قیر یکی از مهم‌ترین فرآورده‌های مورد استفاده در صنعت راه‌سازی، عایق‌کاری و بسیاری از کاربردهای عمرانی و صنعتی است. برای شناخت بهتر قیر و نحوه تولید آن، ابتدا باید با فرآیند پالایش نفت خام و جداسازی مشتقات نفتی آشنا شد.

نفت خام ماده‌ای ساده و یکنواخت نیست؛ بلکه مخلوط پیچیده‌ای از هزاران نوع ترکیب شیمیایی شامل هیدروکربن‌های پارافینی، نفتنی و آروماتیک و همچنین مقادیر متفاوتی از ترکیبات گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و فلزات است. به همین دلیل، نفت خام برای تبدیل شدن به محصولات قابل استفاده باید در پالایشگاه تحت فرآیندهای مختلف جداسازی و فرآوری قرار گیرد.

یکی از محصولات مهم حاصل از این فرآیندها، پسماند خلأ یا Vacuum Bottom (VB) است که می‌تواند به‌عنوان یکی از مواد اولیه مهم برای تولید قیر مورد استفاده قرار گیرد.

نفت خام چگونه در پالایشگاه تفکیک می‌شود؟

نفت خام پس از ورود به پالایشگاه، بر اساس تفاوت در ویژگی‌هایی مانند نقطه جوش و رفتار فیزیکی، در فرآیندهای پالایشی مختلف تفکیک می‌شود.

به‌طور کلی، محصولات حاصل از پالایش نفت را می‌توان در سه گروه اصلی دسته‌بندی کرد:

۱. فرآورده‌های نهایی

این گروه شامل محصولاتی مانند:

• بنزین

• نفت سفید

• نفت گاز

است که عمدتاً به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بخش قابل‌توجهی از این فرآورده‌ها پس از مصرف در موتور، نیروگاه یا سایر تجهیزات احتراق، به گازهای حاصل از سوختن تبدیل می‌شوند.

۲. میان‌فرآورده‌ها

گروه دوم شامل برش‌هایی است که می‌توانند به‌عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات دیگر مورد استفاده قرار گیرند.

از جمله این مواد می‌توان به برش لوب‌کات (Lube Cut) و پسماند خلأ (Vacuum Bottom) اشاره کرد.

لوب‌کات یکی از مواد اولیه مهم در فرآیند تولید روغن‌های روانکار است، در حالی که پسماند خلأ می‌تواند به‌عنوان خوراک تولید قیر مورد استفاده قرار گیرد.

۳. فرآورده‌های جانبی و خوراک پتروشیمی

گروه دیگری از محصولات پالایشگاهی به‌عنوان خوراک واحدهای پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند و پس از فرآوری بیشتر، به مواد و محصولات شیمیایی مختلف تبدیل می‌شوند.

بنابراین، پالایش نفت خام تنها به تولید سوخت محدود نمی‌شود و طیف گسترده‌ای از مواد اولیه مورد نیاز صنایع مختلف از این فرآیند به دست می‌آید.

پسماند خلأ (Vacuum Bottom) چیست؟

در فرآیند پالایش نفت، بخشی از ترکیبات سنگین نفت خام پس از جداسازی برش‌های سبک‌تر باقی می‌مانند. این بخش سنگین که در واحد تقطیر در خلأ تولید می‌شود، پسماند خلأ یا Vacuum Bottom (VB) نام دارد.

پسماند خلأ یکی از مواد اولیه مهم برای تولید قیر است.

این ماده حاوی ترکیبات هیدروکربنی سنگین است و با توجه به نوع نفت خام و فرآیند پالایش می‌تواند ویژگی‌های متفاوتی داشته باشد.

کیفیت و خصوصیات خوراک اولیه، تأثیر مستقیمی بر ویژگی‌های قیر تولیدشده دارد. به همین دلیل، انتخاب نفت خام مناسب و کنترل فرآیند پالایش از عوامل مهم در تولید قیر با کیفیت پایدار محسوب می‌شود.

تبدیل پسماند خلأ به قیر

پسماند خلأ می‌تواند پس از فرآوری و کنترل مشخصات، برای تولید انواع مختلف قیر مورد استفاده قرار گیرد.

در یک مسیر کلی، فرآیند را می‌توان به شکل زیر نمایش داد:

نفت خام → پالایش نفت → تقطیر اتمسفری و خلأ → پسماند خلأ (VB) → فرآوری و کنترل کیفیت → قیر

البته فرآیند واقعی تولید قیر بسته به نوع خوراک، فناوری پالایشگاه و مشخصات محصول نهایی می‌تواند پیچیده‌تر باشد.

در برخی فرآیندها نیز پسماند خلأ با استفاده از عملیات خاصی مانند دمش هوا (Air Blowing) به قیر اکسیده یا دمیده تبدیل می‌شود.

آیا پسماند خلأ همیشه به قیر تبدیل می‌شود؟

خیر.

پسماند خلأ می‌تواند بسته به شرایط اقتصادی، نوع پالایشگاه و کاربرد مورد نظر به مسیرهای مختلفی هدایت شود.

برای مثال، با افزودن و اختلاط مواد سبک‌تر می‌توان برخی خوراک‌های سنگین را برای تولید فرآورده‌های سوختی مانند نفت کوره آماده کرد.

در این حالت، محصول نهایی در فرآیند احتراق مصرف می‌شود.

در مقابل، زمانی که پسماند خلأ به قیر تبدیل شود، این ماده در کاربردهایی مانند راه‌سازی، تولید آسفالت، عایق‌کاری و آب‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد و هیدروکربن‌های سنگین موجود در آن در محصول باقی می‌مانند.

این موضوع نشان می‌دهد که انتخاب مسیر فرآوری خوراک‌های سنگین نفتی می‌تواند بر نوع کاربرد نهایی ماده و ارزش افزوده ایجادشده تأثیرگذار باشد.

ساختار شیمیایی قیر

قیر از نظر شیمیایی ماده‌ای بسیار پیچیده است و برخلاف بسیاری از مواد صنعتی، نمی‌توان آن را با یک فرمول شیمیایی ساده توصیف کرد.

ترکیب قیر به‌شدت به منبع نفت خام اولیه، فرآیند پالایش و روش تولید وابسته است.

قیر حاوی طیف گسترده‌ای از هیدروکربن‌های اشباع و غیراشباع، ترکیبات حلقوی و غیرحلقوی و ترکیبات قطبی و غیرقطبی است.

برخی از این ترکیبات دارای گروه‌های عاملی مختلف مانند گروه‌های هیدروکسیل و کربوکسیل هستند.

همچنین مقادیر کمی از عناصر و ترکیبات فلزی مانند:

• وانادیم

• نیکل

• آهن

• منیزیم

• کلسیم

ممکن است در قیر وجود داشته باشد.

مقدار و نوع این عناصر به منبع نفت خام و فرآیندهای پالایشی وابسته است.

ترکیب عنصری قیر

بررسی ترکیب عنصری قیرهای حاصل از منابع مختلف نفتی نشان می‌دهد که بخش عمده ساختار قیر را کربن و هیدروژن تشکیل می‌دهند.

به‌طور معمول، حدود ۸۲ تا ۸۸ درصد قیر را کربن و حدود ۸ تا ۱۱ درصد آن را هیدروژن تشکیل می‌دهد. مقادیر کمتری از گوگرد، اکسیژن و نیتروژن نیز در ترکیب قیر وجود دارد.

محدوده‌های تقریبی برخی عناصر تشکیل‌دهنده قیر در جدول زیر آورده شده است:

این اعداد محدوده‌های کلی هستند و ترکیب واقعی قیر می‌تواند بر اساس منبع نفت خام، نوع خوراک و فرآیند تولید متفاوت باشد.

قیر؛ همگن از نظر فیزیکی و پیچیده از نظر شیمیایی

قیر در شرایط معمول از نظر ظاهری و فیزیکی یک ماده نسبتاً همگن به نظر می‌رسد، اما از نظر شیمیایی، مخلوط بسیار پیچیده‌ای از ترکیبات مختلف است.

به همین دلیل، بررسی قیر تنها با یک ویژگی یا یک آزمایش امکان‌پذیر نیست.

خواص نهایی قیر نتیجه برهم‌کنش تعداد زیادی از ترکیبات مختلف است و عواملی مانند ساختار مولکولی، نسبت اجزای مختلف، دما و فرآیند پیرشدگی می‌توانند رفتار آن را تحت تأثیر قرار دهند.

برای آشنایی بیشتر با این موضوع می‌توانید مقاله ساختار قیر چیست؟ بررسی ترکیبات شیمیایی و اجزای اصلی تشکیل‌دهنده قیر را نیز مطالعه کنید.

اجزای اصلی تشکیل‌دهنده قیر

برای بررسی ترکیبات قیر، یکی از روش‌های رایج، تقسیم اجزای آن به چهار گروه اصلی است:

1. آسفالتن‌ها

2. رزین‌ها

3. ترکیبات آروماتیک

4. ترکیبات اشباع

سه گروه اخیر در مجموع در خانواده مالتن‌ها قرار می‌گیرند.

این دسته‌بندی یک مدل عملی برای بررسی ساختار قیر است و مرز بین گروه‌ها در همه روش‌های آزمایشگاهی کاملاً ثابت نیست.

آسفالتن‌ها

آسفالتن‌ها معمولاً سنگین‌ترین و قطبی‌ترین بخش قیر محسوب می‌شوند.

این ترکیبات نقش مهمی در ساختار و رفتار کلی قیر دارند و می‌توانند بر ویژگی‌هایی مانند سختی، ویسکوزیته و رفتار حرارتی اثرگذار باشند.

به‌طور ساده می‌توان گفت آسفالتن‌ها بخش مهمی از اسکلت ساختاری قیر را تشکیل می‌دهند.

رزین‌ها

رزین‌ها از ترکیبات مهم قیر هستند و در ایجاد تعادل بین آسفالتن‌ها و سایر اجزای قیر نقش دارند.

این گروه می‌تواند بر ویژگی‌هایی مانند چسبندگی و شکل‌پذیری قیر تأثیر بگذارد.

نسبت رزین‌ها و آسفالتن‌ها یکی از عوامل مؤثر بر رفتار و ساختار کلی قیر است.

ترکیبات آروماتیک

ترکیبات آروماتیک بخش مهمی از فاز مالتن‌ها را تشکیل می‌دهند و معمولاً در ایجاد محیطی برای پراکندگی آسفالتن‌ها نقش دارند.

این ترکیبات می‌توانند بر ویژگی‌هایی مانند روانی و رفتار ویسکوالاستیک قیر تأثیر بگذارند.

ترکیبات اشباع

ترکیبات اشباع شامل هیدروکربن‌هایی هستند که ساختارهای اشباع دارند.

این ترکیبات نیز بخشی از مالتن‌ها را تشکیل می‌دهند و در تعیین ویژگی‌های فیزیکی و رفتاری قیر نقش دارند.

نسبت آسفالتن‌ها و مالتن‌ها چه اهمیتی دارد؟

خواص قیر تنها به مقدار هر یک از اجزای آن وابسته نیست، بلکه نسبت و برهم‌کنش بین آسفالتن‌ها، رزین‌ها، آروماتیک‌ها و ترکیبات اشباع نیز اهمیت زیادی دارد.

به همین دلیل، دو قیر که از نظر درصد برخی عناصر شیمیایی مشابه هستند، ممکن است به دلیل تفاوت در ساختار و توزیع اجزای داخلی، رفتار متفاوتی داشته باشند.

این موضوع یکی از دلایلی است که باعث می‌شود شناخت منبع نفت خام و فرآیند تولید برای پیش‌بینی خواص قیر اهمیت داشته باشد.

تأثیر منبع نفت خام بر کیفیت قیر

نوع نفت خام اولیه یکی از عوامل مهم در تعیین ویژگی‌های قیر نهایی است.

نفت‌های خام مختلف از نظر میزان ترکیبات سبک و سنگین، گوگرد، آسفالتن‌ها، رزین‌ها و سایر ترکیبات تفاوت دارند.

در نتیجه، قیری که از یک منبع نفتی تولید می‌شود ممکن است از نظر ویژگی‌هایی مانند:

• نفوذپذیری

• ویسکوزیته

• نقطه نرمی

• شکل‌پذیری

• چسبندگی

• حساسیت دمایی

با قیری که از منبع دیگری تولید شده است، تفاوت داشته باشد.

به همین دلیل، کنترل کیفیت خوراک و فرآیند تولید در کنار آزمایش محصول نهایی اهمیت بسیار زیادی دارد.

رابطه پالایش نفت با کیفیت قیر

فرآیند پالایش نفت را می‌توان یکی از مراحل اساسی زنجیره تولید قیر دانست.

از انتخاب نفت خام و نحوه جداسازی برش‌های مختلف گرفته تا فرآوری پسماندهای سنگین، همه مراحل می‌توانند بر ویژگی‌های محصول نهایی اثر بگذارند.

بنابراین، کیفیت قیر تنها به مرحله نهایی تولید وابسته نیست؛ بلکه از خوراک اولیه تا فرآیند پالایش و کنترل کیفیت محصول تحت تأثیر عوامل مختلف قرار دارد.

جمع‌بندی

نفت خام مخلوط پیچیده‌ای از هزاران ترکیب هیدروکربنی و مقادیر مختلفی از ترکیبات گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و فلزات است. در پالایشگاه، این مواد از طریق فرآیندهای مختلف تفکیک و فرآوری می‌شوند و محصولات متنوعی از جمله سوخت‌ها، روغن‌های پایه، خوراک‌های پتروشیمی و مواد اولیه تولید قیر به دست می‌آید.

پسماند خلأ (Vacuum Bottom) یکی از مهم‌ترین مواد اولیه مورد استفاده در تولید قیر است و ویژگی‌های آن به نوع نفت خام و فرآیند پالایش وابسته است.

از سوی دیگر، قیر خود یک ماده شیمیایی بسیار پیچیده است که از گروه‌های مختلفی مانند آسفالتن‌ها، رزین‌ها، آروماتیک‌ها و ترکیبات اشباع تشکیل شده است. نسبت و برهم‌کنش این اجزا نقش مهمی در خواص فیزیکی و عملکردی قیر دارند.

در نتیجه، برای تولید قیر با کیفیت و مشخصات پایدار، شناخت دقیق خوراک اولیه، کنترل فرآیند پالایش و تولید و انجام آزمایش‌های کنترل کیفیت ضروری است.

مطالعه بیشتر

اگر این مقاله برای شما مفید بود، شاید مقالات زیر را هم بپسندید:

• قیر چیست؟ آشنایی با ساختار، ویژگی‌ها و کاربردهای این ماده ارزشمند

• ساختار قیر چیست؟ بررسی ترکیبات شیمیایی و اجزای اصلی تشکیل‌دهنده قیر

• خواص قیر چیست؟ بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی قیر در صنعت راه‌سازی

• قیر چگونه تولید می‌شود؟ راهنمای جامع فرآیند تولید قیر از نفت خام تا محصول نهایی

• انواع قیر؛ آشنایی کامل با انواع Bitumen و کاربرد هر یک در صنعت راه‌سازی

• قیر اکسیده چیست؟ معرفی قیر دمیده، ویژگی‌ها، انواع و کاربردها