佛山高富中石油燃料沥青有限责任公司 广东佛山市 528500
摘要：本文主要对沥青质量进行分析，沥青质量可能是道路铺面性能中的一个相关问题。使用来自具有相同物理特性的不同生产商的沥青，其组分组成可能存在显着差异。石油沥青的选择和加工在沥青性质中起着重要的作用，即使在市场内，加工和石油沥青来源的变化也可能导致沥青组分的变化。这项研究的目的是确定石油沥青的种类和生产技术对沥青组分组成的影响，根据原产石油沥青和不同的生产商选择沥青样品。为了获得有关沥青化学的信息，使用了IATROSCAN MK 6S色谱，结果表明，根据石油沥青类型和工艺，推荐的沥青组分组成可提供更好的沥青质量。
关键词：石油沥青；渣油；组成
沥青是一种有机材料，可以说是一种胶体体系，由分散在较低分子量树脂，芳族化合物和饱和物中的高分子量沥青质胶束组成。沥青的分数组成（沥青，树脂，芳族化合物和饱和酸酯）对沥青的性能影响很大，沥青由于其优异的机械性能而广泛用于路面施工领域，这也取决于沥青的分数组成。沥青，树脂芳烃和饱和烃（通常称为SARA）可以通过各种方法确定。所有方法都基于特定沥青化学基团在溶解度上的差异。用于确定沥青组分组成的传统方法是柱色谱法，通常称为SARA方法。该方法的主要缺点是需要大量溶剂，时间长等优点，高效液相色谱（HPLC）基于相同的方法。然而，使用这些传统方法，必须在进行测量之前从沥青中提取沥青质。新方法基于带有火焰电离检测的薄层色谱（TLC-FID）。为了分离和定量，正确使用Iatroscan TLC-FID不仅可以提供快速分析和低溶剂消耗量，而且还具有良好的精度和准确性。使用TLC-FID，可以使用各种百分比的溶剂以及不同的计算方法来确定高含量的沥青组分。
一、石油沥青类型和加工
石油沥青是碳氢化合物的天然混合物，通常呈液态，还可以包括硫，氮，氧，金属和其他元素的化合物。碳氢化合物是仅包含碳和氢元素的分子。根据烃链的主要类型，石油沥青分为：石蜡基，环烷烃基，芳烃基，混合基。石蜡石油沥青中包含石蜡，几乎不含沥青或环烷烃。石蜡是饱和烃，直链或支链，但没有任何环结构。烃的链烷烃系列的特征在于碳原子通过单键连接而其他键被氢原子饱和的规则。石蜡的通式为CnH2n+2。环烷烃石油沥青主要（按体积计）完全包含环烷烃和其他芳烃，而完全没有石蜡。环烷定义为具有一个或多个环的饱和烃，并且这些烃可具有一个或多个链烷烃侧链。其是通式为CnH2n的饱和环的封闭基团。芳族石油沥青具有不饱和环化合物，该不饱和环化合物具有碱性的6-碳原子环，该环具有与氢原子或与每个碳原子相连的链。通式的芳族基团为CnH2n-6。碳氢化合物的芳族系列在化学和物理上与石蜡基础油和环烷基基础油有很大不同。
通常，由于缺乏足够的沥青质，石蜡基础石油沥青不适合用于沥青生产，尽管如此，石蜡石油沥青与环烷石油沥青混合仍可作为生产沥青的基础。芳烃石油沥青更适合用作化学试剂，因此，用于生产沥青的最佳石油沥青是环烷烃和环烷烃石蜡基石油沥青。例如美国最初的宾夕法尼亚州油田中的那些石油沥青，主要由石蜡组成。其他一些，例如重质墨西哥和委内瑞拉石油沥青，主要是环烷烃，富含沥青。俄罗斯石油沥青是混合基础油（石蜡和环烷烃），因此沥青质更少，树脂更多。重质石油沥青往往是芳烃/环烷烃类型，而轻质石油沥青则是链烷烃，轻质石油沥青（例如尼日利亚邦尼）是一种低密度，低密度的物质。轻质石油沥青的粘度低，比重低，并且美国石油协会（API）的轻质馏分含量高。与重质石油沥青相比，这类石油沥青将产生更多的轻质馏分，例如汽油，煤油，粗柴油等。使用这种类型的石油沥青进行沥青生产需要进行氧化过程。重质石油沥青是非常粘稠的材料，具有较高的比重，较低的API度。然而，这种类型的石油沥青含有高硫含量，这可以在有机和无机化合物中发现，并且对沥青性能有负面影响。通常，重油用于生产高质量的沥青。与轻质石油沥青相比，重质石油沥青包含较少的轻质馏分以及更多的环烷烃和芳烃。重质石油沥青包含更多的氮，硫，氧和重金属杂原子。由于这些原因，重油的加工需要特殊的制造技术以实现充足的供油和需求。用于沥青生产石油沥青的适当选择取决于比重，碳和硫内容，以及蜡和沥青质含量。
二、石油沥青及渣油级分组成的实验研究与分析
实验研究的目的是研究取决于生产商和不同石油沥青类型的沥青馏分组成。来自不同生产商的五个渗透率等级相同（50/70）的沥青编码为：A，B，C，D，E。除生产商C–委内瑞拉石油沥青外，所有生产商均使用俄罗斯石油沥青。
TLC–FID IATROSCAN用于将沥青分离为：饱和油，芳烃，树脂和沥青质。在甲苯中制备沥青溶液，并将1µl样品溶液点在Chromarods上。在这项研究中，TLC-FID在Iatroscan MK-6s分析仪上进行。将样品溶解在浓度为1％（w/v）的甲苯中。后清洗并活化了染色质，然后用点样仪将1µL样品溶液点在每个染色质上。
三、石油沥青及渣油的组成分析方法分析
薄层色谱技术使用火焰离子化检测器（FID）来确定沥青的分数组成。样品是在为IATROSCAN系统设计的薄壁夸脱棒“Chromarod”上开发的。TLCFID能够确定沥青SARA组分，即沥青质，树脂，芳族化合物和饱和物，与之前提到的方法相比，可以更快地进行测定。沥青质是高分子量（800-3500g/mol）的正庚烷不溶性黑色或棕色无定形固体，除碳和氢外，还包含一些氮，硫和氧。沥青是沥青成分的主要成分，占沥青的5％至25％。其的元素分析从一种沥青到另一种沥青都是稳定的，H/C比在0.98至1.56之间，其溶解度参数范围在17.6至21.7MPa0.5之间，在20°C时的密度接近1.15g/cm3。与沥青质相似，其是从油到沥青质的过渡。其在室温下为半固体或固体，加热时为流体，而冷时为脆性。树脂，也称为极性芳烃，可以作为芳烃种类繁多（30-45wt。％）。其的分子量在300到2000之间，溶解度参数在18.5和20MPa0.5之间，在20°C时的密度接近1.07g/cm3。
芳烃（通常称为芳烃/环烷烃）是黑色的高粘度液体。馏分由环结构组成，并形成大量的沥青。芳香族化合物与树脂一起是沥青中最丰富的成分，因为其占沥青总量的30–45wt。％。数均分子量为800g/mol。其的溶解度参数在17和18.5MPa0.5之间[28]，在20°C时的密度接近但小于1g/cm3。
饱和物在分离时是中等粘度的透明液体（水白色），可作为沥青的稀释介质，该馏分的分子量最低，由直链和支链结构组成。饱和沥青含量通常为摊铺级沥青的5–15wt。％。其的H/C比接近2，只有微量的杂原子。其的数均分子量约为600g/mol，并且主要是脂肪族的。存在极少的极性原子或芳环。其的溶解度参数在15至17MPa0.5之间，在20°C时的密度约为0.9g/cm3。
饱和物和沥青质分别是沥青的最低和最高极性组分，并且沥青质在胶体体系中的溶解度通过存在中间极性物质（例如芳族化合物和树脂）而得到增强。因此，Gaestel指数越高，整个系统的稳定性就越差。开发该指数以表明沥青的胶体稳定性。重要的主要分数参数最可能是沥青质含量。当Gaestel指数为0.5至2.7时，沥青的胶体体系是不稳定的。
结语
尽管从石蜡-环烷烃石油沥青获得的沥青显示出稍低的胶体稳定性参数值，但所有研究的沥青均显示出令人满意的稳定性。这可以归因于这些沥青中沥青质胶束的更大聚集和较低的树脂与沥青质的比率。充分了解沥青的组成成分及其对胶体稳定性的了解可以为沥青路面的沥青质量和性能提供有用的信息。
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