焦化蜡油糠醛抽出油制备沥青再生剂的研究

张新功， 魏建明， 崔海滨， 杜 峰， 赵 辉

(1.青岛惠城石化科技有限公司，山东青岛 266500； 2. 中国石油大学(华东)化学工程学院，山东青岛 266580；3.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100086)



焦化蜡油糠醛抽出油制备沥青再生剂的研究

张新功1， 魏建明2， 崔海滨3， 杜 峰2， 赵 辉2

(1.青岛惠城石化科技有限公司，山东青岛 266500； 2. 中国石油大学(华东)化学工程学院，山东青岛 266580；3.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100086)

青岛炼化公司的焦化蜡油经过糠醛抽提工艺得到糠醛抽出油，由于其芳烃含量高，可作为沥青再生剂的调合组分。将其与AH-90直馏沥青调合制备再生剂，并评价了再生剂对老化沥青的再生性能。结果表明，富含芳烃的抽出油通过添加质量分数分别为90%、70%、50%、86.8%以及60.7%的AH-90沥青可以制备出5种符合NB/SH/T 0819—2010标准的热拌沥青再生剂产品RA5、RA25、RA75、RA250和RA500。将5种再生剂与氧化沥青按不同比例混合，得到的再生沥青性能与AH-70号沥青性能相当，表明本研究研制的再生剂能够满足产品的技术要求。

焦化蜡油； 糠醛抽出油； 老化沥青； 再生剂

沥青路面再生利用技术是将需要翻修改造的旧沥青路面，经过回收、破碎、筛分后,和再生剂、新集料、新沥青适当配合，重新拌合成满足道路建设需要、符合国家和行业标准要求的沥青混合料，并应用于铺筑路面面层或基层的整套生产技术[1]。其中沥青再生剂的研制是沥青混合料热再生利用技术中的核心技术之一。在实际利用中，沥青路面再生技术可以节约沥青用量、防止废旧沥青对周围环境的污染，并具有直接的经济效益[2]。

研究表明沥青老化后宏观上主要表现为针入度降低、软化点增高、延度减小[3]；微观上化学组成的变化主要是芳香分缩合成胶质和胶质缩合成沥青质，从而使分散介质的芳香度降低，而作为分散相的沥青含量增加，导致胶体结构不稳定，沥青的使用性能变差[4]。根据组分调和的原理[5]，向老化沥青加入富芳组分，可以调节沥青的化学组成，增大分散介质的芳香度，从而增大溶解能力，使沥青胶体分散体系恢复稳定，进而恢复沥青的使用性能。目前针对沥青再生的研究相对集中，比如再生沥青的感温性[6]、相容性[7]、胶体状态[8]以及改性沥青的再生性能等[9-11]；对于再生剂的研制也开展了较多工作，比如使用富芳烃的溶剂油和树脂混合作为再生剂[12-14]、废旧机油处理后作为再生剂[15]、以工业废橡胶制备再生剂以及由不同组分发挥协同作用合成的复合再生剂等[16-17]。尽管如此，使用焦化蜡油制备再生剂尚未见报道。因此，本研究对扩展焦化蜡油的利用途径以及丰富沥青再生剂的品种都很有意义。

在前期工作中开发了青岛炼化公司焦化蜡油的糠醛抽提-催化裂化工艺[18]，此工艺主要针对糠醛抽余油进行催化裂化的加工，但是对于富芳组分(质量分数62.49%)的抽出油并不适合此处理方法，但高含量的芳烃油却是沥青再生剂的优良调合组分。为充分提高该组分的附加值，本文在前期研究的基础上开展了焦化蜡油抽出油制备沥青再生剂的探索。

1 实验部分

1.1 实验原料 实验原料主要包括糠醛抽出油、AH-90和AH-70沥青以及氧化沥青。糠醛抽出油为青岛炼化焦化生产的焦化蜡油经过糠醛抽提得到，为沥青再生剂的主要调合组分，其性质见表1。AH-90沥青用于调合不同等级的再生剂，AH-70沥青用于再生沥青的性质对比，氧化沥青模拟用于再生的老化沥青，三者的基本性质按照GB/T 15180—2010重交通道路石油沥青规范进行测定，结果如表2所示。

表1 糠醛抽出油的性质

表2 AH-90、AH-70及氧化沥青的性质

注：质量变化绝对值是盛样皿中的质量变化占试验前试样质量的百分数。

1.2 再生剂和再生沥青的制备流程

沥青再生剂的制备流程如图1所示。首先将AH-90沥青以及糠醛抽出油分别加热，按照实验要求分别称取合适的质量，将二者混合，在165 ℃的条件下搅拌20 min，从而得到再生剂，用于进一步的分析和测试。

再生沥青的制备流程如图2所示。首先分别加热用于替代老化沥青的氧化沥青以及沥青再生剂，按照要求称取质量，进行混合，然后在165 ℃时搅拌20 min，得到再生沥青，用于评价和表征。

图1 沥青再生剂制备流程

Fig.1 Flow chart of preparing asphalt rejuvenator

图2 再生沥青制备流程

Fig.2 Flow chart of preparing rejuvenated asphalt

1.3 再生剂的质量标准

表3为国内热拌用沥青再生剂的技术要求(NB/SH/T 0819—2010)。从表3中可以看出，国内沥青再生剂按照黏度的不同分为6个等级，分别对再生剂的运动黏度、闪点和饱和分的含量提出了要求。再生沥青同直馏沥青一样，在长期使用的过程中会老化，为延长再生沥青的使用寿命，就要求再生沥青应具有良好的抗老化性。沥青的抗老化性能主要通过测定沥青在薄膜烘箱实验后的性质的变化来表征，因此对再生剂同样采用薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱试验评价其抗老化性能。

2 结果与讨论

2.1 再生剂的调合与表征

首先将抽出油与AH-90沥青按照一定的比例混合，抽出油加入的质量分数依次为10%、30%、50%、70%、100%，然后测定混合物的60 ℃运动黏度，结果见表4。

表3 热拌用沥青再生剂技术要求(NB/SH/T 0819—2010)

表4 再生剂初步组成

由表4中的数据对应表3中的标准可知，R1-5对应抽出油的运动黏度为30.3 mm2/s，小于国内再生剂标准中对运动黏度的最低要求，因此抽出油不能够直接作为沥青再生剂。R1-1在RA500的标准要求范围内，R1-2符合RA75的标准，R1-3和R1-4符合RA5的标准，但是没有符合RA25、RA250和RA1标准的再生剂。根据表4中运动黏度与抽出油比例的数据，可以得到运动黏度的对数与抽出油比例的线性关系(见图3)，采用内插法，可以得到符合RA250、RA25和RA1标准的再生剂中抽出油的添加比例。

图3 再生剂运动黏度与抽出油比例关系曲线

Fig.3 Relationship between rejuvenator viscosity and extracted oil content

取RA25标准范围内运动黏度为3 000 mm2/s，由图3中的拟合公式可得抽出油添加比例为39.0%；取RA250标准范围内运动黏度2 5000 mm2/s，得到抽出油的比例为13.2%；取RA1标准范围内运动黏度200 mm2/s，得到抽出油添加比例为72.62%。根据内插法确定的比例并测得其60 ℃运动黏度。以上3种再生剂分别表示为R1-7、R1-6和R1-5。由此得到7个不同抽出油添加比例的再生剂，按照表3技术要求分析，结果见表5。

表5 调合再生剂的性质

从表5中可以看出，各再生剂在老化前的性质均能满足规范要求，薄膜烘箱后质量变化均为负值，这是因为相对于AH-90号沥青，抽出油含有较多易挥发的轻组分，所以它们烘后质量均减少。同时注意到R1-5号再生剂在薄膜烘箱后的运动黏度比高于国内的标准，并且R1-4与R1-5号再生剂薄膜烘箱后的质量变化也不符合国内标准的要求。由表5可知，为了满足RA5和RA1再生剂的黏度等级要求，R1-4与R1-5号再生剂中抽出油的添加质量分数分别为70%和72.62%，高于其余再生剂中抽出油的添加比例，由此造成了二者在薄膜烘箱之后的质量损失较大。因此，经过调合抽出油和AH-90沥青，可以制备出符合国标的5种沥青再生剂，等级分别为RA5、RA25、RA75、RA250和RA500。

2.2 再生沥青的制备与评价

将再生剂与老化沥青进行不同比例的调和，使再生沥青的目标性能与AH-70号沥青性能相当。研究中使用氧化沥青替代老化沥青进行试验。采用目标针入度法确定再生剂的添加比例[19]。关系式如式(1)所示：

(1)

式中：P再生为再生沥青的针入度，0.1 mm；P老化为老化沥青的针入度，0.1 mm；x为再生剂的添加质量分数，%；k为系数。

采用3种再生剂添加比例的老化沥青的针入度即可回归求解得到k值。得到k值之后，即可采用式(1)计算出达到目标针入度时再生剂的添加比例。

针对以上5种再生剂使用目标针入度法确定再生剂的添加比例，制备得到5种再生沥青，按照GB/T 15180—2010重交通道路石油沥青规范对5种再生沥青进行测定，并与目标沥青AH-70的性质相比较，具体结果见表6。

表6 5种再生沥青与AH-70沥青的性质对比

由表6可以看出，由目标针入度法确定的再生沥青的针入度值都能满足AH-70沥青的针入度要求；不同等级再生剂的添加质量分数差别较大，最少添加质量分数为11.30%，最大添加质量分数为46.17%；再生沥青软化点在47.8～50.8 ℃，都符合AH-70沥青对软化点的要求；各再生沥青15 ℃的延度均大于150 cm，满足要求；再生沥青薄膜烘箱后的质量变化和针入度比同样满足规范要求，需要指出的是由于再生剂中添加了抽出油，较原样AH-70沥青，含有了相对多的轻质易挥发组分，因此薄膜烘箱后的质量变化均为负值，同时，由于轻组分挥发较多，薄膜烘箱后再生沥青的针入度比也都小于原样沥青的值。

3 结论

(1) 青岛炼化焦化蜡油的糠醛抽出油添加质量分数90%、70%、50%、86.8%以及60.7%的AH-90沥青可以制备出符合国标的RA5、RA25、RA75、RA250和RA500沥青再生剂。

(2) 再生沥青的性能评价表明，不同等级的沥青再生剂对老化沥青均有较好的再生效果，再生沥青的性能与目标沥青的性能接近。

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(编辑 宋官龙)

Preparation of Asphalt Rejuvenator Using Furfural Extracted Oil from Coking Gas Oil

Zhang Xingong1, Wei Jianming2, Cui Haibin3, Du Feng2, Zhao Hui2

(1.QingdaoHuichengPetrochemicalTechnologyCo.,Ltd.,QingdaoShandong266500,China; 2.CollegeofChemicalEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,QingdaoShandong266580,China; 3.BeijingCompany,ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100086,China)

The furfural extracted oil was obtained through furfural extraction processing of coking gas oil from Qingdao Petrochemical Company. Due to its high aromatics content, it can be used to produce asphalt rejuvenator. The rejuvenators was prepared by blending extracted oil with AH-90 asphalt, and the performance of the rejuvenated asphalt was evaluated. It was found that five types of rejuvenators(RA5, RA25, RA75, RA250 and RA500) can be produced via adding AH-90 asphalt into extracted oil using the mass percentages of 90%, 70%, 50%, 86.8% and 60.7% respectively, which all met the requirements of NB/SH/T 0819—2010 specification. After mixing the five rejuvenators with aged asphalt using different ratios, the rejuvenated asphalts showed the similar properties with the AH-70 asphalt. And it indicated that the prepared rejuvenators in this study can satisfy the technique requirements of the products.

Coking gas oil; Furfural Extracted Oil; Aged asphalt; Rejuvenator

1006-396X(2015)03-0001-06

2015-03-23

2015-04-09

国家自然科学基金项目(51008307);山东省自然科学基金项目(ZR2014EEQ005);中央高校基本科研业务费专项资金资助(15CX08005A)。

张新功(1970-)，男，高级工程师，从事重质油加工及固体废物的资源化研究；E-mail：zhangxingong@126.com。

魏建明(1979-)，男，博士，工程师，从事重质油加工研究；E-mail：dream_room@126.com。

TE624.28

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.03.001