« بررسي تركيبات شيميايي قير جهت تعيين كيفيت »
1- معرفي نامه
قير ماده ايست كه از نفت خام توليد يا پالايش مي گردد. اين مواد از مواد اوليه توليد شده طي ميليون ها سال در زيرزمين بوجود مي آيند. مواد آلي و لجن ها در لايه هايي به ضخامت صدها متر جمع و انباشته مي شوند. وزن لايه ها، اين لجن ها و رسوبات را به هم فشرده و ايجاد صخره هاي رسوبي مي نمايد. در اثر گرماي زمين و يك سلسله مراحل بيوشيميايي و باكتريايي همراه با فشار اين مواد به نفت تبديل مي شوند. تركيب شيميايي نفت خام تا حد زيادي مربوط به منبع و محل توليد آن مي باشد . حدود 1500 منبع نفت خام در جهان از درياي شمال، خاورميانه ، آمريكاي جنوبي ، آسيا تا حتي استراليا وجود دارد. بعضي از آنها قيرهاي بسيار خوب داشته و بعضي از آنها قيرهاي خوبي ندارند گر چه هنوز بحث روي تركيب شيميايي قير ادامه دارد ولي واضح است كه خصوصيات قيرهاي مختلف بستگي به منابع متفاوت استخراج و تهيه نفت خام توليد كننده آنها دارد. بررسي خصوصيات شيميايي قير كليد توليد قير با خصوصيات مربوطه آن مي باشد. در ضمن شرايط آب و هوايي هر منطقه قير خاص خود را نياز دارد. قير داراي تركيب شيميايي بسيار پيچيده بوده كه مي تواند با اين گستردگي تركيب، خصوصيات فيزيكي مشابه و واحدي را ايجاد نمايد. تركيب شيميايي قير كليديست براي تعيين خصوصيات قيري در توليد آن توسط پالايش كنندگان .
2- تركيب شيميايي پايه قير
قير از تركيبات قطبي و غيرقطبي در تركيب كلي خود ساخته شده است. فعل و انفعالات تركيبات قطبي قير ساختمان و خصوصيات مكانيكي آن را تعيين مي نمايد.
تركيب شيميايي قير توليد شده بستگي به دو پارامتر اصلي: منبع نفت خام و مراحل توليد آن دارد. منبع نفت خام بيشترين تاثير را روي نوع محصول نهايي قير د اشته كه در ضن هيچگونه تغيير شيميايي را نيز شامل نمي شود. در اين سلسله مراحل ممكن است قير از نظر خصوصيات به حد عالي برسد ولي هيچگونه بهبودي يا تغيير شيميايي روي آن صورت نمي گيرد. در سيستمهايي كه در آنها تغييرات شيميايي روي قير صورت مي گيرد، يك قير نامرغوب از منابع متفاوت نفتي تبديل به يك قير مرغوب و با كيفيت خوب مي گردد.
قير كلاً در دو سطح مشاهده و بررسي مي گردد:
1- در حد مولكولي
2- در حد داخل مولكولي
بررسي مولكولي قير جهت تعيين ظرفيت براي شكل گيري ساختمان آن مهم است و بررسي داخل مولكولي قير براي تعيين نوع ساختمان شيميايي قير موجود حائز اهميت مي باشد.
تركيب مولكولي و عنصري
تجزيه عناصر قير يك حد ميانگين است كه اطلاعات جزئي و كمي درباره ترتيب مولكولي و خصوصيات فيزيكي آن مي‌دهد. قيرها همچنين مقادير بسيار كمي فلز ، بطور عمده واناديوم و نيكل دارند .
گرچه قيرها كلاً هيدروكربن مي باشند ولي بيشتر آنها شامل حداقل يك هسته و اتم گوگرد، نيتروژن و اكسيژن نيز هستند. هترواتمها اغلب به مقادير كافي حضور دارند بطوريكه ميانگين هر مولكول يك هترواتم دارد. كه اين هترواتمها مي‌توانند در تركيبات حقلوي به غير حلقوي يا به صورت گروههاي فعال متصل به اين تركيبات قيري حضور داشته باشند. اينها همراه با حلقه هاي آروماتيك داراي خاصيت قطبي، ايجاد قطعيت مي نمايند.
در اين آرايش عناصر و اتمهاي متفاوت در مولكولها و فعل و انفعالات شيميايي بين اتمهاست كه خصوصيات فيزيكي قير تعيين و مشخص مي گردد.
چون هترواتمها اغلب نقش قطبيّت و گروههاي فعال شيميايي را دارند ، لذا آنها تاثيرات نامتناسب روي خصوصيات قير دارند. اين شامل تاثيراتي همچون طول عمر مي‌باشد كه هر چه قدرت واكنش هسته واتم بيشتر باشد قير سريعتر فرسوده مي شود.
منشاء و منبع آلي دامنه وسيعي از مولكولهاي مختلف را به همراه دارد كه كاملاً به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- آليناتيك (مولكولهاي خطي يا زنجيره اي)
2- حلقوي (مواد از نوع حلقه نفتاتيك)
3-آروماتيك(مواد حلقوي كه غيراشباع بوده و اتمهاي مختلف الكترون به اشتراك مي‌گذارند)
آليناتيك‌ها و حلقوي‌ها سه‌بعدي بوده و شكل‌هايي ايجاد مي‌كنند كه مي توان آنها را جداگانه بررسي كرد.
آروماتيك ها پهن و مسطح بوده و روي هم انباشته و توده مي شوند.
اين نوع مولكولها در حضور هترواتمها با آنها تركيب شده و فعل و انفعالات مولكولي و خصوصيات قير را تعيين مي كند.
كربن در حلقه آروماتيك 25 تا 30 عدد ديده مي شود. كربنهاي آروماتيك در سيستمهاي حلقوي فشرده شامل 1 تا 10 حلقه وارد واكنش مي شوند. اين سيستمهاي حلقوي ممكن است همراه با سيستمهاي حلقوي نفتانيك يا اشباع شده باشند و هر دوي آنها ممكن است با استخلافهاي هيدروكربنهاي خطي متصل باشند. كربن موجود در سيستمهاي حلقوي نفتاتيك به تعداد 15 تا 30 عدد مي باشند.
هيچيك از هيدروكربنهاي آروماتيك يا نفتاتيك به تنهايي يا به صورت شاخه جانبي ديده نمي شوند و تعداد كربن آنها 35 تا 60 اتم كربن مي باشد. ساختمانهاي ديگر در قيرهاي مختلف ديده مي شوند.
انواع نيروهاي بين مولكولي يا فعل و انفعالات بين مولكولي موجود عبارتند از:
در حلقه هاي آروماتيك پيوندهاي Pi-Pi
پيوند قطبي يا هيدروژني (نيروهاي قطبي هسته و اتمها)
نيروهاي واندرولسي (نيروهاي بين مولكولي ناشي از تداخل رشته ها يا زنجيره هاي آليفاتيك)
بدين ترتيب قير تشكيل شده است از فقط دو خانواده قطبي و غيرقطبي
مولكولهاي قطبي تفاوت مي كنند در :
(a قدرت و تعداد گروههاي قطبي
(b وزن مولكولي
(c درجه آروماتيكي
مولكولهاي غيرقطبي تفاوت مي كنند در :
(I وزن مولكولي
(ii درجه آروماتيكي
مطابقت اين دو خانواده ، ميزاني كه آنها مي توانند در يكديگر پخش شوند با درجه آروماتيكي مربوطه شان اندازه گيري مي شود.
مطابقت اين دو خانواده ، ميزاني كه مي توانند در يكديگر پخش شوند با درجه آروماتيكي مربوطه‌شان اندازه گيري مي شود.
ممزوج شدن و يكنواخت شدن اين مواد تقريباً غير ممكن است زيرا داراي گروههاي شيميايي جداگانه با اختلافات اساسي و بزرگي هستند . اين عامل سبب گشته تا به دنبال بهبود و تغييرات روي قير بر اساس تجزيه گروههاي موجود در نفت خام كه اين واكنشهاي شيميايي را در بر دارند، باشيم.
بيان خصوصيات قير با تجزيه آن
آسانتر و مفيدتر اينست كه واكنشهاي مولكولي قير را تعيين نمائيم . تجزيه تركيبات شيميايي مهم قير ممكن است اين كار را انجام دهد.
تجزيه آسان و ساده
قيرها مي توانند در نهايت سادگي به دو گروه ، مالتن هاو آسفالتن ها طبقه بندي شوند.
آسفالتن ها
آسفالتن ها از گروههاي هسته و اتمي قطبي و خطي با تراكم و فشردگي زياد ، سيستمهاي حلقوي آروماتيكي غيراشباع ، با خاصيت قطبي و مقادير زيادي گروههاي فعال هسته و اتم قطبي تشكيل شده اند.
فركشن يا ماده حاصل از تجزيه قير ، به عنوان ميزان ماده رسوب يافته زمانيكه يك آلكان با زنجيره مستقيم به قير اضافه ميشود، تعريف شده است.
مشخص شده است كه ميزان قيري كه رسوب مي يابد با نوع آلكان بكار رفته ، فرق مي كند.
آسفالتن‌ها محصول ارتقاء كيفيت رزين با تاثيرات ژئولوژيكي و تاثيرات نحوه توليد آنها مي باشند. نيازي نيست كه آنها داراي وزن مولكولي بالايي باشند اما بيشترين ميزان قطبيت را دارند.
مشخص شده است كه آسفالتن ها مجموعه و توده اي از قطبي ترين مولكولهاي قير مي باشند و از اين رو تنها مي توانند با رقيق شدن يا مقداري صرف انرژي مثل گرما يا انتشار يوني از يكديگر جدا شوند.
زمانيكه وزن مولكولي به روش ميدان يونيزاسيون تعيين مي گردد، اسپكتروسكوپي ميزان مواد ايجاد شده، مقادير بسيار كمتري را نسبت به اندازه گيري به روشهاي سنتي نشان مي دهد. (c/f 20000-1000)
اين حقيقت نشان مي دهد كه آسفالتن ها مولكولهاي بزرگي نيستند اما مولكولهايي با نيروهاي قطبي بسيار بالايي مي باشند ميزان قطبيت تركيب شيميايي آسفالتن بخاطر حضور هسته و اتمها (گوگرد، اكسيژن و نيتروژن) مي باشد.
اين گروههاي فعال يا فعال شده بوده كه قطبي نيز هستند.
اخيراً مشخص گرديده كه در مراحل استخراج آلكان ممكن است همچنين هيدروكربنهاي با زنجيره اي خطي و وزن مولكولي زياد كه داراي خصوصيات شبيه واكس بوده و ممكن است در دماهاي پائين به دليل وجود مواد غيرخالص (مثل سوراخهايي كه روي چربي در سرما ايجاد مي شوند) ترك بخورند ، رسوب نمايند.
اينها واكسي نيستند چون داراي وزن مولكولي بسيار بيشتري هستند.
مالتن ها (مواد نفتي)
اين مواد بخش باقيمانده قير هستند و شامل دو بخش، روغنها و رزينها مي‌باشند . جداسازي اين مواد به آساني با روش جداسازي ژل/خاك رس صورت مي گيرد.
روغن ها
اين روغنها بخش مايع قير بوده و از اينرو پارافين ها و سيكلوپارافين ها و نفتن هاي متراكم و فشرده با بعضي آلكيل‌هاي آروماتيك تشكيل شده‌اند. ميزان آروماتيك بيشتر هيدروكربنهاي نفتو- آروماتيك با سه يا چهار مولكول حلقه نفتانيك مي باشد. اين ماده يا قسمت غير قطبي است .
رزين ها
رزين ها از نظر شيميايي بسيار شبيه آسفالتن‌ها مي‌باشند رزين ها موادي هستند كه از روغن ها به آسفالتن‌ها گذر مي‌نمايند رزينها بطور عمده از مولكولهاي پلي سيكليك محتوي حلقه‌هاي آروماتيك اشباع و حلقه‌هاي هتروآروماتيك و هترو اتمها در گروههاي فعال متفاوت و متنوع تشكيل شده اند.
رزينها به اندازه آسفالتن‌ها قطبي نيستند و باندازه آسفالتن ها نيز قدرت واكنشي ندارند.
آسفالتن‌ها عوامل ساختماني و غليظ كننده بوده و آروماتيكهاي قطبي همچنين از نظر خاصيت كششي و ساختماني در آنها دخيل هستند . خاصيت سيلاني و مايعي آنها به علت وجود مواد آروماتيك و نفتن اشباع شده بوده كه با تركيب شدن با آسفالتن ها توليد خاصيت سيلاني پيچيده اي را مي نمايد.
مواد تجزيه اي پيچيده
خيلي تلاشها براي تجزيه قير به تركيبات شيميايي فعال آن صورت گرفته است، تركيباتي كه در طبيعت موجودند ، تكنيكهايي كه به عنوان روشهاي اصلي در پنجاه سال اخير بكار رفته اند عبارتند از :
1- روش جذب سطحي انتخابي / جداسازي گاز از مايع Corbett
2- رسوب شيميايي Roestire/sternbory
3- تفكيك با حلالهاي جزئي Traxler
4- واكنش پذيري شيمياي Boduszynski
5-Jenninys HPLC
نظرات شما عزیزان:
برچسب‌ها:
آمار
وب سایت: