减压渣油生产90号氧化沥青试验

吴 岳

(中国石油天然气股份有限公司辽河石化公司研究院， 辽宁 盘锦 124000)

减压渣油生产90号氧化沥青试验

吴 岳

(中国石油天然气股份有限公司辽河石化公司研究院， 辽宁 盘锦 124000)

以减压渣油为原料，根据研究数据和经验，对全自动无污染氧化沥青试验装置进行调整，并生产不同性能的氧化沥青。不同的氧化沥青原料，其针入度越大，可操作性越大。对生产的氧化沥青进行分析发现，此生产工艺能够显著提高沥青质含量，有效改善沥青的高温性能。在合理的工艺操作条件下，此试验装置能够制备出满足交通部要求的90号A级道路沥青产品。

减压渣油；氧化沥青；道路沥青

沥青氧化工艺，是将减压渣油或溶剂脱油沥青或它们的调和物，在一定温度下通入空气，以改变原料组成、提高软化点，降低针入度及其温度敏感性能，已达到沥青规格指标和使用性能的要求。在生产过程中，原料组成、氧化深度对氧化沥青的性能具有重要影响[1]。生产高软化点沥青的成熟工艺是氧化工艺，氧化装置主要有间歇式氧化釜、连续式氧化釜和连续式氧化塔，目前新建的氧化沥青装置大部分采用塔式氧化流程[2]。本试验采用的氧化沥青装置是全自动无污染氧化沥青实验装置，由沈阳施博达公司设计。该装置由一个容积为10L的反应釜和四个容积为1L的反应釜构成。每个反应釜均带有单独伴热控温系统，温度控制为室温至400℃；风量均可控制在0～30L/min；温度、流量是全自动PLC控制，可设定调节；每个反应釜可独立进行氧化试验。反应装置简易流程图如图1所示：

图1 反应装置简易流程图

1 试验装置的调整

1.1 处理量和设备尺寸的确定

根据以往氧化沥青氧化塔的相关数据[3](如表1所示)可以发现，氧化沥青氧化塔的不同处理量，其塔内液面高度和塔径也不同，且氧化沥青氧化塔反应段长径比一般在4左右。

表1 几套氧化沥青氧化塔数据

根据本实验氧化沥青简易装置的实际尺寸的数据和经验总结以及上述数据，按照如下方法确定此氧化沥青装置合适的处理量以及设备尺寸：

全自动无污染氧化沥青试验装置小釜体积：V=πR2h=π×2.82×39=960cm3；由于处理量不能超过反应釜体积的2/3，则本试验装置最大处理量为640g。

根据以往氧化沥青工艺数据，反应段一般长径比在4左右。

①当反应段长径比为4，反应段长度为h1=5.6×4=22.4cm。此时，反应段沥青体积为V1=πR2h1=π×2.82×22.4=551.4cm3，沥青密度按照1cm3/g计算，反应段沥青质量约为551.4g。

②当反应段长径比为3.3，反应段长度为h2=5.6×3.3=18.48cm。此时反应段沥青体积为V2=πR2h2=π×2.82×18.48=454.9cm3，反应段沥青质量约为454.9g，进行沥青全项分析共需要约500g样品，不适用。

③当反应长径比为4.5，则反应段长度为h3=5.6×4.5=25.2cm，反应段沥青体积为V3=πR2h3=π×2.82×25.2=620.4cm3，反应段沥青质量约为620.4g。

表2 氧化沥青装置测量尺寸

表2 续

1.2 风管尺寸的调整

全自动无污染氧化沥青试验装置高径比较大，设备细长，进气喷头直径较大，开孔数量较少。风管距离反应釜底的经验距离为5-6cm，因此风管长度应在32.8cm左右；对于风头直径，按照简易氧化沥青试验装置反应釜内径与风头直径的比例大小的经验，较为适宜的风头直径约为2.7cm。因此，在试验过程中建议将全自动无污染氧化沥青试验装置的风管尺寸作如下修改：

①风管长度缩短5.5cm左右，测温管缩短相应尺寸；

②风头直径建议2.7cm左右；

③增加风头气孔密度(建议多开一些气孔)，2-3mm左右空隙开一个孔。

风管尺寸按照建议修改后，经设备厂家重装工艺软件并调试设备后进行氧化沥青试验。

2 实验装置的运行

2.1 试验原料

将蒸馏装置采得的减压渣油按照特定采样比例，对减二线及减三线进行调和，并将减渣命名为原料1、减渣调和减三线抽出油命名为原料，减渣调和减三线抽出油和减二线抽出油命名原料3。经测定，三种试验原料25℃针入度分别为96.3 1/10mm，151.9 1/10mm及>370 1/10mm，其他指标如表3。

表3 试验原料性质

2.2 氧化沥青数据

当试验在1L反应釜内，氧化温度范围为190～250℃，风量范围为0～5L/min·Kg，氧化时间为1～7h时。不同成分原料制备的氧化沥青数据如表4至表6所示。

表4 原料1制备的氧化沥青测试结果

表5 原料2制备的氧化沥青测试结果

表6 原料3制备的氧化沥青测试结果

2.3 数据分析

2.3.1 氧化时间对氧化沥青性能的影响

将原料1、原料2及原料3制备氧化沥青时的氧化时间与针入度测试值、针入度指数计算值作图，如图2及图3：

图2 氧化时间对沥青针入度的影响

由图2可知：对于三种原料，随着反应时间的增加，获得的氧化沥青的针入度数值是逐渐下降的。对于原料2来说，反应时间由2h增加至3h时，针入度下降了17.6个单位，沥青牌号由90号下降为70号；反应时间由3h增加至4h时，针入度下降了19.2个单位，沥青牌号由70号下降为50号；近似反应1小时，下降一个牌号。对于原料3来说，反应时间由5h增加至6h时，针入度下降了30.7个单位，沥青牌号由130号下降为90号；反应时间由6h增加至7h时，针入度下降了20.6个单位，沥青牌号由90号下降为70号。原料3相对于原料2要软，增加相同的氧化时间，沥青针入度下降幅度要大。

欲获得相同牌号的沥青，越软的原料需要的氧化时间则越长。例如获得70号沥青，原料1需要氧化2h，原料2需要氧化3h，而原料3则需要氧化7h。

图3 氧化时间对沥青针入度指数的影响

由图3可知，对于三种原料，随着反应时间的增加，获得的氧化沥青的针入度指数总体来说是呈增大的趋势的。经过氧化，针入度指数PI<-2的原料可将该指标提高至-1.5以上，满足交通部道路沥青A级技术指标要求。其中，原料1针入度值较小，较硬，氧化3h时针入度值已下降为58.1 1/10mm，PI仅上升为-1.81；而原料3针入度值较大，较软，氧化5h时针入度值仍为128.1 1/10mm，PI已上升为-1.45，随着氧化时间的增加，PI值继续增大。可见，原料越软，氧化后PI提高幅度较大，可操作的弹性越大。

2.3.2 氧化温度对氧化沥青性能的影响

将原料2在190℃、220℃及250℃条件下进行氧化试验，获得的样品编号分别为氧化沥青15#及16#、氧化沥青3#，4#及6#、氧化沥青13#及14#。将7种样品性能测试结果作图，如图2.4所示：

图4 氧化温度对沥青针入度的影响

由图4可以看出：采用同一种原料制备90号氧化沥青，氧化温度为190℃时，氧化时间约为4h；氧化温度为220℃时，氧化时间约为2h；氧化温度为250℃时，氧化时间约为1h40min。即对于同一种反应原料，在相同风量的情况下，氧化温度越高，达到相同牌号氧化沥青的时间越短。

制备相同牌号90号沥青时，对于30℃的温差，低温反应(190℃～220℃)，氧化时间增加2h，高温反应时，氧化时间增加仅为20min。高的氧化时间可以加速氧化沥青针入度的下降。

图5 氧化温度对沥青针入度指数的影响

由图5可以看出：高温(250℃)虽可加速针入度的下降，但是并不能满足针入度指数PI>-1.5的要求；低温(190℃)氧化条件缓和，但是未起到提高针入度指数的作用，PI提高幅度甚小。因此，欲在一定条件下提高针入度指数PI，需要选择较优的氧化温度，以达到良好的氧化效果。从目前的试验数据来看，较优的氧化温度为220℃。

比较表5中氧化沥青样品6#、13#及15#薄膜烘箱后10℃延度的测试结果：牌号同为90号的三个氧化沥青样品，6#及15#样品氧化温度为220℃及190℃，蒸后10℃延度>100cm，而氧化温度为250℃的13#样品，蒸后10℃延度下降为26.3cm。高温氧化虽然可缩短氧化时间，但是会损失氧化沥青的低温性能。

2.3.3 氧化风量对氧化沥青性能的影响

在氧化温度、氧化时间相同的条件下，改变氧化风量，考察该指标对氧化沥青性能的影响。比较表2.4中，氧化沥青样品2#及3#的测试结果：在氧化温度为220℃，氧化时间为3h时，氧化风量为2L/min.kg的2#样品与氧化风量为3L/min.kg的5#样品，针入度相差仅为4.4个单位，针入度指数PI约为-1.8，相差也不大。

3 氧化沥青性能对比

将不同原料、不同操作条件下制备的90号氧化沥青性能与直馏90号沥青性能相比较，结果如表7所示。

表7 直馏90号沥青与氧化90号沥青性能测试结果

由表7可知：与直馏90号沥青相比较，氧化90号沥青蒸前软化点提高0.2～1.6℃，60℃动力粘度值提高2～38Pa·s，且氧化时间越长、氧化温度越高，这两个指标提高幅度越大，高温性能越好；同时，蒸后10℃延度值略有下降，随着氧化时间的延长、氧化温度的升高，该指标下降幅度变得明显，低温性能有所下降。

另外，与直馏90号沥青相比较，氧化90号沥青的沥青质含量明显增大，针入度指数PI显著提高。制备的氧化沥青10#样品，各项指标均能满足并优于交通部道路沥青90号A级的技术指标要求。

4 总结

从目前的试验结果来看，对于不同的原料制备的氧化沥青，针入度值越大的原料，即越软的原料，氧化后针入度指数可提高的幅度越大，可操作性越大。

与直馏沥青相比，制备的氧化沥青沥青质含量明显增加，针入度指数PI、软化点及60℃动力粘度值有一定幅度提升，沥青的高温性能得到改善；但过高的氧化时间及较长的氧化时间会使沥青的延度值下降，低温性能变差。

采用现有的试验原料，选择合理的工艺操作条件，可以制备出满足交通部要求的90号A级道路沥青产品。

[1] 张立科. 氧化、蒸馏对沥青性能的影响研究[D].东营：中国石油大学(华东), 2008.

[2] 于凤武. 锦州石化公司减压渣油生产道路沥青的工艺研究[D].天津：天津大学, 2004.

[3] 范耀华. 氧化沥青几个工艺问题的探讨[J]. 石油沥青, 1988(3：1-9.

(本文文献格式：吴 岳.减压渣油生产90号氧化沥青试验[J].山东化工，2016，45(04)：69-72.)

2016-01-12

吴 岳(1988—)，黑龙江鹤岗人，本科，主要研究方向为沥青路面材料。

TE626.8+6

A

1008-021X(2016)04-0069-04