废旧沥青的再生

绿色化工(134～136)

废旧沥青的再生

王永刚1,廖克俭1,闫锋1,魏毅1,杨彦海2

(1.辽宁石油化工大学石化学院应用化学系,辽宁抚顺113001;2.辽宁省交通科学研究院,辽宁沈阳110015)

摘要:对旧沥青进行物化性质及组分分析,根据其性质和组成情况选择合适的炼厂废料作为再生剂,使旧沥青再生,调配出了符合重交通道路石油沥青质量标准(G B50092—96)要求的重交通道路石油沥青。

关键词:旧沥青;再生剂;调和

中图分类号:TE626.8+6 文献标识码:B 文章编号:1009-0045(2003)02-0134-03

我国每年约需要高质量的沥青4Mt,其中70%左右用于修建道路路面。沥青路面经过一定年限的使用,受交变应力、循环应力以及沥青老化和冰冻、高温的交替作用,会出现诸如网裂、车辙、沉陷、拥抱等各种病害,并逐步扩展。维护处理的方法就是对出现病害的路面进行铣刨,然后重新铺筑[1]。这样每年会产生相当数量的沥青混合料废弃物,如北京市每年沥青混凝土废弃量约10万t。这些废弃物造成3大问题:一是堆放需要场地,二是污染环境,三是浪费了大量的不可再生资源。由于沥青旧料的不可降解性,利用深埋的办法处理只会严重污染浅层的地下水资源,而对其回收再生利用既可以保护环境又可以节约自然资源。

在本实验中,采用溶剂抽提法从5种旧沥青混合料中回收出旧沥青,利用调和法将炼厂废料作为再生剂,成功地调配出符合重交通道路石油沥青质量标准(G B50092—96)要求的合格沥青,从而使旧沥青得到再生。

1　旧沥青的物化性质和组分分析①

在本实验中,所选废旧沥青为沈大、沈铁、北环、沈本面层拉毛(沈本)、沈本全层挖除15cm(沈本全层)等5种高等级公路的废旧沥青混合料(以下分别简称为沈大、沈铁、北环、沈本、沈本全层)。所选溶剂由中国石油抚顺石化公司石油三厂提供。采用溶剂抽提法回收旧沥青,即先用溶剂将废旧沥青混合料中的旧沥青溶解,再将沥青和溶剂混合溶液中的溶剂回收,然后测定回收旧沥青的针入度、软化点、延度等指标及其回收率,并进行族组成分析。

5种旧沥青的基本物化性质及回收率如表1所列。族组成分析结果参见表3。

表1　5种旧沥青基本物化性质及回收率

旧沥青

回收率

/%

软化点

/℃

延度(15℃)

/cm

延度(25℃)

/cm

针入度(25℃)

/mm

沈大 2.4973.2 4.58 1.10

沈铁 2.7956.4511.291 2.60

北环 2.7560.8 6.898 1.55

沈本 2.1770.4 5.212 1.65

沈本全层 2.0665.35 1.014 1.55

从表1可以看出,这5种沥青老化程度都非常严重,针入度、延度严重偏低,而软化点则严重偏高,均远远满足不了G B50092—96的要求。

2　旧沥青再生方法

2.1　再生方法的确定

目前,石油沥青的制备方法主要有减压深拔工艺制取直馏沥青、氧化法制取氧化沥青、调和法生产调和沥青等。由于前2种方法工艺烦琐且设备复杂,考虑到沥青混合料再生的特殊性,即旧沥青的再生必须与道路的铺筑同时进行,需

①收稿日期:2002-12-05;修回日期:2002-12-26

基金项目:辽宁省交通科学研究院资助项目(0204985)

作者简介:王永刚(1979-),男,河南洛阳人,在读硕士。

第21卷　第2期2003年3月

石化技术与应用

Petrochemical T echnology&Application

V ol.21　N o.2

Mar.2003

要方便快捷、操作简单灵活的再生方法,因此优先考虑调和法。经对比发现:沈大旧沥青性质类似于新疆混合油丁烷脱油沥青;沈铁、北环旧沥青性质类似于胜利丙烷脱油沥青;沈本、沈本全层旧沥青性质类似于临商丙烷脱油沥青[2]。而新疆混合油丁烷脱油沥青等均可作为调和法生产沥青时的沥青硬组分。为此,在本实验中,采用调和法使旧沥青再生。

2.2　沥青再生机理分析

C orbett[3]提出将沥青分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质4组分。一般认为:沥青质是液态组分的增稠剂(沥青质的稠化能力比胶质强);胶质对改善沥青的延度有显著效果,而沥青质并不能明显改善;饱和烃则是软化剂(增塑性比芳香烃强,且沥青质比胶质需要更多的软化剂)。各组分对沥青性质的影响见表2。

表2　各组分对沥青性质的影响

组分感温性延度对沥青质分散度高温粘度饱和烃好差差差

芳烃　好—好好

胶质　差好好差

沥青质好稍差—好

按沥青胶体结构理论,由于再生剂与旧沥青的4组分含量不同,当旧沥青中加入再生剂时,由于再生剂中含有部分缩合度高的芳烃,旧沥青中沥青质、胶质对它们的吸附溶解趋势大于原旧沥青中的小分子芳香分和饱和分,因此削弱了小分子芳烃和饱和烃分子所受引力场的影响。那么,必然存在着旧沥青与再生剂间化学组分的重新分配,从而改善沥青4组分之间的配伍关系,使其匹配得更合理,形成稳定的胶体结构,从而改变沥青的流变性能,使沥青性能达到质量指标的要求[4]。

3　旧沥青的再生

值得注意的是,工程中旧沥青混合料的再生较之工业生产中调和法生产沥青有其特殊性:沥青混合料中按工程要求(如设计空隙率等),要进行最佳沥青用量OAC的选择,一般沥青用量为4%～5%,而根据表1所列旧沥青回收率可知,5种路面的沥青含量均偏小,故需要先添加新沥青,再根据调和法补充再生剂,类似于调和法中3组分调和生产沥青。

3.1　再生剂的选择

为了改善旧沥青的物化性质,需要补充含沥青质少、芳香分高的再生剂。按照这个要求,考察了由抚顺石油一厂提供的A剂、锦西石油六厂提供的B剂、安庆石化提供的C剂、大连石油七厂提供的D剂等4种富芳贫蜡的再生剂。回收的旧沥青与几种再生剂族组成对比列于表3[5-6]。

表3　回收的旧沥青与几种再生剂族组成对比%　

项目饱和分芳香分胶质沥青质

旧沥青　沈大21.4919.6835.5823.25

沈铁20.4223.4239.9016.26

沈环19.3423.7839.9916.89

沈本21.9820.1133.9024.01

沈本全层22.7520.6333.0923.53

再生剂　A剂41.3346.8010.16 1.71

B剂14.9459.3523.61 2.10

C剂13.7866.6311.218.28

D剂44.1640.0912.14 3.61

由表3可以看出:5种旧道路沥青中的沥青质含量过高,这是其针入度和延度偏低、软化点偏高的主要原因(沥青质是液态组分的增稠剂);而芳香分含量偏低,从而使沥青塑性降低;饱和分和胶质的含量基本上在配伍性要求的范围之内。

由几种再生剂的族组成分析结果可以看出:

(1)C剂芳香烃含量最高,但饱和分含量偏低,沥青质含量稍高。由于饱和分增塑性较芳香分强,故调和效果不会理想。

(2)虽然D剂饱和分、芳香分含量都较高,但胶质含量稍低(胶质可明显改善沥青延度),且其中轻组分多,调入量对调和沥青的针入度、软化点影响过于敏感,操作难于把握。此外,其热稳定性也差,不适合选作再生剂。

(3)A剂沥青质含量在4种备选再生剂中最小,饱和分与芳香分等软组分含量最高,可选作再生剂。但其胶质含量稍偏低(胶质对改善沥青的延度有显著的效果);B剂的饱和分含量偏低,但芳香分和胶质含量较高。

综合考虑,选用A剂和B剂,将其按一定比例混合成为复合再生剂。

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5

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　第2期 王永刚等1废旧沥青的再生