فرآيند ناپيوسته (Batch Process)
در فرآيند ناپيوسته ، برج هوادهي با حجم معين از خوراک پر شده و پس از دميدن هوا با شرايط از پيش تعيين شده( دماي واکنش، زمان، مقدار خوراک) و رسيدن محصول به مشخصات مورد نظر، برج تخليه گرديده و محصول در مخازن مورد نظر وارد مي گردد.
اجزاي اصلي واحد هوادهي ناپيوسته عبارتند از:
کوره پيش گرم کن(Pre Heater)
دمنده هوا يا کمپرسور(Blower or Compressor)
برج هوادهي(Oxidizer Tower)
سيستمي براي جمع آوري و سوزاندن بخارات

2- فرآيند پيوسته (Continues Process)
در فرآيند پيوسته ، خوراک با دبي معين و قابل کنترل و دماي از پيش تعيين شده به صورت پيوسته وارد برج هوادهي شده و پس از انجام عمليات هوادهي در شرايط ثابت عملياتي، به صورت پيوسته از برج هوادهي خارج مي شود. اين روش تهيه قير که در پالايشگاهها مورد استفاده قرار مي گيرد به خاطر مزاياي زير مورد توجه مي باشد:
کاهش بخارات آلاينده ايجاد شده
کاهش هزينه تجهيزات و نگهداري
افزايش راندمان و مقدار توليد در واحد زمان
کاهش بار حرارتي پيش گرم کن هاي خوراک
آساني عمليات کنترل و انجام فرآيند بخاطر ماهيت پيوسته فرآيند
کمتر شدن هواي مصرفي و کوتاه شدن زمان هوادهي به خاطر استفاده بهينه از هواي دميده شده
انجام هوادهي در برجهاي افقي و عمودي امکان پذير است که برجهاي عمودي بدليل بالاتر بودن راند مان ترجيح داده مي شوند. پارامترهاي موثر در هوادهي عمدتا شامل ويسکوزيته خوراک ، دماي خوراک ، شکل هندسي برج مي باشند. در توضيح اين پارامتر ها مي توان گفت چنانچه ويسکوزيته خوراک ميزان هوا يا دماي فرآيند و يا نسبت ارتفاع به قطر برج( تا حد معيني) بيشتر باشد، سرعت واکنش بيشتر خواهد بود. واکنش اکسيداسيون واکنشي گرمازا است ، لذا براي کنترل دما و خارج کردن گرماي اضافه بايستي از مبدل يا مبدل هاي حرارتي با ظرفيت متناسب با دماي مطلوب استفاده نمود.
همانگونه که قبلا بيان گرديد ، طي فرآيند هوادهي يا اکسيداسيون ، هوا از داخل قير عبور کرده و اکسيژن آن با مولکولهاي قير وارد فعل و انفعال مي گردد. بخارات حاصل از اين فرآيند (Process Fumes) شامل کمتر از 10% اکسيژن و ترکيبات متنوعي مانند بخار آب، آلدييدها، کتن ها،CO ،CO2 ،اکسيدهاي نيتروژن، متان ، نيتروژن، ترکيبات گوگردي(H2S,SO2) و در نهايت "هيدروکربنهاي روغني نفتي" مي باشد. اين هيدروکربنها به واسطه جريان شديد هواي دميده ، يا بصورت بخار و يا مايع همراه با هوا(Entrainment) از برج خارج مي شوند و بخشي از آنها در مراحل بعدي کندانس(Condense) مي شوند. اين هيدروکربنها به نام "روغنهاي فرآيند " يا (Process Oils) ناميده مي شوند بخارات اين فرآيند هوادهي (Process Fumes) بطور معمول توسط مجموعه اي از دستگاههاي جداسازي شده مورد تصفيه قرار مي گيرند تا روغنهاي همراه (و يا بعدا کندانس شده) جداسازي شده و سپس بخارات سوزانده مي شوند . ميزان درصد اتلاف خوراک در فرآيند هوادهي معمولا بين (2- 5/0) % وزني متغير مي باشد، اين ميزان به عوامل متعددي از جمله ويسکوزيته خوراک ، دما، زمان هوادهي و ... بستگي دارد. قسمت اعظم بخارات فرايند شامل اين اتلاف مي باشد. رهايي از معضلات مربوط به بخارات فرآيند مشکلي است که معمولا راه حل صد در صد رضايت بخشي ندارد. اين بخارات بوي نامطبوعي نيز دارند که ناشي از ترکيبات ايجاد شده در فرآيند اکسيداسيون مي باشند. بخش روغنهاي همراه(Entrained Oils) شامل هيدروکربنهاي فرار تر موجود در خوراک مي باشند. جهت روغن زدايي نسبي از گازهاي خروجي برج هوادهي ، يک Knok Out Drumساده و يا تله بخار(Vapor Trap) لازم مي باشد. در برخي مواقعKnok Out Drum به اسپري آب مجهز مي باشد که باعث روغن زدايي بيشتر خواهد شد که اصطلاحا به چگالنده تماسي (Contact Condenser) معروف مي باشد. در برخي موارد ديگر به روشهايي از قبيل برگشت بخارات به دمنده(Blower) استفاده مي شود . روش ديگر ، در مواقعي که فضاي کافي وجود داشته باشد ، بکارگيري سيستم ساده زير است:
بخارات از کندانسور(مبدل حرارتي) هوايي افقي و طويلي عبور کرده و در اين مسير قسمت اعظم روغنهاي همراه جدا مي شود و بخارات باقيمانده براي سوزاندن به يک کوره عمودي هدايت مي گردد.

قير طبيعي

  امروزه تلقي مردم از كاربرد قير طبيعي به عنوان يكي از مشتقات مواد نفتياستفاده از آن در پوشش سطح جاده­ها و يا به عنوان نوعي عايق رطوبتي مي­باشد و افرادكمي هستند كه مي­دانند استفاده از توليدات نفتي (قير، آسفالت و غيره) در ناحيه خاورنزديك به دوران پيش از تاريخ مي­رسد. قير طبيعي ماده­اي است كه در ايران و بخصوص درجنوب غربي ايران به وفور يافت مي­شود، و مردم اين ناحيه از دوره نوسنگي به شيوه­هايگوناگون همچون اندود كردن ظروف مصرفي، كف و ديوار خانه­ها و نيز در ساخت ابزارهاييچون داس­هاي تركيبي و كج بيل­ها، مهره­ها و زيورآلات تزئيني، مهره­هاي مسطح واستوانه­اي و حتي در امور پزشكي جهت درمان بسياري از امراض عفوني و دردهاي رماتيسمياستفاده مي­كردند.

براي مثالناودانهاي حصار دروني قلعه چغازنبيل در شهر شوش، كه ۱۲۵۰ سال قبل از ميلاد مسيحساخته شده است، لوله­هاي <سفالينی هستند که از درهم قرارگيريشان لوله واحدیبوجود آمده که به صورت عمودی در بدنه حصار جای گرفته است. درزهای بين اين لوله‌هاتوسط قير طبيعی کاملاٌ پر شده است.

          باطري­هاي بغدادي كه در ساختشاناز قير طبيعي استفاده مي­شده است، حدود دوهزار سال قدمت دارند. اين باطري­ها از یککوزه سفالی با یک درپوش از جنس قیر طبیعی    چسبناک ترکیب شده و میله­ایآهنی در میان آن قیر طبیعی قرار دارد که بوسیله سیلندری مسی احاطه شده است، وقتی کهکوزه با مایع الکترولیت انباشته می­شود کوزه ( باطری ) نیرویی معادل ۱/۱ ولتتولید    می­کند    .

     در منطقه خاور نزديك هزارانميدان نفتي وجود دارد، كه قير طبيعي در سطح وسيعي به همراه آب و يا به تنهايي اززير زمين تراوش مي­نمايد. اينگونه مواد لزج و چسبناك در زمستانها سفت و محكم ولي درتابستانها به مواد چسباننده خطرناكي تبديل مي­شوند. به نظر مي­رسد اولين روياروييانسان با اين نوع چشمه­هاي قير طبيعي زماني بود كه وي به هنگام تعقيب حيوانات شكاريكه در جستجوي چشمه­هاي آب بودند، مي­ديد كه گاهاًً در اين مواد قيري به داممي­افتند. شايد بتوان گفت اين اولين مواجهه انسان عصر نوسنگي با خاصيت چسبندگي قيرطبيعي بوده و از آن پس به سوي مواد قيري متمايل شده و تدريجاً كاربردهاي گوناگونآنرا فراگرفته و از اين دوره به بعد بود كه با خصوصيات ذاتي قير و با توانايينفوذپذيري آن در برابر آب و قابليت چسبندگي، نرمي و تورق پذيري آن و امكان تركيبشدن با مواد ديگر آشنا شدند.

متون باستانيكه تاريخ آنها با اواخر هزاره سوم قبل از ميلاد مي­رسد و روايت مورخين يوناني ورومي همچون گزنفون، بطلميوس، هرودوت، پلوتارك، استرابو و پليني همگي بر وجود معادنو چشمه­هاي قير طبيعي در منطقه خاور نزديك اشاره دارند. اين معادن در سطح وسيعي ازمنطقه ايندوس در هند شروع و در امتداد هلال حاصل­خيزي تا نواحي صحراي سينا در مصر وبحرالميت در اردن ادامه مي­يابند. بيشتر اين نوع چشمه­هاي قير طبيعي در منطقه جنوبغربي ايران و بين­النهرين تمركز يافته­اند.

قيرطبيعي

وقتي كه مواد فرار نفت خام موجود در اعماق زمين، به مرورزمان و در برابر عوامل جوي تبخير شود، ماده سياهي از آن برجاي مي­ماند كه قير طبيعينام دارد. در حقيقت قيرهاي طبيعي مواد هيدروكربني سنگيني هستند كه بر اساس نحوهتشكيل، خواص فيزيكي، حلاليت در تتراكلريدكربن و تركيب شيميايي بهگروههاي مختلفي مانند پيروبيتيومن آسفالتيك(Asphaltic Pyrobitumen    )، پيروبيتيومن غيرآسفالتيك (Asphaltic Pyrobitumen Non    )، آسفالتيت (Asphaltite ) و غيره تقسيم­بندي شده و اين گروهها نيز خود به شعبه­هايمختلفي تقسيم­بندي مي­شوند. مثلاً آسفالتيت­ها به سه گروهگيلسونيت(Gilsonite)، گراهاميت (Grahamite) و گلانس­پيچ (Glance pitch) تقسيم مي­گردند كه گروهگيلسونيت از جمله مرغوبترين و مشهورترين گروههاي قير طبيعي مي­باشد. اين ماده برحسب درصد خلوص و ميزان عمر و غيره به حالتهاي فيزيكي مايع، نيمه­جامد و جامد و باحلاليتهاي متفاوت در حلال تتراكلريدكربن وجود دارد و برخي از انواع آن مستقيماًقابل استفاده بوده و برخي ديگر بايستي مورد فرآوري قرار گرفته و يا پس از اختلاط باقير نفتي مورد استفاده قرار گيرد. معادن عمده قير طبيعي در كشورهاي كانادا،ونزوئلا، روسيه، ترينيداد، استراليا، عراق و ايران وجود دارد. 

 شكل ۱: قير طبيعي

شكل ۲: يكي از معادن قيرطبيعي در ايران

قيرهاي طبيعي ايران ازدسته پيروبيتيومن­ها و بصورت جامد بوده و به همان صورت قابل استفاده نمي­باشند. مناطق داراي قير طبيعي در ايران، به طور عمده در استانهاي كرمانشاه، ايلام وخوزستان واقع گرديده و در برخي مناطق ديگر نيز به صورت محدود مشاهده گرديدهاست.

 شكل۳: نواحي داراي معادنقير طبيعي در ايران

گيلسونيت

گيلسونيت يا قير طبيعيآمريكاي شمالي يك هيدروكربن چسبناك است كه درUintoh Basinدر شمال شرق يوتا يافتمي­شود. اين قير طبيعي شبيه يك آسفالت سخت نفتي بوده و اغلب به آن آسفالت طبيعي،آسفالتين،Unintite، يا آسفالتوم مي­گويند.

گيلسونيت در لايه­ها ورگه­هاي عمودي معادن زيرزميني يافت مي­شود. معمولاً به پهناي ۲ الي ۶ فوت است و حتيبه عرض ۲۸ فوت نيز مي­تواند باشد. رگه­ها موازي يكديگرند و در امتداد شمال غرب بهشمال شرق كشيده شده­اند. از لحاظ وسعت چندين مايل است و مي­تواند تا عمق ۱۵۰۰ فوتنيز مي­تواند باشد. سطح رگه­ها به صورت يك لايه ظريف ديده مي­شود و هر چه به عمقبيشتر نزديك مي­شويم وسيع­تر مي­شود. به دليل تنشهاي موجود در امور معادن، امروزهگيلسونيت همچنان با روش ۵۰ يا ۱۰۰ سال گذشته استخراج مي­گردد. تمايز اصلي با صنعتمدرن معدن در استفاده از تهويه هوا و بالابرهاي مكانيكي است

 شكل۴ : نمونه اي از قيرطبيعي كلوخه اي

گيلسونيت در حلالهايآروماتيك و آليفاتيك و همچنين آسفالت نفتي قابل حل مي­باشد. به واسطه قابليتسازگاري منحصر به فردش، اين ماده به طور روزافزون براي سخت­تر كردن محصولات نفتينرم به كار مي­رود. گيلسونيت از نظر جنس، ماده سياه و براقي است كه شبيهObsidian (شيشه آتشفشاني) معدنيمي­باشد. اين ماده ترد و شكننده بوده و به سادگي مي­تواند به پودر قهوه­اي سير خردشود.

شكل ۵: قيرطبيعي پودريشكل

خواص عمومي شيمياييگيلسونيت

• -ظرفيت بالايآسفالتن
• -قابليت بالاي انحلال آندر حلالهاي آلي
• -شفافيت بالا و خواص مناسب
• -وزن مولكولي بالا
• -ميزان بالاي نيتروژن

گيلسونيت با مومهايميكروكريستالي و پارافيني، روغنها و رزينهاي نفتي، صمغ صنوبر، روغنهاي گياهي (تخمبزرك، سويا و ...)، روغنهاي حاصل از فرآيند نفت، قيرهاي نفتي وTall oil pitchسازگار است.

كاربردها يگيلسونيت

به طور كلي گيلسونيت درپنج بخش مورد استفاده است:

• بخش آسفالت وراهسازي
• بخش رنگ وجوهر
• بخش سوخت
• بخش ذوب
• بخش محصولاتشيميايي

بخش رنگ و جوهر:

گيلسونيت با درصد خاكستربسيار پايين، مركب سياهي است كه به عنوان اجزاء كربن حل شونده در آب پايه، دارايموارد مصرف فراواني مي­باشد.

بخش نفت:

گيلسونيت همراه مايعاتحفاري و بتون چاههاي نفت استفاده مي­شود. گيلسونيت در سنگهاي نرم و ساير ساختارهايسخت از اجزاء استاندارد مواد پايه نفتي حفاري است.

بخش محصولات شيميايي:

استفاده از گيلسونيت بههمراه تعداد بيشماري از مواد شيميايي، نشاندهنده مزاياي فيزيكي و شيميايي خاص اينماده است. استفاده در امر استخراج و ذوب فلزات، پوششهاي چوبي، اجسام نسوز و سايرصنايع، نشان­دهنده ميزان قابليت مصرف اين ماده مي­باشد.

راهسازي:

كاربرد گيلسونيت درمخلوطهاي گرم آسفالتي بسيار وسيع است. اختلاط گيلسونيت با قير باعث افزايش استحكامو مقاومت روسازي ها در برابر بار ناشي از ترافيك، كاهش ميزان اثر چرخ بر روسازي،ترك خوردگي در دماهاي پايين، جلوگيري از تغيير شكل در هواي گرم و همچنين اثرات ناشياز رطوبت مي شود. به دليل اصلاح عملكرد قير و در نتيجه آسفالت كشورهاي بسياري ازجمله استراليا، سنگاپور، اندونزي ، ژاپن ، فرانسه و آلمان براي راههاي با بارترافيكي زياد از گيلسونيت استفاده كرده اند كه اين عمليات با موفقيت انجام شده است.

تاريخچه مصرف گيلسونيت درراهسازي

نروژ – اسلو 

در سال ۱۹۷۰ در شهر اسلوبراي اولين بار گيلسونيت در مناطقي با بار ترافيكي زياد و يا قسمتهايي كه با مشكلرطوبت بالا مواجه بودند استفاده شده است. استفاده از گيلسونيت باعث افزايش طول عمرو ثبات روسازي در حدود دوبرابر آنچه كه انتظار مي­رفت، گرديد. مهمتر از همه،گيلسونيت در گرمترين ساعات روز در شهري مانند اسلو با آب و هواي سردسيري، هيچ نوعترك خوردگي يا لغزش از خود نشان نداد.

انگلستان – ولز

در ولز با افزودن ۲۵ درصدگيلسونيت به مخلوط آسفالتي مقاومت جاده­هايي كه از بار ترافيكي بالايي برخورداربودند را افزايش داده و از تغيير شكل آنها جلوگيري نمودند.

آمريكا – سياتل ، واشنگتن

در اسكله سياتل كه بهدليل بارگيري كانتينرها بار ترافيكي بسيار زياد است، از گيلسونيت استفاده مي­شود. از طرف ديگر گيلسونيت باعث افزايش استحكام روسازي در شرايط مرطوبمي­گردد.

آمريكا – نيوجرسي

در نيوجرسي در اتوبانهايبا ترافيك بالا (اتوبانهايي كه روزانه بيش از ۵۰۰ هزار خودرو در آن تردد داشته و۲۰%آن كاميون است) افزودن ۱۰% گيلسونيت به قير باعث افزايش ميزان استحكام وكارايي روسازي و در نتيجه طول عمري بيش از ۵ سال شده است. همچنين مشكل ترك خوردگينيز برطرف گرديده است.

كاربردهاي خاص گيلسونيتدر راهسازي

-در مناطق با بار ترافيكبالا

-تقاطع­ها و ايستگاههايعوارضي

-پاركينگها

-ايستگاههاياتوبوس

-بنادر ولنگرگاهها

-انبارها

-خطوط كاميون

-راههاي حملبار

-فرودگاهها

-پيستها

-پاركها

 قير قطرانی

انواع قیر از لحاظ شیمیائی طبقه بندیهای مختلفی برای قیر صورت گرفته كه دو مورد از مرسوم ترین آنها طبقه بندی بر اساس طبیعی یا نفتی بودن قیر و مورد مرسوم تر بر اساس نوع منبع تامین كننده قیر یعنی نفت یا ذغال سنگ یا چوب می باشد  .
( Tar ) قیرقطران این نوع قیر به دلیل تشابه ظاهری و كاربرد مشابه با قیر نفتی گاهی با یك اسم شناخته می شوند . چون منبع تهیه این نوع قیر با قیر نفتی متفاوت است ، تركیب  یمیائی و خواص فیزیكی متفاوتی دارد كه در نتیجه یك لغت عمومی برای مایعاتی است كه Tar . رفتاری متفاوت در هنگام استفاده و عملكرد در سرویس دارد از سوزاندن مواد آلی طبیعی مثل چوب یا ذغال سنگ و تقطیر تخریبی آنها در غیاب هوا می باشد . دو نوع قیر قطرانی با توجه به نوع فرآیند از سوزاندن یا كربونیزاسیون ذغال سنگ میتوان تهیه كرد  : ١. یك فرآیند كه حاصل آن قیری با در صدبالائی از آروماتیك ها ست قیری كه در دمای ٦٠٠درجه سانتی گراد بدست می آید و دارای در صد پائین تری آروماتیك است كه پس از سرد كردن بخارات و جداسازی برشهای روغنی مواد باقیمانده قیر ذغال سنگ است  .
BS  با برشهای روغنی بدست می آید و در استاندارد Pich از اختلاط (Refined tar ) قیر قطرانی پالایشگاهی تولید می شده كه پس از tar و pich دارای ٨ گرید مختلف میباشد . در عصر انقلاب صنعتی اروپا مقدار زیادی پیدایش منابع نفت و گاز ، ذغال سنگ تقریبا" كنار گذاشته شده و مصرف آن بسیار كاهش یافته است .
امروزه ٩٠ % از این محصولات در چهار گروه كاربردی راهسازی ، خاكه ذغال قالبی، الكترودهای ذغالی و لعاب و روكش لوله ها استفاده میگردد ولی استفاده از قیر های حاصل از ذغال سنگ پالایشگاهی در جاده ها فقط محدود به مخلوط برای پوششهای سطحی میباشد و این بدان دلیل است كه این قیر ها در دمای پائین محلول تر و عملكرد بهتری دارند و در نتیجه چسبندگی بهتری ایجاد میكنند ولی ضعف اصلی این قیر ها حساسیت حرارتی بیشتر آن نسبت به قیر نفتی میباشد .