Hidrokaboni za mafuta: vijenzi, muundo, muundo

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Hidrokaboni ni sehemu muhimu zaidi ya mafuta yoyote. Mkusanyiko wa hidrokaboni za asili katika aina tofauti za mafuta sio sawa: kutoka 100 (gesi condensate) hadi 30%. Kwa wastani, hidrokaboni hufanya 70% ya uzito wa mafuta haya.

Hidrokaboni kwenye mafuta

Takriban hidrokaboni 700 za muundo wa kipekee zimetambuliwa katika utungaji wa mafuta. Zote ni tofauti katika muundo na muundo, lakini wakati huo huo huhifadhi habari kuhusu muundo na muundo wa vitu ambavyo huunda msingi wa lipids ya bakteria ya zamani, mwani na mimea ya juu zaidi.

Muundo wa hidrokaboni wa mafuta ni pamoja na:

Parafini.
Naphthenes (cycloalkanes).
Hidrokaboni zenye kunukia (arenes).

Alkanes (aliphatic saturated hidrokaboni)

Alkane ndio hidrokaboni muhimu na iliyosomwa vyema kati ya mafuta yoyote. Muundo wa mafuta ni pamoja na alkanes za hidrokaboni kutoka C₁ hadi C₁₀₀. Idadi yao inatoka 20 hadi 60% na inategemea aina ya mafuta. Kama molekulisehemu kubwa, mkusanyiko wa alkanes hupunguzwa katika aina zote.

Ikiwa haidrokaboni za muundo tofauti hutumika kwa usawa katika mafuta, basi miundo ya muundo fulani kwa kawaida hutawala kati ya alkanes. Kwa kuongeza, muundo, kama sheria, hautegemei uzito wa Masi. Hii inamaanisha kuwa katika aina tofauti za mafuta kuna safu fulani za homologous za alkanes: alkanes ya muundo wa kawaida, monomethyl-badala yake na nafasi tofauti za kikundi cha methyl, mara chache - di- na trimethyl-substituted alkanes, pamoja na tetramethylalkanes ya aina ya isoprenoid. Alkanes ya muundo wa tabia hufanya karibu 90% ya jumla ya molekuli ya alkanes ya mafuta. Ukweli huu unaruhusu uchunguzi mzuri wa alkanes katika sehemu mbalimbali za mafuta, ikiwa ni pamoja na zile zinazochemka sana.

Alkane za sehemu tofauti

Katika halijoto kutoka 50 hadi 150 °C, sehemu ya I hutolewa, ambayo inajumuisha alkanes yenye idadi ya atomi za kaboni kutoka 5 hadi 11. Alkanes zina isoma:

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

Kwa hivyo, sehemu ninayoweza kujumuisha kinadharia takriban hidrokaboni 300. Bila shaka, sio isoma zote zilizopo kwenye mafuta, lakini idadi yao ni kubwa.

Kielelezo kinaonyesha kromatogramu ya alkane C₅ – C₁₁ ya mafuta kutoka kwenye eneo la Surgut, ambapo kila kilele kinalingana na dutu fulani..

Katika halijoto ya 200-430 °С, alkane za sehemu ya II ya utunzi С₁₂ – С₂₇ zimetengwa. takwimu inaonyeshachromatogram ya alkanes ya sehemu ya II. Kromatogramu inaonyesha kilele cha alkanes za kawaida na zinazobadilishwa na monomethyl. Nambari zinaonyesha nafasi ya vibadala.

Katika halijoto ya >430°C, alkane za sehemu ya III ya utunzi С₂₈ – С₄₀.

Isoprenoid alkanes

Alkanes za isoprenoid ni pamoja na hidrokaboni zenye matawi na ubadilishaji wa kawaida wa vikundi vya methyl. Kwa mfano, 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane au 2, 6, 10-trimethylhexadecane. Alkane za Isoprenoid na alkanes za minyororo iliyonyooka hufanya sehemu kubwa ya malisho ya kibayolojia ya petroli. Bila shaka, kuna chaguo nyingi zaidi za hidrokaboni za isoprenoid.

Isoprenoids ina sifa ya homolojia na kutokuwepo usawa, yaani, mafuta tofauti yana seti yao ya misombo hii. Homolojia ni matokeo ya uharibifu wa vyanzo vya juu vya uzito wa Masi. Katika alkanes za isoprenoid, "mapengo" katika viwango vya homologues yoyote yanaweza kugunduliwa. Haya ni matokeo ya kutowezekana kwa kuvunja mnyororo wao (kuundwa kwa homologue hii) mahali ambapo vibadala vya methyl ziko. Kipengele hiki kinatumika kubainisha vyanzo vya uundaji wa isoprenoid.

Cycloalkanes (naphthenes)

Naphthenes ni hidrokaboni za mzunguko zilizojaa za mafuta. Katika mafuta mengi, wao hutawala zaidi ya madarasa mengine ya hidrokaboni. Maudhui yao yanaweza kutofautiana kutoka 25 hadi 75%. Inapatikana katika vikundi vyote. Kadiri sehemu inavyozidi kuwa nzito, yaliyomo huongezeka. Naphthenes wanajulikana kwa wingimizunguko katika molekuli. Naphthenes imegawanywa katika vikundi viwili: mono- na polycyclic. Monocyclic ni watano na sita. Pete za polycyclic zinaweza kujumuisha pete za watano na sita.

Visehemu vinavyochemka kwa kiwango cha chini huwa na viambajengo vya alkili vya cyclohexane na cyclopentane, vitokanavyo na methili vikitawala sehemu za petroli.

Polycyclic naphthenes hupatikana hasa katika sehemu za mafuta ambazo huchemka kwenye joto linalozidi 300 °C, na maudhui yake katika sehemu za 400-550 °C hufikia 70-80%.

Hidrokaboni zenye kunukia (arenes)

Wamegawanywa katika makundi mawili:

Hidrokaboni za alkylaromatic zenye pete za kunukia pekee na viambajengo vya alkili. Hizi ni pamoja na alkylbenzene, alkylnaphthalenes, alkylphenanthrenes, alkylchrysepes, na alkylpicenes.
Hidrokaboni za aina mchanganyiko ya muundo, zenye pete zenye kunukia (zisizojaa) na naphthenic (zinazopunguza). Miongoni mwao wanajulikana:

monoaromatic hidrokaboni -indanes, di-, tri- na tetranaphthenobenzene;
hidrokaboni ya diaromatic - mono- na dinaphthenonaphthalenes;
hidrokaboni zenye pete tatu au zaidi za kunukia - naphthenophenanthrenes.

Umuhimu wa kiufundi wa muundo wa hidrokaboni ya mafuta

Muundo wa dutu huathiri pakubwa ubora wa mafuta.

1. Mafuta ya taa:

Parafini za kawaida (zisizo na matawi) zina idadi ndogo ya octane na sehemu za kumwaga juu. Kwa hivyo, katikakatika mchakato wa usindikaji hubadilishwa kuwa hidrokaboni za vikundi vingine.
Isoparafini (zenye matawi) zina idadi kubwa ya oktani, yaani, sifa za juu za kuzuia kugonga (isooctane ni kiwanja cha marejeleo chenye nambari ya octane 100), pamoja na sehemu za kumwaga chini ikilinganishwa na mafuta ya taa ya kawaida.

2. Naphthenes (cycloparaffins) pamoja na isoparafini zina athari nzuri juu ya ubora wa mafuta ya dizeli na mafuta ya kulainisha. Maudhui yao ya juu katika sehemu nzito ya petroli husababisha mavuno mengi na idadi kubwa ya oktani ya bidhaa.

3. Hidrokaboni zenye kunukia huzidisha hali ya mazingira ya mafuta, lakini zina idadi kubwa ya octane. Kwa hivyo, wakati wa kusafisha mafuta, vikundi vingine vya hidrokaboni hubadilishwa kuwa za kunukia, lakini kiasi chao, haswa benzene, katika mafuta hudhibitiwa madhubuti.

Njia za kusoma muundo wa hidrokaboni ya mafuta

Kwa madhumuni ya kiufundi, inatosha kuanzisha utungaji wa mafuta kwa maudhui ya aina fulani za hidrokaboni ndani yake. Muundo wa sehemu ya mafuta ni muhimu kwa kuchagua mwelekeo wa kusafisha mafuta.

Ili kubainisha muundo wa kundi la mafuta, mbinu mbalimbali hutumika:

Kemikali maana yake ni kutekeleza mmenyuko (nitration au sulfoneation) ya mwingiliano wa kitendanishi na aina fulani ya hidrokaboni (alkenes au arenes). Kwa kubadilisha kiasi au kiasi cha bidhaa zinazotokana na athari, maudhui ya aina iliyoamuliwa ya hidrokaboni hutathminiwa.
kemikali-kemikali ni pamoja na uchimbaji na utangazaji. Hivi ndivyo mabwawa yanavyotolewadioksidi sulfuri, anilini au salfati ya dimethyl, ikifuatiwa na utengamano wa hidrokaboni hizi kwenye jeli ya silika.
Ya kimwili inajumuisha ubainishaji wa sifa za macho.
Imeunganishwa - sahihi zaidi na inayojulikana zaidi. Kuchanganya njia zote mbili. Kwa mfano, kuondolewa kwa arene kwa mbinu za kemikali au fizikia-kemikali na kipimo cha sifa halisi za mafuta kabla na baada ya kuondolewa.

Kwa madhumuni ya kisayansi, ni muhimu kubainisha ni hidrokaboni zipi hasa zilizopo au zinazotawala katika mafuta.

Ili kutambua molekuli mahususi za hidrokaboni, kromatografia ya gesi-kioevu hutumiwa kwa kutumia safuwima za kapilari na udhibiti wa halijoto, spectrometry ya kromatografia yenye usindikaji wa kompyuta na muundo wa kromatogramu kwa ayoni za vipande bainifu (mgawanyiko wa wingi au kromatografia ya wingi). Mwonekano wa NMR kwenye viini ¹³C.

pia hutumika

Mipango ya kisasa ya kuchanganua muundo wa hidrokaboni za mafuta hujumuisha utenganisho wa awali katika sehemu mbili au tatu zenye pointi tofauti za kuchemsha. Baada ya hayo, kila sehemu hutenganishwa kuwa iliyojaa (parafini-naphthenic) na hidrokaboni yenye kunukia kwa kutumia chromatography ya kioevu kwenye gel ya silika. Kisha, hidrokaboni zenye kunukia zinapaswa kugawanywa katika mono-, bi- na polyaromatic kwa kutumia kromatografia kioevu kwa kutumia oksidi ya alumini.

Vyanzo vya hidrokaboni

Vyanzo asilia vya hidrokaboni ya mafuta na gesi ni molekuli za kibiolojia za misombo mbalimbali, hasa viambajengo vyake vya lipid. Imiinaweza kuwa:

lipids za juu za mmea,
mwani,
phytoplankton,
zooplankton,
bakteria, hasa lipids za membrane ya seli.

Vijenzi vya lipid vya mimea vinafanana sana katika utungaji wa kemikali, hata hivyo, tofauti fulani za molekuli huwezesha kubainisha ushiriki mkuu wa dutu fulani katika uundaji wa mafuta haya.

Lipidi zote za mmea zimegawanywa katika makundi mawili:

michanganyiko inayojumuisha molekuli zilizo na mnyororo ulionyooka (au wenye matawi kidogo);
michanganyiko kulingana na vitengo vya isoprenoid vya mfululizo wa alicyclic na aliphatic.

Kuna michanganyiko inayojumuisha vipengele vya aina zote mbili, kama vile nta. Molekuli za nta ni esta za asidi iliyojaa au isiyojaa mafuta na alkoholi za mzunguko wa isoprenoid - sterols.

Wawakilishi wa kawaida wa vyanzo vya lipid asili vya hidrokaboni ya petroli ni misombo ifuatayo:

Asidi zilizojaa na zisizojaa za utungaji C₁₂-C₂₆ na asidi hidroksi. Asidi za mafuta huundwa kwa idadi sawa ya atomi za kaboni, kwa vile zimeundwa kutoka kwa vipengele vya C₂-acetate. Ni sehemu ya triglycerides.
Nta asili - tofauti na mafuta, haina glycerol, lakini alkoholi zenye mafuta mengi au sterols.
Asidi yenye matawi dhaifu yenye viambajengo vya methyl mwishoni mwa mnyororo kinyume na kikundi cha kaboksili, kwa mfano, iso- na anteisoasidi.
Vitu vya kuvutia ni suberin na cutin, ambazo zimejumuishwa ndanisehemu mbalimbali za mimea. Wao huundwa na asidi ya mafuta ya polymerized na alkoholi. Michanganyiko hii ni sugu kwa shambulio la enzymatic na microbial, ambayo hulinda minyororo ya alifatiki dhidi ya oxidation ya kibiolojia.

Hidrokaboni iliyosalia na iliyogeuzwa

Hidrokaboni zote za mafuta zimegawanywa katika makundi mawili:

Imebadilishwa - baada ya kupoteza sifa za kimuundo za molekuli asili za kibaolojia.
Relic, au chemofossils - hizo hidrokaboni ambazo zimehifadhi sifa bainifu za muundo wa molekuli asili, bila kujali kama hidrokaboni hizi zilikuwa kwenye biomasi asili au ziliundwa baadaye kutoka kwa vitu vingine.

Hidrokaboni za masalia zinazounda mafuta zimegawanywa katika makundi mawili:

aina ya isoprenoida - muundo wa alicyclic na alifatiki, wenye hadi mizunguko mitano katika molekuli moja;
isiyo ya isoprenoida - mara nyingi misombo ya aliphatic yenye n-alkyl au minyororo yenye matawi mepesi.

Mabaki ya muundo wa isoprenoida ni mengi zaidi kuliko yasiyo ya isoprenoida.

Zaidi ya hidrokaboni 500 za mafuta ya masalia zimetambuliwa, na idadi yao inaongezeka kila mwaka.