再生剂调和沥青的三大指标Table 6 Three major indicators of mixed asphalt doped with different proportions of recycling reagents

4 结 论

劣质渣油和标准沥青调和后，调和沥青的组分和性质都发生了变化，其变化幅度与劣质渣油和标准沥青间的组分差异有关，组分差异越大，调和沥青的性能变化越显著。劣质渣油和沥青调和后，调和沥青的四组分并非他们的线性相加，而是发生了较大幅度的变化。再根据调和沥青的理化性质和组成选用合适的再生剂，调配出符合高等级道路90#石油沥青质量(GB50092．96)要求的合格沥青。我们采用沥青调和工艺使劣质渣油得以再生，既节约了不可再生资源，又减轻了环境污染［8］。

废弃的劣质渣油不仅没有场地堆放,又不能深埋，以至造成环境污染及水污染，还浪费了大量有价值的资源。因此,劣质渣油的调和与再生利用已成为解决沥青资源短缺的重要手段, 每年节约的劣质渣油，沥青等原料可达15亿元左右，给社会和国家带来显著的社会效益和经济效益。

［1］ 李从光．旧沥青混合料再生利用技术探索与实践[J]．筑路机械与施工机械化，2002，19(2)：34-35．

［2］ 钱家麟，王阙梁．减压渣油中胶状沥青状物质的化学结构研究[J].石油学报, 1999，15 (6)：7.

［3］ 李海军．沥青路面再生机理及应用技术研究[D]．南京：东南大学, 2005．

［4］ 霍开富．辽曙一区原油高等级道路沥青的研制及其共混体系的研究[D]．抚顺：辽宁石油化工大学，2001．

［5］ 柳永行，范耀华，张昌祥．石油沥青[M]．北京：石油工业出版社，1984．

［6］ 侯祥麟．中国炼油技术[M]．北京：中国石化出版社，1991．

［7］ 曹暋萍,单宝龙,孙敬军,高会娟,王暋雷,王洪猛.橡胶改性沥青的老化及再生［J］. 辽宁石油化工大学学报，2012,32（1）：16.

［8］ 董成功，卢建华. 沥青产业集群的差异化经营之路［J］. 辽宁化工，2013, 42（5）：526.

Research on Blending Inferior Residues for Producing High-grade Road 90#Asphalt

ZHANG Shu-feng1，YAN Feng1*，LIU Zhong-kai2，ZHANG Cong1，CHEN Yu1
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113000，China；2. CERI Yingkou Equipment Technology Co., Ltd., Liaoning Yingkou 115004，China）

Properties of inferior residue oil from atmospheric and vacuum distillation units using Daqing crude as raw material were analyzed. Then the inferior residue oil and normal 70#paving asphalt were blended in the proportion of 1:1 to produce high-grade road 90#petroleum asphalt by adding 8% of the recycling reagent C. The petroleum asphalt can meet the quality standard (GB50092.96).

Inferior residues；Recycling reagent；Blending

TE 624

： A

： 1671-0460（2014）01-0036-03

2013-05-21

张树丰（1988-），男，辽宁朝阳人，在读研究生，2011年毕业于沈阳化工大学化学工程与工艺专业，主要从事石油化学品研究工作。E-mail：zhangshufeng19880@163.com。

闫锋 （1965-），男，高级实验师，主要从事石油化学品研究工作。E-mail：yfyanyujia@yahoo.com.cn。