Hidrokarbon minyak: komponen, komposisi, struktur

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Hidrokarbon ialah komponen terpenting bagi mana-mana minyak. Kepekatan hidrokarbon semula jadi dalam pelbagai jenis minyak tidak sama: dari 100 (gas kondensat) hingga 30%. Secara purata, hidrokarbon membentuk 70% daripada jisim bahan api ini.

Hidrokarbon dalam minyak

Kira-kira 700 hidrokarbon daripada struktur yang unik telah dikenal pasti dalam komposisi minyak. Kesemuanya adalah pelbagai dalam komposisi dan struktur, tetapi pada masa yang sama ia menyimpan maklumat tentang komposisi dan struktur bahan yang membentuk asas lipid bakteria purba, alga dan tumbuhan yang lebih tinggi.

Komposisi hidrokarbon minyak termasuk:

1. Parafin.
2. Naphthenes (sikloalkana).
3. Hidrokarbon aromatik (arena).

Alkana (hidrokarbon tepu alifatik)

Alkana ialah hidrokarbon yang paling penting dan dikaji dengan baik bagi mana-mana minyak. Komposisi minyak termasuk alkana hidrokarbon daripada C₁ hingga C₁₀₀. Bilangan mereka berkisar antara 20 hingga 60% dan bergantung kepada jenis minyak. Sebagai molekulpecahan jisim, kepekatan alkana dikurangkan dalam semua jenis.

Jika hidrokarbon kitaran daripada struktur yang berbeza adalah sama biasa dalam minyak, maka struktur struktur tertentu biasanya mendominasi antara alkana. Selain itu, struktur, sebagai peraturan, tidak bergantung pada berat molekul. Ini bermakna bahawa dalam pelbagai jenis minyak terdapat siri alkana homolog tertentu: alkana daripada struktur normal, digantikan monometil dengan kedudukan kumpulan metil yang berbeza, lebih jarang - alkana tersubstitusi di- dan trimetil, serta tetramethylalkana daripada jenis isoprenoid. Alkana daripada struktur berciri membentuk hampir 90% daripada jumlah jisim alkana minyak. Fakta ini membolehkan kajian yang baik tentang alkana dalam pelbagai pecahan minyak, termasuk yang didih tinggi.

Alkana daripada pecahan berbeza

Pada suhu dari 50 hingga 150 °C, pecahan I dibebaskan, yang merangkumi alkana dengan bilangan atom karbon dari 5 hingga 11. Alkana mempunyai isomer:

• pentana - 3;
• heksana – 5;
• heptana – 9;
• oktana - 18;
• nonan - 35;
• Dekan – 75;
• undecan – 159.

Oleh itu, pecahan saya secara teori boleh memasukkan kira-kira 300 hidrokarbon. Sudah tentu, tidak semua isomer terdapat dalam minyak, tetapi bilangannya adalah besar.

Rajah menunjukkan kromatogram alkana C₅ – C₁₁ minyak daripada medan Surgut, di mana setiap puncak sepadan dengan bahan tertentu.

Pada suhu 200-430 °С, alkana pecahan II komposisi С₁₂ – С₂₇ diasingkan. Rajah menunjukkankromatogram alkana pecahan II. Kromatogram menunjukkan puncak alkana normal dan monometil digantikan. Nombor menunjukkan kedudukan substituen.

Pada suhu >430°C, alkana pecahan III komposisi С₂₈ – С₄₀.

Alkana isoprenoid

Alkana isoprenoid termasuk hidrokarbon bercabang dengan kumpulan metil bergantian tetap. Contohnya, 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane atau 2, 6, 10-trimethylhexadecane. Alkana isoprenoid dan alkana rantai lurus membentuk sebahagian besar bahan mentah petroleum biologi. Sudah tentu, terdapat banyak lagi pilihan untuk hidrokarbon isoprenoid.

Isoprenoid dicirikan oleh homologi dan ketidakseimbangan, iaitu, minyak yang berbeza mempunyai set sendiri sebatian ini. Homologi adalah akibat daripada pemusnahan sumber berat molekul yang lebih tinggi. Dalam alkana isoprenoid, "jurang" dalam kepekatan mana-mana homolog boleh dikesan. Ini adalah akibat daripada kemustahilan untuk memutuskan rantai mereka (pembentukan homolog ini) di tempat di mana substituen metil berada. Ciri ini digunakan untuk menentukan sumber pembentukan isoprenoid.

Cycloalkana (naphthenes)

Naphthenes ialah hidrokarbon kitaran tepu minyak. Dalam kebanyakan minyak, ia mendominasi kelas hidrokarbon lain. Kandungan mereka boleh berbeza dari 25 hingga 75%. Ditemui dalam semua puak. Apabila pecahan menjadi lebih berat, kandungannya meningkat. Naphthenes dibezakan dengan kuantitikitaran dalam molekul. Naphthenes dibahagikan kepada dua kumpulan: mono- dan polisiklik. Monocyclic terdiri daripada lima dan enam anggota. Cincin polisiklik boleh termasuk cincin lima dan enam anggota.

Pecahan didih rendah kebanyakannya mengandungi terbitan alkil sikloheksana dan siklopentana, dengan terbitan metil mendominasi pecahan petrol.

Polycyclic naphthenes ditemui terutamanya dalam pecahan minyak yang mendidih pada suhu melebihi 300 °C, dan kandungannya dalam pecahan 400-550 °C mencapai 70-80%.

Hidrokarbon aromatik (arena)

Mereka dibahagikan kepada dua kumpulan:

1. Hidrokarbon alkylaromatik yang mengandungi hanya cincin aromatik dan substituen alkil. Ini termasuk alkilbenzena, alkilnaftalena, alkilfenantrin, alkilkrisepes dan alkilpinena.
2. Hidrokarbon daripada jenis struktur campuran, mengandungi kedua-dua cincin aromatik (tak tepu) dan naphthenic (menghadkan). Antaranya dibezakan:

• hidrokarbon monoaromatik - indanes, di-, tri- dan tetranaphthenobenzenes;
• hidrokarbon diaromatik - mono- dan dinaphthenonaphthalenes;
• hidrokarbon dengan tiga atau lebih cincin aromatik - naphthenophenanthrenes.

Kepentingan teknikal komposisi hidrokarbon minyak

Komposisi bahan mempengaruhi kualiti minyak dengan ketara.

1. Parafin:

• Parafin biasa (tidak bercabang) mempunyai nombor oktana yang rendah dan titik tuang yang tinggi. Oleh itu, dalamdalam proses pemprosesan ia ditukar kepada hidrokarbon kumpulan lain.
• Isoparafin (bercabang) mempunyai nombor oktana yang tinggi, iaitu sifat antiketukan yang tinggi (isooctane ialah sebatian rujukan dengan nombor oktana 100), serta titik tuang yang rendah berbanding parafin biasa.

2. Naphthenes (sikloparafin) bersama-sama dengan isoparafin mempunyai kesan positif terhadap kualiti bahan api diesel dan minyak pelincir. Kandungannya yang tinggi dalam pecahan petrol berat membawa kepada hasil yang tinggi dan bilangan oktana yang tinggi bagi produk.

3. Hidrokarbon aromatik memburukkan sifat persekitaran bahan api, tetapi mempunyai nombor oktana yang tinggi. Oleh itu, semasa penapisan minyak, kumpulan hidrokarbon lain ditukar kepada yang aromatik, tetapi jumlahnya, terutamanya benzena, dalam bahan api dikawal dengan ketat.

Kaedah untuk mengkaji komposisi hidrokarbon minyak

Untuk tujuan teknikal, adalah memadai untuk menetapkan komposisi minyak dengan kandungan kelas hidrokarbon tertentu di dalamnya. Komposisi pecahan minyak adalah penting untuk memilih arah penapisan minyak.

Untuk menentukan komposisi kumpulan minyak, pelbagai kaedah digunakan:

• Kimia bermaksud menjalankan tindak balas (pengnitratan atau sulfonasi) interaksi reagen dengan kelas hidrokarbon tertentu (alkena atau arena). Dengan menukar isipadu atau jumlah hasil tindak balas yang terhasil, kandungan kelas hidrokarbon yang ditentukan dinilai.
• Fisiko-kimia termasuk pengekstrakan dan penjerapan. Ini adalah bagaimana arene diekstraksulfur dioksida, anilin atau dimetil sulfat, diikuti dengan penjerapan hidrokarbon ini pada gel silika.
• Fizikal termasuk penentuan sifat optik.
• Digabungkan - yang paling tepat dan paling biasa. Gabungkan mana-mana dua kaedah. Contohnya, penyingkiran arena dengan kaedah kimia atau fiziko-kimia dan pengukuran sifat fizikal minyak sebelum dan selepas penyingkirannya.

Untuk tujuan saintifik, adalah penting untuk menentukan dengan tepat hidrokarbon mana yang ada atau dominan dalam minyak.

Untuk mengenal pasti molekul individu hidrokarbon, kromatografi gas-cecair digunakan menggunakan lajur kapilari dan kawalan suhu, kromatografi-spektrometri jisim dengan pemprosesan komputer dan pembinaan kromatogram untuk ion serpihan ciri individu (fragmentografi jisim atau kromatografi jisim). Spektrum NMR pada nukleus ¹³C.

juga digunakan

Skim moden untuk menganalisis komposisi hidrokarbon minyak termasuk pengasingan awal kepada dua atau tiga pecahan dengan takat didih yang berbeza. Selepas itu, setiap pecahan diasingkan kepada hidrokarbon tepu (parafin-naphthenic) dan aromatik menggunakan kromatografi cecair pada gel silika. Seterusnya, hidrokarbon aromatik hendaklah diasingkan kepada mono-, bi- dan poliaromatik menggunakan kromatografi cecair menggunakan aluminium oksida.

Sumber hidrokarbon

Sumber semula jadi hidrokarbon minyak dan gas ialah molekul bioorganik pelbagai sebatian, terutamanya komponen lipidnya. Imimungkin:

• lipid tumbuhan yang lebih tinggi,
• alga,
• phytoplankton,
• zooplankton,
• bakteria, terutamanya lipid membran sel.

Komponen lipid tumbuhan sangat serupa dalam komposisi kimia, namun, variasi molekul tertentu memungkinkan untuk menentukan penyertaan utama bahan tertentu dalam pembentukan minyak ini.

Semua lipid tumbuhan dibahagikan kepada dua kelas:

• sebatian yang terdiri daripada molekul dengan rantai lurus (atau bercabang sedikit);
• sebatian berdasarkan unit isoprenoid siri alisiklik dan alifatik.

Terdapat sebatian yang terdiri daripada unsur kepunyaan kedua-dua kelas, seperti lilin. Molekul lilin ialah ester asid lemak tepu atau tak tepu yang lebih tinggi dan alkohol isoprenoid kitaran - sterol.

Wakil biasa bagi sumber semula jadi lipid hidrokarbon petroleum ialah sebatian berikut:

1. Asid lemak tepu dan tak tepu komposisi C₁₂-C₂₆ dan asid hidroksi. Asid lemak terdiri daripada bilangan atom karbon yang genap, kerana ia disintesis daripada komponen C₂-asetat. Ia adalah sebahagian daripada trigliserida.
2. Lilin semulajadi - tidak seperti lemak, ia tidak mengandungi gliserol, tetapi alkohol atau sterol berlemak lebih tinggi.
3. Asid bercabang lemah yang mempunyai substituen metil pada hujung rantai yang bertentangan dengan kumpulan karboksil, contohnya, asid iso dan anteiso.
4. Bahan yang menarik ialah suberin dan cutin, yang termasuk dalambahagian tumbuhan yang berlainan. Ia dibentuk oleh asid lemak terikat terpolimer dan alkohol. Sebatian ini tahan terhadap serangan enzim dan mikrob, yang melindungi rantai alifatik daripada pengoksidaan biologi.

Relik dan hidrokarbon ditukar

Semua hidrokarbon minyak dibahagikan kepada dua kumpulan:

1. Berubah - setelah kehilangan ciri struktur ciri molekul bioorganik asal.
2. Relik, atau chemofossils - hidrokarbon yang telah mengekalkan ciri ciri struktur molekul asal, tidak kira sama ada hidrokarbon ini berada dalam biojisim asal atau terbentuk kemudian daripada bahan lain.

Hidrokarbon peninggalan yang membentuk minyak terbahagi kepada dua kumpulan:

• jenis isoprenoid - struktur alisiklik dan alifatik, dengan sehingga lima kitaran dalam satu molekul;
• bukan isoprenoid - kebanyakannya sebatian alifatik mempunyai n-alkil atau rantai bercabang ringan.

Relik struktur isoprenoid jauh lebih banyak daripada bukan isoprenoid.

Lebih 500 hidrokarbon minyak peninggalan telah dikenal pasti, dan bilangannya meningkat setiap tahun.