آشنایی با ترکیب های نفت خام و خواص آنها

ترکیب های نفت خام شامل ترکیبات هیدروکربنی مختلف با خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوت هستند. نفت خام بر اساس منطقه استخراج از نظر ترکیبات به شدت متفاوت است. اگرچه مقادیر خاص هیدروکربن های نفت خام متفاوت است اما همیشه از یک سری هیدروکربن های مختلف تشکیل شده است.

به طور کلی نفت خام از نظر وزنی حاوی حدود ۸۵٪ کربن است و باقی آن بیشتر از هیدروژن تشکیل شده است. در داخل نفت خام مقادیر قابل توجهی گوگرد ، اکسیژن و ازت نیز وجود دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

خواص ویژگی ترکیب های نفت خام

نفت خام صدها میلیون سال پیش در اقیانوس ها تشکیل شده است. در این اقیانوس ها ، مواد آلی مرده به کف اقیانوس افتادند و با مواد غیر آلی مخلوط شدند. پس از گذشت مدت زمان طولانی ، باکتریها در غیاب اکسیژن مواد آلی را تجزیه کرده و با افزایش فشار از رسوبات بالا ، دمای آن نیز افزایش یافت. با افزایش فشار و دما مواد آلی به آرامی به نفت خام و گاز طبیعی تبدیل شدند.

انواع مختلفی از نفت خام وجود دارد مثلا نفت خام سبک حاوی مقدار قابل توجهی گاز مایع طبیعی است ، در حالی که نفت خام سنگین گاز طبیعی کمی دارد یا فاقد آن است و در عوض حاوی تعداد زیادی هیدروکربن سنگین است. از آنجا که ترکیبات نفت خام می تواند بسیار متفاوت باشد ، می توانند گرانروی متفاوتی نیز داشته باشد.

نفت خام سبک تا متوسط ​​ کمی از نظر گرانروی شبیه آب است و به راحتی از بین سنگ های متخلخل عبور می کند. بنابراین استخراج این نوع نفت خام آسان تر است. برعکس نفت خام سنگین تر به راحتی از بین منافذ موجود در سنگ عبور نمی کند و استخراج آن دشوار است.

نفت خام می تواند از تقریباً بی رنگ – نفت خام سبک – تا زرد مایل به سبز و حتی مایل به قرمز تا سیاه متفاوت باشد. نفت خام سیاه بسیار سنگین است در حالی که رنگ های دیگر دارای ترکیبات غیر هیدروکربنی مانند گوگرد هستند که رنگ آنها را تغییر می دهد. سرانجام نفت خام بسته به ترکیبات موجود در آن بوی متفاوتی نیز دارند. نفت خام شیرین بوی بنزینی بیشتری دارد ، در حالیکه نفت خام ترش آلوده به گوگرد بوی تخم مرغ فاسد می دهد.

ترکیبات تشکیل دهنده نفت خام

نفت خام مخلوطی از هیدروکربن های مایع نسبتاً فرار است (ترکیباتی که عمدتا از هیدروژن و کربن تشکیل شده اند) ، هرچند که حاوی مقداری نیتروژن ، گوگرد و اکسیژن است. این عناصر طیف گسترده ای از ساختارهای مولکولی پیچیده را تشکیل می دهند که برخی از آنها به راحتی قابل شناسایی نیستند.

ترکیب های اصلی نفت خام

نفت خام به طور معمول با ترکیبات هیدروکربنی که در آنها بیشتر رایج است ،  مشخص می شود: پارافین ها ، نفتن ها و ترکیبات آروماتیک.  پارافین ها متداول ترین هیدروکربن های موجود در نفت خام هستند. برخی از پارافین های مایع از اجزای اصلی تشکیل دهنده بنزین  هستند و از این رو ارزش بسیاری دارند.

نفتن ها بخش مهمی از تمام محصولات تصفیه مایع هستند و همچنین برخی از بقایای سنگین  فرآیندهای پالایشی را تشکیل می دهند. ترکیبات آروماتیک به طور کلی تنها درصد کمی از نفت خام را تشکیل می دهند. رایج ترین ترکیب آروماتیک موجود در نفت خام ، بنزن است که یک عنصر محبوب در صنعت پتروشیمی است.

ویژگی ترکیب های اصلی نفت خام

پارافین ها یا آلکان ها

این ترکیبات در شیمی آلی با فرمول عمومی  CnH2n+2 نشان داده می شوند و به دو گروه نرمال و ایزو دسته بندی می ‌شوند. هیدروکربن‌ های اشباع شده با زنجیره خطی را پارافین‌ های نرمال و هیدروکربن‌ های شاخه ‌دار را ایزو پارافین ‌ها می گویند که تنها از نظر شکل با یکدیگر متفاوت هستند. این مسئله خواص آنها را تحت تاثیر قرار می دهد.

متان، اتان، پروپان و بوتان که اعضا اولیه این گروه هستند به شکل گاز و باقی ترکیبات از پنتان تا هپتادکان مایع هستند. ترکیبات سنگین ‌تر نیز به صورت مومی ‌شکل می باشند.

نفتن ها

نفتن‌ها با فرمول مولکولی CnH2n گروه  دیگری از ترکیب های نفت خام هستند که دارای یک یا چند حلقه سیرشده از اتم های کربن می باشند. این ترکیبات بخش مهمی از محصولات پالایشی نفت خام هستند و ساده‌ تر به گازوئیل تبدیل می‌ شوند.

ترکیبات آروماتیک

این ترکیبات تقریبا در تمامی انواع نفت خام وجود دارند و شامل هیدروکربن ‌هایی حلقوی و غیراشباع با پیوند دوگانه کربن- کربن، به صورت تناوبی هستند. بنزن، تولوئن و زایلین برخی از ترکیبات آروماتیک مایع هستند اما با افزایش تعداد کربن این ترکیبات به جامد تبدیل می شوند مانند نفتالین.

ترکیبات پلی ‌آروماتیک‌ با وزن مولکولی بالا که در نفت خام وجود دارند شامل هترواتم‌ هایی مانند  گوگرد، نیتروژن و اکسیژن هستند.

اولفین ها با فرمول مولکولی CnH2n  در حین پالایش نفت خام تولید می شوند . این ترکیبات با دارا بودن یک پیوند دوگانه بسیار واکنش ‌پذیر به راحتی دچار اکسیداسیون و پلیمریزاسیون می ‌شوند.

ترکیب های نفت خام از نظر علوم مهندسی

ترکیب های نفت خام بسیار زیادند و فرمول‌های شیمیایی متعددی دارند که در علوم مهندسی برای سادگی کار آنها را به صورت گروهی دسته‌ بندی می‌ کنند. به عنوان مثال ترکیبات حاوی ۱ اتم کربن را با C1C1 نشان می ‌دهند و به همین ترتیب تا C7C7 پیش‌ رفته و در نهایت ترکیبات حاوی بیش از  ۷ اتم کربن را به صورت C7+C7+ نشان می ‌دهند تا بررسی آنها ساده تر شود.

فرآیند تصفیه نفت خام

نفت خام به خودی خود ترکیب مفیدی نیست بنابراین برای تولید انواع محصولات مفید تصفیه می شود. این محصولات شامل نفت سنگین برای دیگ های بخار صنعتی ، مازوت ، گازوئیل ، نفت سفید و بنزین است. فرآیند تصفیه اصلی مورد استفاده برای نفت خام شامل تقطیر جزء به جزء است.

در این فرآیند ، نفت خام گرم و بخار می شود و از طریق یک ستون عمودی بالا می رود  و در بخش های مختلف به دلیل دمای تراکم متفاوت متراکم می شوند. محصولات باقیمانده می توانند تحت کراکینگ کاتالیزوری قرار بگیرند تا زنجیره های بزرگ هیدروکربن آنها تجزیه شود و به اجزای سبک تری مانند بنزین تبدیل شوند.

ساختار نفت خام

نفت خام که به عنوان “طلای سیاه” نیز شناخته می شود، در عصر صنعتی امروز اهمیت غیرقابل انکاری دارد. این ماده خام در بخش های مختلف مانند حمل و نقل، مواد شیمیایی، داروسازی نقش دارد و بخش بزرگی از تولید صنعتی و تولید برق است. نفت خام یک فرآورده نفتی طبیعی و تصفیه نشده است که از ذخایر هیدروکربنی و سایر مواد آلی تشکیل شده است. در واقع ترکیبی از مواد مختلف است که اصلی ترین آنها کربن و هیدروژن است. عناصر دیگر عبارتند از نیتروژن، اکسیژن و گوگرد و همچنین چندین عنصر کمیاب. به عنوان مثال، یک نمونه نفت خام ممکن است ترکیبی شبیه به موارد زیر داشته باشد: کربن – ۸۴٪، هیدروژن – ۱۴٪، نیتروژن – ۱.۵٪، گوگرد – ۰.۵٪، اکسیژن – ۰.۱٪.

نفت خام از بقایای حیوانات و گیاهان کوچک (پلانکتون) که میلیون ها سال پیش مرده و به ته دریا سقوط کرده اند، به وجود می آید. گرما و فشار ناشی از لایه‌ های رسوبی که روی آن‌ها انباشته شده بود باعث شد بقایای آن به نفت خام و گاز طبیعی تبدیل شوند. صدها نوع مختلف نفت خام وجود دارد که بر اساس موقعیت جغرافیایی، ترکیب شیمیایی و تا حدودی «شیرینی» یا «ترشی» آن دسته بندی می شوند. سه نوع از انواع این ماده شیمیایی مهم عبارتند از:

وست تگزاس اینترمدیت (WTI): WTI نفتی با کیفیت بالا است که سبک (چگالی کم) و شیرین (محتوای گوگرد کم) است.

مخلوط برنت: این نفت که عمدتاً از دریای شمال تهیه می‌شود، کمی سنگین ‌تر از WTI است و همچنین شیرین نیز محسوب می ‌شود.

دبی/عمان: این نفت خام سنگین ‌تر هستند و محتوای گوگرد بیشتری دارند و آنها را ترش می ‌کند.