مقاله در مورد نفت و فراورده های آن

مقدمه
اصلاح كننده هاي قير بيش از 60 سال است كه در بسياري از نقاط جهان مورد استفاده قرار ميگيرند؛ اما در دو دهه گذشته يك علاقه مضاعفي به استفاده از اصلاح كننده ها بوجود آمده است. اين رويكرد مجدد به عوامل متعددي به شرح زير بر ميگردد:
افزايش حجم ترافيك بار محوري و ميزان بار و فشار لاستيكها مخصوصاً در سالهاي اخير منجر به
وقوع شيارافتادگي زودرس در مسير چرخها در روسازي هاي آسفالتي شده است سيستم طبقه بندي و انتخاب قير بر اساس روش سوپرپيو نيز يكي از دلايل افزايش استفاده از قيرهاي اصلاح شده است. زيرا بر اساس اين روش قيرها هم بايد محدوديت هاي سختي مورد نياز را در دماهاي بالا رعايت كنند و هم دماي خدمت پايين روسازي را به نحوي ارضاء كنند. اكثر قيرهاي خالص قادر به تأمين اين دو نياز به صورت توأمان در مناطق با شرايط سخت آب و هوايي نيستند. به طور كلي محدوده دماي سرويس قيرها بسيار محدود مي باشد و لذا شيارافتادگي در دماي بالا و شكست حرارتي در دماي پايين سرويس، استفاده از قيرها را تحت الشعاع قرار داده است. فشارهاي اقتصادي و زيست محيطي در خصوص استفاده مجدد از مواد زائد و آلاينده هاي محيط زيست و پسماندها و فرآوردههاي جنبي كارخانجات صنعتي (لاستيكها شيشه، گوگرد، خاكستر و …) در صنعت راهسازي نيز يكي از دلايلي است كه افزايش استفاده از قيرهاي اصلاح شده را موجب گرديده است همچنين تمايل شركتهاي دولتي به پرداخت هزينه اوليه بيشتر در ساخت راه ها و دريافت عمر خدمات رساني طولاني تر كه منجر به كاهش احتمال وقوع خرابي هاي زودرس
روسازي ميشود، مي تواند يكي از دلايل استفاد از قيرهاي اصلاح شده با كيفيتي بالاتر نسبت به قيرهاي هخالص باشد البته اين مطلب در كشورهاي اروپايي صادق بوده و به همين جهت نيز در اين كشورها قيرهاي اصلاح شده مورد استفاده بيشتري قرار ميگيرند. زيرا در اروپا شركت ها موظفند كه سطح كيفيت خاصي را تا دوره زماني خاصي تأمين كنند، در حالي كه در آمريكا معمولاً كم كردن هزينه اوليه مورد نظر است.
تاریخچه قیر و آسفالت گوگردی
سومریها و آشوریها و بسیاری از تمدن های پیشین ، از قیر به طور وسیعی استفاده می کردند . آغاز صنعت مدرن قیر را میتوان به سال (1712م) که سنگهای قیر طبیعی در فرانسه کشف شدند، نسبت داد . در آن هنگام مواد قیری را بطور ساده ای به صورت کلوخه روی سطح جاده های محلی پخش می کردند و می گذاشتند که ترافیک به تدریج آنها را سابیده و متراکم نماید این تکنیک کاملا موفقیت آمیز بود و در مدت کوتاهی پیشرفت هایی در کار به صورت پودر کردن و گرم کردن مواد قبل از استفاده حاصل شد سپس آسفالت ها را باکوبیدن و مسطح کردن توسط آهن داغ ( اتو ) متراکم و محکم می نمودند . این ماده که عموما به نام ” سنگ آسفالت متراکم compressed rock Asph) شناخته می شد ، با موفقیت بسیاری در خیابانهای اروپا به کار گرفته شد . چنین جاده های آسفالتی بسیار با دوام ، بهداشتی و جالب توجه بوده اند . تنها اشکال آنها این بود که این مواد با آغاز ترافیک سنگین قرن بیستم سست ( بی ثبات ) و لغزان (slippery) بودند .
استفاده از گوگرد در راه سازي سابقه اي حدوداً صد ساله دارد . رويكرد اوليه در دهه هفتاد ميلادي و به دنبال بحران انرژي در دنيا بود كه منجر به ساخت ده ها قطعه آزمايشي آسفالت گوگردي در نقاط مختلف دنيا شد. اولين قطعات آسفالت گوگردي در اواسط دهه هفتاد ميلادي درآمريكا و كانادا ساخته شد و سپس تا سال 2002 ميلادي حدود 4200 كيلومترآسفالت گوگردي دربيش از 200 كشورجهان ساخته شد و مورد ارزيابي قرار گرفت. كه از جمله اين كشورها ميتوان به آمريكا، انگلستان، فرانسه، لهستان، اسپانيا، فنلاند، بلژيك، نروژ، عراق، كويت وعربستان سعودي اشاره كرد. ساخت قطعات آزمايشي آسفالت گوگردي در دهه هشتاد رو به كاهش نهاد؛ ولي در اواخر دهه نود بار ديگر رو به افزايش نهاده است علت اين امر sتغييردرقيمت نسبي گوگرد / قير دراين دوره است كه با افزايش اين نسبت وفراهم شدن توجيه اقتصادي آن، تمايل به ساخت آسفالت گوگردي نيز افزايش مي يابد. در كشورما نيز از دهه هفتاد ميلادي پژوهشهايي دراين زمينه در مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي خصوصاً پژوهشگاه صنعت نفت آغاز شد. نتايج به دست آمده از عملكرد آسفالت گوگردي در نقاط مختلف جهان حاكي از آن است كه عملكرد و قوام آسفالت گوگردي دراكثرمناطق معادل يا بهتر از آسفالت معمولي بوده است.
به دلیل ضعفهای ذاتی قیر و لزوم افزایش محدوده کاربری آن ، امروزه بیشتر قیرهای راهسازی در دنیا با کمک مواد افزودنی مانند پلیمرها اصلاح می شوند ؛ البته در ایران این
مواد افزودنی اکثرا وارداتی وگرانقیمت هستند، درصورتی که گوگرد ماده ای ارزان و در دسترس است که کیفیت و دوام آسفالت را ارتقائ می دهد. از طرف دیگر، ساخت آسفالت گوگردی با تغییرات نسبتا ساده ای در کارخانه های معمولی آسفالت امکان پذیر است و حمل ونقل و پخش و کوبیدن آن با روشهای متداول انجام می شود، بنابراین ساخت و اجرای این نوع آسفالت به هیچ گونه فناوری پیچیده ای احتیاج ندارد. باتوجه به ویژگی های خاص گوگرد، محققان پژوهشگاه صنعت نفت موفق به فرمولاسیون و تولید آسفالت گوگردی شده اند.
به این ترتیب با بررسی انجام این نوع آسفالت که مستلزم ساخت و اجرای آزمایشی آسفالت گوگردی در یک منطقه انتخاب شده و مشاهده مشکلات ساخت و اجرا و همچنین بررسی عملکرد آن در زیر بار ترافیک و تحت شرایط مختلف جوی است لذا می توان موجب ترویج اجرای آسفالت گوگردی در ایران و حتی عرضه این فناوری به کشورهای همسایه شد .
1-2- خواص گوگرد
گوگرد خالص ماده ای جامد و زرد رنگ است که در دمای حدود 119 درجه سلسیوس ذوب می شود وهمچنین دردمای حدود 160 درجه سلسیوس افزایشی ناگهانی در ویسکوزیته آن بوجود می آید . دردرجه حرارت های خیلی زیاد ،گوگرد گازهای سمی مانند SO2 تولید می کند . این ماده درشرایط خاص ودماهای معینی درترکیب با آب ، اسید سولفوریک تولید می کند که بسیارخورنده است . وزن مخصوص گوگرد جامد حدود 2 برابر قیر(2.07 gr/cm3 ) ووزن مخصوص گوگرد مایع 1.79 gr/cm3 است.
گوگرد زرد از فرآورده های نفت وگاز، افزون بر مصارف صنعتی می‌تواند در ساخت سازه های
ساختمانی همانند پل، سازه های دریایی، قطعات پیش ساخته، جدول خیابان و سازه های انتقال
آب و تصفیه فاضلاب بیش ازبتن مورد استفاده قرار گیرد .
در کشورهای صنعتی مانند کانادا که گوگرد به مقدار زیاد وجود دارد، این ماده به جای سیمان و قیر مصرف می شود و هرجاعوامل طبیعی و شرایط صنعتی زمینه ناپایداری سازه های بتنی را فراهم می‌آورد، بتن گوگردی به کار گرفته می‌شود .
برای ساخت بتن و آسفالت گوگردی لازم است گوگرد را ذوب و همانند تهیه بتن و آسفالت با ماسه و شن مخلوط کرد .
1-3- وضعیت مصرف گوگرد در ایران و جهان
ايران به عنوان دومين منبع غني داراي ذخائر گاز طبيعي در جهان و رتبه اي مشابه از حيث منابع عظيم نفتي ،داراي برنامه هاي بسيار دقيق و جدي در راستاي بهره برداري از اين ذخائر بزرگ نظير طرحها متعدد در حال اجرا در عسلويه وساير مناطق نظير خانگيران و غرب كشور است.
نقشه گوگرد ايران
در اين راستا بازيابی گوگرد از سوختهای فسيلی به منظور جلوگيری از آلودگی هوا و ايجاد خوردگی درتجهيزات و دستگاههاي فرايندي باعث می شود که به ناچار مقادير زیادی گوگرد در صنايع مربوطه توليد شود که توليد آن بخصوص در صنايع پالايش نفت و گاز ايران چشمگيرتر بوده و بخش قابل توجهی ازآن مازاد بر مصرف است، زيرا در مقابل حجم عظيم توليد گوگرد، مصرف آن بسيار محدود و درحجمهاي بسيار کم می باشد. مطالعات اخير نشان ميدهد  که روند توليد ساليانه گوگرد جهان در طي سالهاي آينده افزايش چشمگيري  خواهد داشت زيرا اولا نفت های خام استخراجی در دنيا به تدريج ترش تر شده و درصد گوگرد آنها افزايش يافته وثانيا با توجه به محدوديتها و قوانينی که جهت محيط زيست وضع گرديده، درصد گوگرد همراه فرآورده های نفتی بايستی کاهش قابل
توجهي داشته باشد.  در حال حاضر توليد بيش از دو ميليون تن گوگرد در صنايع مختلف پالايش نفت و گاز كشور و در نظر گرفتن مشكلات صادرات آن ( بويژه قيمت بسيار اندك آن) ضرورت ايجاد تحولي جدي و اساسي در ساختارهاي توليد كننده و يا تكميل و توسعه آنها در راستاي جايگزيني بخش اعظم گوگرد توليدي با محصولات جديد و استراتژيك گوگردي با ارزش افزوده بسيار بالاتر را  ضروري ساخته است.
ارقام (هزار تن)

توليد گوگرد ايران  (1378-1385)
گوگرد بعنوان يكي از مهمترين مواد خام صنعت و كشاورزي و به دليل سهولت دسترسي در بين مواد خام صنعتي مورد توجه بوده  و تحرك موجود در بازار جهاني گوگرد عمدتا ناشي از حيطه وسيع كاربرد آن در اين دو بخش مي‎باشد. عمده ترين مورد مصرف گوگرد  در توليد اسيد سولفوريك است كه بطور متوسط 85-90 درصد توليد گوگرد جهان جهت توليد اين اسيد ( كه پايه بنياني بسياري از پردازشهای صنعتي قلمداد مي‎گردد و در توليد بسياري از محصولات نهايي كاربرد وسيعي دارد) مصرف مي‎شود. با توجه به اينكه تاكنون صنعت توليد كودهاي شيميايي فسفاته، مهمترين مصرف كننده اين اسيد مي‎باشد، لذا تقاضاي موثر در صنعت گوگرد بطور غير مستقيم ناشي از تقاضاي كودهاي شيميايي فسفاته بوده است.
عمده‎ترين مصارف غير كودي اسيد سولفوريك در تهيه الياف مصنوعي، رنگدانه‎ها، صنايع متالورژي، پلاستيك سازي و يا صنايع تصفيه نفت و گاز مي‎باشد. گوگرد بصورت خام و پردازش نشده عمدتا در صنايع توليد پاك‎كننده‎ها، چرمسازي، عكاسي، حشره‎كش‎ها و در كشاورزي بعنوان افزودني به خاكهاي قليايي يا سديمي كاربرد دارد. ميزان كاربرد مشتقات گوگردي در صنايع مختلف، در مناطق عمده مصرف متفاوت مي‎باشد. از مصارف در حال توسعه گوگرد مي‎توان از كاربرد تركيبات گوگردي جهت تقويت، دوام و مقاومت حلالها در
آسفالت نام برد. مصرف گوگرد در صنايع كاغذ سازي نيز بين 85-15 كيلو در هر تن است كه اين ميزان به خلوص گوگرد و نحوه عمليات ساخت كاغذ بستگي دارد. علاوه بر موارد فوق به توليد محصولات ويژه گوگردي مورد مصرف در صنايع راهسازي و ساختمان، كشاورزي و محيط زيست در اين طرح توجه ويژه شده است.
مصرف جهانی گوگرد(برحسب منطقه)
ارقام : ميليون تن
1-4- آسفالت گوگردی
آسفالت گوگردی استفاده از آسفالت گوگردي براي روكش و تعمير سطح بزرگراه هامدتها مورد بحث و بررسي بوده است.
تا قبل از سال 1971 به علت ارزان بودن آسفالت سنتي (معمولي) از آسفالت گوگردي استفاده نمي شد و آگاهي هايي در اين زمينه وجودنداشت تا اين كه در سال 1971 دانشگاه ايالتي آيووا (IOWA) نتيجه پژوهشهاي خود رابراي ماده های مختلف براي آسفالت راهها به شرح زير اعلام نمود:(Encyclopeclia of chemical technology volume II):
الف- ماده ( SEA)
(جانشيني براي آسفالت قيري) فرمول ماده اي كه به اين منظور از گوگرد تهيه مي شود ( S.E.A)
(Sulphur Exchange Asphalt)نام دارد. در اين ماده، گوگرد (حدود 50 درصد) جانشين بخشي از آسفالت سنتي مي شود. مقدار گوگرد مصرفي در اغلب موارد حدود 30 درصد وزني ماده را تشكيل مي دهد. اين ماده در حرارت بيش از 130 درجه سانتي گراد غلظت كمتري در مقايسه با آسفالت سنتي دارد و اين مسئله امكان آن را مي دهد كه در درجه حرارت كمتري آنها را مخلوط كرده وبه صورت متراكم درآورند.
در فصل گرم ماده آسفالته ( SEA)غلظت بيشتري نسبت به آسفالت سنتي دارد و در برابر شيار دادن چرخ اتومبيل ها و تغيير شكل ناشي از هواي گرم مقاوم تر از آسفالت سنتي است. بعلاوه اين گونه آسفالت ها نسبت به گازوئيل، سوختهاي ديزلي و ساير حلال ها مقاوم تر از آسفالت معمولي مي باشند. در فاصله سالهاي 1974تا 1982 حدود 150 مورد جاده با اين ماده آسفالت شده است.
ب- ماده ( SAS ) ماسه -آسفالت-گوگرد (Sand-Asphalt-Sulphur)
در اين مورد گوگرد را بمنظور بالا بردن كيفيت انبوه خرده سنگها بكار مي برند و با نام تجاري ترموپيو (Termopave) به بازارعرضه مي كنند كه ماده اي با كيفيت مطلوب ساختماني است. دراين انبوه ، جانشيني ماسه به جاي خرده سنگ از نظر اقتصادي نسبتاً مهم مي باشد. بعد از اين كه اين ماده درجاده هاي كانادا آزمايش شد، در ايالات متحده آمريكا نيز مورد استفاده قرار گرفت.
ج- بازسازي آسفالت هاي كنده شده
سالها براي تعمير جاده ها و بزرگراه هالايه اي از آسفالت روي آسفالت پيشين مي كشيدند كه سبب پيدايش ناهمواري و فراز ونشيب، كاهش ايمني در رانندگي و اختلال در جريان آب هاي سطحي مي شد. تخريبآسفالت پيشين و حمل مواد كنده شده نيز مستلزم صرف هزينه هاي
بسياري است. مواد كنده شده كه معمولا سخت و شكننده هستند با افزودن گوگرد شكل پذير گشته و چسبندگي بيشتري مي يابند و بنابراين مي توان دوباره از همان آسفالت كنده و بازسازي شده استفاده نموده و راهها را آسفالت كرد.
یکی از خصوصیات منحصر به فرد گوگرد به صورت تنها و ترکیب شده با آسفالت این است که پتانسیل بازیافت مواد بیتومنی در آنها آشکار گردیده است. نکته جالب دیگر در مورد استفاده از گوگرد دربزرگراه ها ، افزایش غیر قابل پیش بینی قیمت آسفالت و نامعین بودن دسترسی به بتون آسفالتی در آینده، در نیتجه کمبود انرژی میباشد. با در نظر گرفتن قیمت امروزی آسفالت بتونی که حداقل سه برابر آن در سه سال گذشته است پیش بینی میگردد که حتی بیشتر افزایش یابد. مطالعات اخیر و آزمایشات انجام شده در این زمینه نشان میدهد که گوگرد میتواند تحت شرایط معینی جایگزین35 درصد سیمان آسفالتی استفاده شده در مخلوطهای بتون آسفالتی گردد.یکی از دلایل تجاری شدن آسفالت گوگردی بعنوان جاذب اقتصادی در ساخت جاده ها قیمت پایین گوگرد است.
1-5- نکات ایمنی
1) خطرات گوگرد جامد: گوگرد جامد باعث سوزش شديد چشم مي شود بنابراين بايد از عينك هاي مخصوص پلاستيكي استفاده كرد.
2) خطرات گاز گوگردي: در دماهاي بيش از 154 درجه مقداری بخارات سمی مثل So2 و H2s و So3 تولید ميشود بنابراين استفاده از ماسك ايمني ، دستكش و عينك مخصوص الزامي است .مقدار مجاز اين بخارات در هوا 5 یا 10 ppm می باشد.
3) مسائل خوردگي : گوگرد جامد اگر كاملاً خشك باشد خوردگي ايجاد نخواهد كرد ولي در تماس با آب باعث خوردگي شديد خواهد شد . لذا مخزن نگهداري ، پمپ و لوله هاي انتقال گوگرد مايع بايد از جنس فولاد مقاوم در مقابل خوردگي باشد.
4) آتش گيري : غبار گوگرد در 190 درجه و گرد متراکم گوگرد در 220 درجه خود به خود آتش خواهد گرفت لذا هميشه بايد در دماهاي پايين تر از اين دما ها نگهداري شود.
2-1- قیر
نقش قير در مخلوط هاي آسفالتي بسيار حياتي وتاثير گذار مي باشد . قير ماده اي هيدروكربوري به رنگ سياه تا قهوه اي تيره است كه در صنعت راهسازي به شكل امروزي براي اولين بار در سال 1830 در كشور فرانسه و سپس در امريكا مورد استفاده قرارگرفته بود و استفاده از آن درايران براي اولين بار به سال 1312 در خيابان فلسطين (كاخ سابق)بر ميگردد. بيش از يك و نيم قرن از زماني كه نخستين جاده ها توسط مخلوطي از قير و خرده سنگ پوشش يافته اند، گذشته است. در اين مدت پوشش هاي آسفالتي چه از نظر روش ها و ماشين آلات ساخت و چه از نظر كيفيت و كميت و استانداردها و چه از نظر وظايف و كاربردها، دچار تحولات وسيعي شده اند. به طور كلي چسبندگي و نفوذ ناپذيري از خصوصيات منحصر به فرد قيرها است كه به موجب آن بيش از كاربرد براي آنها مفروض است. يكي از مهمترين كاربردهايذ قيرها در راهسازي مي باشد. قير به عنوان ماده چسبنده و نگهدارنده سنگها در پوشش آسفالتي، عليرغم درصد وزني كم( 4 الي 6%)، سهم قابل توجهي را در قوام و استحكام پوشش ها در مقابل عوامل مختلف فرساينده سطح، داراست. متأسفانه همزمان با رشد روز افزون بار ترافيك شهري و عبور و مرور وسايل نقليه سنگين، مشكلاتي همچون شيار افتادگي در دماي بالا و ترك خوردگي در دماي پايين سرويس دهي، استفاده از قيرها را تحت الشعاع قرار داده اند. بنابراين تلاش هاي بسياري جهت بهبود خواص قير در چند دهه اخير صورت گرفته است.
2-2-آسفالت ، بتن آسفالت
 آسفالت بطور کلی مخلوطی است از مصالح سنگی با دانه بندی پیوسته و یک ماده چسباننده که معمولا قیر است. آسفالت با توجه به کاربرد آن به صورتهای گوناکون ساخته می شود. آشناترین نوع آسفالت همان آسفالت گرم یا بتن آسفالتی گرم است. مصالح سنگی معمولا بیش از 90 درصد مخلوط آسفالت را تشکیل می‌دهند. از اینرو مصالح سنگی تاثیر بسزایی در کیفیت آسفالت حاصله دارد.
بتن آسفالتی ، پوسته متراکم و سیاهرنگی است که قسمت عمده و بطور کلی استخوان بندی آن را مصالح سنگی دارای دانه بندی پیوسته (با کمترین فضای خالی) تشکیل می‌دهد و ذرات آن به توسط قیر به هم چسبیده‌اند. بتن آسفالتی جسم همگن و توپری است که خود بار می‌برد، مقاومت برشی نسبتا زیاد دارد، در برابر عوامل جوی و چرخ وسایل نقلیه پایداری می‌کند و نیاز به تعمیر همیشگی ندارد. به عبارت دیگر بتنی است که در آن ، به جای دوغاب سیمان ، قیر بکار رفته است و برای پر کردن هر چه بیشتر فضاهای خالی آن از گرد سنگ استفاده شده است. بتن آسفالتی را به روش گرم و معمولا در ماشینهای خودکار ساخته و مخلوط می‌کنند و سپس در سطح راه پخش نموده و می‌کوبند. آسفالت را تا 4 یا 5 سانتیمتر در یک قشر و کلفت تر از آن را در بیش از یک قشر می‌سازند.
ویژگیهای آسفالت در قسمتهای مختلف راه
معمولا قشرها از رویه و آستر تشکیل می‌شود. لایه رویی که تحت تاثیر عوامل جوی و چرخ وسایل نقلیه است، باید از جنس ممتاز ساخته شود. یکی از وظایف اصلی لایه زیرین که در روی پی (زیرسازی) راه قرار می‌گیرد و ممکن است خود از یک یا چند لایه درست شده باشد، انتقال بار از رویه به زیرسازی راه است. قشر آستر معمولا با دانه بندی درشت تر و قیر کمتر و قشر رویه با دانه بندی ریزتر و قیر بیشتر ساخته می شود. در زمان تهیه آسفالت ، علاوه بر نوع مصرفی که خواهد داشت به حمل مصرف آن توجه می‌شود. از آن جمله : آفتابی یا سایه بودن محل ، روباز بودن یا قرار گرفتن درون تونل ، خشکی و نمناکی محل کار ، تغییرات دمایی که باید تحمل کند، فصل ساختن راه و مانند آن است .
2-3-پارامتر های موثر بر مخلوط قیر و گوگرد

فایل : 44 صفحه

فرمت : Word