آزمایش های قیر امولسیونی

نفت خامی که  از طریق خط لوله وارد پالایشگاه میشود، درمرحله اول وارد برج تقطیر اتمسفری می شود و بعد از جداسازی برش های سبک مانند گاز و بنزین و ...، ته ماند برج تقطیر باقی میماند؛ این ته ماند در مرحله دوم وارد برج تقطیر در خلاء می شود و پس از جداسازی برش های سبک شامل گازوییل سبک و سنگین و نفت کوره، ته ماند برج باقی میماند که این ته ماند به عنوان وکیوم باتوم شناخته میشود.

این ماده در مرحله سوم میتوان وارد برج اکسیداسیون شده و با اعمال فرآیند هوادهی اجزاء فرار همراه با هوای داغ از ترکیب ماده خارج شده و قیر خالص بدست می آید.

امروزه کاربردهای بسیاری برای قیر شناخته شده است که از جمله آنها میتوان به صنایع راهسازی و ساختمان سازی اشاره کرد در حال حاضر بیش از 80درصد قیر تولیدی حاصل از پالایش نفت خام در راهسازی استفاده میشود.

قیر ماده ای هیدروکربنی است و بیشتر وزن مولکولی آن از عناصر کربن و هیدروژن تشکیل میشود در ساختار قیر عناصر دیگری نیز وجود دارد که از جمله آنها میتوان به اتم های گوگرد و اکسیژن و نیتروژن اشاره کرد که این عناصر در ساختار قیر جایگزین اتم های کربن میشوند. نوع عناصر مختلف موجود در قیر بستگی به نفت خام منشاء دارد و اتم های گوگرد نسبت به سایر اتم ها مانند هیدروژن و کربن زودتر و راحت تر با اکسیژن ترکیب می شوند و باعث ایجاد فرآیند اکسیداسیون در قیر میشوند.

قیرهای محلول از ترکیب دو جزء یعنی قیر خالص و حلال نفتی تولید میشوند. قیرهای محلول براساس نوع حلال نفتی مورد استفاده در تولید آنها به سه دسته کلی تقسیم بندی میشوند:

 

در تولید این نوع قیر محلول از حلال های سبک نفتی مانند بنزین استفاده میشود. بنابراین دارای بخارهای آتش گیر میباشند. لذا در فرآیند تولید و بارگیری و نگهداری آنها در انبار باید دقت و مراقبت بالایی انجام گیرد. 

 

این نوع قیر محلول با استفاده از هیدروکربن های سنگین نفتی و برش های سبک تر نفتی حاصل می شوند و نقطه جوش برش استحصال درمحدوده مشخصی قرار دارد و درجه اشتعال پذیری کمتری نسبت به قیرهای Rc دارند، قیر محلول Mc250 که از نوع کندگیر است کاربرد گسترده ای در صنعت راهسازی در ایران دارد.

در تولید این نوع قیر محلول از حلال های نفتی سنگین و با نقطه جوش مشابه با برش گازوئیل و یا نفت کوره استفاده میشود و خطر آتش گیری این نوع قیر محلول به مراتب کمتر از MC و RC میباشد.

این نوع قیر از ترکیب قیر خالص و آب و ماده امولسیون ساز در شرایط ویژه ای تولید میشود، قیرهای امولسیونی شامل دو دسته کاتیونی و آنیونی میباشد. در نوع آنیونی از نمک های اسید چرب با فرمول R-Cook یا R-CooNq استفاده میشود. R زنجیره اسید چرب پایه میباشد و گروه CooNq قسمت چربی گرای ترکیب است وقتی که این ترکیب در فاز آبی حل میشود یون های Nq یا K جذب آب شده و یون های R-oo بصورت آنیون جذب مولکول های قیر میشوند.

در امولسیون های کاتیونی از مولکول های قطبی با فرمول RNH3+Cl- استفاده میشود در اینجا R زنجیره هیدروکربنی و فعال کننده سطحی است و گروه NH3+Cl جزء آب گرا است با حل شدن در فاز آبی کاتیون های RNH3+ و Cl تولید میشوند و وقتی امولسیون تولید میشود کاتیون NH3 توسط مولکول های قیر جذب شده و آنیون های Cl در آب باقی میمانند.

قیرهای امولسیونی برخلاف قیرهای محلول خطر آتشگیری ندارند زیرا حدود نیمی از ساختار قیر امولسیون را فاز آبی تشکیل میدهد، بارگیری و نگهداری قیر امولسیون نیز خطرات بسیار کمتری دارد البته در مورد قیر امولسیون به دلیل وجود آب در ساختار قیر در زمان نگهداری باید از یخ زدن آن جلوگیری شود زیرا در صورت بروز یخ زدگی قیر امولسیون شکسته شده (فاز آبی و قیر جدا میشوند) و قیر امولسیون دیگر قابل استفاده نیست.

در این آزمایش مقدار 1000 گرم قیر امولسیون از الک شماره 20 (850 میکرون) عبور داده شده و درصد مواد باقی مانده روی الک تعیین میشود. این آزمایش درجه مقاومت امولسیون در زمان نگهداری بلند مدت در انبار را نشان میدهد، افزودن مقدار کمی کلسیم کلراید به امولسیون در زمان تولید امولسیون باعث ایجاد ذرات ریز ترامواسیون میشود که پایداری امولسیون در برابر لخته شدن را بالا میبرد.

کندروانی قیرهای امولسیونی کاتیونیک با آزمایش ویسکوزیته سیبولت فیورل اندازه گیری میشود، در این روش مقدار مشخصی از قیر امولسیون در درجه حرارت آزمایش از روزنه استانداردی عبور کرده و حجم مشخص ویسکومتر (60 ml) را پر میکند این زمان پر شدن ویسکومتر را به عنوان ویسکوزیته امولسیون با واحد ثانیه اندازه گیری میشود.

کندروانی امولسیون های آنیونیک به وسیله ویسکوزیته سنج انگلر اندازه گیری می شود که در این روش نسبت جریان عبوری امولسیون از سوراخ استانداردی با نسبت عبور آب در همان شرایط سنجیده میشود در مورد امولسیون ها ویسکوزیته خود امولسیون مورد نظر است نه ویسکوزیته قیر موجود در امولسیون.

در این آزمایش مقدار 200 گرم قیر امولسیون را در دمای آزمایش وزن کرده و داخل سیلندر آلومینیومی میریزیم سپس ست تقطیر را بسته و آزمایش را شروع میکنیم بعد از اینکه دماسنج قرار گرفته روی سیلندر دمای 215 C° را نشان داد شعله حلقه ای را در کف سیلندر قرار داده و اجازه میدهیم دما به 260 C° برسد و اجازه میدهیم این دما 260 C° مدت 15 دقیقه ثابت باشد در نهایت ست تقطیر را باز کرده و با وزن کردن سیلندر و با کم کردن وزن نهایی سیلندر از وزن اولیه و محاسبات درصد قیر امولسیون بدست می آید.

در این آزمایش مقدار 500ml قیر امولسیون را در دمای آزمایش داخل سیلندر مخصوص میریزیم و اجازه میدهیم قیر داخل سیلندر مدت زمان 24 ساعت قرار داشته باشد پس از طی این زمان دو عدد بشر 1000 ml به همراه دو عدد همزن شیشه ای وکمی فویل آلومینیوم برای درپوش بشرها آماده میکنیم. ابتدا مقدار 50 گرم قیر امولسیون را از قسمت بالای سیلندر داخل بشر اول میریزیم و سپس اجازه میدهیم باقیمانده قیر امولسیون داخل سیلندر به روش سیفون کردن خارج شود تا به قسمت روزنه انتهایی سیلندر برسد، سپس مقدار باقیمانده قیر را داخل بشر دوم ریخته و هر دو بشر را وزن میکنیم و داخل آنها همزن قرار داده و داخل آون قرار میدهیم تا به دمای 165 C° برسد و اجازه میدهیم مدت 3 ساعت در این دما بمانند. پس از طی این مدت اجازه میدهیم بشرها سرد شده و دوباره آنها را وزن میکنیم و با محاسبات مربوطه درصد قیر بدست میاید.

در این آزمایش قیر باقیمانده از آزمایش تقطیر را داخل کاپ نفوذ ریخته و اجازه میدهیم مدت یکساعت و نیم دردمای محیط آزمایشگاه  و پس از آن مدت یکساعت و نیم در داخل حمام آب C° 25 بماند، پس از طی این مدت زمان، کاپ نفوذ را زیر دستگاه نفوذ قرار داده و میزان نفوذپذری قیر را اندازه گیری میکنیم.

در این آزمایش مقداری از قیر باقیمانده از آزمایش تقطیر را داخل قالب کشش میریزیم و اجازه میدهیم مدت زمان یکساعت و نیم در دمای محیط آزمایشگاه و سپس مدت زمان یکساعت و نیم در داخل حمام آب دستگاه کشش (دمای 25 C°) قرار میدهیم و پس از طی این مدت زمان قالب کشش را روی گیره دستگاه قرار داده و میزان کشش قیر را اندازه گیری میکنیم.