綏中36-1 瀝青生產SBS 改性瀝青工業轉化實驗研究

夏偉健XIA Wei-jian；張雪娜ZHANG Xue-na

（①中海石油寧波大榭石化有限公司，寧波 315812；②寧波譜尼測試技術有限公司，寧波 315812）

0 引言

隨著國民經濟的快速增長，我國汽車等運輸工具保有量快速增長，交通量隨之增大車輛載荷提升以及我國各地氣候差異及季節溫差大等因素，對瀝青路面的質量提出了更嚴苛的要求，然而普通瀝青由于其組成和結構等特點決定了瀝青在老化后抗拉強度不夠導致瀝青易疲勞開裂；低溫抗拉強度不夠導致瀝青易低溫開裂；高溫時抗剪強度不夠導致瀝青高溫時易軟化形成車轍；孔隙率不當瀝青與礦料粘結能力差，導致瀝青易水損害。

為了應對以上問題，某公司研究了使用SBS 對瀝青改性，改性后的瀝青恢復能力和應對載荷能力提高，瀝青高低溫性能和耐久性都得到很大程度的提升，瀝青性能的提升，有利于提高道路壽命，有利于國民經濟的發展，所以，SBS 改性瀝青具有很好的應用前景。

本文介紹了某公司利用6 萬噸/年改性瀝青生產裝置，以渤海環烷基重質原油生產的中海綏中36-1 瀝青為原料，進行I-D 級SBS 改性瀝青工業轉化實驗的生產流程和工藝參數。同時，本文對影響改性瀝青產品性能的因素進行了適當的探討。

1 裝置簡介

某公司303 單元改性瀝青裝置，設計規模為6 萬噸/年，以AH-70、AH-90 重交瀝青為基質瀝青原料，以SBS為改性劑，以相容劑和穩定劑為輔助原料，生產相應牌號的SBS 改性瀝青。改性劑對瀝青高低溫性能、彈性恢復性能、感溫性能等都有非常突出的改性作用，但SBS 與基質瀝青的相溶性較差，因此本裝置采用目前國內外普遍使用的膠體磨法生產改性瀝青，連續生產。

裝置生產能力為30 噸/小時，按年開工2000 小時計算，年生產SBS 改性瀝青6 萬噸；同時本裝置可配合瀝青實驗室，進行SBS 改性瀝青工業放大實驗，用以驗證實驗室SBS 改性瀝青小試和中試配方和工藝的可行性。

本裝置主要包括原料、發育和成品罐、換熱器、改性瀝青成套設備（內含給料泵、膠體磨、改性劑計量提升機、混合罐）、膠粉瀝青生產設備、研磨罐、相容劑泵、相容劑罐、原料泵、改性瀝青泵、成品泵等設備。

本裝置使用導熱油作為熱媒加熱瀝青；1.0MPa、250℃過熱蒸汽作為消防蒸汽、吹掃蒸汽。本裝置控制由現場PLC 進行，控制室內的DCS 進行監視。

2 改性瀝青及綏中36-1 瀝青簡介

2.1 改性瀝青簡介

瀝青是一種主要成分為飽和份、芳香份、膠質、瀝青質的黑色液體、半固體或固體物質。相對密度為1.15～1.25，閃點大于230℃，沸點大于等于470℃，自燃點為285℃，爆炸極限30（V%），它不溶于水、乙醇、丙酮等物質，而溶于二硫化碳、四氯化碳等物質；瀝青質量的主要指標為針入度、軟化點和延度。

改性瀝青是在瀝青中加入改性劑，通過一定的工藝加工而得，為黑色液體。它不溶于水、乙醇、丙酮等物質，而溶于二硫化碳、四氯化碳等物質；改性瀝青質量的主要指標為針入度、軟化點、5℃烘箱前和烘箱后延度。改性后的瀝青，與原瀝青相比，優點是可以顯著改善基質瀝青的高低溫性能，使路面的抗車轍能力提升，低溫開裂溫度降低，具有很好的抗疲勞和粘附性能，是一種很好的改性劑。SBS改性瀝青在制備過程中一般需要強烈的機械分散，在液態條件下儲存很容易發生離析，因此采用預混合法生產時須加入合適的穩定劑。

2.2 綏中36-1 瀝青簡介

綏中36-1 原油為重質原油具有：密度大、粘度較大、凝點低酸值較低、蠟含量較低膠質含量高、殘炭高等特點，是典型的高膠、少蠟環烷基原油。

由于某公司生產的XX36-1 瀝青已成為知名品牌，如能實現改性瀝青產品的大規模推廣應用，將帶來可觀的經濟效益，但在改性瀝青生產方面因XX36-1 瀝青芳香分含量較低，與SBS 相容性較差，所以以此瀝青為原料生產I-D 級SBS 改性瀝青難度較大。本次實驗將主要研究以中海綏中36-1 70 號瀝青為原料生產I-D 級SBS 改性瀝青的最優工藝配方和生產條件。中海綏中36-1 瀝青性能見表1。

表1 綏中36-1 瀝青性能

3 影響改性瀝青產品性能的主要因素

3.1 軟化點的影響因素

隨著改性劑摻加后，瀝青的軟化點均有提高，隨著穩定劑量的增加，促進了SBS 相之間以及與瀝青相之間形成交聯反應、接枝反應，形成改性瀝青網絡結構，提高改性瀝青的高溫性能。

3.2 針入度的影響因素

隨著相容劑加入量的增加，增加了瀝青中的輕組分的含量，使得瀝青針入度增大。隨著改性劑加入量的增加，使瀝青針入度降低。

3.3 延度、老化后延度的影響因素

隨著改性劑加入量的增加，增加了改性瀝青低溫抗開裂能力，使得瀝青的延度、老化后延度增加。隨著相容劑加入量的增加，增加了改性瀝青低溫勁度模量，使得瀝青延度、老化后延度增加。

4 工藝配方

SBS 改性瀝青的生產是以一定比例的基質瀝青為原料，加熱到一定的溫度后，按一定配比加入相容劑、SBS 改性劑、化學穩定劑，經高速剪切、攪拌后，穩定劑中的活性交聯成分參與了SBS 與瀝青的交聯反應，降低了SBS 相和瀝青相間的界面張力，從而形成SBS 改性瀝青穩定體系。

對I-D 級SBS 改性瀝青性能指標和影響改性瀝青產品性能的因素加以分析，通過系統性的小試實驗和中試實驗，得到以LG505S 為改性劑生產綏中I-D 級SBS 改性瀝青的配方：

①改性劑加量為a%；

②相容劑b%；

③穩定劑c～d%；

④綏中36-1 70 號基質瀝青100%。

并對此生產配方，進行工業轉化實驗，同時對不同發育時間的樣品進行跟蹤測試。希望通過工業轉化實驗驗證此配方在工業化生產裝置應用的可行性，同時探索最優生產工藝和操作參數。

5 生產工藝

5.1 工藝流程（圖1）

圖1 工藝流程

5.2 工藝指標（表2）

表2 工藝指標

5.3 工藝技術路線

5.3.1 原料預熱

403 單元儲運罐區130 ～150℃的原料瀝青，由瀝青泵送至303 單元瀝青罐緩沖罐，然后經瀝青輸送泵壓送至改性瀝青加熱器，用0.6MPa、230℃導熱油加熱至200℃左右，然后送入改性瀝青預混罐。

5.3.2 SBS 改性劑加料

SBS 改性劑由人工加入SBS 提升機中，送入改性瀝青預混罐內，加入比例按工藝指標要求控制。

5.3.3 相容劑加料

相容劑經過加溫后，由計量泵送入預混罐；變頻器控制電機轉速改變泵往復次數控制流量，加入比例按工藝指標要求控制。

5.3.4 化學穩定劑加料

化學穩定劑與SBS 等聚合物同時加入預混罐，加入比例按工藝指標要求控制。

5.3.5 SBS 改性瀝青產品

預混罐內的各種物料經加熱并攪拌分散均勻后，再經膠體磨研磨后進入發育罐，改性瀝青發育一定時間后，達到交聯效果，采樣合格后，作為SBS 改性瀝青產品出廠。

6 生產過程

6.1 研磨階段

工業實驗采用預稀釋生產工藝，第一步：原料瀝青經過換熱器后達到預設溫度指標后，裝入D306/1.2.3 預混罐中（各約12 噸），并按照比例預混罐（1 和2）中添加

圖3 發育時間與軟化點的關系

圖4 發育時間與延度的關系

D306/2 罐以同樣的方法研磨，當母液剩余6 噸時停止過磨，開始進行D306/3 罐內預混液過磨，完成后，將D306/2 罐中母液過磨至D303/1 罐，然后開始發育，其中D306/1 過磨溫度為189℃，D306/2 罐過磨溫度為185℃，D306/3 過磨溫度為176℃，發育溫度為178-181℃（生產流程見圖1）。

6.2 產品發育階段

三個預混罐中混合瀝青進入發育罐后保溫178-181℃開始發育，攪拌器功率為22kW 不停進行攪拌，幫助瀝青中的各組分分布均勻，發育12 小時、16 小時和其它不同發育時間取樣分析，根據樣品分析結果判定合適的發育時間。

7 實驗結果

對不同發育時間下的樣品進行分析，改性瀝青性能隨發育時間變化的規律見表3。（圖2-圖5）

表3 發育時間與瀝青性能的關系

圖2 發育時間與針入度的關系

圖5 發育時間與48h 離析軟化點差的關系

8 分析總結及探討

8.1 分析總結

通過上述實驗可以得知，在原料性質、工藝條件穩定的情況下，發育12-24 小時改性瀝青產品即可穩定。如需長時間留罐保溫，要停止連續攪拌，采取間斷攪拌方式，以保證瀝青質量的穩定。

通過對表3 和圖2-圖5 的分析，可以得出在此工藝條件下，發育20h 所得產品性能完全滿足I-D 指標要求，可以生產出性能優良的SBS 改性瀝青產品，此次工業化轉化實驗驗證了本配方和工藝的可行性。

8.2 探討

自SBS 改性瀝青產品發貨出廠后，到進行道路鋪裝施工的過程會經歷幾個小時到幾十個小時的儲存時間，如果SBS 改性瀝青儲存穩定性不夠好，會使SBS改性瀝青的應用性能發生顯著下降，影響道路的使用壽命，所以我們還應該關注瀝青儲存時的穩定性。提高改性瀝青儲存穩定性主要措施有：減小SBS 顆粒粒徑和提高界面層穩定性。

一般的改性瀝青加工設備可使SBS 顆粒細化到微米級，再進一步細化會顯著增加成本和能耗，此時應考慮如何提高瀝青界面層穩定性。因此，可以在SBS 與瀝青混合時首先加入增容劑，用以降低SBS 與瀝青界面張力，增加界面層厚度。盡管如此，界面層是通過SBS與瀝青之間的物理吸附作用，靠分子之間的范德華力來維持的，形成的界面層并不穩定。

為提高界面層粘結強度，需采取化學改性的方法，即通過加入穩定劑使SBS 與瀝青在界面層上發生化學反應，在瀝青與SBS 之間引入化學鍵（共價鍵）。共價鍵的鍵能要比范德華力大1-2 個數量級，從而大大提高界面層粘結強度，改善SBS 改性瀝青的儲存穩定性。LG505S 改性劑形成母液，向3 號研磨罐中添加HMD-1 穩定劑，隨著添加劑的加入研磨罐中的瀝青攪拌、升溫；第二步：當D306/1 罐溫度升高至186℃時，開始將瀝青混合物送入膠體磨，進行過磨研磨，研磨后的混合物進入D303/1發育罐。