فرآورده های نفتی

فرآورده های نفتی

بشر از آغاز خلقت بدنبال چیزی بوده است که بتواند از آن حرارت، روشنایی و نیروی لازم برای گرداندن چرخ زندگی خود را فراهم نماید. برای تامین حرارت نخست شاخ و برگ درختان و زغال چوب را که در دسترس داشت، بکار می‌برد. روشنایی لازم را نیز با مشعل‌های چوبی یا چراغهای پیه سوز و رفته رفته با چراغهایی که با روغنهای گیاهی و روغنهای معدنی می‌سوخت، تامین می‌کرد.....

زغال سنگ منبع انرژی

بشر کم کم زغال سنگ را کشف نمود. کشف زغال سنگ زندگی بشر را دچار تحولی بزرگ کرد و باعث پیدایش و رشد سریع صنایع گردید. تا اوایل قرن بیستم منبع اصلی انرژی ، زغال سنگ بود. اما بعدها ، انسان دریافت که نفت را که از دیر باز می‌شناخت، و لیکن به مصارف محدود و دیگر می‌رسانید، برای تولید حرارت و انرژی به مراتب از سوختهای جامد بهتر است. از این رو شروع به استخراج نفت از زمین نمود.

نفت اصلی ترین منبع انرژی

امروزه نفت از سایر منابع انرژی و حرارت ، پیشی جسته و مقام نخست را دار است و پیوسته دامنه مصرف آن گسترش می‌یابد. همچنانکه انسان در زندگی پیش می‌رود، احتیاجش به منابع انرژی بیشتر می‌گردد و جوابگوی این تقاضای روز افزون فقط نفت است. وگرنه زغال سنگ و منابع دیگر نیرو نمی‌توانند تکافوی احتیاجات امروزی بشر را بنماید. حتی اگر در سالهای آینده از انرژی هسته‌ای استفاده بعمل آید، باز نفت همچنان سهم و مقام برجسته در تولید نیرو به عهده خواهد داشت.

سوخت مایع و گازی بهتر از سوخت جامد است. به همین سبب بشر برای تهیه سوختهای لازم برای زندگی صنعتی خود ، به نفت روی آورده است.

سوختهای نفتی

تعداد سوختهای نفتی نیز فوق العاده زیاد است. مثلا در پالایشگاه آبادان ، صرفنظر از محصولات دیگر سوختهای گوناگون فراوانی از بنزین هواپیما گرفته تا قیر تهیه می‌شود. ذکر همه این مواد و موارد مصرف آنها امکانپذیر نیست. بنابراین چند مورد مهم و آشنای آن را مثل گاز ، بنزین ، نفت سفید ، نفت دیزل ، روغن و قیر ذکر می کنیم.

گاز

گاز نفت بطور طبیعی همراه نفت خام از زمین بیرون می‌آید و یا بر اثر پالایش و تجزیه اجزای نفت حاصل می‌گردد. گاز نفت انواع گوناگون دارد. برخی از آنها در فشار و دمای عادی گازی شکل هستند. به همین سبب آنها را اصطلاحا گاز خشک می‌گویند. بعضی نیز در این شرایط مایع هستند لذا اصطلاحا آنها را گاز تر می‌نامند. گازهای تر مقدار زیادی بنزین سبک و گرانبها همراه دارند که در موقع پالایش آنها را جدا می‌سازیم. اما گاز خشک یک سوخت حاضر و آماده است.

بنزین

بنزین یکی ازفرآورده‌های سبک نفت است که یا بطور طبیعی با گازهای تر همراه است و یا بر اثر پالایش نفت خام حاصل می‌گردد. در اوایل پیدایش صنعت نفت که هدف پالایشگران فقط تهیه نفت چراغ بود، بنزین مورد مصرفی نداشت. حتی ماده‌ای زائد و خطرناک بشمار می‌رفت. لذا سعی می‌شد که در موقع پالایش حتی المقدور کمتر ، از آن بوجود آید تا آز آسیب آن در امان باشند. اما با اختراع موتورهای احتراقی درونسوز این وضع دگرگون شد و مصرف بنزین آنچنان گسترش یافت که برای تهیه آن ناگزیر شیوه‌ها و دستگاههای پالایش جدیدی پدید آمد. پالایشگران ناگزیر شدند ملکولهای ترکیبات نفتی را شکسته و تغییراتی در آن دهند تا بنزین بوجود آید.

نفت سفید

نفت سفید مایعی بیرنگ و کمی سنگین تر از بنزین است. نفت سفید از آغاز پیدایش صنعت نفت تا ۵۰ سال ، مهمترین فرآورده نفتی بود. نخست بعنوان روغن چراغ بکار می‌رفت و هنوز هم در مواردی برای تولید روشنائی بکار می‌رود. امروزه بیشتر بعنوان منبع تولید نیرو و در برخی توربینهای هواپیما و موتور تراکتورهای مخصوص بکار می‌رود.

سوخت دیزل

نفت دیزل چنانکه از نامش پیداست، بعنوان سوخت در موتورهای دیزلی یعنی موتورهای فشار سوز به مصرف می‌رسد. مقدار گوگرد موجود در این نوع نفت بیش از میزان موجود در نفت سفید است.

روغنهای روان

یکی دیگر از محصولات نفتی ، روغن روان است که بیشتر برای روان نگهداشتن اجزای ماشین آلات به مصرف می‌رسد. میزان روغنهای حاصل از نفت کمتر از ۲ در صد کلیه فرآورده‌های دیگر است. لذا همین میزان روغن نقشی بر جسته و مهم در صنایع و زندگی امروزی ایفا می‌کند. زیرا از قیچی و چرخ خیاطی گرفته تا جرثقیلهای عظیم و ماشین آلات غول پیکر همه برای خوب کار کردن باید روغن مصرف کنند. روغن برای اجزا متحرک ماشین آلات بکار رفته و از اصطکاک و فرسوده شدن آنها جلوگیری می‌کند.

قیر

قیر هیدروکربنی است که معمولا از تقطیر و پالایش نفت خام معینی ته ظرف پالایش بدست می‌آید. وزن مخصوص آن ۱ الی ۱.۳ و نقطه ذوب آن (۱۴۰ - ۱۱۰) درجه سانتیگراد می‌باشد. این ماده بطور طبیعی نیز در برخی از نقاط کره زمین یافت می‌شود. قیر طبیعی بر اثر تراوش نفت خام از روزنه و شکافهای سطح زمین به خارخ و بخار شدن اجزای سبک نفت پدید می‌آید. همین قیر بود که از دیرباز ، مخصوصا در ایران و بین النهرین بعنوان ملاط در ساختمانها و استخرها و یا گازهای دیگر به مصرف می‌رسید.

قیر حاصل تقطیر ، ماده‌ای است سیاه رنگ یا قهوه‌ای سیر که برحسب مقدار اجزای سبکی که در موقع پالایش از نفت خام گرفته می‌شود، ممکن است خیلی سفت یا به درجات مختلف نرم باشد. قیر بر اثر حرارات نرم و آب می‌شود. اما اگر با اکسیژن ترکیب شده باشد بصورت نوعی لاستیک در می‌آید که در آنصورت مثل قیرهای دیگر چندان در مقابل گرما یا در مقابل سرما سفت نمی‌شود.

قطران طبیعی

گروهی از نفت‌های خام دارای گوگرد زیاد ، ویسکوزیته بیشتر و تراکم را قطران طبیعی گویند، که در بعضی مناطق استثنائا آنها را نیز استخراج می‌کنند. قطران در عمق کم زمین و در داخل ماسه‌ها ی نفت دار که به آنها ماسه‌های قطران (Tar SandS) گویند، یافت می‌شود. این قطران‌ها راهنمای خوبی برای پیدا شدن نفت خام محسوب می‌شوند.

موم طبیعی

موم طبیعی بطور کلی از پارافین تشکیل می‌شود و می‌تواند درون لوله‌های حامل نفت نیز از متن تفکیک حاصل می‌کند. این ماده به حالت خمیر یا شکننده و برنگ زرد مایل به قهوه‌ای می‌باشد که دارای وزن مخصوص ۰/۸۴ الی ۰/۹۳ می‌باشد. نقطه ذوب موم طبیعی ۸۵ الی ۱۰۰ بوده و در داخل بنزین ، روغن و محلولهای بیتومینی حل می‌شود.

کتاب مفید در زمینه شیمی نفت

کتاب مفید در زمینه شیمی نفت 

لینک

مهاجرت نفت

شواهدی دایر بر انتقال نفت به محلی که در آن تجمع یافته وجود دارد. به عبارت دیگر نفت و گاز متمرکز در مخزن ، از سنگی دیگر منشا گرفته و به محلی مناسب جهت ذخیره مهاجرت می‌کند. از نظر مقایسه سنگ مخزن دارای فضاها و نافذ قابل ملاحظه و به هم مرتبط بود. ولی منافذ سنگ منشا بسیار ریز و یا قابل چشم پوشی می‌باشد. حرکت سیال ، از سنگ منشا به سمت لایه و معابر توسط و همچنین در درون مخزن ، مهاجرت نامیده شود. تداوم مهاجرت هیدروکربور سبب تجمع آن شده که در نهایت منجر به تشکیل مخزن نفت می شود.

علائم و شواهد مهاجرت هیدروکربورها
مواد آلی موجود در منافذ مرتبط سنگهای سطحی زمین ، اکسید شده و فاسد می‌شود. بنابراین ، لازمه حفظ مواد نفتی در مخزن به دنبال افزایش عمق و ازدیاد دمای مخزن می‌باشد.
بخش بسیار کوچکی از مواد ارگانیکی سنگهای منشا به نفت و گاز تبدیل می‌شود. مقدار نفت به صورت جازا بسیار ناچیز است. به همین دلیل تشکیل مخزن دارای ذخیره قابل ملاحظه هیدروکربور در سنگ منشا غیر ممکن به نظر می رسد.
نفت و گاز بطور کلی همراه آب در منافذ سنگ مخزن تجمع می‌یابد. به همین دلیل ، وجود نفت و گاز در منافذ و شکستگیها همزمان با دفن شدگی مخزن در صورت گرفته است.
نفت و گاز در بالاترین نقطه مخزن تجمع و تمرکز یافته که خود تاثیری بر حرکت نفت به سمت بالا و یا در جهات عرضی می‌باشد.
نفت و گاز و آب بر اساس وزن مخصوص نسبت به یکدیگر در مخزن قرار می‌گیرد. نحوه قرار گرفتن گاز ، نفت و آب حاکی از حرکت آنها در داخل مخزن است.

مهاجرت اولیه نفت
منظور از مهاجرت اولیه ، جز بیش مواد هیدر و کربنی از سنگ منشا بصورت محلول در آب ، ملکول آزاد ، جذب در مواد ارگانیکی یا غیر ارگانیکی و یا تلفیقی از آنها می‌باشد. هیدروکربورها ضمن انتقال اولیه بایستی از سنگ منشا ، آزاد شده تا بتوانند حرکت کنند. به هرحال ، جدایش مواد ارگانیکی قابل حل از سنگ منشا ، مکانیسم اصلی انتقال اولیه را بوجود می‌آورد. مقدار از این تولید در واحد حجم بسیار کم است. دما و فشار با ازدیاد عمق و دفن سنگها افزایش پیدا می‌کند.
این عمل سبب کاهش مقدار غلظت سنگهای قابل انعطاف شده و به نحوی که در نهایت منجر به خروج مقدار زیادی از مایع درون خلل سنگ می‌شود. سنگهای دانه ریز مانند رسها بیشترین فشار را متحمل می‌شود. مایع محتوی این سنگهای تحت فشار به طرف بالا صعود می‌کند. به همین دلیل افزایش فشار می‌توانند سر آغاز حرکت صعودی سیالات محسوب شود. مطالعه‌ای که بر قابلیت انحلال پذیری هیدروکربورها در آب سازند صورت گرفته حاکی از کاهش قابلیت انحلال قابلیت انحلال هیدروکربورها ضمن افزایش اندازه ملکولی آن می‌باشد. افزایش دما قابلیت حل هیدروکربور در آب را افزایش می‌دهد.
قابلیت انحلال هیدروکربورهای سنگینتر با کاهش دما کم می‌شود. بنابراین هیدروکربورها بر اثر کاهش دما به تدریج از محلول اشباع شده خارج می‌شود. این رهایی در هر سنگی که دمایی کمتر از دمای قبلی خود داشته باشد می‌تواند صورت گیرد. نتیجه آزاد شدن هیدروکربور ، راه یابی آن به مسیر اصلی جریان است. آزاد سازی نفت ، ناشی در کاهش دما ، در هر حال ، تنها مقدار کمی نفت از سنگهای ضخیم لایه ، می‌تواند از آب عبور جدا شود.

رزین های مبادله کننده یون

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود در ساختمان آنها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی از کانیهای طبیعی بخصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی ، زئولیت می‌گویند و این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف می‌کردند و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند که استفاده از آن در تصفیه آب مزایای زیاد داشت چون احتیاج به مواد شیمیایی نبود و اثرات جانبی هم نداشتند.

اما زئولیت‌های سدیمی دارای محدودیتهایی بودند. این زئولیتها می‌توانستند فقط سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند و آنیونهایی از قبیل سولفات ، کلراید و سیلیکات‌ها بدون تغییر باقی می‌مانند. واضح است چنین آبی برای صنایع مطلوب نیست. پس از انجام تحقیقات در اواسط دهه 1930 در هلند زئولیتهایی ساخته شد که به جای سدیم فعال ، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیتها که به تعویض کننده‌های کاتیونی هیدروژنی معروف جدید ، سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزامان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیائیست آب را کاهش دهند.

برای بهبود تکنولوژی تصفیه آب ، گامهای اساسی در سال 1944 برداشته شد که باعث تولید زرین‌های تعویض آنیونی شد. زرین‌های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیونی آب را حذف می‌کنند و رزین‌های آنیونی تمام آنیونهای آب را از جمله سیلیس را حذف می‌نمایند ، در نتیجه می‌توان با استفاده از هر دو نوع زرین ، آب بدون یون تولید کرد. همچنین پژوهشگران دریافتند که سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی می‌باشد. این نتیجه گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. بنابراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود. و امروزه اکثر زرین‌های تعویض یونی که در تصفیه آب بکار می‌روند رزین‌های سنتزی هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل شده‌اند.

شیمی رزین‌ها

رزین‌های موازنه کننده یون ، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال ، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل +H یا +Na به آن هستند.

این کاتیونهای متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌های متحرکی مثل -Cl یا -OH به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون ، کاتیون‌ها یا آنیون‌های موجود در محلول با کاتیون‌ها و آنیون‌های موجود در رزین تعویض می‌شود ، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:

1. خود دارای یون باشد.
2. در آب غیر محلول باشد.
3. فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد ، بطوریکه یونها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.

در مورد رزین‌های کاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر تحرک و یون متحرک +H را می‌توان همچون یک قطره اسید سولفوریک با غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون می‌تواند از ان عبور نماید. شکل زیر تصویر یک دانه رزین و تصویر معادل یک قطره اسید سولفوریک 25% نشان می‌دهد.

طبقه بندی رزین‌ها رزین‌ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

1. رزین‌های کاتیونی قوی SAC) Strongacidis Cation)
2. رزین‌های کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidis Cation)
3. رزین‌های آنیونی قوی SBA) Strongbasic anion)
4. رزین‌های آمونیونی ضعیف WBA) Weak basic anion

بطور کلی رزین‌های نوع قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین‌های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزین‌های نوع ضعیف ، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف مواد شیمیایی مورد نیاز برای احیا رزین را باعث می‌شود. رزین‌های کاتیونی قوی قادر به جذب کلیه کاتیونهای موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیونهای هستند که به قلیائست آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.

نوع قوی
Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4

نوع ضعیف
Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3

مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد ، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیا مکرر می‌گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیونهای آب است بکارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از بکارگیری رزینهای کاتیونی قوی می‌باشد. رزین‌های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیونهای موجود در آب بوده ولی رزین‌های آنیونی قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک ، کلریدریک و نیتریک می‌باشد. رزین‌های آنیونی ضعیف مقاومتر از رزینهای آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم‌های تصفیه آب ، رزین‌های آنیونی قوی در پاین دست رزینهای آنیونی ضعیف قرار می‌گیرند.

2HCl OR 2H2SiO3 + 2ZOH -----> 2ZHSio3ZCl + H2O

2HCl OR 2HNO3 + ZOH -----> 2ZCl OR 2ZNO3 + H2O

برخی از کاربردهای رزین‌ها

• رزین‌های کاتیونی سدیمی نه تنها کاتیون‌های سختی آور آب بلکه همه یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند. برای احیا این نوع رزین‌های کافی است که رزین را با آب نمک شست و شو دهیم تا رزین به فرم اولیه خود برگردد.
• با رزین‌های کاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن و منگنز را چون بقیه کاتیونها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزین‌ها معمولا مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد. اولا باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا ، آهن و منگنز محلول در اب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده و باعث آلوده شدن رزین می‌گردد.
• با استفاده از رزین‌های تبادل یونی می‌توان لیزین را که جز اسید آمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوکها ، ماکیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد ، را تخلیص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه ، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندیهای آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه‌ها ، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.
• حذف سیلیکا از آبهای صنعتی با استفاده از رزین‌های آنیونی قوی
• حذف آمونیاک از هوا بوسیله زئولیت‌های طبیعی اصلاح شده (کلینوتپلولیت)