[发明专利]单级沥青工艺和产品

说明书

公开了一种制造各向同性沥青的工艺和设备。长管式或管道式反应器在高速和高压下运行，在几分钟内将富芳烃液体进料转化为沥青。可以通过电阻或电感热加热，浸入盐浴或熔融金属浴或常规燃烧加热器来加热反应器。将反应器流出物闪蒸，可以从闪蒸罐回收各向同性沥青，通过在较低的压力下操作闪蒸罐或通过向闪蒸罐添加汽提蒸汽来调节软化点。未转化或部分转化的物质作为蒸气从闪蒸罐中被除去，可以被冷却并冷凝来回收这种物质以供再循环。热聚合过程产生如此少量的汽油，所以闪蒸罐蒸气的简单顺序冷凝可以用于得到再循环瓦斯油沸程馏分，并且随后得到具有可容忍的瓦斯油物质损失成汽油馏分的汽油沸程馏分，可容忍是因为汽油产生只是产物范围的小部分。各向同性石油沥青可以在单个步骤中制造，具有50‑55wt％的优异结焦值。通过管式反应器中的时间和温度测量的热苛刻度足以将至少20wt％的进料和任何可能存在的再循环物质转化为各向同性沥青。将压力保持足够高，优选高于500psig，以使中间相的形成抑制在预定量以下，例如产生具有小于0.5wt％中间相的各向同性沥青。

背景——技术领域

本发明涉及由芳烃油制造高芳烃沥青的连续过程，所述高芳烃沥青用于模塑含碳物品如用于铝制造、碳浸渍的阳极的制造，碳人工制品、一般目的纤维的制造，以及向中间相和高性能纤维的转化。

背景——现有技术

术语“沥青”表示范围广泛的产品。该术语至少追溯到旧约创世记中对诺亚方舟的描述。一些评论员认为诺亚在粘土锅中“烹烤”了松树树液，引起热聚合而形成了软化点较高的物质。其他人认为诺亚的沥青是混合了沸腾的松焦油的木炭。还有人认为诺亚使用了天然油苗。没有人知道诺亚所使用的沥青工艺，即使今天术语沥青还用于表示天然存在的重物质如油苗和由轻物质如在粘土锅中烹烤的松树树液热聚合而下形成的那些物质。

存在许多关于沥青生产的专利和技术论文。这些可以呈现对于沥青生产技术状态的现状的压倒性和难以理解的描述。存在制造每种产品或偶尔制造多种产品的多个工艺方法。除了公开的沥青制造的技术，存在许多针对制造沥青而不使加热器焦化并将工艺结束的困难的未公开的知识，虽然这些困难中的某些可以通过采取极端的步骤以停止刚刚要焦化的热聚合来进行推测。

术语命名的混淆来自于重质产物的广泛使用。来自全粗馏分的残余产物和蒸馏的进料的热聚合产物都被称为沥青。残余物质如柏油由烃的混合物原油制成，其中一些很重或分子质量很高而基本上不可蒸馏。来自这种重质粗产物的不可蒸馏的残余物是柏油馏分，但是有时也被称为沥青。本文所使用的沥青产物是通常通过蒸馏而获得的富芳烃液体进料物质的热诱导聚合的结果。对富芳烃液体施加充分的热处理来引起热聚合、一些热裂化和热脱烷基化。一种产物是轻于进料的组分和其他组分的混合物，所述其他组分是基本上不可蒸馏的热聚合的重质产物。

两种物质即柏油和沥青在实践中是易于区分的。简单的测试说明了两种物质的不同性质。加热1升或约1升每种物质并将其倾倒在桌面上。柏油形成难以去除的粘性的粘稠物。石油沥青或煤焦油沥青形成玻璃状固体，其在用锤子击打后碎成的小块，该小块可以被干净地清扫到簸箕中而留下相对清洁的桌面。

有许多制造石油沥青或煤焦油沥青即热聚合产物的工艺。推广工艺的部分理由是许多方法在实验室而不能在实践中良好进行。沥青工艺可能难以运行，这由仅有少数仍在运营中的商业化工艺而证实。所有沥青工艺需要加热以引起热聚合。一些工艺需要添加空气或氧气，其他工艺需要排除空气。提及了宽范围的温度和压力，以及从长均热时间(soaking time)到预热器中的湍流的各种停留时间和流动状态。

主要的沥青形成反应使热性而非催化性的，所以某种程度上可以将一件专利中的沥青形成反应的“苛刻度(severity)”与另一个反应中报道的条件相比较。沥青形成的主要机制是热聚合。也进行其他的反应，包括热裂化、进料中的大分子烷基侧链的脱烷基化以及复杂大分子如卟啉的分解。所希望的沥青产品主要由热诱导聚合制成。大多数其他反应例如热裂化和脱烷基化也是热性反应，所以它们对沥青形成和副产物形成的贡献也可以用时间和温度来量化。由于理解我们的新方法与旧方法有什么具有重要性，需要对炼制历史和各种热过程进行回顾。