绥中36-1 沥青生产SBS 改性沥青工业转化实验研究

夏伟健XIA Wei-jian；张雪娜ZHANG Xue-na

（①中海石油宁波大榭石化有限公司，宁波 315812；②宁波谱尼测试技术有限公司，宁波 315812）

0 引言

随着国民经济的快速增长，我国汽车等运输工具保有量快速增长，交通量随之增大车辆载荷提升以及我国各地气候差异及季节温差大等因素，对沥青路面的质量提出了更严苛的要求，然而普通沥青由于其组成和结构等特点决定了沥青在老化后抗拉强度不够导致沥青易疲劳开裂；低温抗拉强度不够导致沥青易低温开裂；高温时抗剪强度不够导致沥青高温时易软化形成车辙；孔隙率不当沥青与矿料粘结能力差，导致沥青易水损害。

为了应对以上问题，某公司研究了使用SBS 对沥青改性，改性后的沥青恢复能力和应对载荷能力提高，沥青高低温性能和耐久性都得到很大程度的提升，沥青性能的提升，有利于提高道路寿命，有利于国民经济的发展，所以，SBS 改性沥青具有很好的应用前景。

本文介绍了某公司利用6 万吨/年改性沥青生产装置，以渤海环烷基重质原油生产的中海绥中36-1 沥青为原料，进行I-D 级SBS 改性沥青工业转化实验的生产流程和工艺参数。同时，本文对影响改性沥青产品性能的因素进行了适当的探讨。

1 装置简介

某公司303 单元改性沥青装置，设计规模为6 万吨/年，以AH-70、AH-90 重交沥青为基质沥青原料，以SBS为改性剂，以相容剂和稳定剂为辅助原料，生产相应牌号的SBS 改性沥青。改性剂对沥青高低温性能、弹性恢复性能、感温性能等都有非常突出的改性作用，但SBS 与基质沥青的相溶性较差，因此本装置采用目前国内外普遍使用的胶体磨法生产改性沥青，连续生产。

装置生产能力为30 吨/小时，按年开工2000 小时计算，年生产SBS 改性沥青6 万吨；同时本装置可配合沥青实验室，进行SBS 改性沥青工业放大实验，用以验证实验室SBS 改性沥青小试和中试配方和工艺的可行性。

本装置主要包括原料、发育和成品罐、换热器、改性沥青成套设备（内含给料泵、胶体磨、改性剂计量提升机、混合罐）、胶粉沥青生产设备、研磨罐、相容剂泵、相容剂罐、原料泵、改性沥青泵、成品泵等设备。

本装置使用导热油作为热媒加热沥青；1.0MPa、250℃过热蒸汽作为消防蒸汽、吹扫蒸汽。本装置控制由现场PLC 进行，控制室内的DCS 进行监视。

2 改性沥青及绥中36-1 沥青简介

2.1 改性沥青简介

沥青是一种主要成分为饱和份、芳香份、胶质、沥青质的黑色液体、半固体或固体物质。相对密度为1.15～1.25，闪点大于230℃，沸点大于等于470℃，自燃点为285℃，爆炸极限30（V%），它不溶于水、乙醇、丙酮等物质，而溶于二硫化碳、四氯化碳等物质；沥青质量的主要指标为针入度、软化点和延度。

改性沥青是在沥青中加入改性剂，通过一定的工艺加工而得，为黑色液体。它不溶于水、乙醇、丙酮等物质，而溶于二硫化碳、四氯化碳等物质；改性沥青质量的主要指标为针入度、软化点、5℃烘箱前和烘箱后延度。改性后的沥青，与原沥青相比，优点是可以显著改善基质沥青的高低温性能，使路面的抗车辙能力提升，低温开裂温度降低，具有很好的抗疲劳和粘附性能，是一种很好的改性剂。SBS改性沥青在制备过程中一般需要强烈的机械分散，在液态条件下储存很容易发生离析，因此采用预混合法生产时须加入合适的稳定剂。

2.2 绥中36-1 沥青简介

绥中36-1 原油为重质原油具有：密度大、粘度较大、凝点低酸值较低、蜡含量较低胶质含量高、残炭高等特点，是典型的高胶、少蜡环烷基原油。

由于某公司生产的XX36-1 沥青已成为知名品牌，如能实现改性沥青产品的大规模推广应用，将带来可观的经济效益，但在改性沥青生产方面因XX36-1 沥青芳香分含量较低，与SBS 相容性较差，所以以此沥青为原料生产I-D 级SBS 改性沥青难度较大。本次实验将主要研究以中海绥中36-1 70 号沥青为原料生产I-D 级SBS 改性沥青的最优工艺配方和生产条件。中海绥中36-1 沥青性能见表1。

表1 绥中36-1 沥青性能

3 影响改性沥青产品性能的主要因素

3.1 软化点的影响因素

随着改性剂掺加后，沥青的软化点均有提高，随着稳定剂量的增加，促进了SBS 相之间以及与沥青相之间形成交联反应、接枝反应，形成改性沥青网络结构，提高改性沥青的高温性能。

3.2 针入度的影响因素

随着相容剂加入量的增加，增加了沥青中的轻组分的含量，使得沥青针入度增大。随着改性剂加入量的增加，使沥青针入度降低。

3.3 延度、老化后延度的影响因素

随着改性剂加入量的增加，增加了改性沥青低温抗开裂能力，使得沥青的延度、老化后延度增加。随着相容剂加入量的增加，增加了改性沥青低温劲度模量，使得沥青延度、老化后延度增加。

4 工艺配方

SBS 改性沥青的生产是以一定比例的基质沥青为原料，加热到一定的温度后，按一定配比加入相容剂、SBS 改性剂、化学稳定剂，经高速剪切、搅拌后，稳定剂中的活性交联成分参与了SBS 与沥青的交联反应，降低了SBS 相和沥青相间的界面张力，从而形成SBS 改性沥青稳定体系。

对I-D 级SBS 改性沥青性能指标和影响改性沥青产品性能的因素加以分析，通过系统性的小试实验和中试实验，得到以LG505S 为改性剂生产绥中I-D 级SBS 改性沥青的配方：

①改性剂加量为a%；

②相容剂b%；

③稳定剂c～d%；

④绥中36-1 70 号基质沥青100%。

并对此生产配方，进行工业转化实验，同时对不同发育时间的样品进行跟踪测试。希望通过工业转化实验验证此配方在工业化生产装置应用的可行性，同时探索最优生产工艺和操作参数。

5 生产工艺

5.1 工艺流程（图1）

图1 工艺流程

5.2 工艺指标（表2）

表2 工艺指标

5.3 工艺技术路线

5.3.1 原料预热

403 单元储运罐区130 ～150℃的原料沥青，由沥青泵送至303 单元沥青罐缓冲罐，然后经沥青输送泵压送至改性沥青加热器，用0.6MPa、230℃导热油加热至200℃左右，然后送入改性沥青预混罐。

5.3.2 SBS 改性剂加料

SBS 改性剂由人工加入SBS 提升机中，送入改性沥青预混罐内，加入比例按工艺指标要求控制。

5.3.3 相容剂加料

相容剂经过加温后，由计量泵送入预混罐；变频器控制电机转速改变泵往复次数控制流量，加入比例按工艺指标要求控制。

5.3.4 化学稳定剂加料

化学稳定剂与SBS 等聚合物同时加入预混罐，加入比例按工艺指标要求控制。

5.3.5 SBS 改性沥青产品

预混罐内的各种物料经加热并搅拌分散均匀后，再经胶体磨研磨后进入发育罐，改性沥青发育一定时间后，达到交联效果，采样合格后，作为SBS 改性沥青产品出厂。

6 生产过程

6.1 研磨阶段

工业实验采用预稀释生产工艺，第一步：原料沥青经过换热器后达到预设温度指标后，装入D306/1.2.3 预混罐中（各约12 吨），并按照比例预混罐（1 和2）中添加

图3 发育时间与软化点的关系

图4 发育时间与延度的关系

D306/2 罐以同样的方法研磨，当母液剩余6 吨时停止过磨，开始进行D306/3 罐内预混液过磨，完成后，将D306/2 罐中母液过磨至D303/1 罐，然后开始发育，其中D306/1 过磨温度为189℃，D306/2 罐过磨温度为185℃，D306/3 过磨温度为176℃，发育温度为178-181℃（生产流程见图1）。

6.2 产品发育阶段

三个预混罐中混合沥青进入发育罐后保温178-181℃开始发育，搅拌器功率为22kW 不停进行搅拌，帮助沥青中的各组分分布均匀，发育12 小时、16 小时和其它不同发育时间取样分析，根据样品分析结果判定合适的发育时间。

7 实验结果

对不同发育时间下的样品进行分析，改性沥青性能随发育时间变化的规律见表3。（图2-图5）

表3 发育时间与沥青性能的关系

图2 发育时间与针入度的关系

图5 发育时间与48h 离析软化点差的关系

8 分析总结及探讨

8.1 分析总结

通过上述实验可以得知，在原料性质、工艺条件稳定的情况下，发育12-24 小时改性沥青产品即可稳定。如需长时间留罐保温，要停止连续搅拌，采取间断搅拌方式，以保证沥青质量的稳定。

通过对表3 和图2-图5 的分析，可以得出在此工艺条件下，发育20h 所得产品性能完全满足I-D 指标要求，可以生产出性能优良的SBS 改性沥青产品，此次工业化转化实验验证了本配方和工艺的可行性。

8.2 探讨

自SBS 改性沥青产品发货出厂后，到进行道路铺装施工的过程会经历几个小时到几十个小时的储存时间，如果SBS 改性沥青储存稳定性不够好，会使SBS改性沥青的应用性能发生显著下降，影响道路的使用寿命，所以我们还应该关注沥青储存时的稳定性。提高改性沥青储存稳定性主要措施有：减小SBS 颗粒粒径和提高界面层稳定性。

一般的改性沥青加工设备可使SBS 颗粒细化到微米级，再进一步细化会显著增加成本和能耗，此时应考虑如何提高沥青界面层稳定性。因此，可以在SBS 与沥青混合时首先加入增容剂，用以降低SBS 与沥青界面张力，增加界面层厚度。尽管如此，界面层是通过SBS与沥青之间的物理吸附作用，靠分子之间的范德华力来维持的，形成的界面层并不稳定。

为提高界面层粘结强度，需采取化学改性的方法，即通过加入稳定剂使SBS 与沥青在界面层上发生化学反应，在沥青与SBS 之间引入化学键（共价键）。共价键的键能要比范德华力大1-2 个数量级，从而大大提高界面层粘结强度，改善SBS 改性沥青的储存稳定性。LG505S 改性剂形成母液，向3 号研磨罐中添加HMD-1 稳定剂，随着添加剂的加入研磨罐中的沥青搅拌、升温；第二步：当D306/1 罐温度升高至186℃时，开始将沥青混合物送入胶体磨，进行过磨研磨，研磨后的混合物进入D303/1发育罐。