راهنمای جامع قیر-بخش هفتم-دمیدن هوا به داخل وکیوم باتوم

Share

راهنمای جامع قیر-بخش هفتم-دمیدن هوا به داخل وکیوم باتوم

اغلب با انتخاب درست خوراک نفت خام و به‌کارگیری شرایط استاندارد، می‌توان قیر با مشخصات خاص را به‌طور مستقیم تولید کرد. در صورت لزوم، خصوصیات فیزیکی وکیوم باتوم را می‌توان با استفاده از روش دمیدن هوا مورد اصلاح بیش‌تر قرارداد. این یک فرآیند اکسیداسیون است که شامل عبور هوا در سراسر وکیوم باتوم یا به‌صورت منقطع یا به‌صورت پیوسته تا زمان رسیدن دمای آن بین 240 تا 320 درجه سانتی‌گراد می‌باشد (شکل شماره 4-2).

تأثیر اصلی دمیدن تبدیل برخی مالتن ها با وزن مولکولی نسبتاً کم به آسفالتن ها با وزن مولکولی نسبتاً بیش‌تر است. نتیجه این فرآیند، کاهش نفوذپذیری قیر به همراه افزایش نسبتاً زیاد نقطه نرمی است که باعث بهبود حساسیت دمایی قیر دمیده شده می‌شود.

شکل 2-4    نمودار ساده‌ای از واحد دمیدن قیر

فرآیند دمیدن پیوسته

پس از پیش‌گرمایش، وکیوم باتوم تا سطحی از پیش تعیین‌شده به داخل ستون دمیدن تزریق می‌شود. هوا از طریق لوله‌های توزیع‌کننده‌ای که در قسمت انتهایی برج قرار دارند به درون وکیوم باتوم دمیده می‌شود. هوا فقط به‌عنوان یک واکنش‌دهنده عمل نمی‌کند بلکه منجر به اختلاط قیر و درنتیجه افزایش سرعت و سطح واکنش می‌شود.

محصول دمیده شده به‌منظور کاهش دما و رسیدن به دمای مطلوب (دمایی که در آن قیر می‌تواند از مخزن خارج شود) از درون مبدل‌های حرارتی عبور کرده و به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی و اقتصادی‌تر شدن تولید، از این حرارت به‌دست‌آمده برای پیش‌گرمایش خوراک وکیوم باتوم استفاده می‌شود. پس‌ازاین مرحله قیر به درون تانکرهای ذخیره‌سازی پمپاژ می‌شود. نقطه نرمی و نفوذپذیری قیر دمیده شده تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند ویسکوزیته خوراک، درجه حرارت در برج، مدت‌زمان ماندن خوراک در برج، منشأ نفت خام استفاده‌شده برای تولید خوراک و نسبت هوای تزریق‌شده به قیر، بستگی دارد.

شکل شماره 2-5 نشان‌دهنده منحنی دمیدن برای یک خوراک قیر بوده و مشخص می‌کند که چگونه می‌توان از این فرآیند برای دستیابی به محدوده نفوذپذیری و نقطه نرمی مشخص‌شده در کادرها استفاده کرد. در فرآیند دمیدن، نقطه نرمی افزایش و نفوذپذیری کاهش می‌یابد. ولی در فرآیند تقطیر، حساسیت دمایی (و یا شاخص نفوذ) تا حد زیادی بدون تغییر باقی می‌ماند؛ بنابراین، تقطیر یک خط نسبتاً مستقیم و فرآیند دمیدن به‌صورت یک منحنی است و این نشان می‌دهد که در فرآیند دمیدن حساسیت دمایی مواد به‌طور فراوان ای کاهش می‌یابد (به‌طور مثال شاخص نفوذپذیری افزایش می‌یابد).

شکل 2-5    منحنی‌های دمیدن، نیمه دمیدن و تقطیر

برای مشاهده اولین مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:


برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش چهارم

Share

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش چهارم

همان‌طور که به‌وضوح در شکل شماره 8 نشان داده‌شده است، ویسکوزیته ترکیب مخلوط شماره 10 در مقایسه با وکیوم باتوم پایه و قیر 60/70 دست‌نخورده افزایش چشمگیری داشته است. همان‌طور که توسط یوسفی و همکاران گزارش‌شده است، ترکیبات روان کننده وکیوم باتوم می‌توانند توسط افزودن لاتکس و قیر طبیعی جذب‌شده و درنتیجه باعث افزایش ویسکوزیته شود. شکل شماره 9 نشان می‌دهد که مدول ذخیره‌سازی مخلوط شماره 10 افزایش قابل‌توجهی در مقایسه با دیگر ترکیبات دارد. همچنین شکل شماره 10 نشان‌دهنده افزایش مدول اتلاف مخلوط شماره 10 در دمای 30 درجه سانتی‌گراد است.

قیر اصلاحی

شکل 8   ویسکوزیته ترکیب نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

جمع‌بندی مدول اتلاف و ذخیره‌سازی، مدول ترکیب مخلوط شماره 10 را می‌دهد که اندازه‌گیری مستقیمی از مجموع مقاومت آن در برابر تغییر شکل دائمی در دمای 30 درجه سانتی‌گراد است. طبق اصل Boltzman، افزایش فرکانس عملی مشابه با کاهش درجه حرارت دارد و بالعکس؛ بنابراین تأثیر افزایش فرکانس بر ویسکوزیته ترکیب و مدول ها شبیه به تأثیر کاهش درجه حرارت است که به‌نوبه خود مدول ترکیب را افزایش می‌دهد؛ بنابراین، تغییرات در مدول های مخلوط شماره 10(شکل شماره 9 و 10)، افزایش چشمگیری را در مقاومت مخلوط در برابر تغییر شکل دائمی (شیار شدگی) نشان می‌دهد. این نتایج موفقیت در استفاده از لاتکس بازیافتی و قیر طبیعی را تائید می‌کند.

قیر اصلاحی

شکل 9   مدول ذخیره‌سازی نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

قیر اصلاحی

شکل 10   مدول اتلاف نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

نتیجه‌گیری

قیر دست‌نخورده به‌دست‌آمده در پالایشگاه (به‌صورت مستقیم و یا با دمیدن هوا) قادر به مقاومت در برابر بارها و فشارهای مکانیکی دینامیکی نیست و درنتیجه باید مورد اصلاح قرار گیرد. ضایعات پلیمری پس از مصرف به‌عنوان یک معضل زیست‌محیطی مطرح بوده و بنابراین باید مورداستفاده مجدد قرار گیرند. هم‌چنین، منبع قیر طبیعی در چندین ناحیه از ایران وجود دارد که می‌تواند برای اصلاح قیر مورداستفاده قرار گیرد. پلی‌اتیلن‌های ضایعاتی بازیافت شده، لاتکس ضایعاتی، خرده تایرهای اصلاح‌کننده (CRM)، قیر طبیعی (NB) و وکیوم سلاپس سنگین (HVS) برای به دست آوردن قیر نفوذی از وکیوم باتوم استفاده‌شده است. بر مبنای نتایج حاصله، به این نتیجه رسیده‌اند که قیرهای نفوذی با گرید 40/50، 60/70 و 85/100 با نقطه نرمی و نقطه شکست فراس بهبودیافته، با استفاده از مواد فوق قابل‌تولید است. ترکیبی از 10 درصد قیر طبیعی و 5 درصد لاتکس بازیافتی، با وکیوم باتوم برای به دست آوردن قیر گرید 60/70 اصلاح‌شده با بهبود در رفتار رئولوژیک و به‌تبع آن کاهش احتمال شکست در دمای پایین و شیار شدگی در دمای بالا، مناسب است. مورفولوژی مخلوط‌ها نشان داد که قطعات CRM به‌خوبی و به میزان کافی در ماتریکس قیر پراکنده نشده و به حداقل رساندن مقدار خرده تایرهای لاستیکی در مخلوط‌ها می‌تواند باعث بهبود شکل‌پذیری شود.


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش اول

Share

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش اول

مقدمه

وکیوم باتوم (VB) سنگین‌ترین بخش نفت خام بوده که در قسمت پایینی ستون تقطیر در خلأ پالایشگاه‌های نفت باقیمانده و ماده اصلی برای تولید قیر است. بسته به منبع نفت خام و فرآیند پالایش، ترکیب‌بندی وکیوم باتوم گسترده متنوعی داشته و این ترکیب‌بندی اثر مهمی بر خصوصیات مکانیکی و ریزساختارهای قیر دارد. شایع‌ترین روش جداسازی، تقسیم‌بندی ترکیب‌بندی قیر به چهار گروه اصلی شامل اشباع‌ها، آروماتیک‌ها، رزین‌ها (که بخش مالتن را تشکیل می‌دهند) و آسفالتن ها است. این چهار گروه را به ترتیب و به‌اختصار SARAs می‌نامند. هریک از اجزاء SARAs یک مخلوط پیچیده بوده که آروماتیسیته، محتوای هتر اتم و وزن مولکولی آن‌ها به ترتیب زیر افزایش می‌یابد:

S<A<R<As

در برخی از پالایشگاه‌ها که نفت خام سنگین مورداستفاده قرارگرفته و فشار و درجه حرارت در ستون تقطیر در خلأ کنترل می‌شود، قیر می‌تواند به‌طور مستقیم و به‌صورت قیر نفوذی مناسب برای آسفالت به دست آید. نفوذپذیری وکیوم باتوم تولیدشده در پالایشگاه‌های ایران در دمای 25 درجه سانتی‌گراد بیش از 300dmm  بوده و η آن بیش از 600Cs  است که آن را برای کاربرد در آسفالت نامناسب می‌سازد (به‌جز پالایشگاه شیراز که به‌طور مستقیم قیر گرید 60/70 را تولید می‌کند). دمیدن هوای گرم به وکیوم باتوم یک فرآیند گسترده برای به دست آوردن قیر نفوذی است.

متأسفانه به علت افزایش بار ترافیک، قیر بکر و دست‌نخورده تولیدشده در پالایشگاه‌ها (به‌صورت مستقیم و یا با دمیدن هوا) توانایی مقاومت در برابر فشار مکانیکی دینامیک ترافیک را ندارد. درنتیجه منجر به ایجاد تغییر شکل دائمی (شیار شدگی) تحت بارگذاری طولانی‌مدت در دماهای بالا، خستگی و ترک‌خوردگی تحت بارگذاری طولانی‌مدت در دماهای حد واسط و پایین ناشی از تنش گرمایی، پیرشدگی و … در آسفالت می‌شود.

به دلیل این ضعف‌های ذاتی قیر، مطالعات زیادی در جهت اصلاح قیر به‌وسیله افزودنی‌های مختلف انجام‌گرفته است. درنتیجه صنعت اصلاح قیر و بهبود خصوصیات آن گسترش‌یافته است. اکثر این پژوهش‌ها بر روی اصلاح پلیمری تمرکز کرده‌اند؛ زیرا افزودن پلیمرها به قیر بهبود در درجه عملکرد (افزایش نقطه نرمی، کاهش نفوذپذیری و نقطه شکست فراس) را نشان می‌داد. آسفالت‌های ساخته‌شده با استفاده از این قیرهای اصلاح‌شده پلیمری مقاومت بیش‌تری در برابر شیار شدگی و شکست حرارتی، کاهش آسیب خستگی و حساسیت دمایی کم‌تر را از خود نشان می‌دهد.

در بسیاری از این مطالعات از پلیمرهای دست‌نخورده و مصرف نشده مانند پلی‌اتیلن (PE)، اتیلن ونیل استات (EVA)، استایرن بوتادین استایرن (SBS) و استایرن بوتادین رابر (SBR) استفاده‌شده است. استفاده از این پلیمرهای بکر منجر به افزایش هزینه‌های تولید می‌شود. در همین حال، پلیمرهای ضایعاتی فراوانی از فرآیندهای صنعت پتروشیمی و کالای ضایعاتی مصرف‌شده مانند تایرهای مستعمل، قطعات پلی‌اتیلن ساخته‌شده، دستکش‌های لاتکس مصرف‌شده و غیره وجود دارد که از عوامل ایجادکننده معضلات زیست‌محیطی است. این‌گونه مواد ارزان، قیمت بوده و برای اصلاح قیر مناسب می‌باشند.

هرساله نزدیک به 200000 تن تایر و 5000 تن دستکش لاتکس در ایران مورداستفاده قرارگرفته و برنامه ملی برای بازیافت و یا استفاده مجدد از آن‌ها وجود ندارد. همچنین استفاده دوباره از این مواد ثانویه به‌جای مواد اولیه و بکر به کاهش دفن زباله‌ها، کاهش نیاز به استخراج، حفظ محیط‌زیست و به حداقل رساندن مصرف منابع اصلی کمک می‌کند. اثرات خرده تایرهای اصلاح‌کننده (CRM) در چندین پژوهش موردبررسی قرارگرفته است. افزودن خرده تایرهای بازیافتی در مخلوط آسفالت با استفاده از روش خشک می‌تواند خصوصیات مهندسی مخلوط آسفالت را بهبود بخشیده و تأثیر چشمگیری در عملکرد مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی در دماهای بالا و شکستگی در درجه حرارت‌های پایین داشته باشد.

قیر طبیعی یک ماده طبیعتاً سیاه‌رنگ است. تبخیر ترکیبات آلی فرار و مقدار زیاد آسفالتن موجود در آن، این ماده را سخت و شکننده کرده و می‌توان از آن به‌عنوان یک سخت‌کننده برای افزایش نقطه نرمی قیر نفتی استفاده کرد. منابع قابل‌دسترس قیر طبیعی در چندین ناحیه از ایران مانند کرمانشاه، بهبهان، مغان و … وجود دارد. از این منابع طبیعی به‌عنوان سوخت در کوره‌ها استفاده‌شده و یا صادر می‌گردد.

از قیر طبیعی می‌توان به‌عنوان یک افزودنی مطلوب برای قیر استفاده کرد. پلیمرهای مختلفی برای بهبود شکل‌پذیری قیر اصلاح‌شده استفاده می‌شود. لاتکس استایرن بوتادین رابر (SBR) به‌صورت یک پلیمر بکر و دست‌نخورده به‌طور موفقیت‌آمیزی برای اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته است. لاتکس یک لاستیک طبیعی است که در اصل از درختان وحشی در جنگل‌های برزیل به‌دست‌آمده که در مواد الاستیک مختلف مانند دستکش لاتکس و تایر کاربرد دارد.

بنابراین، دستکش‌های لاتکس ممکن است یک ماده بازیافتی مفید به‌منظور افزایش شکل‌پذیری قیر اصلاح‌شده باشد. ازاین‌رو، هدف پژوهش ما بررسی امکان به دست آوردن قیر اصلاح‌شده نفوذی به‌طور مستقیم از وکیوم باتوم با استفاده از افزودن پلیمرهای بازیافتی و قیر طبیعی است. در این مقاله برخی از خصوصیات مکانیکی قیر اصلاح‌شده حاصله نیز ارائه‌شده است. به‌منظور تبیین این مشخصات، نقطه نرمی، نفوذپذیری، شکل‌پذیری و نقطه شکست فراس ترکیبات موردبررسی قرارگرفته است. هم‌چنین، مورفولوژی قیر اصلاح‌شده حاصله که نمادی از حالت پراکندگی اصلاح‌کننده در ماتریکس قیری بوده و یک عامل مؤثر بر کارایی و خواص مهندسی قیر اصلاح‌شده است، موردمطالعه قرارگرفته است.

طبق اطلاعات عمومی ما، در مطالعات انجام‌گرفته پیشین، اغلب از خود قیر برای اصلاح استفاده‌شده است و محققین اندکی بر روی وکیوم باتوم متمرکزشده‌اند. در این پژوهش، برای اولین بار از ضایعات پلیمرهای مصرف‌شده و قیر طبیعی برای به دست آوردن قیر نفوذی اصلاح‌شده به‌طور مستقیم از وکیوم باتوم (VB) استفاده‌شده است.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش دوم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی