شیمی نفت

تاریخچه
این مادهرا از قرنها پیش بصورت گاز در آتشکده و یا به فرم قیر (کاده ای که پس ازتبخیر مواد فرار یا سبک نفت از آن باقی می‌ماند) می‌شناخته‌اند یا بطوری کهدر کتب مقدس و تاریخی اشاره شده است که در ساختمان برج بابل از قیر استفادهگردیده و کشتی نوح و گهواره موسی نیز به قیر اندوده بوده است. بابلی‌ها ازقیر بعنوان ماده قابل احتراق در چراغها و تهیه ساروج جهت غیر قابل نفوذ نمودنسدها و بالاخره جهت استحکام جاده‌ها استفاده می‌کرده‌اند.

مدت زمانمدیدی ، مورد استعمال نفت فقط برای مصارف خانگی و یا به عنوان چرب‌کننده‌هابود، اما از آغاز قرن شانزدهم میلادی روز به روز موارد استعمال آن رو بهافزایش نهاد تا اینکه در سال 1854 دو نفر داروساز وجود یک فراکسیون سبک قابلاشتعال را در روغن زمینی تشخیص دادند و همچنین به کمک تقطیر ، مواد دیگریبدست آوردند که برای ایجاد روشنایی بکار می‌رفت. بر اساس این کار آزمایشگاهیبود که بعدا دستگاههای عظیم تصفیه نفت طرح‌ریزی و مورد بهره برداری قرارگرفت. صنعت نفت در آتازونی در سال 1859 شروع شد.

تاریخچه استخراجنفت در ایران
صنعت نفت ایران نیز از سال 1908 پس از هفت سال تفحصمکتشفین و کشف نفت در مسجدسلیمان واقع در دامنه جبال زاگرس ، پا به عرصه وجودگذاشت.

نفت خام
امروزه چاههای نفت متعددی در سراسر جهانوجود دارد که از آنها نفت استخراج می‌کنند و به نفتی که از چاه بیرون کشیدهمی‌شود، نفت خام می‌گویند. نفت خام را تصفیه می‌کنند، یعنی هیدروکربنهایگوناگونی را که نفت خام از آنها تشکیل شده است از یکدیگر جدا می‌کنند که بهاین کار پالایش نفت می‌گویند و در پالایشگاهها این کار انجام می‌شود. نفتمنبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دور ازعوامل اصلی اقتصادی مدرن بشمار می‌رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییرو تبدیل مواد خام اولیه آن بی‌اندازه استفاده می‌شود.

تشکیل نفت
نحوه پیدایش نفت دقیقا تشخیص داده نشده و در این مورد فرضیاتگوناگونی پیشنهاد شده است. برخی از این تئوریها ، مربوط به مواد معدنی و بعضیدیگر مربوط به ترکیبات آلی می‌باشد.

تشکیل نفت از مواد معدنی
اساس این فرضیه بر این است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمیندر اثر تماس با آب‌هایی که در زمین نفوذ می‌نماید، ابتدا ایجاد هیدروکربورهایاستیلنی با رشته زنجیر کوتاه می‌کند. سپس هیدروکربورهای حاصل در اثر تراکم وپلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباعشده است.

تشکیل نفت از مواد آلی
بر اساس این فرضیه تشکیلنفت را در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور از هوا می‌دانند. زیرادر این شرایط ، قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده دراثر آب ، هیدرولیز می‌گردد. اسیدهای چرب حاصله ، تحت اثر فشار و درجه حرارتبا از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدروکربورهائی با یک اتم کربن کمترمی‌نماید.

"انگلر Engler" از تقطیر حیوانات دریائی توانسته است موادنفتی را تهیه نماید و با توجه به خاصیت "چرخش نوری" مواد نفتی که علت آن وجودگلسترین است (ماده ای که در بدن حیوانات وجود دارد) این فرضیه بیان و موردتایید شده است. در صورتی که فرضیه های دیگر که مبتنی بر اساس مواد معدنی درتشکیل نفت می‌باشد، هیچگونه توضیح و دلیل قانع کننده ای در مورد این ویژگینمی‌تواند بیان نماید.

همچنین نفت می‌تواند از تجزیه گیاهان تولیدگردد. در این حالت ، خاصیت چرخش نور را به علت وجود ترکیب مشابه گلسترین یعنیپلی استرولها می‌دانند."مرازک Mrazec" ، میکروبها را در این تغییر و تبدیلموثر می‌داند.

تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی ، فعلا بیشتر موردقبول می‌باشد و اختلاف قابل ملاحظه‌ای را که بین ژیزمان‌ها (منابع نفتی) مشاهده می‌گردد، بعلت شرایط و عوامل مختلف تشیکل ژیزمان‌ها می‌دانند.

مواد سازنده نفت خام
مواد سازنده نفت از نظر نوعهیدروکربور و همچنین از نظر نوع ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایطتشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک منبع نسبت بهمنبع دیگر تغییر می‌کند. بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته و مواد معدنی می‌باشد.

خواص نفتخام
گرانی
چگالی نفتهای خام را بیشتر بر حسب درجه A.P.I به جای گرانی ویژه (چگالی نسبی) بیان می‌کنند. ارتباط بین این دو ، به گونهای است که افزایش گرانی API با کاهش گرانی ویژه مطابقت می‌کند. گرانی نفت خاممی‌تواند بین پایینتر از 10API تا بالاتر از 50API قرار بگیرد، ولی گرانیاکثر نفتهای خام در گستره بین 20 تا 45API قرار دارد. گرانی API همواره بهنمونه مایع در 60 درجه فارینهایت اشاره دارد.

مقدار گوگرد
مقدار گوگرد و گرانی API دو خاصیتی هستند که بیشترین اثر را بهارزش‌گذاری نفت خام دارند. مقدار گوگرد بر حسب درصد وزنی گوگرد بیان می‌شود وبین 0,1 در صد تا 5 درصد تغییر می‌کند. نفتهایی که بیش از 0,5 درصد گوگرددارند، در مقایسه با نفتهای کم‌گوگردتر ، معمولا محتاج فراورشهای گسترده‌تریهستند.

نقطه ریزش
نقطه ریزش نفت خام بر حسب F˚ یا c˚ معرفتقریبی پارافینی‌ بودن یا آروماتیکی ‌بودن نسبی آن است. هرچه نقطه ریزشپایینتر باشد، مقدار پارافین کمتر و مقدار آروماتیک بیشتر است.

حلالیت
قابلیت انحلال هیدروکربورها در آب عموما خیلی کممی‌باشد. مقدار آب موجود در هیدروکربورها با افزایش درجه حرارت زیاد می‌شود. حلالیت هیدروکربورها در کلروفرم ، سولفورکربن و تتراکلریدکربن حائز اهمیت استکه با افزایش درجه حرارت ، زیاد و با افزایش وزن مولکولی کاسته می‌گردد. قابلیت انحلال آروماتیکها بیشتر بوده و بعد از آنها اولفین‌ها - نفتن‌ها - متانی‌ها قرار دارد.

ضمنا قابلیت انحلال ترکیبات اکسیژنه - ازته - سولفوره ، کمتر از هیدروکربورها می‌باشد. بالاخره نفت ، حلال هیدروکربورهایگازی‌شکل و تقریبا تمام هیدرورکربورهای جامد - گریس‌ها - رزین‌ها - گوگرد وید می‌باشد.

نقطه جوش
نقطه جوش هیدروکربورهای خالص با وزنمولکولی و همچنین برای سری‌های مختلف با تعداد مساوی اتم کربن بترتیب ازهیدروکربورهای اشباع‌شده به اولفین‌ها - نفتن‌ها و آروماتیکها افزایشمی‌یابد. بدین ترتیب نقطه جوش هیدروکربورهای اشباع شده و اولفین‌ها از همهکمتر و سیکلوآلکان‌ها و آروماتیکها از سایرین بیشتر می‌باشد.

برایبرش‌های نفتی که مخلوطی از هیدروکربورهای مختلف می‌باشند، یک نقطه جوشابتدائی و یک نقطه جوش انتهایی در نظر گرفته می‌شود و حد فاصل بین این دونقطه برای یک برش به نوع مواد سازنده اغلب زیاد و متغیر می‌باشد که به این حدفاصل بین دو نقطه "گستره تقطیر" گفته می‌شود.

گرمای نهان تبخیر
گرمای نهان تبخیر در یک سری همولوگ از هیدروکربن‌ها بترتیب از موادسبک به سنگین کاهش می‌یابد و همچنین مقدار آن از یک سری به سری دیگر ، مثلابترتیب از آروماتیکها به نفتن‌ها و هیدروکربورهای اشباع شده نقصان می‌یابد. بنابراین گرمای نهان تبخیر با دانسیته فراکسیون مربوط بستگی دارد.

قدرت حرارتی
قدرت حرارتی عبارت از مقدار کالری است که ازسوختن یک گرم ماده حاصل می‌شود. قدرت حرارتی هیدروکربورها به ساختمان مولکولیآنها و قدرت حرارتی یک برش نفتی به نوع و مواد سازنده آن سبتگی دارد. قدرتحرارتی متان بیشتر از سایر هیدروکربورها و برابر با 13310 کیلوکالری به ازاییک کیلوگرم می‌باشد و مواد سنگین حاصله از نفت خام دارای قدرت حرارتی در حدود 10000 کیلو کالری می‌باشد.

اثر اسید نیتریکهیدروکربورها دراثر اسید نیتریک به ترکیبات نیتره یا پلی‌نیتره تبدیل می‌شود. نیتراسیون برخیاز مواد نفتی منجر به تهیه ترکیبات منفجره یا مواد رنگین می‌گردد.

موارد استعمال برخی از برش های نفتی بدست آمده از نفت خام

1- شیرین کردن آب دریا
یکی از موارد استعمال گازهای نفتی درصنایع وابسته به پالایشگاهها تهیه آب شیرین از آب شور می‌باشد.

2- بهعنوان سوخت
از جمله ، بنزین برای سوخت موتورهای مختلف ، کروزون سوخت اغلبتراکتورها و ماشین‌های مورد استفاده در کشاورزی و همچنین موتورهای جتهواپیماها اغلب از کروزون یا نفت سفید می‌باشد، گازوئیل که موتورهای دیزلبعنوان سوخت از نفت گاز (گازوئیل) استفاده می‌نمایند، نفت کوره یا مازوت یکجسم قابل احتراق با قدرت حرارتی 10500 کالری بوده که بخوبی می‌تواند جانشینزغال سنگ گردد و سوختن آن تقریبا بدون دود انجام می‌گیرد.

3- روشنایی
از کروزون جهت روشنایی و همچنین برای علامت دادن به کمک آتش استفادهمی‌شود، چون نقطه اشتعال کروزون بالاتر از 35 درجه است، لذا از نظر آتش‌سوزیخطری ندارد.

4- حلال
از هیدروکربورهای C4 تا C10 می‌توانبرش‌هائی با دانسیته و نقاط جوش ابتدائی و انتهایی متفاوت تهیه نمود که مورداستعمال آنها اغلب بعنوان حلال می‌باشد. بعنوان مثال ، اتر نفت یک حلال سبکبا نقطه جوش 75-30 درجه سانتیگراد و وایت اسپیریت (حلال سنگین) که از تقطیربنزین بدست می‌آید بعنوان حلال ، رنگ‌های نقاشی و ورنی ها استفاده می‌گردد. همچنین برای تمیز کردن الیاف گیاهی و حیوانی و یا سطح فلزات از برش‌های خیلیفرار (تقطیر شده قبل از 110 درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود.

5- روانکاری
روغنهای چرب کننده: نوعی روغن که جهت روان کاری بکار می‌رود. بستگیبه شارژ ، سرعت ، درجه حرارت دستگاه دارد. انواع روغنها عبارتنداز:

روغن دوک برای چرب کردن دوک ، موتورهای الکتریکی کوچک و ماشین هاینساجی و سانتریفوژهای کوچک
روغن ماشین‌های یخ سازی جهت روغنکاریکمپرسورهای آمونیاکی کارخانجات یخ‌سازی
روغن ماشین‌های سبک جهت روان کاریموتورهای الکتریکی ، دینام‌ها و سانتریفوژهای با قدرت متوسط
روغنماشین‌های سنگین مخصوص روغنکاری موتورهای دیزلی است مانند دیزل‌های سورشارژهو غیره روغن برای سیلندرهای ماشین بخار
روغن برای توربین ها
روغنبرای موتورهای انفجاری (اتومبیل و غیره)
روغن دنده
روغن موتورهایی کهدائما با آب در تماس است.
گریس ها: یک روان کننده نیمه جامد است و متشکلاز یک روغن نفتی و یک پر کننده (از سری صابونهای فلزی) یا سفت‌کننده (از موادپلیمری) می‌باشد. کاربرد گریس بیشتر برای اتومبیل‌ها و برخی صنایع مناسبمی‌باشد.

آسفالت و قیراندودی: در حال حاضر 75 درصد از باقیمانده حاصلاز عمل تقطیر در خلاء برای پوشش جاده‌ها مورد استفاده قرارمی‌گیرد.

موارد استعمال داروئی: از قبیل وازلین باعث نرم شدن پوست بدنگردیده و برای بهبود سرمازدگی نیز موثر است.

پارافین: از پارافین ذوبشده و خالص شده جهت ساخت داروهای زیبائی استفاده می‌گردد.

گلیسیرین: مقدار قابل ملاحظه ای از این ماده ، از نفت تهیه می‌گردد. علاوه بر مصارفی کهگلیسیرین در صنعت (برای تهیه باروت دینامیت ، مرکب و غیره) دارد، از آن برایفرم نگه داشتن پوست بدن و یا تهیه داروهائی از قبیل گلیسیرین یده استفادهمی‌شود.