Hydrocacbon dầu: thành phần, thành phần, cấu trúc

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:46

Hydrocacbon là thành phần quan trọng nhất của bất kỳ loại dầu nào. Nồng độ hydrocacbon tự nhiên trong các loại dầu không giống nhau: từ 100 (khí ngưng tụ) đến 30%. Trung bình, hydrocacbon chiếm 70% khối lượng của nhiên liệu này.

Hydrocacbon trong dầu

Khoảng 700 hydrocacbon có cấu trúc đặc biệt đã được xác định trong thành phần của dầu. Tất cả chúng đều đa dạng về thành phần và cấu trúc, nhưng đồng thời chúng cũng lưu trữ thông tin về thành phần và cấu trúc của các chất hình thành nên lipid của vi khuẩn cổ, tảo và thực vật bậc cao.

Thành phần hydrocacbon của dầu bao gồm:

1. Parafin.
2. Naphthenes (lốc xoáy).
3. Hydrocacbon thơm (isnes).

ankan (hiđrocacbon no béo)

ankan là hydrocacbon quan trọng nhất và được nghiên cứu kỹ lưỡng của bất kỳ loại dầu nào. Thành phần của dầu bao gồm các hydrocacbon ankan từ C₁đến C₁₀₀. Số lượng của chúng dao động từ 20 đến 60% và tùy thuộc vào loại dầu. Là phân tửphần trăm khối lượng, nồng độ của ankan giảm dần trong các loại.

Nếu các hydrocacbon mạch vòng có cấu trúc khác nhau phổ biến như nhau trong dầu, thì các cấu trúc có cấu trúc nhất định thường chiếm ưu thế trong số các ankan. Hơn nữa, cấu trúc, như một quy luật, không phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Điều này có nghĩa là trong các loại dầu khác nhau, có một số dãy đồng đẳng nhất định của ankan: ankan có cấu trúc bình thường, monometyl được thay thế bằng các vị trí khác nhau của nhóm metyl, ít thường xuyên hơn - ankan được thế di- và trimetyl, cũng như tetrametylalkaan của loại isoprenoid. Các ankan có cấu tạo đặc trưng chiếm gần 90% tổng khối lượng các ankan dầu mỏ. Thực tế này cho phép nghiên cứu tốt các ankan trong các phân đoạn dầu khác nhau, bao gồm cả những chất có độ sôi cao.

Các ankan của các phân số khác nhau

Ở nhiệt độ từ 50 đến 150 ° C, phân đoạn I được giải phóng, gồm ankan có số nguyên tử cacbon từ 5 đến 11. Các ankan có đồng phân:

• pentan - 3;
• hexan - 5;
• heptane - 9;
• octan - 18;
• nonan - 35;
• Trưởng khoa - 75;
• undecan - 159.

Vì vậy, về mặt lý thuyết, phần tôi có thể bao gồm khoảng 300 hydrocacbon. Tất nhiên, không phải tất cả các đồng phân đều có trong dầu, nhưng số lượng của chúng rất lớn.

Hình bên cho thấy sắc ký đồ của ankan C₅- C₁₁của dầu từ trường phẫu thuật, trong đó mỗi đỉnh tương ứng với một chất nhất định.

Ở nhiệt độ 200-430 ° С, ankan của phân đoạn II của thành phần С₁₂- С₂₇bị cô lập. Hình vẽ cho thấysắc ký đồ của ankan phân đoạn II. Trên sắc ký đồ cho thấy các pic của ankan thường và ankan được thế monometyl. Các con số cho biết vị trí của các nhóm thế.

Ở nhiệt độ >430 ° C, ankan thuộc phân đoạn III của thành phần С₂₈- С₄₀.

ankan isoprenoid

ankan isoprenoid bao gồm các hydrocacbon phân nhánh với sự luân phiên đều đặn của các nhóm metyl. Ví dụ: 2, 6, 10, 14-tetramethylpentadecane hoặc 2, 6, 10-trimethylhexadecane. Isoprenoid ankan và ankan mạch thẳng chiếm phần lớn nguyên liệu sinh học từ dầu mỏ. Tất nhiên, có nhiều lựa chọn hơn cho các hydrocacbon isoprenoid.

Isoprenoids được đặc trưng bởi sự tương đồng và không cân bằng, nghĩa là, các loại dầu khác nhau có tập hợp các hợp chất này riêng của chúng. Homology là hệ quả của việc phá hủy các nguồn có trọng lượng phân tử cao hơn. Trong isoprenoid ankan, "khoảng trống" trong nồng độ của bất kỳ chất tương đồng nào có thể được phát hiện. Đây là hậu quả của việc không thể phá vỡ chuỗi của chúng (sự hình thành của chất tương đồng này) ở nơi chứa các nhóm thế metyl. Tính năng này được sử dụng để xác định các nguồn hình thành isoprenoid.

Cycloalkanes (naphthenes)

Naphthenes là hydrocacbon mạch vòng no của dầu. Trong nhiều loại dầu, chúng chiếm ưu thế hơn các loại hydrocacbon khác. Hàm lượng của chúng có thể thay đổi từ 25 đến 75%. Tìm thấy trong tất cả các phe phái. Khi phân số trở nên nặng hơn, hàm lượng của chúng tăng lên. Naphthenes được phân biệt theo số lượngcác chu kỳ trong phân tử. Naphthenes được chia thành hai nhóm: mono- và polycyclic. Monocyclic có năm và sáu-membered. Các vòng đa vòng có thể bao gồm cả vòng năm và sáu cạnh.

Các phân đoạn sôi thấp chủ yếu chứa các dẫn xuất alkyl của xyclohexan và xiclopentan, với các dẫn xuất metyl chiếm ưu thế trong các phân đoạn xăng.

Các naphthene đa vòng được tìm thấy chủ yếu trong các phân đoạn dầu sôi ở nhiệt độ trên 300 ° C và hàm lượng của chúng trong các phân đoạn 400-550 ° C đạt 70-80%.

Hydrocacbon thơm (isnes)

Chúng được chia thành hai nhóm:

1. Hiđrocacbon thơm chỉ chứa vòng thơm và nhóm thế ankyl. Chúng bao gồm alkylbenzen, alkylnaphthalenes, alkylphenanthrenes, alkylchrysepes và alkylpicenes.
2. Hiđrocacbon có cấu trúc hỗn hợp, chứa cả vòng thơm (không no) và vòng naphten (giới hạn). Trong số đó được phân biệt:

• hydrocacbon đơn sắc - indan, di-, tri- và tetranaphthenobenzenes;
• hydrocacbon đường thơm - mono- và dinaphthenonaphtalen;
• hydrocacbon có ba vòng thơm trở lên - naphthenophenanthrenes.

Ý nghĩa kỹ thuật của thành phần hydrocacbon của dầu

Thành phần các chất ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của dầu.

1. Parafin:

• Parafin bình thường (không phân nhánh) có trị số octan thấp và điểm đông đặc cao. Do đó, trongtrong quá trình xử lý chúng được chuyển đổi thành hydrocacbon của các nhóm khác.
• Isoparafin (phân nhánh) có trị số octan cao, tức là đặc tính chống cháy cao (isooctan là hợp chất tham chiếu có số octan là 100), cũng như điểm đông đặc thấp so với parafin thông thường.

2. Naphthenes (cycloparafin) cùng với isoparafin có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của nhiên liệu diesel và dầu bôi trơn. Hàm lượng cao của chúng trong phần xăng nặng dẫn đến năng suất cao và số lượng octan cao của sản phẩm.

3. Các hydrocacbon thơm làm xấu các tính chất môi trường của nhiên liệu, nhưng có trị số octan cao. Do đó, trong quá trình lọc dầu, các nhóm hydrocacbon khác được chuyển hóa thành các chất thơm, nhưng lượng của chúng, chủ yếu là benzen, trong nhiên liệu được quy định nghiêm ngặt.

Phương pháp nghiên cứu thành phần hydrocacbon của dầu

Đối với các mục đích kỹ thuật, chỉ cần xác định thành phần của dầu bằng hàm lượng của một số loại hydrocacbon trong đó là đủ. Thành phần phân đoạn của dầu rất quan trọng để lựa chọn hướng tinh chế dầu.

Để xác định thành phần nhóm của dầu, các phương pháp khác nhau được sử dụng:

• Hóa học có nghĩa là thực hiện một phản ứng (nitrat hóa hoặc sulfo hóa) tương tác của thuốc thử với một nhóm hydrocacbon nhất định (anken hoặc isnes). Bằng cách thay đổi thể tích hoặc số lượng của sản phẩm phản ứng thu được, hàm lượng của loại hiđrocacbon đã xác định sẽ được đánh giá.
• Hóa lý bao gồm chiết xuất và hấp phụ. Đây là cách arenes được chiết xuấtlưu huỳnh đioxit, anilin hoặc đimetyl sunfat, tiếp theo là sự hấp phụ của các hydrocacbon này trên silica gel.
• Vật lý bao gồm việc xác định các đặc tính quang học.
• Kết hợp - chính xác nhất và thông dụng nhất. Kết hợp hai phương pháp bất kỳ. Ví dụ, loại bỏ các cồn bằng các phương pháp hóa học hoặc lý hóa học và đo các đặc tính vật lý của dầu trước và sau khi loại bỏ chúng.

Đối với mục đích khoa học, điều quan trọng là phải xác định chính xác hydrocacbon nào hiện diện hoặc chiếm ưu thế trong dầu.

Để xác định các phân tử riêng lẻ của hydrocacbon, sắc ký khí-lỏng được sử dụng bằng cách sử dụng cột mao quản và điều khiển nhiệt độ, sắc ký-khối phổ với xử lý máy tính và xây dựng sắc ký đồ cho các ion mảnh đặc trưng riêng lẻ (sắc ký phân mảnh hoặc sắc ký khối). Phổ NMR trên hạt nhân¹³C.

cũng được sử dụng

Các chương trình hiện đại để phân tích thành phần của hydrocacbon dầu bao gồm tách sơ bộ thành hai hoặc ba phân đoạn với các điểm sôi khác nhau. Sau đó, từng phân đoạn được tách thành hydrocacbon no (parafin-naphthenic) và hydrocacbon thơm bằng phương pháp sắc ký lỏng trên silica gel. Tiếp theo, các hydrocacbon thơm cần được tách thành đơn chất, hai chất và đa sắc bằng phương pháp sắc ký lỏng sử dụng ôxít nhôm.

Nguồn hydrocacbon

Các nguồn hydrocacbon dầu và khí tự nhiên là các phân tử hữu cơ sinh học của các hợp chất khác nhau, chủ yếu là các thành phần lipid của chúng. Imicó thể là:

• lipid thực vật cao hơn,
• tảo,
• thực vật phù du,
• động vật phù du,
• vi khuẩn, đặc biệt là lipid màng tế bào.

Các thành phần lipid của thực vật rất giống nhau về thành phần hóa học, tuy nhiên, một số biến thể nhất định của các phân tử giúp chúng ta có thể xác định sự tham gia chủ yếu của một số chất trong quá trình hình thành loại dầu này.

Tất cả lipid thực vật được chia thành hai lớp:

• hợp chất bao gồm các phân tử có chuỗi thẳng (hoặc hơi phân nhánh);
• hợp chất dựa trên các đơn vị isoprenoid của chuỗi alicyclic và béo.

Có những hợp chất bao gồm các nguyên tố thuộc cả hai lớp, chẳng hạn như sáp. Phân tử sáp là este của axit béo no hoặc không bão hòa cao hơn và rượu isoprenoid mạch vòng - sterol.

Các đại diện điển hình của lipid tự nhiên của nguồn hydrocacbon dầu mỏ là các hợp chất sau:

1. Axit béo no và không no của thành phần C₁₂-C₂₆và axit hydroxy. Axit béo được tạo thành từ một số nguyên tử cacbon chẵn, vì chúng được tổng hợp từ các thành phần C₂-acetate. Chúng là một phần của chất béo trung tính.
2. Sáp tự nhiên - không giống như chất béo, nó không chứa glycerol, mà là rượu hoặc sterol béo cao hơn.
3. Axit phân nhánh yếu có nhóm thế metyl ở cuối chuỗi đối diện với nhóm cacboxyl, ví dụ, iso- và anteisoacids.
4. Các chất thú vị là suberin và cutin, được bao gồm trongcác bộ phận khác nhau của thực vật. Chúng được hình thành bởi các axit béo liên kết polyme hóa và rượu. Các hợp chất này có khả năng chống lại sự tấn công của enzym và vi sinh vật, giúp bảo vệ các chuỗi béo khỏi quá trình oxy hóa sinh học.

Hydrocacbon di tích và chuyển đổi

Tất cả các hydrocacbon dầu được chia thành hai nhóm:

1. Biến đổi - làm mất đi các đặc điểm cấu trúc đặc trưng của các phân tử hữu cơ sinh học ban đầu.
2. Relic, hay chemofossils - những hydrocacbon vẫn giữ được các tính năng đặc trưng của cấu trúc của các phân tử ban đầu, bất kể là các hydrocacbon này ở trong sinh khối ban đầu hay được hình thành sau đó từ các chất khác.

Hydrocacbon di tích tạo nên dầu được chia thành hai nhóm:

• loại isoprenoid - cấu trúc alicyclic và béo, với tối đa năm chu kỳ trong một phân tử;
• không isoprenoid - hầu hết là các hợp chất béo có n-alkyl hoặc chuỗi phân nhánh nhẹ.

Di tích của cấu trúc isoprenoid nhiều hơn nhiều so với những di vật không phải isoprenoid.

Hơn 500 hydrocacbon dầu di tích đã được xác định và số lượng của chúng đang tăng lên hàng năm.