Oil hydrocarbons: mga bahagi, komposisyon, istraktura

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Ang

Hydrocarbons ang pinakamahalagang sangkap ng anumang langis. Ang konsentrasyon ng natural na hydrocarbons sa iba't ibang uri ng langis ay hindi pareho: mula 100 (gas condensate) hanggang 30%. Sa karaniwan, ang mga hydrocarbon ay bumubuo ng 70% ng masa ng gasolinang ito.

Hydrocarbons sa langis

Humigit-kumulang 700 hydrocarbons ng isang kakaibang istraktura ang natukoy sa komposisyon ng mga langis. Lahat ng mga ito ay magkakaiba sa komposisyon at istraktura, ngunit sa parehong oras ay nag-iimbak sila ng impormasyon tungkol sa komposisyon at istraktura ng mga sangkap na bumubuo sa batayan ng mga lipid ng sinaunang bakterya, algae at mas matataas na halaman.

Ang hydrocarbon composition ng langis ay kinabibilangan ng:

1. Paraffins.
2. Naphthenes (cycloalkanes).
3. Aromatic hydrocarbons (arenes).

Alkanes (aliphatic saturated hydrocarbons)

Ang

Alkanes ay ang pinakamahalaga at pinag-aralan na hydrocarbon ng anumang langis. Kasama sa komposisyon ng langis ang mga hydrocarbon alkanes mula C₁ hanggang C₁₀₀. Ang kanilang bilang ay mula 20 hanggang 60% at depende sa uri ng langis. Bilang molekularmass fraction, ang konsentrasyon ng mga alkanes ay nababawasan sa lahat ng uri.

Kung ang cyclic hydrocarbons ng iba't ibang istruktura ay pantay na karaniwan sa langis, kung gayon ang mga istruktura ng isang partikular na istraktura ay karaniwang nangingibabaw sa mga alkane. Bukod dito, ang istraktura, bilang panuntunan, ay hindi nakasalalay sa bigat ng molekular. Nangangahulugan ito na sa iba't ibang uri ng langis mayroong ilang mga homologous na serye ng mga alkanes: mga alkanes ng isang normal na istraktura, monomethyl-substituted na may iba't ibang mga posisyon ng methyl group, mas madalas - di- at trimethyl-substituted alkanes, pati na rin ang mga tetramethylalkanes ng uri ng isoprenoid. Ang mga alkane ng isang katangiang istraktura ay bumubuo ng halos 90% ng kabuuang masa ng mga alkane ng langis. Ang katotohanang ito ay nagbibigay-daan sa isang mahusay na pag-aaral ng mga alkane sa iba't ibang bahagi ng langis, kabilang ang mga mataas na kumukulo.

Alkane ng iba't ibang fraction

Sa mga temperatura mula 50 hanggang 150 °C, inilalabas ang fraction I, na kinabibilangan ng mga alkane na may bilang ng mga carbon atom mula 5 hanggang 11. Ang mga alkane ay may mga isomer:

• pentane - 3;
• hexane – 5;
• heptane – 9;
• octane - 18;
• nonan - 35;
• Dean – 75;
• undecan – 159.

Samakatuwid, ang fraction na maaari kong theoretically isama ang tungkol sa 300 hydrocarbons. Siyempre, hindi lahat ng isomer ay nasa langis, ngunit malaki ang bilang nito.

Ang figure ay nagpapakita ng chromatogram ng alkanes C₅ – C₁₁ ng langis mula sa field ng Surgut, kung saan ang bawat peak ay tumutugma sa isang partikular na substance.

Sa temperatura na 200-430 °С, ang mga alkane ng fraction II ng komposisyon С₁₂ – С₂₇ ay nakahiwalay. Ipinapakita ng figurechromatogram ng alkanes ng fraction II. Ipinapakita ng chromatogram ang mga taluktok ng normal at monomethyl-substituted alkanes. Ang mga numero ay nagpapahiwatig ng posisyon ng mga substituent.

Sa temperaturang >430°C, ang mga alkanes ng fraction III ng komposisyon С₂₈ – С₄₀.

Isoprenoid alkanes

Ang

Isoprenoid alkanes ay kinabibilangan ng branched hydrocarbons na may regular na paghahalili ng mga methyl group. Halimbawa, 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane o 2, 6, 10-trimethylhexadecane. Isoprenoid alkanes at straight chain alkanes ang bumubuo sa karamihan ng biological petroleum feedstock. Siyempre, marami pang opsyon para sa isoprenoid hydrocarbons.

Isoprenoids ay nailalarawan sa pamamagitan ng homology at disequilibrium, iyon ay, ang iba't ibang mga langis ay may sariling hanay ng mga compound na ito. Ang homology ay bunga ng pagkasira ng mga pinagmumulan ng mas mataas na molecular weight. Sa isoprenoid alkanes, ang mga "gaps" sa mga konsentrasyon ng anumang homologue ay maaaring makita. Ito ay isang kinahinatnan ng imposibilidad na maputol ang kanilang kadena (ang pagbuo ng homologue na ito) sa lugar kung saan matatagpuan ang mga methyl substituent. Ginagamit ang feature na ito upang matukoy ang mga pinagmumulan ng pagbuo ng isoprenoid.

Cycloalkanes (naphthenes)

Ang

Naphthenes ay mga saturated cyclic hydrocarbons ng langis. Sa maraming mga langis, nangingibabaw ang mga ito sa iba pang mga klase ng hydrocarbon. Ang kanilang nilalaman ay maaaring mag-iba mula 25 hanggang 75%. Natagpuan sa lahat ng mga paksyon. Habang bumibigat ang bahagi, tumataas ang kanilang nilalaman. Ang Naphthenes ay nakikilala sa pamamagitan ng damimga siklo sa isang molekula. Ang Naphthenes ay nahahati sa dalawang grupo: mono- at polycyclic. Ang monocyclic ay may lima at anim na miyembro. Ang mga polycyclic ring ay maaaring magsama ng mga singsing na may lima at anim na miyembro.

Ang mga low-boiling fraction ay naglalaman ng karamihan sa mga alkyl derivatives ng cyclohexane at cyclopentane, na may mga methyl derivative na nangingibabaw sa mga gasoline fraction.

Ang polycyclic naphthenes ay matatagpuan pangunahin sa mga fraction ng langis na kumukulo sa temperaturang higit sa 300 °C, at ang nilalaman nito sa mga fraction na 400-550 °C ay umaabot sa 70-80%.

Aromatic hydrocarbons (arenes)

Sila ay nahahati sa dalawang pangkat:

1. Alkylaromatic hydrocarbons na naglalaman lamang ng mga aromatic ring at alkyl substituents. Kabilang dito ang mga alkylbenzenes, alkylnaphthalenes, alkylphenanthrenes, alkylchrysepes, at alkylpicenes.
2. Hydrocarbons ng magkahalong uri ng istraktura, na naglalaman ng parehong aromatic (unsaturated) at naphthenic (limiting) ring. Kabilang sa mga ito ay nakikilala:

• monoaromatic hydrocarbons - indanes, di-, tri- at tetranaphthenobenzenes;
• diaromatic hydrocarbons - mono- at dinaphthenonaphthalenes;
• hydrocarbons na may tatlo o higit pang mabangong singsing - naphthenophenanthrenes.

Teknikal na kahalagahan ng hydrocarbon composition ng langis

Ang komposisyon ng mga sangkap ay makabuluhang nakakaapekto sa kalidad ng langis.

1. Mga Paraffin:

• Ang mga normal na paraffin (walang sanga) ay may mababang octane number at mataas na pour point. Samakatuwid, sasa proseso ng pagproseso, ang mga ito ay na-convert sa mga hydrocarbon ng ibang mga grupo.
• Isoparaffins (branched) ay may mataas na octane number, ibig sabihin, mataas na antiknock properties (isooctane ay isang reference compound na may octane number na 100), pati na rin ang mababang pour point kumpara sa mga normal na paraffin.

2. Ang naphthenes (cycloparaffins) kasama ng isoparaffins ay may positibong epekto sa kalidad ng diesel fuel at lubricating oil. Ang kanilang mataas na nilalaman sa mabigat na bahagi ng gasolina ay humahantong sa mataas na ani at mataas na bilang ng mga produkto.

3. Ang mga aromatic hydrocarbon ay nagpapalala sa mga katangian ng pangkapaligiran ng gasolina, ngunit may mataas na bilang ng oktano. Samakatuwid, sa panahon ng pagdadalisay ng langis, ang ibang mga grupo ng hydrocarbon ay na-convert sa mga aromatic, ngunit ang kanilang halaga, pangunahin ang benzene, sa gasolina ay mahigpit na kinokontrol.

Mga paraan para sa pag-aaral ng hydrocarbon composition ng langis

Para sa mga teknikal na layunin, sapat na upang maitatag ang komposisyon ng langis sa pamamagitan ng nilalaman ng ilang mga klase ng hydrocarbon sa loob nito. Ang fractional na komposisyon ng langis ay mahalaga para sa pagpili ng direksyon ng pagdadalisay ng langis.

Upang matukoy ang pangkat na komposisyon ng langis, iba't ibang paraan ang ginagamit:

• Ang ibig sabihin ng kemikal ay pagsasagawa ng reaksyon (nitration o sulfonation) ng interaksyon ng isang reagent sa isang partikular na klase ng hydrocarbon (alkenes o arenes). Sa pamamagitan ng pagbabago sa volume o dami ng mga resultang produkto ng reaksyon, hinuhusgahan ang nilalaman ng tinutukoy na klase ng mga hydrocarbon.
• Physico-chemical kasama ang extraction at adsorption. Ito ay kung paano kinukuha ang mga arenesulfur dioxide, aniline o dimethyl sulfate, na sinusundan ng adsorption ng mga hydrocarbons na ito sa silica gel.
• Kabilang sa pisikal ang pagtukoy ng mga optical na katangian.
• Combined - ang pinakatumpak at pinakakaraniwan. Pagsamahin ang alinmang dalawang pamamaraan. Halimbawa, ang pag-alis ng mga arene sa pamamagitan ng mga kemikal o physico-chemical na pamamaraan at ang pagsukat ng mga pisikal na katangian ng langis bago at pagkatapos alisin ang mga ito.

Para sa mga layuning siyentipiko, mahalagang matukoy kung aling mga hydrocarbon ang naroroon o nangingibabaw sa langis.

Para matukoy ang mga indibidwal na molekula ng hydrocarbons, ginagamit ang gas-liquid chromatography gamit ang mga capillary column at temperature control, chromatography-mass spectrometry na may computer processing at chromatogram building para sa mga indibidwal na katangian ng fragment ions (mass fragmentography o mass chromatography). Ang NMR spectra sa nuclei ¹³C.

ay ginagamit din

Ang mga modernong pamamaraan para sa pagsusuri sa komposisyon ng mga hydrocarbon ng langis ay kinabibilangan ng paunang paghihiwalay sa dalawa o tatlong praksyon na may magkakaibang punto ng pagkulo. Pagkatapos nito, ang bawat isa sa mga fraction ay pinaghihiwalay sa saturated (paraffin-naphthenic) at aromatic hydrocarbons gamit ang liquid chromatography sa silica gel. Susunod, ang aromatic hydrocarbons ay dapat na ihiwalay sa mono-, bi- at polyaromatic gamit ang liquid chromatography gamit ang aluminum oxide.

Mga pinagmumulan ng hydrocarbons

Ang mga likas na pinagmumulan ng langis at gas na hydrocarbon ay mga bioorganic na molekula ng iba't ibang mga compound, pangunahin ang kanilang mga bahagi ng lipid. Imimaaaring:

• mas mataas na lipid ng halaman,
• algae,
• phytoplankton,
• zooplankton,
• bacteria, lalo na ang mga cell membrane lipid.

Ang mga bahagi ng lipid ng mga halaman ay halos magkapareho sa komposisyon ng kemikal, gayunpaman, ang ilang mga pagkakaiba-iba ng mga molekula ay ginagawang posible upang matukoy ang nangingibabaw na partisipasyon ng ilang mga sangkap sa pagbuo ng langis na ito.

Lahat ng lipid ng halaman ay nahahati sa dalawang klase:

• mga compound na binubuo ng mga molekula na may tuwid (o bahagyang may sanga) na kadena;
• compounds batay sa isoprenoid units ng alicyclic at aliphatic series.

May mga compound na binubuo ng mga elementong kabilang sa parehong klase, gaya ng wax. Ang mga molekula ng waks ay mga ester ng mas mataas na saturated o unsaturated fatty acid at cyclic isoprenoid alcohols - sterols.

Ang mga karaniwang kinatawan ng lipid natural na pinagmumulan ng petroleum hydrocarbons ay ang mga sumusunod na compound:

1. Saturated at unsaturated fatty acids ng komposisyon C₁₂-C₂₆ at hydroxy acids. Ang mga fatty acid ay binubuo ng pantay na bilang ng mga carbon atom, dahil ang mga ito ay synthesize mula sa C₂-acetate na bahagi. Bahagi sila ng triglyceride.
2. Natural na wax - hindi tulad ng mga taba, hindi ito naglalaman ng glycerol, ngunit mas matataas na fatty alcohol o sterols.
3. Mga mahina na branched acid na mayroong mga methyl substituents sa dulo ng chain na kabaligtaran ng carboxyl group, halimbawa, iso- at anteisoacids.
4. Ang mga kawili-wiling substance ay suberin at cutin, na kasama saiba't ibang bahagi ng halaman. Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng polymerized bound fatty acids at alcohols. Ang mga compound na ito ay lumalaban sa enzymatic at microbial attack, na nagpoprotekta sa mga aliphatic chain mula sa biological oxidation.

Relic at converted hydrocarbons

Lahat ng oil hydrocarbons ay nahahati sa dalawang grupo:

1. Nabago - nawala ang mga tampok na istruktura na katangian ng orihinal na bioorganic molecule.
2. Relic, o chemofossils - yaong mga hydrocarbon na nagpapanatili ng mga katangiang katangian ng istruktura ng orihinal na mga molekula, hindi alintana kung ang mga hydrocarbon na ito ay nasa orihinal na biomass o nabuo sa ibang pagkakataon mula sa iba pang mga sangkap.

Relic hydrocarbons na bumubuo sa langis ay nahahati sa dalawang grupo:

• uri ng isoprenoid - alicyclic at aliphatic na istraktura, na may hanggang limang cycle sa isang molekula;
• non-isoprenoid - karamihan ay mga aliphatic compound na may n-alkyl o lightly branched chain.

Ang mga labi ng istruktura ng isoprenoid ay higit na marami kaysa sa mga hindi isoprenoid.

Higit sa 500 relic oil hydrocarbons ang natukoy, at ang bilang ng mga ito ay tumataas bawat taon.