آشنایی با قیر و فرآیندهای تولید آن
قير، ترکیبی هیدروکربنی با رنگ قهوهای تیره- سیاه، به اَشكال جامد، نیمهجامه یا ویسكوز، با خاصیت چسبندگی كه با منشاء طبیعی یا پالایشگاهی، عمدتاً حاوی هیدروكربنهایی با وزن ملكولی بالا است. این ماده به طور كامل در دیسولفید كربن(CS2 ) ، تریكلرو اتیلن (C2HCl3 ) و زایلن (C6H4(CH3)2 ) قابل انحلال است. فراوانترین و پركاربردترین نوع قیر، قیر نفتی است كه از نظر فیزیكی یك مادة همگن (Homogeneous) و از نظر شیمیایی یك مخلوط ناهمگن (Heterogeneous) از تركیبات شیمیایی مختلف است. این مخلوط هیدروكربنی عموماً شامل 90% اتمهای كربن و هیدروژن و الباقی، نیتروژن، گوگرد و اكسیژن و مقادیرکمی از فلزات نیکل، آهن، منیزیم و … است. قیر از لحاظ رفتاری مادهای است که در دمای محیط نه رفتار یک ماده الاستیک را دارد و نه یک ماده ویسکوز، بلکه رفتار قیر شامل ترکیبی از این دو حالت یعنی رفتار ویسکوالاستیک دارد.
پروژه مجتمع تولید و ذخیره سازی قیر در مجاور پالایشگاه بندرعباس با ظرفیت تولید 600،000 تن انواع گریدهای مختلف قیر
و همچنین پروژه انبار قیر بندر امام خمینی از جمله پروژه های کار شده در شرکت توسعه انرژی خاورمیانه است
فرآیندهای تولید قیر
خوراک واحدهای تولید قیر، ته مانده برج تقطیر تحت خلأ (Vacuum Bottom) پالایشگاه ها می باشد. اگرچه می توان قیر به دست آمده از برج خلأ را به طور مستقیم استفاده نمود، اما در پاره ای از اوقات قیر خروجی از برج خلأ از خواص فیزیکی مناسب برخوردار نبوده و می بایست اصلاحاتی روی خواص آن صورت پذیرد، که عمده ترین آن دمیدن هوا به قیر است.
فرآیندهای تولید قیر بسته به شرایط خوراک و مشخصات محصول تولیدی مد نظر، عبارت است از:
فرآیند هوادهی
فرآیند بلندینگ و اختلاط در مخازن
فرآیند هوادهی
روش هوادهي هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که ماده اولیه قیر (خوراک) ویژگیهای مورد انتظار را نداشته باشد و یا به عبارت دیگر نرم تر از حد مورد نظر باشد (دارای گرانروی کم تر). درجه نفوذ بسیار بالا 400-300 دهم میلیمتر دارد. این محصول آسفالتن پایینی داشته و قابل استفاده براي راهسازي در مناطق گرمسیر و معتدل نمی باشد. براي اینکه بتوان این پسمانده قیر شکل را به قیري با خواص فیزیکی مناسب تبدیل کرد باید در طی فرایندي مولکولهاي سنگین مانند آسفالتن ها را در آن افزایش داد.در اینصورت با دمیدن هوا به ماده اولیه (خوراک) در دمای بین 210 تا 220 درجه سانتيگراد، محصولی با خواص اصلاح شده تولید میشود (قیر سفت تر و با حساسیت حرارتی کمتر). این فرآیند گاهی به نام اکسیداسیون قیر (Asphalt Oxidation) و محصول آن قیراکسیده(Oxidized Asphalt) نامیده میشود، ولی عبارات هوادهی(Air Blowing) و قیر دمیده (Air Blowing Asphalt) مناسبتر است. زیرا دراین فرآیند، پلیمریزاسیون (Polymerization) و دهیدرژناسیون(Dehydrogenation) انجام شده و اکسیژن به جز در مقادیر بسیار جزیی، در محصول هوادهی وارد نخواهد شد. در این فرآیند مقداری از روغن ها به رزین و مقداری از رزین ها به آسفالتن تبدیل می شود (در حرارت بیش از حد، قیر تبدیل به ذغال و بخار می گردد). این تغییرات باعث بدست آمدن یک ساختار کلوییدی ژل مانند و لاستیکی می شود و به عبارت دیگر حساسیت حرارتی آن کاهش یافته است. جهت توزیع هوا (ایجاد حبابهای درشت) در انتهای راکتور، از لولههای مشبک بعنوان توزیع کننده استفاده می شود. هوای مصرفی راکتور از طریق کمپرسورهای هوا تأمین میگردد که هوای فشرده را در دمای حدود 120 درجه سانتیگراد از پایین به درون راکتور، که حاوی قیر مذاب است تزریق میشود. طی فرآیند هوا دهی، هوا از داخل قیر عبور کرده و فرآیند اکسیداسیون انجام میشود، که فرآیندی گرمازا بوده و سبب بهبود خواص فیزیکی قیر میگردد. فرآیند اکسیداسیون در داخل راکتور بر اساس تغییرات دمایی و میزان هوا دهی، خوراک را تبدیل به انواع گریدهای قیر مینماید حبابهای هوا ضمن بالا رفتن، ترکيبات سبکتر قير را با خود بالا مي برند. علت ورود هوا از بالای برج اين است که در صورت قطع جريان هوا به هر علتی، مواد داخل برج وارد خط هوا نشوند. جریان بخارات خروجی از راکتور، در مرحله بعدی وارد یک تفکیک گر عمودی (Knock Out Drum) میشود تا قطرات همراه آن جدا شوند. سپس بخارات خروجی از تفکیک گر، به کوره سوزاننده مواد زائد (Incinerator) منتقل میشود. در این کوره، به منظور سبک کردن گازهای سنگین و خطرناک و جلو گیری از نشر آن به اتمسفر، بخارات خروجی سوزانده میشوند. مايع جداشده هم توسط يک خط به حوضچه تخليه و يا بشکه اي در کنار KO Drum تخليه مي گردد. در بالای برج یک دیسک شکننده (Rupture Disk) تعبيه گرديده است که به هنگام بالا رفتن سطح مایع و یا فشار برج اين ديسک پاره شده و محتويات برج به يک پیت تخليه مي گردد. قير توليد شده پس از پمپاژ به منظور ارسال به مخازن ذخیره، جهت پیش گرمایش اولیه خوراک ورودی به واحد استفاده میگردد و سپس به مخازن ذخیره محصول ارسال میگردد. شایان ذکر است پیش گرمایش ثانویه خوراک با استفاده از مبدلی که سیال گرم آن روغن داغ میباشد، انجام میگیرد. برای نامگذاری قیرهای دمیده از چپ به راست پس از حرف R ابتدا درجه نرمی با واحد درجه سانتیگراد و سپس درجه نفوذ پذیری با واحد دهم میلیمتر را می نویسند.
فرآیند بلندینگ و اختلاط
در این روش، خصوصیات نفت خام ورودی به پالایشگاه در بالادست واحد و یا شرایط برج های تقطیر (اتمسفریک و خلأ) به گونه است که Vacuum Bottom خروجی، قیری با درجه نفوذ مناسب تولید می کند. در این شرایط ویسکوزیته و یا سایر خواص قیر را با استفاده از فرآیند اختلاط با افزودنی ها یا حلال ها تنظیم می شود. در طی زمان و با توجه به وضعیت خوراك و در خواست بازار باید مواد قیري مختلف با یکدیگر مخلوط شده و به قیر مورد نظر تبدیل شوند. چنانچه مواد افزودنی، داراي اختلاف گرانروي زیادي نباشند می توان از طریق اختلاط معمولی و یا در همراهی با عملیات هوادهی جزئی به قیر مورد نظر تبدیل گردد. در صورتیکه اختلاف گرانروي مواد مخلوط شونده زیاد باشد، در آن صورت استفاده از همگنسازهاي برش پایین و بالا ضروري می باشد. در صورتیکه نیاز باشد می توان مخلوط را هوادهی کرد.
راهکارهای افزایش راندمان اختلاط
اختلاط ميتواند براي اهداف مختلفي نظير يکنواخت کردن ترکيب و خواص فيزيکي، جلوگيري از لايه لايه شدن و رسوب ذرات معلق يا براي بهبود شدت انتقال جرم، انرژي و نيز واکنش شيميايي به کار رود. سیالات امتزاج ناپذیر با یکی از روش های زیر مخلوط می شوند:
1- اختلاط در مخازن
2- اختلاط Inline
