ساختار شیمیایی فرآورده های نفتی

نفت خام، همانند زغال سنگ بطور طبیعی از طریق فرآیندهای حرارت، فساد و تجزیه و فشار شدید در طبیعت و طی گذشت هزاران سال در لایه‌های زیرین زمین شکل می‎گیرد. نفت خامی که از زمین استخراج می‌شود از مواد شیمیایی مختلفی تشکیل شده است.

اجزاء اصلی تشکیل دهنده نفت خام را ملکول‌های حاوی اتم‌های کربن و هیدروژن تشکیل می‌دهند که به آنها هیدروکربن می‌گویند. هیدروکربن‌ها با توجه به نحوه پیوندهای موجود بین اتم‌های کربن و هیدروژن به پنج گروه عمده تقسیم می‌شوند:

• پارافین‌های نرمال (زنجیر مستقیم ) : در این دسته از هیدروکربن‌ها، اتم‌های کربن با یک پیوند یگانه کربن – کربن به یکدیگر متصلند.فرمول عمومی آنها CnH2n+2 می‌باشد. در صورتی که طول زنجیره این هیدروکربن‌ها طولانی شود وزن ملکولی آنها افزایش یافته و با کاهش دما،از فاز مایع به جامد تغییر حالت خواهند داد.

• ایزوپارافین‌ها (زنجیری شاخه دار) : پیوند بین اتم‌های کربن در این دسته از هیدروکربن‌ها نیز مشابه پارافین‌های نرمال، یگانه است اما با توجه به امکان اتصال هر اتم کربن به به دو یا سه اتم کربن دیگر، می‌توان انتظار ظهور ترکیبات متفاوتی را داشت که علی رغم داشتن وزن ملکولی برابر، ساختار شیمیایی متفاوتی دارند که به این اشکال مختلف از یک ترکیب را در شیمی، ایزومر می‌گویند. با افزایش تعداد کربنها تعداد ایزومرها افزایش می‌یابد بطور مثال برای یک هیدروکربن با ۱۵ اتم کربن که سبکترین هیدروکربن‌های موجود در یک روغن پایه هستند می‌توان ۴۳۴۷ ایزومر مختلف را داشت.

• سیکلوپارافین‌ها یا نفتن‌ها (حلقه‌های اشباع) : در این هیدروکربن‌ها نیز مشابه دو گروه قبلی پیوندهای کربن – کربن یگانه است اما نحوه اتصال اتم‌های کربن طوری است که تشکیل حلقه‌های اشباع می‌دهند. بسیاری از ترکیبات سیکلوپارافین موجود در نفت خام از طریق یک یا چند کربن موجود در حلقه خود دارای شاخه‌های جانبی هستند که معمولا ساختار پارافینی و ایزوپارافینی دارند.

• اولفین‌ها(Olefin) نیز از ترکیباتی هستند که معمولا در نفت خام وجود ندارند اما ممکن است در طی فرآیند پالایش نفت خام و تولید روغن پایه، تشکیل شوند. این ترکیبات دارای حداقل یک پیوند دوگانه کربن = کربن هستند و فرمول عمومی آنها CnH2n می‌باشد. اولفین‌ها به دلیل واکنش‌پذیری بالا و امکان ایجاد ترکیبات پلیمری، از ترکیبات نامطلوب موجود در روغن‌های پایه هستند.

• آروماتیک‌ها (حلقه‌های غیر اشباع) : این دسته از هیدروکربن‌ها دارای حداقل یک حلقه بنزنی هستند که از اتصال شش اتم کربن به یکدیگر و با سه پیوند دو گانه بین آنها بوجود می‌آید. در این هیدروکربن‌ها نیز امکان اتصال شاخه‌های جانبی با ماهیت پارافینی و ایزوپارافینی به حلقه بنزنی وجود دارد. در صورت اتصال چند حلقه بنزنی به یکدیگر ترکیباتی موسوم به Polycyclic Aromatics یا آروماتیک‌های چندحلقه‌ای تشکیل می‌گردند که این ترکیبات پتانسیل سرطان‌زایی بالایی دارند. معمولا با انجام پالایش بر روی نفت خام جهت رسیدن به روغن پایه مقدار زیادی از این ترکیبات جدا می‌شوند و در فرآیندهای جدید با اشباع پیوندهای دوگانه موجود در ساختار آنها به ترکیبات پارافینی تبدیل می‌شوند. لازم به ذکر است امکان تشکیل این مواد در روغن‌های کارکرده نیز تحت شرایط خاص وجود دارد بطور مثال در در اثر احتراق ناقص بنزین در محفظه احتراق موتور خودروها، مقداری ترکیبات آروماتیک چند حلقه‌ای تولید و وارد روغن موتور می‌شوند. در روغن‌های آبکار (Quenching Oils) نیز در صورت استفاده روغن برای مدت طولانی و وجود شرایط سخت کاری، این ترکیبات تشکیل خواهند شد.

با توجه به اینکه چند درصد از ترکیب یک نفت خام را ترکیباتی غیر از کربن و هیدرو ژن تشکیل می‌دهند که بطور عمده می‌توان به گوگرد (S)، اکسیژن(O)، نیتروژن(N) و امثال آن اشاره کرد. وجود این اتم‌ها در نفت خام موجب تشکیل مواد مختلف هیدروکربنی حاوی این اتم‌ها می‌گردد که به آنها ترکیبات هترواتمیک یا هتروسیکل می‌گویند. از دیگر مواد موجود در نفت خام می‌توان به ترکیبات آسفالتی ، رزین‌ها و اجزاء فلزی اشاره کرد.

بر روی نفت خام بطور معمول دو مرحله تقطیر اتمسفریک و تقطیر در خلاء انجام میشود.با انجام این فرآیندهای پالایشی، علاوه بر جداسازی ترکیبات غیرهیدروکربنی، ترکیبات هیدروکربنی نیز با توجه به نقطه جوششان که ناشی از تعداد اتم‌های کربن موجود در ملکول آنهاست از هم جدا می‌شوند. از پالایش نفت خام که حاوی هیدروکربن‌هایی متفاوت از یک کربنه تا بیش از صد کربنه است، فرآورده‌هایی با ظاهر، خواص و کاربرد کاملا متفاوت بدست می‌آید. ترکیبات گازی که پس از مایع کردن تحت فشار (LPG) در کپسول‌هایی پر شده و در شهرها و روستاهای فاقد گاز شهری بعنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرند و مایعات کاملا فرار مانند بنزین و ترکیبات کاملا ویسکوز و نیمه جامد مانند قیر، همگی فرآورده‌های حاصل از تقطیر نفت خام هستند.

برش روغنی حاصل از پالایش نفت خام، طی فرآیند جداگانه ای در پالایشگاه های تولید روغن، به روغن پایه تبدیل می گردد. در مقالات موجود در این بخش از سایت میتوانید با نحوه تولید روغن پایه از برش روغنی، فرآیندهای موجود و طبقه بندی روغن های پایه آشنا شوید.