فرآیند اکسیداسیون

Share

فرآیند اکسیداسیون

قیر اکسیده که اغلب به‌عنوان قیر دمیده شناخته‌شده است در واحد تولیدی که به نام واحد قیر دمیده (BBU) و یا واحد دمیدن هوا (ABU) و یا اکسیدکننده شناخته‌شده است تولید می‌شود. بسته به غلظت خوراک و شرایط فرآوری، واحد BBU دو نوع محصول با غلظت‌ها و ویژگی‌های متفاوت را تولید می‌کند که شامل: قیر تصحیح‌شده با هوا که اغلب به‌عنوان نیمه دمیده شناخته‌شده و قیر اکسیدشده که معروف به قیر دمیده است می‌باشد. هردو محصول توسط شماره CAS# 64742-93-4 پوشش داده می‌شوند.

فرآیند شامل عبور هوا به مقدار 140-85 مترمکعب در دقیقه به‌طور مرتب از سراسر خوراک قیر در دمای بالا برای تغییر خصوصیات فیزیکی محصولات است. هدف اصلی، سخت‌تر کردن قیر، افزایش نقطه نرمی و تغییر در ویژگی‌ها و خصوصیات ویسکوزیته حرارتی قیر است. فرآیندهای دسترسی به این اهداف از طریق درجات مختلف واکنش‌های شیمیایی است که درنتیجه آن با افزایش در میانگین وزن مولکول‌های قیر منجر به افزایش بیشینه ویسکوزیته قیر می‌شود.

درجه متوسط دمیدن هوا که بانام اصلاح هوایی شناخته‌شده است معمولاً برای تنظیم کردن خصوصیات فیزیکی خوراک تزریق‌شده برای تولید موادی که در ساخت محصولات عایق‌کاری پشت‌بام و دیگر فعالیت‌های صنعتی مصرف می‌شوند، کاربرد دارد. ممکن است از روغن‌های سیال برای نرم‌تر کردن خوراک در واحد BBU استفاده شود. همچنین امکان دارد که از کاتالیست ها برای افزایش سرعت واکنش و بهبود حساسیت دمایی استفاده شود. کاتالیست ها شامل موادی از قبیل فریک کلرید، هیدروکلریک اسید، فسفرپنتا اکسید و یا فسفریک اسید است.

واحد BBU در درجه اول شامل یک رآکتور، دمنده هوا، تجهیزات خارج کننده و یا سوزاندن گاز و تجهیزات کنترل‌کننده درجه حرارت است. رآکتور معمولاً یک منبع خالی است ولی ممکن است دارای تیغه‌ها و یا سیستم تحریک‌کننده مکانیکی برای اطمینان از اختلاط کامل قیر با هوا باشد. واکنش اکسیداسیون معمولاً حرارت زا بوده درنتیجه ممکن است رآکتور به Water Jacket و یا تجهیزات اسپری آب در بالای آن برای کنترل دمای قیر مجهز شود. از تزریق بخار و یا آب به داخل فضای بالایی رآکتور برای کاهش مقدار اکسیژن جهت مدیریت و کنترل خطر آتش‌سوزی و یا انفجار استفاده می‌شود. نمودار شماتیک واحد قیر دمیده در شکل شماره 5 ارائه‌شده است.

باوجود مکانیسم واکنشی پیچیده و سینتیک در واحد دمیده، مسیر واکنش کلی به‌عنوان دگرگونی و تبدیل ساختارهای حلقوی به رزین‌ها (آروماتیک‌های قطبی) که به‌نوبه خود برای تشکیل آسفالتن تغلیظ شده است خلاصه می‌شود. در قیر دمیده، فرآیند اکسایش اولیه تشکیل پیوند کربن-کربن از طریق اکسایش تراکمی و به مقدار کم‌تر تشکیل گروه‌های استر است.

نمودار شماتیک فرآیند تولید قیر دمیده

شکل 5    نمودار شماتیک فرآیند تولید قیر دمیده

تغییرات شیمیایی که در طول اکسیداسیون رخ می‌دهد تغییراتی را در ویژگی‌های فیزیکی خوراک واحد BBU بسته به‌شدت فرآیند اکسیداسیون اعمال می‌کند. درنتیجه واکنش حلقوی‌ها و رزین‌ها فاز مالتن روغنی تشکیل‌شده که آسفالتن ها را پوشش داده و باعث سخت‌تر شدن قیر، کاهش نفوذپذیری و افزایش نقطه نرمی می‌شود. افزایش غلظت آسفالتن ها فراتر از نقطه خاص خواص جریان در درجه حرارت محیطی قیر را از رفتار ویسکوالاستیک به رفتار عملاً الاستیک خالص تبدیل می‌کند. شدت اکسیداسیون تعیین‌کننده حساسیت دمایی محصولات است. محصولات اصلاح هوایی شده (اکسیداسیون متوسط) خصوصیات شبیه به قیر Stright-run تقطیرشده در خلأ دارند. به این دلیل قیرهای اصلاح هوایی شده و باقیمانده از تقطیر در خلأ به‌طور مستقیم و یا به‌صورت ترکیبی برای تولید محصولات نهایی استفاده می‌شوند. قیرهای اکسیده تفاوت‌های چشمگیری در مقادیر حساسیت دمایی به‌عنوان نتیجه‌ای از مقدار بیشینه آسفالتن داشته و دارای نقطه نرمی بالا و قابل‌ملاحظه است. ترکیب این خصوصیات نمی‌تواند از طریق تقطیر ساده و یا اصلاح هوایی به دست آید.

نرخ و سرعت واکنش اکسیداسیونی که رخ می‌دهد تحت تأثیر خصوصیات خوراک و شرایط موجود در واحد دمیده مانند ویسکوزیته و یا نفوذپذیری خوراک، واکنش‌پذیری خوراک، درجه حرارت، سرعت جریان هوا، درجه تحریک، فشار، نسبت تغذیه هوا و به کار گرفتن و یا نگرفتن کاتالیست بستگی دارد.

محصولات به‌دست‌آمده از فرآیند اصلاح هوایی و اکسیداسیون می‌تواند با استفاده از مشخصه‌های زیر متفاوت باشد:

ورود خوراک به واحد قیر دمیده

-نفوذپذیری

تغییر در خصوصیات: ورودی خوراک در مقابل خروجی قیر دمیده از واحد

-تغییر در نقطه نرمی

-نرخ نفوذپذیری

خروجی قیر دمیده

-شاخص نفوذ

-نقطه نرمی

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

دیگر فرآیندهای تولید قیر

فرآیند اکسیداسیون
5 (100%) 10 votes

تولید قیر،آنالیز و انتخاب نفت خام

Share

تولید قیر

قیر ترکیب بسیار پیچیده از اجزاء ارگانیک حاوی درصد بالایی از هیدروکربن با عدد کربن بالاست. این خانواده از مولکول‌ها در بسیاری از منابع نفت خام وجود دارند. قیر در درجه اول از تقطیر در خلاء نفت خامی که به‌دقت انتخاب‌شده است به دست می‌آید. ماده تقطیر ناپذیر باقیمانده در ته برج تقطیر را به‌اصطلاح وکیوم می‌نامند که از آن برای تولید قیر استفاده می‌شود. در ساده‌ترین روش تولید قیر، اجزاء سبک‌تر با نقطه‌جوش پایین را از نفت خام جدا کرده و درنتیجه محصول با نقطه‌جوش بالا و وزن مولکولی زیاد با نوسانات کم به دست می‌آید. ویژگی‌ها و کیفیت قیر به‌طور عمده به نفت خام مورداستفاده در تولید آن بستگی دارد. درجات مختلف با خصوصیات متفاوت هم از طریق پالایش مستقیم قیر و هم از طریق ترکیب چند قیر با یکدیگر به دست می‌آید. قیر را می‌توان برای تغییر در خصوصیات فیزیکی با توجه با ویژگی‌های مدنظر فرآوری کرد. برای انواع دیگر قیر و به‌طور مثال قیرهای اکسیده، تنها راه برای به دست آوردن خصوصیات دلخواه، تولید مولکول جدید از طریق انجام واکنش‌های شیمیایی است.

چندین روش تولید برای به دست آوردن قیر بسته به منبع نفت خام و قابلیت فرآوری در پالایشگاه وجود دارد. اغلب ترکیبی از فرآیندها انتخاب می‌شود. نمودار شماتیک شکل 2 مجموعه‌ای از فرآیندهای پالایش مربوط به تولید قیر را ارائه می‌کند.

نمودار شماتیک تولید قیر

شکل 2    نمودار شماتیک تولید قیر

آنالیز و انتخاب نفت خام

مواد نفتی باقیمانده از تقطیر نفت خام، ماده اولیه برای تولید قیر می‌باشد؛ بنابراین خصوصیات قیر به ویژگی‌های نفت خامی که قیر از آن تولید می‌شود بستگی دارد. در میان بسیاری از منابع نفت خام موجود، فقط تعداد محدودی از آن‌ها برای تولید قیر باکیفیت مطلوب و در مقیاس تجاری مناسب می‌باشند. به‌طورکلی نفت خام سنگین (با وزن مخصوص بالاتر از 0/9) برای تولید قیر باکیفیت لازم استفاده می‌شود. این نوع از نفت خام مقدار بیش‌تری از گوگرد را در ترکیب خوددارند و به‌اصطلاح نفت‌ترش نامیده می‌شوند.

اخیراً پالایش یکپارچه، روش معمول برای ترکیب چند نوع نفت خام جهت تولید قیر باکیفیت پایدار طبق خصوصیات مهندسی است. ازاین‌رو آنالیز ترکیبی قیر تولیدشده توسط یک پالایشگاه خیلی متفاوت نمی‌باشد. علاوه بر آن، ماهیت فرآیند پالایش مواد نفتی به‌گونه‌ای است که انتظار می‌رود قیرهای تولیدی از منابع مختلف عرضه‌شده، ازلحاظ کیفیت شبیه یکدیگر باشند.

ماسه نفتی ، شیل نفتی و نفت شیلی

ذخایر عظیمی از ماسه نفتی و شیل نفتی وجود دارد که ازلحاظ اقتصادی برای استخراج هیدروکربن از آن‌ها مناسب می‌باشند و استفاده از آن‌ها به‌سرعت در حال رشد است.

ماسه‌های نفتی مخلوطی از ماسه، آب، رس و انباشت‌های هیدروکربن‌های سنگین است. ماسه نفتی هم از طریق روش معدنی روباز و هم از طریق روش معدنی گرمایش درجا به دست می‌آید. پس آز آن برای خارج کردن ناخالصی‌های هیدروکربنی فرآوری شده که این امر به‌منظور سهولت در حمل‌ونقل آن به سمت پالایشگاه برای تقطیر و فرآوری است.

شیل نفتی یک سنگ خوب دانه‌بندی شده است که حاوی ترکیبات شناخته‌شده کروژن است. این ماده پیش‌زمینه تشکیل نفت خام بوده که به‌اندازه کافی در عمق مدفون نشده و برای تبدیل‌شدن به نفت خام و گاز گرم نشده است. روش استخراج آن مشابه راه‌های استخراج ماسه‌های نفتی بوده اما به گرمایش در دمای بالا و در غیاب اکسیژن برای تبدیل‌شدن به هیدروکربن نیاز دارد. سپس می‌توان آن را به پالایشگاه برای انجام فرآیندهای مرسوم انتقال داد.

شیل نفتی اغلب با عنوان نفت سخت شناخته‌شده است که متمایز از نفت شیلی بوده که در آن نفت در سنگ‌ها با تخلخل کم به دام افتاده و توسط شکستم هیدرولیکی قابل‌استخراج است. نفت سخت معمولاً سبک و شیرین بوده و مناسب تولید قیر نمی‌باشد زیرا فاقد ترکیبات با وزن مولکولی بالاست که برای تولید قیر ضروری است.

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

فرآیند تقطیر در تولید قیر

تولید قیر،آنالیز و انتخاب نفت خام
Rate this post

نتیجه گیری از مبحث اصلاح قیر با استفاده از پلیمرها

Share

نتیجه گیری از مبحث اصلاح قیر با استفاده از پلیمرها

اعم از آزمون های معمولی بایندر و یا روش های رئولوژیکی پیشرفته تر که مورد استفاده قرار گرفته اند نتایج بدست آمده از تمام آن ها دال بر این است که پلیمرهای اصلاح کننده، خصوصیات رئولوژیکی قیر را با افزایش ویسکوزیته، مدول مختلط و واکنش الاستیک افزایش می دهند. آزمون نفوذپذیری، نقطه نرمی، فراس، شکل پذیری، بازیابی الاستیک و ویسکوزیته دما بالا، افزایش سفتی و بهبود حساسیت دمایی قیر اصلاح شده با هر دو نوع اصلاح کننده های الاستومری و پلاستومری را نشان می دهد. به هرحال، رئومتر برشی پویا، کروماتوگرافی ژل نفوذی و تصاویر فلورسنت برای تشخیص تغییرات پیچیده  مورفولوژی، شیمیایی و رئومتری همراه با پلیمرهای اصلاح کننده قیر EVA نیمه بلورین و SBS های بلوکی استایرن اصلاح کننده قیر، لازم و ضروری می باشد. با توجه به پلیمرهای اصلاح کننده ،نتایج نشان دهنده تغییرات در مورفولوژی با افزایش اصلاح کننده ها از سیستم فاز قیری غالب به سیستم فاز پلیمر غالب می باشد. نتایج DSR ترکیب بندی مختلف ساختارهای بلورین در دماهای متفاوت برای پلیمر اصلاح کننده قیر EVA نیمه بلورین و افزایش دما بالا فرکانس پایین پاسخ الاستیک پلیمر SBS اصلاح کننده قیر را شناسایی کرده است.

اثرات پیری شبیه سازی شده آزمایشگاهی تفاوت در میان قیرهای نفوذی، قیرهای اصلاح شده با پلیمر SBS و EVA را نشان می دهد. اثر پیری اکسایشی برای قیر نفوذی به عنوان افزایش در سختی و پاسخ الاستیک مشاهده می شود. به هرحال، اثرات پیرشدگی آزمایشگاهی برای قیرهای اصلاح شده با پلیمر SBS و EVA شامل تغییر و ایجاد پیچیدگی قابل توجهی در ماهیت شیمیایی بایندر، مورفولوژی و به تبع آن ویژگی های رئولوژیکی است. حد و اندازه این تغییرات نه فقط توسط نوع و ماهیت پلیمر بلکه توسط مقدار پلیمر و سازگاری بین پلیمر و قیر پایه دیکته شده است.

استفاده از هر دونوع پلیمر اصلاح کننده قیر الاستومری و پلاستومری در مخلوط آسفالت ابزاری را فراهم می کند که باعث افزایش مقاومت مخلوط در برابر تغییر شکل دائمی و شکست خستگی می شود.

نتیجه گیری از مبحث اصلاح قیر با استفاده از پلیمرها
4.7 (94.55%) 11 votes