در این مقاله میخوانیم … :
۱.معرفی کامل هیدروکربن سنگین
۲.آنالیز هیدروکربن سنگین
۳.معرفی انواع هیدروکربن های سازنده نفت
۴.معرفی روش بلندینگ هیدروکربن ها
هیدروکربن
هیدروکربن‌ها به‌طور ساده در دانش شیمی ، دسته‌ای از مواد آلی هستند که در ساختار مولکولی آنها ، فقط اتم‌های عنصرهای کربن و هیدروژن شرکت دارند. هیدروکربن‌ها، همانند دسته‌بندی تمام مواد آلی، در دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک قرار می‌گیرند. از نگاه دیگر می‌توان هیدروکربن‌ها را در دو گروه سیرنشده و یک گروه سیرشده قرار داد.
هیدروکربن سنگین
هیدروکربن سنگین یکی از ویژگی های منحصر بفرد علم شیمی که سبب شده است تا همه جا رد آن را ببینیم و روز و به روز بر وسعت مرزهایش افزوده شود ، زایایی و تنوع بالای محصولاتیست که از دل آن بیرون می آیند . به عنوان مثال ممکن است اجزای تشکیل دهنده یک ترکیب ساده دارای ایزوتوپ های زیادی باشند (تفاوت اتم های مشابه در تعداد نوترون هایشان) ، همین عامل سبب می شود تا این ترکیب به ظاهر معمولی بنا به اتمی که در آن وجود دارد دارای حالت های مختلفی شود ، حالت هایی که گاه تفاوت های چشمگیری به وجود می آورند .
مثلاً باور این مطلب شاید برای برخی آسان نباشد که از نظر ایزوتوپی می توانیم ۱۸ مدل مختلف از یک ملکول آب داشته باشیم . در این ترکیب با داشتن ۳ ایزوتوپ هیدروژن (هیدروژن ، دوتریم و تریتیم) و ۳ ایزوتوپ اکسیژن (که با اعداد ۱۶ ، ۱۷ و ۱۸ نمایش داده می شوند) و همچنین ۳ جایگشت مختلف ، ۲×۳×۳ حالت ممکن وجود دارد که سبب می شود تا این ملکول آب به طرق مختلفی به وجود آیند که آب سنگینی که نام آن زیاد شنیده می شود هم از ترکیب ایزوتوپ های سنگین تر ، به همین روش تولید می گردد .
به عنوان مثالی دیگر ، گاهی دیده می شود که با کم و زیاد شدن تعداد کربن یا هیدروژن های یک ماده سوختنی ، میزان آلودگی آن کم و درصد ناقص سوختن آن به شدت کاهش می یابد ، در نتیجه اینکه شناسایی ذره ذره این تغییرات مهم بوده و از سوی عرضه کنندگان آن ها محاسبه می گردد .
آنالیز هیدرو کربن سنگین
کربن ، خارق العاده ترین عنصر شناحته شده
با درک اهمیت تک تک عناصر و میزان تأثیرگذاری حتی یک الکترون کمتر یا بیشتر در آن ها ، یکی از خارق العاده ترین عناصر شناخته شده توسط انسان کربن می باشد . این عنصر که با عدد اتمی شش در سمت راست جدول تناوبی عناصر و بخش نافلزها قرار گرفته است ، با وجود داشتن چهار اوربیتال خالی در لایه آخر خود ، اگرچه همانند فلزات قلیایی واکنش پذیر نیست اما هم قادر به از دست دادن الکترون های لایه آخر و تبدیل شدن به یک یون مثبت می باشد و هم می تواند با کسب همین الکترون ها به یونی منفی تبدیل شود .
همین عامل سببی شده است تا کربن ها برای برقراری اتصال به اتم های دیگر از طریق پیوندهای گوناگون پتانسیل بالایی داشته باشد و از آن مهمتر بتواند به ملکول کربنی دیگر متصل شود ، در نتیجه اینکه عجیب نیست که یکی از شاخه های علم شیمی و سرفصل های کتب این درس به شیمی کربن یا آلی تخصیص یافته است .
در میان تقسیم بندی های مختلفی که برای موادی حاوی کربن ارائه می شود ، آن دسته از ترکیباتی که با هیدروژن در ارتباط بوده و با پیوندهای کوالانسی به تولید موادی جدید دسن می زنند هیدروکربن (هیدروژن و کربن) گفته می شود .
می دانیم که منشأ تولید بسیاری از مواد پلاستیکی و سوخت های فسیلی نفت خامیست که از چاه های مربوطه استخراج شده و با انتقال به پالایشگاه ها به اجزای مستقل و قابل مصرفی تبدیل می شوند . در همین راستا ، پس از اینکه نمک و اسیدهای موجود در این ماده معدنی جدا شد ، آنچیزی که که باقی می ماند هیدروکربن هایی می باشند که اینک با درصدهای مختلفی از کربن و هیدروژن آماده جداسازی می باشند .
تقطیر جزء به جزء
در تقطیر جزء به جزء این ماده تا دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد گرم می شود . پس از این کار این سیّال به داخل برج مرتفع تقطیر فرستاده شده و طی این فعل و انفعالات مولکول های کوچک و سبکتر (دارای یک تا چهار اتک کربن) به سمت بالای ستون آمده و ملکول های سنگین و دیرجوش تر (دارای پنج تا بیست اتم کربن و حتی بیشتر) در قعر آن باقی می مانند . گفتنیست که هیدروکربن های سنگین که عبارت اند از بنزین ، نفت و سایر روغن ها از دسته دوم می باشند . هیدروکربن سنگین دامنه تقطیری ۲۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد را داشته و در موتورهای دیزلی درون سوز ، مشعل های خانگی و سایر ادوات صنعتی کاربرد زیادی دارد .
این هیدروکربن سنگین که با نام هایی نظیر گازوئیل یا سوخت دیزل هم شناخته می شود در محدوده C14 و C25 قرار دارد . نهایتاً در خصوص گروه های عاملی این محصول می توان به پارافینیک ، نفتنیک و آروماتیک ها اشاره کرد که دارای گرانروی تقریبی ۸۴۰kg/m3 می باشند .
سوخت میان تقطیری
یکی از سوختهای میان تقطیری پالایشگاه که دامنه تقطیری آن از حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد تا ۳۸۵ سانتیگراد بوده ودارای عملکرد مناسبی در مشعل های خانگی و صنعتی موتورهای درون سوز دیزلی دارد ،هیدروکربن سنگین نامیده میشود.
هیدروکربن ها شامل ترکیبات آلى مختلف هستند که بطور عمده از H و C ساخته شده اند. در این مولکول ها پیوند هیدروژن-کربن، پیوند کووالانسى است.( پیوند یونى وجود ندارد.)
اتم هاى گوگرد(S)، نیتروژن (N) و اکسیژن (O) معمولا در هیدروکربن ها به شکل جایگزین کربن مى باشند. هر چه مقدار گوگرد در ترکیبات هیدروکربنى بیشتر باشد، باعث تغییر رفتار فیزیکى مى شود و حالت خورندگى ایجاد مى کند. ترکیبات سنگین تر مى شوند و پالایش نفت سخت تر مى شود. هر چه عناصر جایگزین در هیدروکربن ها کمتر باشد، نفت خام سبک تر و خالص تر است.
تولید هیدروکربن سبک از هیدروکربن سنگین
از آنجایی که بخش عمده ای از نفت استخراجی کشور سنگین بوده و ارزش اقتصادی پایین دارد، تبدیل ترکیبات هیدروکربنی سنگین به سبک بسیار اهمیت دارد. هیدروکربن های سنگین هم مشکلات حمل و نقل به دلیل گرانروی بالا، چگالی زیاد و … دارند و هم به دلیل سختی فرآوری و استفاده در فرآیندهای تولید انرژی دارای ارزش اقتصادی پایینی می باشند. این محصولات سنگین در بخش های کم ارزش مانند تولید قیر و واکس استفاده می شوند اما در صورت فرآوری و شکستن زنجیره های هیدروکربنی بزرگ به محصولات سبک تر دارای ارزش بالایی خواهند شد.
انواع هیدروکربن هاى سازنده نفت
هیدروکربن هاى پارافینى ( آلکالن ها)
آلکالن ها ساده ترین و سبک ترین مولکول سرى پارافین ها هستند، پیوند ساده دارند، هیدروکربن اشباع شده هستند، مولکول هاى زنجیره اى یا خطى اند، مى توانند شاخه ى جانبى داشته یا بدون شاخه باشند. پارافین هاى سبک مختص گازهاى طبیعى هستند و انواع سنگین تر در نفت خام یافت مى شود. ساده ترین آن متان (CH4) است.
معمولاً مقدار ۵ کربن براى گازها اما کربن ١٠ تا ١۵ حالت مایع به خود مى گیرند.
هیدروکربن هاى نفتن ها (سیکلوآلکالن ها یا سیکلوپارافینى)
ساده ترین هیدروکربن هاى حلقوى هستند، پیوند ساده، اشباع، مى توانند شاخه ى جانبى داشته باشند، تفتن ها در گازها کمیاب بوده ولى در نفت هاى خام بیشنر است. هرچه نفت خام داراى ترکیب خالص تر باشد، مقدار نفتن ها بیشتر است.
هیدروکربن هاى آروماتیک (معطر)
هیدروکربن هاى حلقوى با پیوند دوگانه و ساده، داراى واحد ساختمانى بنزنى اند و غیر اشباع اند.
هیدروکربن هاى آسفالتیک
شامل ترکیبى از مولکول هاى حلقوى آروماتیک به تعداد زیاد، همراه با عناصر O, N, S که در مجموع بسیار سنگین بوده و غیراشباع هستند و فرمول عمومى مشخصى ندارند. بیشتر در نفت هاى خام سنگین کم کیفیت و غلیظ هستند یا در نفت هاى جامد (آسفالت طبیعى) یافت مى شوند.
معرفی روش بلندینگ هیدرو کربن ها
این سیستم جهت میکس و مخلوط کردن دو یا چند هیدرو کربن سبک و سنگین می باشد.
در ایران اغلب کارحانجات به دنبال تهیه ی محصولی مشابه گازوییل پالایشگاهی دراین روش هستند ، که بتوانند در بازار های افغانستان،پاکستان ، و عراق به جای گازوییل اصلی پالایشگاهای دولتی به فروش برسانند ، چرا که گازوییل پالایشگاهای دولتی سوپسیتی بوده و صادرات ان به صورت خصوصی وبا قیمت داخلی ممنوع می باشد و لذا این کارخانجات با پیدا کردن فرمولاسیون مناسب و مشابه و قیمت تمام شده ی پایین تر می توانند محصول خود را به فروخته و به شکلی ساده وکاملا قانونی در امر صادرات ذی نفع باشند.
مسلم است که هیدرو کربن حاصل از این فرایند از نظر کیفیت در سطح پایین تری از گازوییل می باشد اما با توجه به تشابه بسیار نزدیک خواص فیزیکی از جمله دانسیته و فلش پوینت و رنگ و شفافیت و مهم تر از همه قیمت تمام شده ی پایین تر نسبت به قیمت جهانی گازوییل می تواند به راحتی در کشور های همسایه مثل افغانستان ، پاکستان و عراق به فروش برسد.
انواع عمده نفت خام
نفت خام عمدتاً شامل هیدروژن و کربن است، ولى علاوه بر آن مقادیر کمى N, S, O و مقادیر بسیار کمترى فلزات غیر معمول، مانند وانادیوم (V) و نیکل (N) مى باشد. اگرچه ترکیب نفت خام نسبتاً ساده است اما تعداد ترکیبات هیدروکربنى که در نفت ممکن است موجود باشد، بسیار زیاد است.
عموماً چهار گروه ترکیبات عمده در نفت خام وجود دارند که شامل پارافین ها، نفتن ها، آروماتیک ها و رزین ها- آسفالتین ها مى باشند. رزین ها و آسفالتین ها، هیدروکربن خالص نیستندو داراى عناصر دیگرى علاوه بر H و C مى باشند. پارافین ها، نفتن ها و آروماتیک ها هیدروکربن هاى واقعى هستند. در مجموع پارافین ها و نفتن ها هیدروکربن هاى اشباع شده هستند، بطوریکه هیدروژن کافى براى اشباع کردن ظرفیت الکترونى اتم هاى کربن دارند. هیدروکربن هاى آروماتیک از نظر هیدروژن غیر اشباع هستند.
پارافین ها(paraffins)یا(آلکالن ها Alkanes)
اولین نوع عمده ى نفت خام، پارافین ها هستند. ساده ترین و سبک ترین مولکول سرى پارافین ها، متان با فرمول CH4 است. پارافین ها با کمتر از پنج اتم کربن، در فشار و حرارت عادى به شکل گازى هستند. علاوه بر متان، دیگر پارافین هاى گازى عبارتند از اتان، پروپان و بوتان.
دو نوع اساسى از مولکول هاى پارافینى وجود دارد که هر دوى آنها داراى ترکیب یکسانى هستند و در طول یک سرى با افزایش یک اتم کربن و دو اتم هیدروژن پدید مى آیند. یک سرى از آنها شامل مولکول با زنجیره مستقیم یا عادى بوده( n-paraffin) و دیگرى مولکول هاى با زنجیره ى شاخه دار است که ایزوپارافین ( iso-paraffin) نامیده مى شوند.
در نفت هاى خام، انواع نرمال پارافین ها از نوع شاخه دار معمول تر مى باشند. اگرچه از نظر شیمیایى این دو کاملا یکسانند، ولى شکل ساختمانى آنها بر روى ویژگى هاى فیزیکى تأثیر مى گذارد. براى مثال، پارافین هاى نرمال با زنجیره ى مستقیم، نقطه جوش بالاترى نسبت به ایزوپارافین هاى شاخه دار معادل خود دارند.
پارافین ها تشکیل دهنده ى اصلى هیدروکربن هاى گازى هستند. آنها همچنین در نفت سفید (kerosene oils) و گازولین (gasoline) که بیش از ٣٠٪ نفت خام را تشکیل مى دهند فراوانند.
نفتن ها( Naphthenes)
دومین هیدروکربن عمده در نفت خام، نفتن ها هستند که گاهى اوقات cycloalkanes نیز نامیده مى شوند. فرمول عمومى نفتن ها ؟ است. مانند پارافین ها، نفتن ها نیز هیدروکربن هاى اشباع شده هستند، ولى نفتن ها داراى ساختمانمولکولى حلقوى بسته مى باشند. نفتن ها از حداقل ٣ تا بیش از ٣٠ اتم کربن را در حلقه هایشان قرار داده اند. سیکلوپنتان با یک حلقه پنج اتم کربنى و سیکلوهگزان با یک حلقه شش اتم کربنى، نفتن هاى متداول در نفت هاى خام هستند.
بیشتر نفت هاى خام، مقادیر مشابهى از نفتن ها و پارافین ها را دارا هستند. مجموعا هیدروکربن هاى اشباع شده ۶٠٪ اغلب نفت هاى خام را تشکیل مى دهند.
آروماتیک ها (Aromatics)
سومین گروه اصلى ترکیبات هیدروکربنى موجود در نفت هاى خام، آروماتیک ها هستند. بر خلاف نفتن ها و پارافین ها، آروماتیک ها نسبت به هیدروژن غیر اشباع هستند. ساختمان آنها بر پایه ى یک حلقه شش اتم کربنى است که با توجه به ساده ترین عضو این خانواده یعنى بنزن، حلقه بنزنى نامیده مى شود. در بنزن، تنها اتم اتصال یافته به حلقه کربن، هیدروژن است. گروه عمده آروماتیک ها از جانشین شدن مولکول هاى پارافینى به جاى اتم هیدروژن در حلقه ى بنزنى بدست مى آیند. این سرى ها شامل تولوئن و اتیل بنزن ، نافالن و آنتراسن مى باشند.
هیدروکربن هاى آروماتیک در فشار و حرارت عادى مایع هستند. آنها در نفت سبک نسبتا به مقدار کمترى وجود دارند، ولى در نفت هاى سنگین فراوانند. تولوئن معمولى ترین آروماتیک ها در نفت خام مى باشد. دیگر آروماتیک هاى مهم گزیلن و بنزن مى باشند.
رزین ها – آسفالتین ها (Resins & Asphaltines)
چهارمین گروه مهم ترکیبات نفت هاى خام، رزین ها و آسفالتین ها مى باشند. رزین ها و آسفالتین ها ترکیبات پیچیده اى هستند. این هیدروکربن هاى ناخالص، اغلب به ترکیبات NSO معروفند زیرا حاوى اتم هاى O، S و N مى باشند که بعضى از آنها جانشین کربن حلقه آروماتیک ها مى شوند. ترکیبات NSO بالاترین وزن مولکولى را دارند و سنگین ترین اجزاى تشکیل دهنده ى نفت هاى خام مى باشند. عموماً رزین و آسفالتین همراه با نفت خام هاى آروماتیک سنگین یافت مى شوند.
- تاثیر پارامترهای مهم در تشخیص کیفیت محصولات تولیدی هیدروکربن
- چگالی/وزن مخصوص : ASTM D1298/ISIRI197
- تقطیر در فشار اتمسفر (ASTM D86 / ISIRI6261: (Atmospheric Distillation
- تقطیر در خلاء (ASTM D1160 / ISIRI890 : ( Vacum Distillation
- تعیین رنگ (ASTM D1500 / ISIRI20 : (Color Test
- نقطه ریزش (ASTM D97 / ISIRI201 : (Pour Point
- مقدار خاکستر (ASTM D482 / ISIRI2940 : (Ash Content
- نقطه ابری شدن (ASTM D2500 / ISIRI5438 : (Cloud Point
- نقطه ی اشتعال (FIash Point)
- نقطه اشتعال بسته : ASTM D93 / ISIRI19695
- نقطه اشتعال باز : ASTM D92 / ISIRI198
- تعیین میزان گوگرد (ASTM D4294 / ISIRI8402 : (Sulfur Content
- تعیین میزان آب به روش کارل فیشر (ASTM D6304 / ISIRI18481 : (Wster Content
- خوردگی نوار مس (ASTM D130 / ISIRI336 : (Copper Corrosion
- میزان مرکاپتان : ASTM D3227 / ISIRI9397
- میزان هیدروژن سولفید : ASTM D 3227 / ISIRI9397
- صمغ (ASTM D381 / ISIRI18034 : ( Gum Content