مقدمه:
قیر ماده ای است به رنگ سیاه که از شمار زیادی هیدروکربن ساخته شده است و از عهد باستان در ایران می شناختند و واژه آن ممکن است ایلامی یا بابلی باشد.

قیر در دمای محیط، جامد و یا نیمه جامد است اما با افزایش دما، به ترتیب از سختی به سفتی، خمیری، شلی و آبکی تغییر شکل داده و پس از حذف حرارت دوباره به حالت اولیه خود برمی گردد. در ساخت آسفالت، قیر مانند لایه نازکی اطراف دانه ها را فرا گرفته و بدون گسیختن آنها را بهم می چسباند و در مقابل نیروهای وارده به خوبی مقاومت می نماید و نیروهای کششی و فشاری را تحمل نموده و گسیخته نمی شود تا مصالح آسفالتی به یک جسم یکپارچه تبدیل شوند.

۱-۱ قیرهای نفتی:

قیر، سنگین ترین برش نفت خام و یكی از پیچیده ­ترین اجزای آن و به رنگ تیره و به اشكال جامد، نیمه جامد یا مایع با گرانروی بالا می­باشد. عمده اجزای سازنده قیر از تركیبات هیدوركربونی با وزن مولكولی بالا تشكیل شده كه شامل دو بخش کلی مالتن ها و آسفالتین­ ها است. این ماده از نظر شیمیایی دارای تركیبی بسیار پیچیده است و دارای خواص فیزیكی از جمله چسبندگی و عایق رطوبتی بوده و در دی‌سولفید كربن حل می­شود.مقدار قیر بدست آمده از نفت خام به پایه نفتی، شرایط تقطیر و منبع نفت مورد استخراج بستگی دارد.

۱- ۲نحوه تولید قیرهای نفتی:

نفت خامی كه توسط لوله­های قطور و از مراكز استخراج به پالایشگاه منتقل می­گردد، پس از تصفیه و انجام مراحل مختلف عملیاتی تبدیل به فرآورده های گوناگونی می­شود كه قیر نیز از جمله این فرآورده­ ها می­باشد. قیر در فرآیند تقطیر در برج خلاء به دست می ­آید كه ته مانده برج تقطیر در خلاء (V.B) نام داشته و تحت تاثیر دو متغیر تقطیر و نفت خام قرار دارد. این ته‌مانده، به عنوان مواد اولیه قیرهای با گریدهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد كه در برخی موارد به­ طور مستقیم با مشخصات قیرهای راهسازی مطابقت دارد ولی در عمده موارد، موجب تولید قیری می­گردد كه بسیار نرم بوده و برای تهیه قیرهای مناسب راهسازی و بام ساختمان‌ها، نیازمند بالا بردن نقطه نرمی از طریق هوادهی می­باشد.درفرایند هوادهی كه اكسیداسیون نیز خوانده می­شود،مجموعه‌ای از فعل وانفعالات پیچیده شیمیایی، نظیرهیدوروژن‌زدایی، پلیمریزاسیون و كندانسیون صورت می­پذیرد كه با بالابردن نسبت كربن به هیدورژن، قیر رقیق را به تدریج سفت­تر ساخته و امكان ساخت قیرهایی با گریدهای مختلف را می­دهد و به دو روش کلی تولید می شود.

۱-۲-۱روشهای تولید قیرهای نفتی:

الف) فرایند ناپیوسته (Batch Process)

در فرآیند ناپیوسته ، برج هوادهی با حجم معین از خوراک پر شده و پس از دمیدن هوا با شرایط از پیش تعیین شده(دمای واکنش، زمان، مقدار خوراک) و رسیدن محصول به مشخصات مورد نظر، برج اکسیداسیون تخلیه گردیده و محصول در مخازن مورد نظر ذخیره می گردد مزیت این روش تولید بهتر محصولات با گریدهای مختلف علیرغم هزینه بالا نسبت به فرایند تولید پیوسته می باشد.

 ب)فرآیند پیوسته (ContinuesProcess)  در فرآیند پیوسته ،خوراک با دبی معین، قابل کنترل و دمای از پیش تعیین شده به صورت پیوسته وارد برج هوادهی شده و پس از انجام عملیات هوادهی در شرایط ثابت عملیاتی، به صورت پیوسته از برج هوادهی خارج می شود. این روش تهیه قیر بعلت راحتی فرایند تولید در اغلب پالایشگاهها مورد استفاده قرار می گیرددر شکل یک بصورت شیماتیک نقشه یک کارخانه قیر نشان داده شده است.

بخشهای  اصلی واحد تولید قیر عبارتند از:

• مخزن پیش گرم کننده(Pre Heater)
• دمنده هوا یا کمپرسور(Blower or Compressor)
• برج هوادهی(Oxidizer Tower)

• سیستم جمع آوری و سوزاندن بخارات حاصله

• مخازن ذخیره محصولات و مواد اولیه

• بخش گرم کننده مخازن و لوله ها(دیگ بخار یا آب)

پارامترهای موثر در هوادهی عمدتا شامل ویسکوزیته خوراک، دمای خوراک و شکل هندسی برج می باشند. در توضیح این پارامترها میتوان گفت چنانچه ویسکوزیته خوراک، میزان هوا یا دمای فرآیند و نسبت ارتفاع به قطر برج( تا حد معینی) بیشتر باشد، سرعت واکنش بیشتر خواهد بود. واکنش اکسیداسیون واکنشی گرمازا است لذا برای کنترل دما و خارج کردن گرمای تولیدی بایستی روش مناسبی را در نظر گرفت.

 طی فرآیند هوادهی یا اکسیداسیون ، هوا در داخل برج از میان قیر عبور کرده و اکسیژن آن با مولکولهای قیر وارد فعل و انفعالات شیمایی  میشود. بخارات حاصل از این فرآیند شامل کمتر از ۱۰% اکسیژن و ترکیبات متنوعی مانند بخارآب ، آلدییدها ، کتنها ،CO ، CO2 ، اکسیدهای نیتروژن ، متان ، نیتروژن ، ترکیبات گوگردی (H2S,SO2) و در نهایت هیدروکربنهای روغنی نفتی می باشد. این هیدروکربنها به واسطه جریان شدید هوای دمیده شده بصورت بخار و یا مایع همراه با هوا از بالای برج خارج می شوند و بخشی از آنها درمراحل بعدی کندانس میشوند بخارات این فرآیند هوادهی بطور معمول توسط مجموعه ای از دستگاههای جداسازی شده مورد تصفیه قرار می گیرند تا روغنهای همراه و یا بعدا کندانس شده جداسازی شده و سپس بخارات سوزانده شوند .

میزان درصد اتلاف خوراک در فرآیند هوادهی معمولا بین (۲- ۵/۰) % وزنی متغیر می باشد، این میزان به عوامل متعددی از جمله ویسکوزیته خوراک، دما، زمان هوادهی و … بستگی دارد . قسمت اعظم بخارات فرایند شامل این اتلاف می باشد. رهایی از معضلات مربوط به بخارات فرآیند مشکلی است که معمولا راه حل صد در صد رضایت بخشی ندارد. این بخارات بوی نامطبوعی نیز دارند که ناشی از ترکیبات ایجاد شده در فرآیند اکسیداسیون می باشند. بخش روغنهای همراه شامل هیدروکربنهای فرارتر موجود در خوراک می باشند.

جهت روغن زدایی نسبی از گازهای خروجی برج هوادهی ، یک Knok Out Drum ساده و یا تله بخار (Vapor Trap) لازم می باشد. در برخی مواقع Knok Out Drum به اسپری آب مجهز می باشد که باعث روغن زدایی بیشتر خواهد شد که اصطلاحا به چگالنده تماسی (Contact Condenser) معروف می باشد. در این بخش اعظم روغنهای همراه بخار جدا می شود و بخارات باقیمانده برای سوزاندن به یک کوره عمودی (برج زیاله سوز) هدایت می گردد.