ترکیبات نفت خام

قسمت اعظم ترکیبات نفت خام از هیدروکربن ها تشکیل شده است که عموماً مقادیر کمی از گوگرد، اکسیژن، ازت، وانادیوم، نیکل و غیره در آن یافت می شود. عملیات فیزیکی در پالایش نفت (مانند تقطیر) تابع خواص هیدروکربن های موجود در آن و عملیات شیمیایی (مانند تصفیه و گوگرد زدایی) تابع مقادیر ناخالصی آن مانند گوگرد، ازت و غیره می باشد.

هیدروکربن ها Hydrocarbones

انواع گوناگون هیدروکربن های نفت خام را در سری های مختلف طبقه بندی نموده اند که از جمله مهمترین آنها می توان پارافین ها (Paraffins)، نفتین ها (Naphthenes)، آروماتیک ها (Aromatics) و اولفین ها (Olefines) را نام برد.

پارافین ها

اتمهای کربن با اتصال به اتمهای هیدروژن در طول یک خط ساختمان زنجیری پارافین های نرمال را تشکیل می دهند. ساده ترین پارافین که هیدروکربنی بسیار سبک است متان (Methane) CH₄ نام دارد. پارافین بعدی در این سری اتان (Ethane) C₂H₆ می باشد. متان و اتان از آنجائیکه در شرایط معمولی مایع نمی شوند به گاز خشک معروفند.

مولکول های بعدی این سری پروپان (Propane) C₂H₆ و بوتان (Butane) C₄H₁₀ می باشند که اگرچه در شرایط متعارفی بصورت گاز هستند، ولی براحتی مایع شده و در مخلوط های مناسب بعنوان گاز مایع مصرف می شوند.

مولکول بعدی که اولین پارافین مایع در شرایط متعارفی است پنتان (Pentane) C₂H₁₂ نام دارد. پارافین های نرمال می توانند از متان شروع شده و به پلیمر هایی شامل هزاران کربن در طول یک زنجیر ساده خطی ختم گردند. ایزوپارافین ها (Iso-Paraffins) ایزومرهای پارافین های نرمال هستند که در آن هر اتم کربن می تواند به یک تا چهار اتم کربن دیگر بپیوندد.

در پارافین ها با افزایش اتمهای کربن نقطه جوش بالا می رود، ولی عموماً در تعداد مساوی از اتمهای کربن، ایزوپارافین ها نسبت به پارافین ها دارای نقطه جوش و نقطه ذوب پائینتر و عدد اکتان بالاتر هستند. فرمول کلی پارافین ها C_nH_2n+2 می باشد که در آن n برابر تعداد اتمهای کربن است.

نفتین ها

نفتین ها شکل دیگری از هیدروکربن های پارافین هستند که تقریباً در همه انواع نفت خام وجود دارند. در این سری کربن ها با پیوند با هم تشکیل یک حلقه بسته را می‌دهند که به این دلیل گاهی هم آنها را سیکلوپارافین (Cycleo Paraffin) می نامند. ساده ترین نوع اشباع شده این سری سیکلوپروپان می باشد که در آن سه اتم کربن و شش اتم هیدروژن تشکیل یک مثلث را داده اند.

آروماتیک ها

همه هیدروکربن های آروماتیک دارای حلقه های شش ضلعی با شش اتم کربن و سه اتصال مضاعف می باشند. ساده ترین آروماتیک که پائینترین نقطه جوش را در این سری دارد بنزن (Benzene) است. هیدروکربن های این سری معمولاً معطر و دارای عدد اکتان بالا می باشند.

اولفین ها

اولفین به پارافین اشباع نشده اطلاق می گردد. در این ترکیب دو اتم کربن بجای اشتراک در یک الکترون در دو الکترون شریک شده و اتصال مضاعف می یابند. ساده ترین اولفین، اتیلن (Ethylene) C₂H₄است که در آن دو اتم کربن در دو الکترون شریک بوده و بقیه ظرفیت را با اتمهای هیدروژن پر می کنند.

اتمهای متعدد کربن در ترکیبات اولفین می توانند بصورت خطی (مانند پارافین ها) قرار گیرند. گاهی ممکن است بیش از یک اتصال مضاعف در یک مولکول وجود داشته باشد. مانند بوتادینC_uH₆(Butadiene) که در این صورت آنها را دی اولفین (Diolefine) می نامند.

ترکیبات متفرقه

نمک

نمک که بصورت آب نمک بهمراه نفت خام به دستگاه های پالایش وارد می‌شود، یکی از ناخالصی های عمده ای است که باعث گرفتگی مبدل‌های حرارتی و تولید کک در لوله های کوره می گردد. علاوه بر این نمک های کلره مخصوصاً کلرور منیزیم تولید اسید کلریدریک می‌نماید که خورندگی در دستگاه های پالایش بویژه در قسمت فوقانی برج تقطیر را سبب می گردد.

ترکیبات گوگرد

گوگرد با اشکال گوناگون مانند گوگرد خالص، هیدروژن سولفوره و یا ترکیبات آلی گوگرد دار در نفت خام وجود دارد. ترکیبات گوگرددار نفت باعث خورندگی، بوی بد و پستی سوخت های نفتی
می گردند و بهمین دلیل قیمت نفت خام با افزایش مقدار گوگرد موجود در آن کاهش می یابد. از متداول ترین ترکبیات آلی گوگردی نفت خام می توان مرکاپتان‌ها، سولفیدها، دی سولفیدها و سولفیدهای حلقوی را نام برد.

ازت

هرچند که ترکیبات ازته نفت خام اهمیت چندانی ندارند، ولی باعث کاهش فعالیت کاتالیستهای مورد استفاده در دستگاه های کراکینگ و مرغوب سازی بنزین شده و گاهی اوقات با تشکیل نمک های مختلف گرفتگی مسیر گازهای گردشی را موجب می گردند.

فلزات

فلزات بمقدار کم (در حدود چند ppm) در ترکیبات آلی نفت خام یافت می شوند که از آن جمله می توان آهن، نیکل، وانادیوم، آرسنیک و غیره را نام برد. وجود فلزات حتی در مقادیر بسیار کم نیز می تواند برای کاتالیستهای مورد استفاده در دستگاه های پالایش بسیار خطرناک باشد. قسمت اعظم فلزات در برشهای سنگین نفت مانند ته مانده برج تقطیر در خلأ قرار می گیرند.

ماسه، مواد معدنی و آب

این مواد که به حالت تعلیق در نفت خام وجود دارند در یک آزمایش کلی اندازه گیری می شوند که آزمایش.
(Base Sediment and Water) B.S and W. نامیده می شود.

 

آزمایشگاه

نفت خام این ماده سیال بدبو که جزء منابع طبیعی هر کشور بوده و رگ حیاتی کشورهای سرمایه داری است، برخلاف ظاهر نامطبوع خود پس از تصفیه در پالایشگاه ها دنیائی از خواص بوده و اکثر حوائج انسان ها را به نحو مطلوب مرتفع می سازد. در پالایشگاه آزمایشگاهی جهت بررسی اجزاء تشکیل دهنده این ماده وجود دارد که این آزمایشگاه بعنوان هسته مرکزی پالایشگاه شناخته می شود.

سنجش این اجزاء از بدو ورود تا کنترل عملیات تصفیه و سنجش کیفیت محصولات نهائی جهت عرضه به بازار ادامه دارد که آزمایشگاه جهت انجام این امور ملزوم به داشتن تشکیلات و قسمت های مختلف ذیل با وسایل لازم است:

1- قسمت کنترل 24 ساعته مواد نفتی در واحدهای مختلف پالایشگاه

در این قسمت همان طوری که در ابتدا گفتیم نفت خام از بدو ورود به پالایشگاه تا زمان خروج محصولات نفتی از دستگاه های مختلف بطور شبانه روزی مورد سنجش و آزمایشات مختلف قرار می‌گیرد و افراد آزمایشگاه 24 ساعته در سه نوبت این وظایف سنگین را بطور منظم انجام داده و نتایج بررسی های خود را بر روی مواد نفتی در اختیار مسئولین هر واحد می گذارند تا آنها از وضعیت واحد خود آگاه گردند.

2- قسمت تجزیه

در این قسمت به نحوی دیگر محصولات پالایشگاه مورد سنجش قرار می گیرد.

الف: سنجش گازها

در این قسمت گازهای مختلف پالایشگاه بوسیله دستگاه های گازسنج (گاز کروماتوگرافی) مورد سنجش دقیق قرار می گیرد. بدین منوال که گازهای مختلف را وارد دستگاه کرده و درصد اجزاء تشکیل دهنده آنها را بصورت حجمی و وزنی محاسبه می نمایند. بعنوان مثال درصد گاز مصرفی در منازل میبایستی قبل از پر شدن در کپسول ها بوسیله دستگاه مشخص شود.

ب : آزمایشگاه آب

در این قسمت تمام آبهایی که در پالایشگاه جریان دارد چه بعنوان آب برجهای خنک کننده یا آبهای صنعتی و یا آبهای پس رانده واحدها و حتی آب ورودی شهر به پالایشگاه، از نظر کیفیت مورد بررسی قرار می گیرد.

ج: قسمت محلول سازی

در این قسمت تمام محلولهای لازم جهت انجام آزمایشات در آزمایشگاه و حتی محلول های مورد احتیاج واحدها، طبق استاندارد آزمایشگاهی ساخته و مورد استفاده قرار می گیرد که برای اطمینان از کیفیت محلولهای ساخته شده خود این محلول ها هم در بعضی موارد توسط محلول های استاندارد مورد بررسی و سنجش قرار می گیرد.

د: بررسی رسوبات تشکیل شده در اثر عملیات پالایش

در این قسمت رسوبات تشکیل شده و خورندگی ها در اثر کار دستگاه های پالایش و یا نمونه هائی که از طریق اداره مهندسی پالایش و مواد به این اداره ارائه می شود جهت بررسی اجزاء تشکیل دهنده رسوبات بوسیله دستگاه های مختلف مورد بررسی کمی و کیفی قرار می گیرد.

اندازه گیری کل مواد جامد معلق در نمونه های بازیافت M.L.S.S & T.S.S

شرح آزمایش:

کروسیبل را به روش زیر آماده می کنیم.

ابتدا یک عدد فیلتر داخل کروسیبل گذاشته و یک دیسک را روی فیلتر قرار می دهیم، سپس کروسیبل را به خلأ وصل کرده و سه بار متوالی با 20 میلی لیتر آب مقطر آن را شسشتو می دهیم و صبر
می کنیم تا تمام آب از فیلتر خارج گردد، برای خشک کردن آن را وارد آون 103 درجه سانتیگراد می کنیم برای مدت زمان یک ساعت، سپس آن را از آون خارج کرده داخل دسیکاتور گذاشته تا خنک گردد و آن را وزن کنیم این عمل را تا آنجایی ادامه می دهیم تا بین دو بار متوالی وزن کردن بیشتر از 0.5 میلی گرم اختلاف پیدا نشود.

بعد از این عمل مقدار 10 میلی لیتر از نمونه ای که کاملاً بهم زده‌ایم از کروسیبل حاوی فیلتر عبور می دهیم و بعد از آن به مدت 1 ساعت آن را در آون 105-103 درجه سانتیگراد قرار می دهیم و بعد از آن کروسیبل را در دسیکاتور خنک کرده و وزن می کنیم این عمل را تا آنجایی ادامه می دهیم که بین دو بار وزن کردن متوالی بیشتر از 0.5 میلی گرم اختلاف نداشته باشند.

دستگاه های مورد نیاز:

1- پمپ خلأ

2- آون (Oven) 105-103 درجه سانتیگراد

وسایل و محلول های لازم:

1- کروسیبل با دیسک

2- فیلتر

3- آب مقطر

4- دسیکاتور

(A-B) × 1000 × 1000 حجم نمونه

محاسبات:

mg total/lit مواد جامد معلق

* تذکر:

در صورتیکه نمونه دو فاز باشد و خوب مخلوط شود، نتیجه آزمایش به صورت M.L.S.S. می باشد و در صورت شفاف بودن ویک فاز بودن نمونه به صورت T.S.S گزارش می گردد.

 

 

 

اندازه گیری مواد فرّار (آلی) موجود در مواد جامد معلق در نمونه های بازیافت M.L.S.S.

شرح آزمایش:

بعد از تمام شدن تست M.L.S.S. کروسیبل آن را همانطوریکه وجود دارد برای مدت زمان 15 تا 20 دقیقه در کوره با دمای 550±50 درجه سانتیگراد قرار می دهیم، بعد از زمان فوق آن را خارج کرده مقداری خنک نموده و وارد دسیکاتور می کنیم تا همدمای محیط گردد سپس آن را وزن می کنیم، این عمل را تا آنجایی ادامه می دهیم تا بین دو بار متوالی وزن کردن بیشتر از 0.5 میلی گرم اختلاف نداشته باشند.

وسایل و دستگاه مورد نیاز:

1- کوره 550±50 درجه سانتیگراد

2- دسیکاتور

3- کروسیبل

محاسبات:

(A-B) × 1000 × 1000 حجم نمونه

mg/lit M.L.V.S.S. =

 

اندازه گیری Bicochemical Oxygen Demand (BOD)

شرح آزمایش:

برای تهیه محلول آبی جهت تغذیه باکتریها به ازای هر لیتر آب مقطر 1 میلی لیتر از محلول های بافر فسفات، منیزیم سولفات، کلسیم کلراید و فریک کلراید به آب مقطر می افزائیم و حدوداً مدت یک ساعت بداخل آن هوا می دميم تا محلول از اکسیژن اشباع گردد. سپس داخل هر کدام از شیشه های پرورش باکتری مقدار 10 میلی لیتر نمونه ریخته وبقیه حجم آن را تا 250 میلی لیتر از محلول تهیه شده می‌ریزیم. جهت برداشتن بلنک یکی از شیشه های فوق را بدون آنکه نمونه‌ای وارد آن کنیم از محلول تهیه شده پر می کنیم. سپس بلافاصله با دستگاه اکسیژن سنج مقدار اکسیژن را در شیشه های بلنک و نمونه اندازه گیری می کنیم و ثبت می کنیم این اعداد بعنوان BOD 1
می باشند. بعد از این مرحله شیشه ها را داخل اینکوبیتور با دمای 20±1 درجه سانتیگراد قرار می دهیم. بعد از 5 روز مجدداً مقدار اکسیژن آنها را اندازه گرفته و ثبت می کنیم. این اعداد نیز بعنوان
BOD 5 می باشند.