چگونه قیر باکیفیت تولید کنیم؟
ًقیر، سنگین‌ترین جزیی است که از فرآیند تقطیر نفت‌خام گرفته شده؛ مخلوط پیچیده‌ای از هیدروکربن‌هایی با وزن مولکولی بالا است که قبل از استفاده به عنوان ماده اولیه برای تولید قیر به پردازش بیشتری نیاز دارد.
قیر نفت که معمولا “قیر” یا “آسفالت” نامیده میشود، با پالایش نفت خام به دست می‌آید. این ماده به عنوان چسب در محصولات راه‌سازی استفاده شده و ماده‌ای بسیار چسبناک، سیاه یا قهوه‌ای تیره است. نفت خام از مخازن ذخیره‌سازی (جایی که در دمای حدود ºC60 نگهداری میشود) پمپ میشود و از طریق سیستم مبدل حرارتی که در آن دو سیال گرم و سرد بدون تماس فیزیکی با هم انتقال حرارت انجام می‌دهند، نفت خام تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد پیش گرم میشود. سپس ماده خام در کوره به طور معمول تا ºC 300 گرم و در آنجا ستون تقطیر اتمسفر بخار میشود.
در اینجا جدایی فیزیکی اجزا رخ می‌دهد. اجزای سبک‌تر به بالا می‌رسند و سنگین‌ترین اجزای سازنده (باقیمانده اتمسفر) به پایین ستون می‌روند و از طریق یک مبدل حرارتی دوم قبل از تصفیه از یک ستون تقطیر خلأ عبور می‌کنند. سرانجام قیر با تقطیر در خلأ یا فلش خلأ uum از باقیمانده اتمسفر از ستون تقطیر خلأ بدست می‌آید. این “قیر مستقیم اجرا” است. به این فرآیند تولید قیر با تقطیر مستقیم در خلا uum گفته میشود.
یک روش جایگزین برای تولید قیر توسط بارش از کسرهای باقیمانده توسط دی اسفالت شدن پروپان یا حلال بوتان است. قیر بدست آمده از این روش دارای خواصی است که از نوع نفت خام فرآوری شده و از حالت کار در واحد خلأ uum یا واحد رفع اسفالت حلال ناشی میشود. درجه قیر به مقدار مواد فرار موجود در محصول بستگی دارد. هر چه مقدار مواد فرار کمتر باشد، قیر باقیمانده سخت‌تر میشود. متخصصان قیر را به عنوان یک ماده ساختمانی پیشرفته و پیچیده و نه به عنوان یک ماده ساده محصول فرایند تصفیه نفت در نظر می‌گیرند.
فرایندهای تولید قیر
باقیمانده حاصل از تقطیر نفت خام با دقت انتخاب شده، مواد پایه را برای تولید قیر فراهم می‌کند. تصفیه قیر، بخش سبک‌تری را از باقیمانده جدا می‌کند. بسته به منبع خام و قابلیت پردازش موجود، از چندین روش تولید برای تولید مشخصات قیر استفاده میشود. غالبا ترکیبی از فرآیندها انتخاب میشود. این تصویر مجموعه‌ای از فرآیندهای اصلی تصفیه‌خانه را نشان می‌دهد.
از طیف گسترده‌ای از نفت‌های خام که به صورت تجاری موجود است، فقط تعداد محدودی برای تولید قیر با کیفیت لازم در مقادیر تجاری مناسب ارزیابی می‌شوند. به طور کلی، اینها نفت‌های خام سنگین با محتوای گوگرد بالا هستند.امروزه قیر به طور عمده از نفت بدست می‌آید. برای بدست آوردن قیر از نفت دو روش کلی وجود دارد. این روش‌ها عبارتند از: تقطیر و هوادهی.
روش اول: به مواد اولیه و روش تصفیه بستگی دارد. پس از تقطیر در شرایط خلأ، قیر با مشخصات فیزیکی مناسب برای ساخت جاده‌ها و کاربردهای صنعتی به دست می‌آید.
این فرآیند شامل گرم شدن نفت خام تا دمای بین 300 تا 350 درجه سانتی‌گراد، برای جدا کردن بخش‌های سبک‌تر از جزء غیرجوشان است که به عنوان باقیمانده اتمسفر شناخته میشود. کسرهای سبک‌تر کشیده شده و به سایر واحدهای پالایشگاهی ارسال میشود. برای از بین بردن آخرین آثار کسرهای سبک‌تر و جلوگیری از تبدیل حرارتی مولکول‌ها، پس از آن باقیمانده اتمسفر به یک واحد تقطیر خلأ uum وارد میشود. که در آنجا کاهش فشار باعث کاهش درجه حرارت جوش شده و از ترک خوردگی حرارتی ناخواسته مولکول‌ها جلوگیری می‌کند. شرایط فشار و دما در فرآیند خلأ ،uum سختی باقیمانده و به همین ترتیب، درجه قیر تولید شده را تعیین می‌کند. از حلال‌های اختصاصی می‌توان برای جداسازی مواد روان کننده و قیر مواد خام، بدون تغییر در ساختار شیمیایی آن‌ها استفاده کرد.
بسته به حلال استفاده شده -پروپان یا بوتان- دسته‌های مختلفی از قیر را می‌توان بدست آورد. با كنترل متغیرها در فرآیند تقطیر در خلأ، می‌توان قیرهایی با درجه سختی متفاوت تولید كرد. نفوذ سوزن و نقطه نرم شدن Ring و Ball دو ویژگی اساسی در تعیین قیرهای تولید شده با مشخصات مهندسی هستند.
قیر بیشتر را می‌توان با دمیدن هوا از طریق آن در دمای بالا پردازش کرد تا خواص فیزیکی آن را برای کاربردهای خاص تغییر دهد. بسته به درجه اکسیداسیون می‌توان از این طریق دو نوع قیر مختلف تولید کرد: قیر تصحیح شده هوا و قیر اکسیده شده. از قیر اکسیده شده در مصارف بام استفاده میشود، در حالی که قیر تصحیح شده هوا در برنامه‌های روسازی و برخی از کاربردهای سقف استفاده میشود.
روش دوم: بقایای برج خلأ به دست آمده، معمولا دارای گرانروی بسیار کم و درجه نفوذ بالای 400-300 میلی‌متر است. این محصول دارای آسفالتن کم است؛ بنابراین برای ایجاد جاده در مناطق گرمسیری و معتدل مناسب نیست.
قیر اکسیده دارای قوام متمایز در دمای اتاق و ماهیت لاستیکی است که بر نحوه پاسخ آن به فشار اثر می‌گذارد. روند اکسیداسیون، سختی و نقطه نرم شدن قیر را افزایش و به طور قابل توجهی خصوصیات اصلی فیزیکی را تغییر می‌دهد. متفاوت بودن طول فرآیند اکسیداسیون یا دمیدن هوا، میزان واکنش را تغییر داده و محصولات نهایی متمایز تولید می‌کند.
برای تبدیل بقایای قیرشکل به قیر با خواص فیزیکی مناسب، در طی یک فرایند، باید مولکول‌های سنگین مانند آسفالتین اضافه شود. برای این کار، هوایی که با انواع مختلف گازها مانند اکسیژن، نیتروژن، دی اکسید کربن و غیره ترکیب شده است، توسط کمپرسور فشرده شده و به یک برج حاوی قیر مذاب با دمای بیش از 200 درجه سانتی‌گرادتزریق میشود. این فرآیند می‌تواند به صورت مداوم یا دسته‌ای باشد. فرآیند به اصطلاح نیمه هوادهی باعث تولید قیر نیمه دمیده با درجه نفوذ مناسب و نقطه نرم شدن 100/85 یا 70/60 میشود که در راه‌سازی و جلوگیری از نفوذ رطوبت به خانه‌ها استفاده میشود.
اگر در آن واحد یا واحد بعدی، روند هوادهی ادامه یابد، به تدریج، درجه نفوذ قیر کاهش و نقطه نرم شدن آن افزایش می‌یابد. نتیجه آن قیر محکم دمیده شده با نفوذ بسیار کم و نقطه نرم شدن بسیار بالا مانند 110/10، 15/90 و 25/85 است. از این نوع قیرها در ساختمان‌ها و مواد افزودنی در جلوگیری از نفوذ رطوبت استفاده میشود.
مخلوط کردن
باقیمانده گرانروی بالاتر و پایین‌تر به نسبت مورد نیاز می‌تواند در تصفیه‌خانه، ترمینال‌ها یا تأسیسات خارج از پالایشگاه مخلوط شود، جایی که اجزای مخلوط و محصولات نهایی به راحتی قابل حمل و توزیع برای استفاده هستند.
هر تکنیک پردازش منجر به درجه‌بندی مختلفی از محصولات قیر میشود، از جمله: قیرهای درجه سخت که برای سنگفرش استفاده میشود. قیرهای کاتر که مخلوط قیرهای نفوذی با یک حلال مانند نفت سفید است. امولسیون که تعلیق‌های تثبیت شده قیر در آب است. قیرهای اصلاح شده با پلیمر که مخلوطی از قیرهای انتخاب شده با پلیمرها، مانند پلاستیک‌های حرارتی یا الاستومرها هستند.
منبع:
برگرفته از کتاب جامع از نفت تا گرفت؛ مسئله الکترود گرافیتی
