آشنایی با فرآیندهای تولید قیر bitumen

معرفی فرآیندهای تولید قیر iranbitumen.co

فرآیندهای تولید قیر:

پس از جدا سازی مواد روغنی و یا سوختی درشرایط خلاء ، ته مانده برج خلاء ابتدا وارد واحد روغن سازی سپس وارد واحد Visbraker   برای تولید نفت کوره یا مازوت و در انتها وارد واحد آسفالت یا قیر سازی می گردد.

در واحد قیرسازی عملیات هوادهی و ایجاد اکسیداسیون در داخل راکتور به روش های Conventional  و Biturox  بر اساس تغییرات دمایی و میزان هوادهی ، خوراک تبدیل به انواع گریدهای قیر می گردد.

.

.

 

شکل ۱ -  مراحل تولید قیر

    انواع فرایند

1)    فرایند منقطع :

ابتدا برج مورد نظر با سطح دلخواه از قیر پر می شود. پیش گرم کردن از طریق چرخش قیر بین کوره و برج به دست می آید.گرم کردن مستقیم با استفاده از لوله آتش خوار در برج باعث کاهش کیفیت محصول می شود. هنگامی که دمای قیر به ۱۹۰ تا ۲۴۰ درجه سانتی گراد رسید هوادهی کامل آغاز می شود سپس گرمای حاصل از واکنش، دمای قیر را تا ۲۴۰ الی ۲۶۰ درجه سانتی گراد بالا برده و دما در آن حدود حفظ می شود.

مدت زمان دمیدن بین ۳ الی ۲۴ ساعت متغییر است. همان طور که در زمان آغاز عملیات برای جلوگیری از پدیده کف کردن از پاشیدن آب به درون ظرف خودداری می شود در مدت خنک شدن نیز هنگامی که دما به زیر ۲۰۰-۲۱۰ درجه سانتی گراد رسید نباید از تزریق آب به درون ظرف استفاده شود.

.

.

شکل ۲- فرایند منقطع

2)    فرآیند پیوسته :

این فرآیند مانند فرآیند منقطع می باشد با این تفاوت که هر گاه مشخصات قیر دمیده به مقدار مورد نظر رسید خوراک تازه به طور پیوسته و با کنترل جریان وارد شده و محصول دمیده بوسیله کنترل کننده ارتقاع خارج می شود. خوراک تازه در دمایی پایین تر از دمای عملیات وارد شده و بر اثر گرمای ناشی از واکنش دمیدن قیر درون برج ، گرم می گردد. کنترل دما به وسیله پیش گرم کردن خوراک ورودی در یک کوره یا مبدل حرارتی و یا با تکنیک های خنک کردن مانند تزریق آب صورت می گیرد.

 

شکل ۳ – فرایند پیوسته

مقایسه بین فرآیندهای منقطع و پیوسته :

در جایی که محصولات با مشخصات مختلفی مورد نظر باشد فرایند منقطع مناسب تر است زیرا می توان شرایط خوراک و عملیات را تغییر داد. چنانچه مقادیر زیادی از یک نوع محصول مشخص مورد نظر باشد فرایند پیوسته مفید تر است. در اغلب عملیات های هوادهی در دماهای متوسط تغییر چندانی بین کیفیت محصول واحد های منقطع و پیوسته وجود ندارد.

روش Biturox  (Bitumen Turbo Oxidizer)

در این فرآیند از راکتورهای بخصوصی که دارای لوله هایی از هوا و توربین های مخصوص جهت توزیع هوا و ایجاد حباب های درشت در انتهای آن است استفاده می شود. در این راکتورها شکستن و هم زدن مخلوط باعث تولید حباب های ریز می شود ، در نتیجه میزان اکسیژن مصرفی نسبت به Conventional  کمتر شده و هوایی در داخل راکتور محبوس نمی گردد. در این روش قیر داخل استوانه درونی راکتور بر اثر هوازنی با حرکت بالا رونده به سطح بالایی استوانه رسیده و مجدداً از بدنه بیرونی این استوانه به طرف پایین راکتور سرریز شده و یک اختلاط داخلی کامل به وجود می آید.

در فرآیند Biturox با کنترل درجه حرارت برج اکسیداسیون و گرفتن گرمای اضافی واکنش از تشکیل کک در داخل راکتور جلوگیری می شود.

متغییر های فرآیند :

دو متغییر تاثیر گذار بر روی قیر دمیده ، ترکیب خوراک و طول زمان هوادهی می باشد. سایر متغییر ها شامل درجه حرارت ، شدت هوادهی و ارتفاع قیر است. کاهش مدت زمان اقامت قیر در برج ، در دما و زمان هوادهی ثابت عموماً به صرفه می باشد. معمولاً فرایند در فشار اتمسفر انجام می گیرد. طراحی برج و روش عملیات نیز بدلیل آنکه در میزان روغن از دست رفته موثر می باشد باعث تاثیر در خواص محصول می شود.

الف) خوراک :

مشخصات خوراک و محصول مورد نظر از طریق آزمایش های خوراک ، تعیین نیاز بازار و مشخصات قیر لازم برای مخلوط کردن با قیر نرم در واحد های ایزولاسیون یا آسفالت و … تعیین می گردد. خوراک بیشتر واحدهای هوادهی در ایران قیر ۶۰/۷۰ پالایشگاه می باشد.

ب) دما :

پس از تعیین مشخصات خوراک و محصول ، دمای هوادهی مشخص می شود. دما در موارد زیر تاثیر بسزایی دارد :

۱)    نوع و سرعت واکنش شیمیایی که باعث تغییر در کیفیت محصول می شود

۲)    کندروانی قیر که عامل تعیین کننده ای در میزان مصرف اکسیژن است.

کیفیت قیر دمیده با کاهش دما بهبود می یابد. قیر های دمیده شده در دماهای بالا دارای مقدار شاخص نفوذ کمتری است. در هنگام تعیین دمای فرآیند ، باید ملاحظات مربوط به حداکثر مقدار مجاز اکسیژن موجود در گازهای خروجی و رابطه بین هزینه های تولید با کیفیت محصول را در نظر گرفت.

ج) ابعاد ظروف هوادهی :

شدت دمای هوادهی و ارتفاع مایع را با توجه به ابعاد و ظرفیت ظروف هوادهی تعیین می کنند. برج های پیشرفته عموماٌ دارای ارتفاع ۶ متر می باشند. البته برج هایی با ارتفاع ۷/۵ تا ۱۱ متر هم ساخته شده که نتایج خوبی در برداشته است.

د) ارتفاع مایع :

ارتفاع کم قیر همراه با غلظت بالای اکسیژن باعث انفجار می گردد ارتفاع بالا نیز ممکن است منجر به سرریز قیر به درون سیستم خروج گاز و یا خروج از طریق ابزار آزادساز فشار گردد. خواندن دما با انواع وسایل و در ارتفاع های مختلف می تواند ایجاد اشکال در ارتفاع قیر ویا وجود بیش از حد کف را نمایان سازد. تفاوت دمای معمول بین سطح بالایی قیر و بخار های قسمت خروجی بین ۲۵ الی ۳۵ درجه سانتی گراد است.

مشکلات عملیات

۱)    به وجود آمدن کک :

دمای زیاد لوله های آتش خوار و همچنین سرد شدن بخارات خروجی در بالای برج منجر به تولید کک می شود که این تکه ها می تواند وارد پمپ شده و به آن آسیب برساند. برای جلوگیری از این امر بهتر است از تورهای کک گیری در سر راه خروج قیر از برج استفاده شود.

۲)    سرد شدن خط لوله و مسدود شدن آن :

در عملیات منقطع که بین دو بارگیری فاصله زمانی وجود دارد این موضوع باعث مسدود شدن خط لوله می گردد. برای رفع این مشکل نصب یک خط لوله کوچک حاوی روغن داغ یا بخار در مجاورت لوله ها پیشنهاد می گردد زیرا استفاده از آتش با چوب و گازوییل ویا مشعل برای گرم کدن لوله ها علاوه بر تخریب لوله و شیرآلات باعث آلودگی محیط زیست می گردد.

۳)    بازگشت نهایی :

اگر محصول به مقدار زیاد دمیده شده باشد و پس از عملیات هوادهی بلافاصله سرد نشود فرآیند دپلیمریزاسیون و یا کراکینگ حرارتی رخ می دهد که بازگشت نهایی می گویند. بر اثر این اتفاق قیر نرم شده و نفوذپذیری آن افزایش می یابد. بازگشت نهایی یک مشکل معمول در واحدهای منقطع می باشد که با سرد کردن ناگهانی محصول (درحدود ۲۰ درجه سانتی گراد) کنترل می شود.

۴)    انفجار گازها و بخارات :

برای جلوگیری از این مشکل باید شدت هوادهی و ارتفاع قیر درون برج کنترل شود. در برج های بزرگ برای جلوگیری از ایجاد خسارت در اثر انفجار و افزایش ناگهانی فشار ، یک دیسک راپچر در بالای برج تعبیه می گردد. روش دیگر بازگرداندن بخارات به درون دمنده می باشد. سیستم دیگر شامل عبور دادن بخارات خروجی به درون یک کندانسور افقی و طویل هوا و سپس ارسال به دودکش است. این کار باعث گیر افتادن روغن های همراه و رقیق شدن بهتر مواد تبخیری می شود.

روش تولید قیر با گرید ۶۰/۷۰  :

Vacuum Bottom یا خوراک واحد پس از ارسال از دستگاه تقطیر با حرارت حدود ۳۷۰ – ۴۰۰ درجه فارنهایت به سمت واحد آسفالت یا قیر سازی رفته و از قسمت بالای برج به داخل آن می ریزد.

Air line   دومین لوله ورودی به برج می باشد که از بالای برج وارد شده و تا انتهای برج امتداد دارد. این   لوله در کف برج به رینگ های سوراخ سوراخ متصل می باشد. وجود این رینگ ها باعث می شود که هوا به  طور یکسان و همواره با قیر در تماس باشد. قطرات احتمالی آب موجود در هوا بوسیله دستگاه مخصوص گرفته شده و هوای کاملاً خشک وارد برج ها می شود. هوا پس از ورود به رینگ های برج و خروج از لابلای Vacuum Bottom  باعث اکسیداسیون و احیا شده که این عمل باعث بالا رفتن درجه حرارت داخل برج و در نتیجه موجب جدا کردن مولکول های سبک موجود در خوراک می شود. محتویات باقیمانده ماده سنگینی است که قیر ۶۰/۷۰ نامیده می شود که پس از خروج از برج بوسیله پمپ وارد کولر های واحد می گردد. قیر موجود در Tube  های کولر پس از سرد شدن تا دمای ۳۵۰ درجه فارنهایت از کولر خارج و سه قسمت می شود. یک قسمت آن به طرف مخازن قیر ۶۰/۷۰ رفته ، قسمت دیگر که Cold Recycle  نام دارد مجدداً با خوراک دستگاه مخلوط و به برج برگردانده می شود. قسمت سوم قیری است که به سمت سکوهای بارگیری تانکر می رود.

.

.

    عوامل موثر در تولید قیر :

۱)    با افزایش مقدار هوای تزریقی و درجه حرارت سر عت واکنش افزایش می یابد

۲)    افزایش مدت زمان توقف قیر در داخل برج باعث افزاشی Soft  یا نرمی قیر می شود.

۳)    شروع واکنش در ۴۲۰ درجه فارنهایت بوده و در ۵۵۰ درجه فارنهایت به سرعت ازدیاد می یابد. انجام واکنش در ۴۰۰ درجه فارنهایت و پایین تر به کندی صورت می گیرد.

۴)    با ثابت بودن نسبت تغییرات درجه حرارت ، افزایش نسبت هوادهی باعث افزایش درجه حرارت می شود و برعکس.

۵)    واکنش حرارتی بوسیله Cold Recycle  قابل کنترل است.

۶)    اگر ارتفاع سطح مایع کم باشد کم کردن مدت زمان توقف توصیه نمی شود زیرا در اثر تماس مایع داغ و هوای اضافی خارج شده از لابلای مولکول های مایع منجر به آتش سوزی می شود.

۷)    هر چه اختلاف درجه حرارت(Point 1) با درجه حرارت (Base) بیش تر باشد واکنش اکسیداسیون و احیا بهتر انجام می شود.

۸)    برای جلوگیری از آتش سوزی در بالای برج Snuffing Steam  به برج تزریق می شود.

۹)    لوله آب متصل به برج که برای شستشوی آن در زمان تعمیرات اساسی به کار می رود در زمان فعال بودن برج بایستی Blank  گردد.

۱۰)           در قسمت بالای برج علاوه بر Vapor Line  لوله ۱۶ اینچی دیگری هم وجود دارد که در زیر آن Rupture Disc  یا شیر ایمنی برج قرار دارد.عملکرد این شیر به گونه ای است که اگر فشار به ۱۵ پوند برسد این Disc  با صدای زیاد پاره شده و موجب تخلیه محتویات برج به داخل حوضچه می شود. در صورت بروز این اتفاق باید دستگاه را بست و Disc  را مجدداً تعویض نمود.

      مشخصات بعضی از دستگاه های موجود در واحد قیرسازی :

۱)    کولرها

این دستگاه شامل دو قسمت Tube  و Shell است. قیر وارد لوله های کولر که همان Tube  است شده و پس از تبادل با ماده اطراف این لوله که Boiler Feed Water  (آب خنک متشکل از آب و بخار با فشارزیاد) نام دارد وارد Shell  می شود. بدین ترتیب حرارت قیر که حدود ۵۰۰ درجه فارنهایت است گرفته شده و به حدود ۳۵۰ درجه فارنهایت می رسد.

۲)    کوره سوزاننده مواد زائد(Incinerator 1001)

جهت سبک کردن گازهای سنگین و خطرناک جدا شده از قیر و صعود آن به اتمسفر از این کوره استفاده می شود.

طرز کار :

گازها پس از عبور از شیر برقی سولفوئید وارد مشعل کوره می شود. در صورت خاموش شدن شعله چشم الکترونیکی موجود در دستگاه به FIC  فرمان می دهد تا شیر ورودی گاز بسته شده و تنها Vent  آن به طرف اتمسفر باز شده تا گاز در داخل کوره جمع نشده و باعث انفجار نگردد. برای اطمینان از عاری بودن کوره از گاز عمل Purging  یا پاک سازی بوسیله بخار ۶۰ پوندی انجام می شود.

۳)    سیستم های فرعی واحد :

Flushing Oil : این ماده تحت فشار از واحد تقطیر به این واحد فرستاده شده و در زمان بستن دستگاه جهت شستشوی تمام لوله هایی که بوسیله Steam Jacket  و Steam  گرم می شود بکار می رود.