Hidrokarburet e naftës: përbërësit, përbërja, struktura

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Hidrokarburet janë përbërësi më i rëndësishëm i çdo vaji. Përqendrimi i hidrokarbureve natyrore në lloje të ndryshme të naftës nuk është i njëjtë: nga 100 (kondensat gazi) në 30%. Mesatarisht, hidrokarburet përbëjnë 70% të masës së këtij karburanti.

Hidrokarburet në vaj

Rreth 700 hidrokarbure të një strukture të veçantë janë identifikuar në përbërjen e vajrave. Të gjitha ato janë të ndryshme në përbërje dhe strukturë, por në të njëjtën kohë ruajnë informacione për përbërjen dhe strukturën e substancave që përbëjnë bazën e lipideve të baktereve antike, algave dhe bimëve më të larta.

Përbërja hidrokarbure e vajit përfshin:

1. Parafina.
2. Naftenet (cikloalkanet).
3. Hidrokarbure aromatike (arene).

Alkanet (hidrokarburet e ngopura alifatike)

Alkanet janë hidrokarburet më të rëndësishme dhe të studiuara mirë nga çdo vaj. Përbërja e vajit përfshin hidrokarbure alkane nga C₁ deri në C₁₀₀. Numri i tyre varion nga 20 deri në 60% dhe varet nga lloji i vajit. Si molekularefraksioni masiv, përqendrimi i alkaneve zvogëlohet në të gjitha llojet.

Nëse hidrokarburet ciklike të strukturave të ndryshme janë njësoj të zakonshme në vaj, atëherë strukturat e një strukture të caktuar zakonisht mbizotërojnë midis alkaneve. Për më tepër, struktura, si rregull, nuk varet nga pesha molekulare. Kjo do të thotë se në lloje të ndryshme vajrash ekzistojnë seri të caktuara homologe të alkaneve: alkane me strukturë normale, monometil të zëvendësuar me pozicione të ndryshme të grupit metil, më rrallë - alkane të zëvendësuara me di- dhe trimetil, si dhe tetrametilalkane të lloji izoprenoide. Alkanet me strukturë karakteristike përbëjnë pothuajse 90% të masës totale të alkaneve të naftës. Ky fakt lejon një studim të mirë të alkaneve në fraksione të ndryshme vajore, duke përfshirë ato me valë të lartë.

Alkane të fraksioneve të ndryshme

Në temperaturat nga 50 deri në 150 °C lirohet fraksioni I, i cili përfshin alkanet me numrin e atomeve të karbonit nga 5 në 11. Alkanet kanë izomerë:

• pentan - 3;
• heksan – 5;
• heptan – 9;
• oktan - 18;
• nonan - 35;
• Dekani – 75;
• undecan – 159.

Prandaj, fraksioni I mund të përfshijë teorikisht rreth 300 hidrokarbure. Sigurisht, jo të gjithë izomerët janë të pranishëm në vaj, por numri i tyre është i madh.

Figura tregon një kromatogram të alkaneve C₅ – C₁₁ të naftës nga fusha e Surgut, ku secila majë korrespondon me një substancë të caktuar.

Në temperaturën 200-430 °С, izolohen alkanet e fraksionit II të përbërjes С₁₂ – С₂₇. Figura tregonkromatograma e alkaneve të fraksionit II. Kromatogrami tregon majat e alkaneve normale dhe të zëvendësuara me monometil. Numrat tregojnë pozicionin e zëvendësuesve.

Në një temperaturë prej >430°C, alkanet e fraksionit III të përbërjes С₂₈ – С₄₀.

Alkane izoprenoide

Alkanet izoprenoide përfshijnë hidrokarbure të degëzuara me alternim të rregullt të grupeve metil. Për shembull, 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane ose 2, 6, 10-trimethylhexadecane. Alkanet izoprenoide dhe alkanet me zinxhir të drejtë përbëjnë pjesën më të madhe të lëndës së parë biologjike të naftës. Sigurisht, ka shumë opsione të tjera për hidrokarburet izoprenoide.

Izoprenoidet karakterizohen nga homologjia dhe disekuilibri, domethënë vajra të ndryshëm kanë grupin e tyre të këtyre përbërjeve. Homologjia është pasojë e shkatërrimit të burimeve me peshë molekulare më të lartë. Në alkanet izoprenoide, mund të zbulohen "boshllëqe" në përqendrimet e çdo homologu. Kjo është pasojë e pamundësisë së prishjes së zinxhirit të tyre (formimi i këtij homologu) në vendin ku ndodhen zëvendësuesit metil. Kjo veçori përdoret për të përcaktuar burimet e formimit të izoprenoideve.

Cikloalkanet (naftenet)

Naftenet janë hidrokarbure ciklike të ngopura të naftës. Në shumë vajra, ato mbizotërojnë mbi klasat e tjera të hidrokarbureve. Përmbajtja e tyre mund të ndryshojë nga 25 në 75%. Gjendet në të gjitha fraksionet. Ndërsa fraksioni bëhet më i rëndë, përmbajtja e tyre rritet. Naftenet dallohen nga sasiaciklet në një molekulë. Naftenet ndahen në dy grupe: mono- dhe policiklike. Monociklikët janë pesë dhe gjashtë anëtarësh. Unazat policiklike mund të përfshijnë unaza me pesë dhe gjashtë anëtarë.

Fraksionet me valë të ulët përmbajnë kryesisht derivate alkil të cikloheksanit dhe ciklopentanit, me derivatet e metilit që mbizotërojnë në fraksionet e benzinës.

Naftenet policiklike gjenden kryesisht në fraksionet e vajit që ziejnë në temperatura mbi 300 °C dhe përmbajtja e tyre në fraksione 400-550 °C arrin 70-80%.

Hidrokarburet aromatike (arene)

Ato ndahen në dy grupe:

1. Hidrokarbure alkilaromatike që përmbajnë vetëm unaza aromatike dhe zëvendësues alkil. Këto përfshijnë alkilbenzenet, alkilnaftalenet, alkilfenantrenet, alkilkrisepet dhe alkilpicenet.
2. Hidrokarbure të një lloji strukture të përzier, që përmbajnë unaza aromatike (të pangopura) dhe naftenike (kufizuese). Ndër to dallohen:

• hidrokarburet monoaromatike - indanet, di-, tri- dhe tetranaftenobenzenet;
• hidrokarburet diaromatike - mono- dhe dinaftenonaftalenet;
• hidrokarburet me tre ose më shumë unaza aromatike - naftenofenantrenet.

Rëndësia teknike e përbërjes hidrokarbure të naftës

Përbërja e substancave ndikon ndjeshëm në cilësinë e vajit.

1. Parafinat:

• Parafinat normale (të padegëzuara) kanë një numër oktani të ulët dhe pika të larta derdhjeje. Prandaj, nënë procesin e përpunimit ato shndërrohen në hidrokarbure të grupeve të tjera.
• Izoparafinat (të degëzuara) kanë një numër të lartë oktani, d.m.th., veti të larta kundër goditjes (izooktani është një përbërës referencë me një numër oktani 100), si dhe pika të ulëta derdhjeje në krahasim me parafinat normale.

2. Naftenet (cikloparafinat) së bashku me izoparafinat kanë një efekt pozitiv në cilësinë e karburantit dizel dhe vajrave lubrifikues. Përmbajtja e tyre e lartë në fraksionin e rëndë të benzinës çon në rendiment të lartë dhe numër të lartë oktani të produkteve.

3. Hidrokarburet aromatike përkeqësojnë vetitë mjedisore të karburantit, por kanë një numër të lartë oktani. Prandaj, gjatë rafinimit të naftës, grupet e tjera të hidrokarbureve shndërrohen në ato aromatike, por sasia e tyre, kryesisht benzi, në karburant është e rregulluar rreptësisht.

Metodat për studimin e përbërjes hidrokarbure të vajit

Për qëllime teknike, mjafton të përcaktohet përbërja e naftës nga përmbajtja e klasave të caktuara të hidrokarbureve në të. Përbërja e pjesshme e vajit është e rëndësishme për zgjedhjen e drejtimit të rafinimit të naftës.

Për të përcaktuar përbërjen grupore të vajit, përdoren metoda të ndryshme:

• Kimike nënkupton kryerjen e një reaksioni (nitrimit ose sulfonimit) të ndërveprimit të një reagjenti me një klasë të caktuar hidrokarburesh (alkene ose arene). Duke ndryshuar vëllimin ose sasinë e produkteve të reaksionit që rezultojnë, gjykohet përmbajtja e klasës së përcaktuar të hidrokarbureve.
• Fiziko-kimik përfshin nxjerrjen dhe adsorbimin. Kështu nxirren arenetdioksid squfuri, anilinë ose dimetil sulfat, i ndjekur nga adsorbimi i këtyre hidrokarbureve në xhel silicë.
• Fizik përfshin përcaktimin e vetive optike.
• E kombinuar - më e sakta dhe më e zakonshme. Kombinoni çdo dy metoda. Për shembull, heqja e areneve me metoda kimike ose fiziko-kimike dhe matja e vetive fizike të vajit para dhe pas heqjes së tyre.

Për qëllime shkencore, është e rëndësishme të përcaktohet saktësisht se cilat hidrokarbure janë të pranishme ose mbizotëruese në vaj.

Për të identifikuar molekulat individuale të hidrokarbureve, përdoret kromatografia me gaz-lëng duke përdorur kolonat kapilare dhe kontrollin e temperaturës, kromatografinë-spektrometrinë e masës me përpunim kompjuterik dhe ndërtimin e kromatogramit për jonet e fragmenteve karakteristike individuale (fragmentografi në masë ose kromatografi në masë). Spektrat NMR në bërthamat ¹³C.

përdoren gjithashtu

Skemat moderne për analizimin e përbërjes së hidrokarbureve të naftës përfshijnë ndarjen paraprake në dy ose tre fraksione me pika të ndryshme vlimi. Pas kësaj, secila prej fraksioneve ndahet në hidrokarbure të ngopura (parafine-naftenik) dhe aromatike duke përdorur kromatografi të lëngshme në xhel silicë. Më pas, hidrokarburet aromatike duhet të ndahen në mono-, bi- dhe poliaromatikë duke përdorur kromatografi të lëngët duke përdorur oksid alumini.

Burimet e hidrokarbureve

Burimet natyrore të hidrokarbureve të naftës dhe gazit janë molekula bioorganike të komponimeve të ndryshme, kryesisht përbërësit e tyre lipidikë. Imimund të jetë:

• lipide më të larta të bimëve,
• alga,
• fitoplankton,
• zooplankton,
• bakteret, veçanërisht lipidet e membranës qelizore.

Përbërësit lipidikë të bimëve janë shumë të ngjashëm në përbërjen kimike, megjithatë, disa variacione të molekulave bëjnë të mundur përcaktimin e pjesëmarrjes mbizotëruese të disa substancave në formimin e këtij vaji.

Të gjitha lipidet bimore ndahen në dy klasa:

• përbërje të përbëra nga molekula me zinxhir të drejtë (ose pak të degëzuar);
• përbërje të bazuara në njësitë izoprenoide të serive aliciklike dhe alifatike.

Ka komponime që përbëhen nga elementë që u përkasin të dyja klasave, si dylli. Molekulat e dyllit janë estere të acideve yndyrore më të larta të ngopura ose të pangopura dhe alkooleve izoprenoide ciklike - steroleve.

Përfaqësuesit tipikë të burimeve natyrore lipidike të hidrokarbureve të naftës janë komponimet e mëposhtme:

1. Acidet yndyrore të ngopura dhe të pangopura të përbërjes C₁₂-C₂₆ dhe acidet hidroksi. Acidet yndyrore përbëhen nga një numër çift atomesh karboni, pasi ato sintetizohen nga përbërësit C₂-acetate. Ato janë pjesë e triglicerideve.
2. Dylli natyral - ndryshe nga yndyrnat, ai nuk përmban glicerinë, por alkoole më të larta yndyrore ose sterole.
3. Acidet e degëzuara dobët që kanë zëvendësues metil në fundin e vargut përballë grupit karboksil, për shembull, izo- dhe anteizoacidet.
4. Substanca interesante janë suberina dhe kutina, të cilat përfshihen nëpjesë të ndryshme të bimëve. Ato formohen nga acide yndyrore të lidhura të polimerizuara dhe alkoole. Këto komponime janë rezistente ndaj sulmit enzimatik dhe mikrobik, i cili mbron zinxhirët alifatikë nga oksidimi biologjik.

Relike dhe hidrokarbure të konvertuara

Të gjitha hidrokarburet e naftës ndahen në dy grupe:

1. Transformuar - duke humbur tiparet strukturore karakteristike të molekulave origjinale bioorganike.
2. Relike, ose kimiofosile - ato hidrokarbure që kanë ruajtur tiparet karakteristike të strukturës së molekulave origjinale, pavarësisht nëse këto hidrokarbure ishin në biomasën origjinale ose u formuan më vonë nga substanca të tjera.

Hidrokarburet relike që përbëjnë vajin ndahen në dy grupe:

• lloji izoprenoide - strukturë aliciklike dhe alifatike, me deri në pesë cikle në një molekulë;
• jo-izoprenoid - komponime kryesisht alifatike që kanë zinxhirë n-alkil ose të degëzuar lehtë.

Reliktet e strukturës izoprenoide janë shumë më të shumta se ato jo-izoprenoide.

Janë identifikuar mbi 500 hidrokarbure relike vaji dhe numri i tyre po rritet çdo vit.