هیدروکربن سنگین به ترکیبات شیمیایی گفته میشود که دارای بیش از پنج اتم کربن در مولکول خود هستند. این ترکیبات در نفت خام و گاز طبیعی به مقادیر مختلف یافت میشوند و بسته به خصوصیات فیزیک و شیمیایی خود، دارای ارزش تجاری و صنعتی متفاوت هستند.
برخلاف هیدروکربنهای سبک که به راحتی قابل جداسازی و استفاده هستند، هیدروکربنهای سنگین نیاز به فرآیندهای پالایش و تبدیل پیچیدهتر دارند. این فرآیندها به منظور افزایش کارایی و کاهش آلودگی ناشی از استفاده از این ترکیبات، ضروری محسوب میشوند. برای اجرای بهینه این فرآیندها، لازم است که خصوصیات هیدروکربنهای سنگین به دقت شناسایی و آنالیز شوند. در این مقاله، به معرفی روشهای مختلف آنالیز هیدروکربن سنگین و کاربردهای آن در صنعت نفت و گاز پرداختهایم.
صنعت نفت و گاز یک صنعت بسیار حساس و پویا است که با تغییرات بازار جهانی، فشار رقابت، الزامات قانون محيط زيست و تحولات فناورانه روبرو است. برای حفظ جایگاه خود در این صنعت، لازم است که علاوه بر افزایش تولید، بهبود کیفیت و کارایی فرآوردههای نفتی و گازی نیز توجه شود. این امر مستلزم این است که خصوصیات مواد خام و فرآوردههای نفتی و گازی به خوبی شناخته شده و مورد آنالیز قرار گیرند. یکی از مهمترین خصوصیات مواد نفتی و گازی، ترکیب هیدروکربنی آنها است. هیدروکربنها به ترکیبات شیمیایی گفته میشود که فقط از اتمهای کربن و هیدروژن تشکیل شدهاند. بسته به تعداد و چیدمان اتمهای کربن در مولکول، هیدروکربنها را میتوان به دو دسته سبک و سنگین تقسیم کرد. هیدروکربن سبک به آن دسته از هیدروکربنها گفته میشود که دارای پنج اتم کربن یا کمتر در مولکول خود هستند. این ترکیبات معمولاً در فاز گاز قرار دارند و به راحتی قابل جداسازی و استفاده هستند. برخی از مثالهای این ترکیبات عبارتند از: متان ، اتان ، پروپان، بوتان و پنتان. هیدروکربن سنگین به آن دسته از هیدروکربنها گفته میشود که دارای بیش از پنج اتم کربن در مولکول خود هستند. این ترکیبات معمولاً در فاز مایع یا جامد قرار دارند و نیاز به فرآیندهای پالایش و تبدیل پیچیدهتر دارند. برخی از مثالهای این ترکیبات عبارتند از: نفت خام، نفت سنگین، نفت شال، زغال سنگ، آسفالت، پارافین، آرومات، الفین و غیره.
روشهای آنالیز هیدروکربن سنگین
آشنایی با روشهای آنالیز هیدروکربن سنگین بسیار حائز اهمیت است. زیرا با استفاده از این روشها میتوان خصوصیات فیزیک و شیمیایی، ساختار شیمیایی، توزيع بويي، خلوص، درصد گوگرد و نيتروژن، حضور فلزات سنگين و غیره را در نمونههای نفت خام و گاز طبيعي به دقت برآورد کرد. با داشتن این اطلاعات میتوان به منظور بهینهسازي فرآيندهای جداسازي، پالایش، تقطير، کراكينگ، هيدروكراكينگ، هيدروژناسيون، آلكيلاسيون و غیره اقدام کرد. همچنین میتوان با داشتن این اطلاعات، کیفیت و خصوصیات فرآوردههای نهایی را بهبود بخشید و مشکلات احتمالی را پیشبینی و رفع کرد. در این بخش، به معرفی برخی از روشهای آنالیز هیدروکربن سنگین پرداختهایم.
کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography):
این روش یک روش جداسازی گازی است که به منظور تعيين توزيع بويي نفت خام و فرآوردههای نفتی استفاده میشود. در این روش، نمونه با گاز حامل (معمولاً هلیوم) از یک ستون حاوی فاز جامد یا مایع عبور میکند و زمان خروج هر ترکیب با یک دتکتور ثبت میشود. با استفاده از این روش، میتوان درصد حجمی هیدروکربنهای سبک، متوسط و سنگین را در نفت خام و فرآوردههای نفتی به دقت برآورد کرد.
روش طیف سنجی جرمی (Mass Spectrometry Method)
این روش یک روش طیف سنجی است که به منظور شناسایی ساختار شیمیایی و فرمول مولکولی هیدروکربنها استفاده میشود. در این روش، نمونه به صورت گاز یا بخار به یک منبع یون ساز (معمولاً الکترون برخورد) وارد میشود و تحت تاثیر پتانسیل بالا، به یونهای مثبت تبدیل میشود. سپس یونهای مثبت با استفاده از یک مغناطیس، بر اساس جرم و بار خود، جداسازی و تفکیک میشوند. در نهایت، شدت و تعداد یونهای حاصل با یک دتکتور ثبت میشود و در قالب یک طیف جرمی نمایش داده میشود. با استفاده از این روش، میتوان ساختار شکستگی و پیوستگی هیدروکربنها را به دقت برآورد کرد.
طیفسنجی جذبی مادون قرمز (Infrared Spectroscopy):
این روش بر اساس الگوهای جذبی مولکولها در ناحیه مادون قرمز است. با استفاده از طیفسنجی جذبی مادون قرمز، بافت مولکولی هیدروکربنها بررسی میشود و الگوهای جذبی مختلف آنها تعیین میشود.
جذب اتمی (Atomic Absorption):
در این روش، ذرات هیدروکربنهای سنگین با استفاده از اتمهای فلزی جذب میشوند. سپس میزان جذب فلزات در نمونهها اندازهگیری میشود. این روش برای تعیین غلظت فلزات سنگین در هیدروکربنها مورد استفاده قرار میگیرد.
رزونانس مغناطیسی هستهای (Nuclear Magnetic Resonance – NMR):
این روش بر اساس تفاوت در خواص مغناطیسی هستههای مولکولها است. با استفاده از این روش، ساختار مولکولی هیدروکربنها مشخص میشود و اطلاعاتی درباره ترکیبات مختلف در نمونهها به دست میآید.
مهم است بدانید که هر روش آنالیز ممکن است مزایا و محدودیتهای خاص خود را داشته باشد و بسته به نوع هیدروکربن سنگین و اهداف آزمایش، روش مناسبی انتخاب میشود. همچنین، در برخی موارد ممکن است نیاز به ترکیب چندین روش آنالیزی باشد تا اطلاعات کاملی از هیدروکربنهای سنگین به دست آید. برای استفاده از این روشها، معمولاً نیاز به تجهیزات و دانش تخصصی مرتبط است و بهتر است با کارشناسان مربوطه در زمینه آنالیز هیدروکربنهای سنگین مشورت کنید.
دیدگاه خود را بنویسید