آنالیز نفت خام

مقدمه

ترکیبعنصری مخلوط کل نفتهایخام ، تغییر چندانی نمی‌کند، ولی تفاوتهای کوچک در ترکیب نفت‌ها می‌تواند اثراتعمده‌ای بر خواص فیزیکی و فرآیند لازم جهت تولید فراورده‌های قابل فروش ، اعمالکند. نفت خام ،اساسا مخلوطی ازهیدروکربنها است و حتی عناصر غیر هیدروکربنی آن نیز معمولا بصورتمولکولهای پیچیده ای هستند که خاصیت هیدروکربنی‌شان غلبه دارد، ولی نفت خام در عین حال حاویمقادیر اندکیاکسیژن ،گوگرد ،نیتروژن ،وانادیم ،نیکل وکروم است.

موادسازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر ترکیبات هترواتم‌دار بستگی بهمحل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یکژیزمان (منبع نفت) نسبت به ژیزمان دیگر تغییرمی‌کند.

ترکیب عنصری نفت خام معمولا در گستره زیر قرار می‌گیرد:

مواد سازنده نفت

بطور کلی مواد سازنده نفت عبارتند از: هیدروکربنها ،ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته ، مواد معدنی.

هیدروکربنها

چون تعداد هیدروکربنهای موجود در نفت نامحدود و جداکردن آنهابطور کامل خیلی مشکل می باشد، لذا آنها را در سه گروه کلی طبقه‌بندی می‌نمایند کهعبارتند از: پارافین‌ها ، نفتن‌ها و آروماتیکها. علاوه بر این گروه چهارمی نیز وجوددارد، یعنی همان اولفین‌هایی که در نتیجه فرایند هیدروژن‌زدایی از پارافین‌ها ونفتن‌ها تشکیل می‌شوند.

• پارافین ها (آلکان):مشخصه هیدروکربنهای پارافینی ، اتصال اتمهایکربن به وسیله پیوندهایساده است. سایرپیوندها نیز با اتمهای هیدروژن ، سیر شده‌اند. فرمول عمومی پارافین‌ها ،C_nH2n+2است. ساده‌ترینپارافین ، متان (CH₄) است که سری همرده متعاقب آن عبارتند از: اتان ، پروپان ، n-بوتان ، i- بوتان ، n- پنتان و نئوپنتان و غیره.
  
  در صورتی‌که تعداد اتمهایکربن در مولکول بیش از 3 باشد، ممکن است چند هیدروکربن حاوی تعداد مساوی اتمهایکربن و هیدروژن با ساختارهای متفاوت وجود داشته باشد. علت این امر آن است که کربنزنجیرهای تک شاخه‌ای علاوه بر زنجیر است، تشکیل داده وایزومرهایی بوجود می‌آورد که خواصشان بطور محسوس با یکدیگر تفاوت دارند. بطور مثال ، عدد اکتانموتور ، در مورد n-اکتان مساوی 17 و در مورد ایزواکتان (2 و 2 و 4- تری متیل پنتان) مساوی 100 است.
• اولفین‌ها (آلکن‌ها):اولفین‌ها بطور طبیعی در نفت‌های خام وجود ندارند،بلکه در خلال فراورش نفت تشکیل می‌شوند. فرمول عمومی آنهاC_nH_2nاست. معمولا وجود اولفین‌ها در فراورده نهایی ،نامطلوب است، زیرا فعالیت پیوندهای دوگانه باعث می‌شود که ترکیبات اولفین‌دارآسانتر اکسیده و بسپارش شوند. در برش‌های گستره جوش بنزین ، وجود برخی اولفین‌هامطلوب است، زیرا اولفین‌ها دارای اعداد اکتان پژوهشی بالاتری ، در مقایسه باترکیبات پارافینی با تعداد اتمهای کربن یکسان ، می‌باشند.
  
  ساده‌ترین اولفین، اتیلن می‌باشد که برای همرده آن عبارتند از: پروپن ، بوتن ، پنتن و غیره در خلالفراورش نفت ، بعضی دی‌الفینها (هیدروکربنهایی که دو پیوند دوگانه دارند) مانندبوتادی‌ان ، نیز تشکیل می‌شوند.
• نفتن‌ها (سیکلو آلکانها):هیدروکربنهای سیکلو پارافینی‌ای که تمامپیوندهای آزاد اتمهای کربن‌شان با هیدروژن ، سیر شده‌اند نفتن‌ها نامیده می‌شوند. درنفت خام ،انواع بسیاری از نفتن‌ها وجود دارد، ولی بجز در مورد ترکیبهای دارای جرم مولکولیاندک ، نظیر سیکلوپنتان و سیکلو هگزان ، معمولا بصورت ترکیبهای جداگانه تفکیکنمی‌شوند. طبقه‌بندی آنها با توجه به گستره نقاط جوش صورت می‌گیرد و خواص آنها بکمکعوامل همبستگی نظیر عاملK_wیاCIتعیینمی‌شود.
  
  برخی از نفتن‌های موجود در نفت خام عبارتند از: متیل سیلکوپنتان ، 1و2 – دی متیل سیکلو پنتان ، متیل سیکلوهگزان ، 1 و2- دی متیل سیکلو هگزان ،دکاهیدرونفتالین و غیره.
• آروماتیکها:گروه هیدروکربنهای آروماتیکی ، از نظر شیمیایی و فیزیکی ،تفاوت بسیاری با پارافین‌ها و نفتن‌ها دارند. هیدروکربنهای آروماتیکی ، شامل یکحلقهبنزنی سیر نشده ولیبسیار پایدار می‌باشند و اغلب مانند یک ترکیب سیر شده عمل می‌کنند. برخیهیدروکربنهای آروماتیکی موجود در نفت خام عبارتند از: بنزن ، تولوئن ارتو- زایلن ،متا- زایلن ، پارا- زایلن ، نفتالین ، کومن و غیره.
  
  هیدروکربنهای حلقوی ، چهنفتنی و چه آروماتیکی ، می‌توانند بجای بعضی از هیدروکربنهای متصل به حلقه ،زنجیره‌های جانبی پارافینی بپذیرند و تشکیل ساختار مختلط بدهند. این انواع مختلط ،بسیاری از مشخصات شیمیایی و فیزیکی ترکیبهای مولد خود (هر دو) را دارا هسستند.

ترکیبات اکسیژنه

مقدار درصد اکسیژن در نفت‌ها از 3 درصد تجاوز نمی‌نماید واغلب در ساختمان مولکولهای سنگین به حالت ترکیب یافت می‌شود. ترکیبات اکسیژنه موجوددر نفت شامل اسیدها و فنل‌ها می‌باشد. فنل‌ها بمقدار کم در روغن‌های کالیفرنیا ورومانی وجود دارد. اسیدهای موجود در نفت بیشتر بصورت مشتقات سیکلو آلکانها یا نفتنیاست.

ضمنا اسیدهای غیر حلقوی نیز بصورت اتر سل وجود دارد که در حین عملتصفیه در فراکسیون مربوط به پارافین‌ها جمع آوری می‌گردد.

ترکیبات سولفوره

اغلب نفت‌ها شامل گوگرد آزاد بصورت محلول هستند که در اثرتبخیر کریستالیزه می‌گردد. گوگرد ممکن است بصورت هیدروژن سولفوره - تیوفرمرکاپتان - تیواتر - دی‌سولفور و سولفور کربن و سولفور کربنیل وجود داشته باشد. مقدار گوگرد درنفت بستگی به منطقه ای دارد که در آنجا نفت تشکیل گردیده است. بعنوان مثال مقدار آندر مواد خام نفتی کویت 5/2 درصد و در نفت منطقه آقاجاری ایران 36/1 درصدمی‌باشد.

در اینجا یادآوری می‌شویم که خاصیتخورندگی نفت شرق و بوی نامطبوع آن بعلت وجود این ترکیبات می‌باشد.

ترکیبات ازته

روغنهای معدنی می‌توانند تا 5/1 درصد ازت بصورت ترکیبهایآلی دارا باشند. این ترکیبات از نظر عامل ازت به دو دسته تقسیم می‌گردند:
ازت در حلقه بصورتN-H= (یعنی متصل به سه اتم) است و می‌توان ترکیباتیاز قبیل پیرول ، اندول و کاربازول را نام برد.

• ازت در حلقه بصورت N (یعنی متصل به دو اتم) شرکت نموده ، شامل اجسامی از قبیلپیریدین ، کینولئین و ایزوکینولئین می‌گردد. خاصیت قلیایی این ترکیبات بیشتر ازترکیبات دسته اول می‌باشند. اغلب روغن‌های معدنی شامل نمکهای آمونیوم اسیدهای نفتنیاست که بسادگی تجزیه می‌گردد.

مشتقات فلزی

هرگاه مواد باقیمانده ازتقطیر نفت رابسوزانند، مانندزغال از خود خاکستر باقی می‌گذارد که شامل برخی از ترکیباتفلزی است. اینترکیبات بیشتر مربوط به عناصری از قبیلسیلیس - آهن - آلومینیوم - کلسیم - منیزیم - نیکل وسدیم می‌گردد. ضمناوانادیم در خاکستر برخی از نفت‌ها بدست آمده است و وانادیم را معمولا از نفت استخراج نموده، درصنایع فولادسازی مورد استفاده قرار می‌دهند. مقدار این فلز در حدود 400PPM یعنی 400 گرم به ازای یکتن می‌باشد.

نفت خام عمدتاً شامل هيدروژن (H) و كربن (C) است، ولي علاوه بر آن، مقادير كمي N,S,O و مقادير بسيار كمتري فلزات غير معمول، مانند واناديوم (V) و نيكل (N) ميباشد. اگرچه تركيب نفت خام نسبتاً ساده است اما تعداد تركيبات هيدروكربني كه در نفتممكن است موجود باشد، بسيار زياد است.
عموماً چهار گروه تركيبات عمده در نفتخام وجود دارند كه شامل پارافين، نفتن ها، آروماتيك ها و رزين ها - آسفالتين ها ميباشند. رزين ها و آسفالتين ها، هيدروكربن خالص نيستند و داراي عناصر ديگري علاوهبرH و C مي باشند. پارافين ها، نفتن ها و آروماتيك ها، هيدروكربن هاي واقعي هستند. در مجموع پارافين ها و نفتن ها هيدروكربن هاي اشباع شده هستند، به طوريكه هيدروژنكافي براي اشباع كردن ظرفيت الكتروني اتم هاي كربن دارند. هيدروكربن هاي آروماتيكاز نظر هيدروژن غير اشباع هستند.
۞ پارافين (paraffins) :
اولين نوع عمدهنفت خام، پارافين ها هستند كه آلكينز (alkanes) نيز ناميده مي شوند. فرمول كليپارافين ها CnH2n+2 مي باشد. ساده ترين و سبك ترين مولكول سري پارافين ها، متان بافرمول CH4 است. پارافين هاي با كمتر از پنج اتم كربن، در فشار و حرارت عادي به شكلگازي هستند. علاوه بر متان، ديگر پارافين هاي گازي عبارتند از اتان، پروپان وبوتان. براي سادگي اينها گاهي اوقات C1 تا C4 نيز ناميده مي شوند. از C5 تاC15 پارافين ها در حرارت و فشار عادي مايع هستند. هيدروكربن هاي با بيشتر از 15 اتمكربن (C15)، به شدت گرانرو يا ويسكوز هستند و حالت واكس هاي جامد را به خود ميگيرند. انواع پارافين ها تا C40 و بالاتر از آن مشاهده مي شوند.
دو نوع اساسياز مولكولهاي پارافيني وجود دارد كه هر دوي آنها داراي تركيب يكساني هستند و در طوليك سري با افزايش يك اتم كربن و دو اتم هيدروژن پديد مي آيند. يكي از آنها شاملمولكول با زنجيره مستقيم يا عادي بوده (n-paraffin) و ديگري مولكول هاي با زنجيرهشاخه دار است كه ايزوپارافين (iso-paraffin) ناميده مي شوند.
اگر چه از نظرشيميايي اين دو كاملاً يكسان اند، ولي شكل ساختماني آنها بر روي ويژگي هاي فيزيكيتأثير مي گذارند. براي مثال، پارافين هاي نرمال با زنجيره مستقيم، نقطه جوش بالاترينسبت به ايزوپارافين هاي شاخه دار معادل خود دارند.
پارافين ها تشكيل دهندهاصلي هيدروكربن هاي گازي هستند. آنها همچنين در نفت سفيد (kerosene oils) و گازولين (gasoline) كه بيش از 30% نفت خام را تشكيل مي دهند، فراوانند.
۞ نفتن ها (Naphthenes) :
دومين هيدروكربن عمده در نفت خام، نفتن ها هستند كه گاهي اوقاتسيكلو آلكينز (cycloalkanes) نيز ناميده مي شوند. فرمول عمومي نفتن ها CnH2n است. مانند پارافين ها، نفتن ها نيز هيدروكربن هاي اشباع شده هستند، ولي نفتن ها دارایساختمان مولکولی حلقوی بسته می باشند . نفتن ها از حداقل 3 تا بيش از 30 اتم كربنرا در حلقه هايشان قرار داده اند. سيكلوپنتان (C5H10) با يك حلقه پنج اتم كربني وسيكلوهگزان (C6H12)، با يك حلقه شش اتم كربني، نفتن هاي متداول در نفت هاي خامهستند.
بيشتر نفت هاي خام، مقادير مشابهي از نفتن ها و پارافين ها را داراهستند. مجموعاً هيدروكربن هاي اشباع شده 60% اغلب نفت هاي خام را تشكيل مي دهند.
۞آروماتيك ها (aromatics) :
سومين گروه اصلي تركيبات هيدروكربني موجود در نفت هايخام، آروماتيك ها هستند. بر خلاف نفتن ها و پارافين ها، آروماتيك ها نسبت بههيدروژن غير اشباع هستند. ساختمان آنها بر پايه يك حلقه شش اتم كربني است كه باتوجه به ساده ترين عضو اين خانواده يعني بنزن (C6H6) حلقه بنزني ناميده مي شود. دربنزن، تنها اتم اتصال يافته به حلقه كربن، هيدروژن است. گروه عمده آروماتيك ها ازجانشين شدن مولكول هاي پارافيني به جاي اتم هيدروژن در حلقه بنزني بدست مي آيند. اين سري ها شامل تولوئن C6H5-CH3 و اتيل بنزن C6H5C2H5، نافالن C10H8‌و آنتراسن C14H10 مي باشند.
هيدروكربن هاي آروماتيك در فشار و حرارت عادي مايع هستند. آنها در نفت سبك نسبتاً به مقدار كمتري وجود دارند، ولي در نفت هاي سنگين فراوانند. تولوئن معمول ترين آروماتيك ها در نفت هاي خام مي باشند. ديگر آروماتيك هاي مهمگزيلن و بنزن مي باشند.

شکل6- ارتباط بين هيدروكربن هاي آروماتيك و درجه API نفت خام.

۞ رزين ها- آسفالتين ها (Resins & Aphaltines)
چهارمين گروه مهم تركيبات نفت هاي خام،رزين ها و آسفالتين ها مي باشند. رزين ها و آسفالتين ها تركيبات پيچيده اي هستند. اين هيدوكربن هاي ناخالص، اغلب به تركيبات NSO معروفند زيرا حاوي اتم هاي O,S و N مي باشند كه بعضي از آن ها جانشين كربن حلقه آروماتيك ها مي شوند. تركيبات NSO بالاترين وزن مولكولي رادارند و سنگين ترين اجزاي تشكيل دهنده نفت هاي خام ميباشند. عموماً رزين و آسفالتين همراه با نفت خام هاي آروماتيك سنگين يافت مي شوند.
براي تشخيص تركيب نفت مي توان از كروماتوگراف گاز (Gas chromatograph) استفادهكرد. در اين آزمايش نفت در يك حلال حل شده و سپس در يك وسيله خاص به نمونه حرارتداده مي شود. چون نقطه جوش تركيبات مختلف نفتي موجود در نمونه مختلف است، ابتدا نفتهاي با درجه جوش پايين و سپس با درجه جوش بالا بخار مي شوند. پديده بخار شدن هرتركيب به صورت پيك هاي مشخص در روي متحني ظاهر مي شود. هر پيك با توجه به درجهحرارتش بيانگر يك تركيب خاص هيدروكربني است.
۞ عناصر فرعي در نفت خام :
نفتهاي خام همچنين حاوي عناصري نظير گوگرد، اكسيژن و نيتروژن نيز مي باشند. گوگردسومين عنصر فراوان در نفت خام پس از C و H است كه به طور متوسط حدود 65/0% وزني راتشكيل مي دهد. گوگرد مي تواند به شكل گوگرد آزاد (S) ، H2S و انواع متنوع تركيباتآلي گوگردار در نفت هاي خام يافت شود. نفت هاي خامي كه كمتر از 1% گوگرد دارند بهنفت هاي كم گوگرد و آن هايي كه بيشتر از 1% گوگرد دارند به نفت هاي پرگوگردمعروفند.
محتواي اكسيژن اغلب نفت هاي خام حدود 5/0% وزني است. اكسيژن عمدتاً درتركيبات آلي كه شامل اسیدها و الكل هاست ، ديده مي شود. اسيدها به خصوص در نفت هايجوان نابالغ فراوان هستند. برخي از اين تركيبات معرف بسيار خوبي، جهت شناسايي نوعموجودات زنده به وجود آورنده نفت هاي خام هستند.
تقريباً تمام نفت هاي خاممقادير كمي نيتروژن بين 1/0 تا 9/0 درصد دارند. نيتروژن در تركيبات NSO نفت هايسنگين اغلب فراوان مي باشد و مقدار آن در تركيبات سبكتر كاهش مي يابد.
نفت هايخام همچنين شامل مقادير كمتري تركيبات آلي- فلزي (organo-metallic) هستند كهمهمترين آن ها واناديوم و نيكل مي باشد. غلظت اين عناصر در محدوده اي بين كمتر ازيك تا بيش از ppm1200 قرار دارد.
۞ تقسيم بندي نفت هاي خام :
نمودارهايمتنوعي براي طبقه بندي نفت هاي خام پيشنهاد شده است. شكل ذیل دياگرام مثلثي ارائهشده توسط تيسوت و ولته براي طبقه بندي نفت هاي خام را نشان مي دهد. اين نمودار برپايه فراواني پارافين ها، نفتن ها و آروماتيك ها با تركيبات NSO مي باشد. اين طبقهبندي عموماً بر ديگر طبقه بندي ها ترجيح داده مي شود، زيرا علاوه بر اينكه مي تواندبراي تفكيك نفت هاي خام بكار رود، مسير دگرساني نفت به وسيله بلوغ حرارتي و ياتجزيه باكتريايي را نيز نشان مي دهد.

شکل7- دياگرام مثلثي براي طبقه بندي نفت هاي خام

نفت هاي پارافيني عموماًسبك هستند، اگرچه آنها اغلب مومي (waxy) و گرانرو (viscous) مي باشند. محتواي گوگردآن ها معمولاً كم بوده و نفت هاي بالغي محسوب مي شوند. به عنوان مثال نفت پارافيني،نفت خام پالئوزوئيك امريكا، قطب شمال و نفت ترشيري آفريقاي غربي، ليبي و اندونزياست. نفت هاي پارافيني- نفتني كه بخش مياني نمودار را اشغال مي كنند، معمولاً دارايچگالي متوسط بوده، حاوي نفت گرانرو با مقدار گوگرد پايين هستند به عنوان مثال نفتدونين، كرتاسه و ترشيري شمال و غرب آفريقا. نفت هاي آروماتيك- حدواسط (aromatic-intermediate) ، نسبتاً سنگين بوده و حاوي گوگرد زيادي مي باشند. بهعنوان مثال نفت حوضه زاگرس ايران، نفت پرموكربونيفر تگزاس غربي و برخي از چاه هايونزوئلا و كاليفرنيا يافت مي شود.
عمده نفت هاي خام دنيا از نوع پارافيني- نفتني يا آروماتيك- حدواسط هستند. نفت هاي نفتني خيلي نادر مي باشند. با توجه بهذخاير نفت خام موجود، نوع آروماتيك- حدواسط مهمترين آن هاست كه ذخاير عظيم كرتاسه وژوراسيك خاورميانه را شامل مي شود.
در هر سري همگن با كاهش تعداد اتم كربن،پايداري افزايش مي يابد. متان (CH4) پايدارترين هيدروكربن است .پايداري پارافين هاو نفتن ها با هم تفاوت زيادي ندارد.
در محدوه هايي ژنز نفت پايداري هيدروكربنهايبنزوئيدي > هيدروكربنهاي اشباع مشابه می باشد .
نفت خام لايه هاي قديمي ترنسبت به تشكيلات جوانتر سبك تر است و هيدروكربن پارافيني و مواد فرار بيشتريدارد.
نفت در دماي < C ° 200 سانتي گراد حضور ندارد و هيدروكربنها در اين دمامتلاشي مي شوند.
بين حضور نفت و رده زغال سنگ همبستگي وجود دارد ، در نتيجههرگاه رده زغال سنگ بالا رود ، درصد كربن بالا رفته و ديگر نفتي حضور ندارد چرا كه،نفت به دگرگوني نسبتاً حساس است.
تعداد گونه هاي هيدروكربن در نفت خام مي تواندبسيار متنوع باشد. عمل پالايش نفت خام در پالايشگاه نيز به منظور تفكيك بخش هايمختلف هيدروكربني است كه موارد استفاده مختلف دارند. اساس كار پالايشگاه، در واقعتقطير يا تفكيك مواد هيدروكربني با استفاده از حرارت است. حرارت سبب مي شود كهاجزاي هيدروكربني جوشيده و تبديل به بخار شوند. به واسطه اين امر مي توان بخش هايمختلف هيدروكربني را كه نقطه جوش متفاوت دارند از يكديگر تفكيك نمود. با افزايش وزنمولكولي هيدروكربن و افزايش چگالي و گرانروي، درجه حرارت جوش آن افزايش مي يابد. تقطير نفت خام ، نشان مي دهد كه حدود 70 الي 80 درصد آنها از هيدروكربن هاي سنگينتر از C10 تشكيل شده اند. در طي تقطير نفت خام مواد هيدروكربني زير به ترتيب حاصلمي گردند:
•گازولين و نفتا (gasoline & naphta) ، همراه با بنزن و ديگر نفتهاي فرار (مواد هيدروكربني با تعداد اتم كربن 4 تا 10 ).
•نفت چراغ (Kerosene) (با تعداد اتم كربن 11 تا 13)
•نفت گاز (gas oil) سبك (با تعداد اتم كربن 14 تا 18)
•گازوئيل سنگين (heavy gas oil) و نفت هايي كه در مصارف گرمايي خانه هااستفاد مي شوند (با تعداد اتم كربن هاي 19 تا 25 )
•روغن هاي روان كننده (lubricating oil) (با تعداد اتم كربن 26 تا 40
•مواد باقيمانده و نفت هايسوختي سنگين (با تعداد اتم كربن بيش از 40
ارزش نفت خام، بستگي به مقدار درصدهر كدام از بخش هاي فوق دارد و هر چه نفت سبك تر باشد داراي ارزش بيشتري است. شكلذیل فراواني مواد هيدروكربني فوق را در انواع نفت خام نشان مي دهد.
نفت هاي خامرا مي توان از نظر سن و عمق تدفين تقسيم بندي نمود که عبارتند از :
•كم عمقجوان
نفت هاي كم عمق جوان مععمولاً سنگين و گرانرو هستند. آنها معمولاً دارايگوگرد زياد و پارافين نسبتاً كم و غني از آروماتيك ها هستند.
•عميق جوان
نفتهاي عميق جوان داراي گرانروي كم و API بالاتري اند. آن ها پارافيني و حاوي گوگردكمي هستند.
•كم عمق قديمي
نفت هاي كم عمق قديمي به علت بلوغ شان از نظرچگالي، گرانروي و محتواي پارافين ، قابل مقايسه با نفت هاي عميق جوان مي باشند. بااين وجود آن ها مانند نفت هاي كم عمق جوان ممكن است محتواي گوگرد نسبتاً بالاييداشته باشند.
•عميق قديمي
نفت هاي عميق قديمي نسبتاً كمترين گرانروي، چگاليو محتوي گوگرد را دارند.
در اثر فرآيندهاي زمين شناسي مي تواند تغييرات زيادي درانواع نفت خام حاصل شود. در اين خصوص تغييرات نفت نه تنها به عمق و سن بستگي دارد،بلكه نوع سنگ منشأ نيز مهم است.
•نفت توليد شده از رسوبات احيايي درياييمعمولاً نفت نوع آروماتيك- حدواسط با محتواي گوگرد بالا است.
•در حالي كه نفترسوبات دلتايي يا ساحلي معمولاً پارافيني تا پارافيني-نفتني است و كمتر از 1% گوگرددارد. شكل ذيل تغيیرات انواع نفت خام را در رابطه با محيط هاي مختلف رسوبي نشان ميدهد.

شکل8- رابطه بين محيط زيست با نوع نفت خام حاصل از آن

علاوه بر بلوغ حرارتي،نفت ممكن است بوسيله تجزيه باكتريايي دگرسان شود. تجزيه باكتريايي سبب سنگين تر شدنو گرانروي بيشتر نفت مي شود.
جريان آب هاي زيرزميني معمولاً سبب تجزيه نفت ميشود، زيرا جريان آب با خود تركيبات سبك تر و فرارتر نفت را مي شويد كه به اينپديده، آبشويي (water washing) گفته مي شود. در مجموع، نفت در سطح و اعماق خيلي كمبه علت فعاليت باكتريايي، سنگين تر و گرانروتر است
جريان آبهاي زيرزميني وفعاليت باكتريايي باعث تشكيل نفت سنگين و نهشته هاي ماسه قيري (tar sand) مي شود. درغرب كانادا، ماسه هاي قيري كرتاسه از نوع آروماتيك آسفالتيك غني از گوگرد هستندكه به طور تخميني حدود 3 تريليون بشكه ذخيره درجاي نفت (oil in place) آن ها ميباشد. نفت هاي موجود در اين ماسه ها در محيط هاي دلتايي يا آبرفتي ته نشين شده اند.
منشاء ماسه هاي قيري هنوز مورد بحث است. سؤال اين است كه آيا اين نفت نابالغاست يا اينكه نفت بالغي بوده كه بعداً تجزيه شده است. طرفداران منشأ نابالغ، اعتقاددارند كه تركيب شيميايي نفت نشانگر عدم تحمل بلوغ حرارتي است. از طرف ديگر،طرفداران تئوري تجزيه، اعتقاد دارند كه ماسه هاي قيري در اثر تجزيه نفت سبك در مخزنحاصل آمده است.
عناصر نادر موجود در نفت :
واناديم – موليبدن – نيكل عناصرتيپيك همراه نفت و بیتومين می باشند .
گلدشميت معتقد بود که عناصر نادر به صورتارگانومتاليك همراه هيدروكربن مهاجرت كردند، خروج از آب دريا توسط جانوراني كه آنهارا به صورت تركيبات آلي ارگانومتاليك پورفيرين مصرف مي كنند که مبادله كاتيونهايموجود در پورفيرين در مجاورت آبهاي فسيلي دريايي و ساير آبهاي زيرزميني ضمن مهاجرتنفت خام انجام می گیرد .
تفاوت هيدروكربنهاي رسوبات جديد با مجموعه هاي نفت خامقديمي تر:
الف) در هيدروكربنهاي n پارافيني استخراج شده از رسوبات جديد،مولكولهاي داراي تعداد اتمهاي كربن فرد شديداً غالب است در حاليكه چنين ترجيحي درساير نفت خام ها ديده نمي شود.
ب) هيدروكربنهاي داراي وزن مولكولي پايين دررسوبات جديد غالب هستند، اما همين هيدروكربنها در ساير نفت خام ها به وفور يافت ميشوند.
ظاهراً ماده آلي همراه با رسوبات، در ضمن توليد و تجمعع نفت دچار تكاملبيشتري مي شود.
ارگانيزمهاي زنده توانايي تفكيك ايزوتوپهاي تمام عناصر سبكهيدروژن- كربن- گوگرد- اكسيژن و ازت را دارند.

مشخصات نفت

نفت خام به جهت وجودترکیبات گوگردبوی نامطلوبی دارد. بخش اعظمنفت خام ازهیدراتهایکربن تشکیل شده و مقدار کمی عناصر دیگر نیز به آن مخلوط می‌گردد، که این عناصردر زیر با درصدشان نشان داده شده‌اند.

ترکیبات مولکولی نفت خام

تعدادترکیبات مولکولی نفت خاموابسته به سن زمینشناسی آن ، عمق تشکیل آن ، منشا آن و موقعیت جغرافیایی آن متغیر می‌باشد. برای مثالنفت خام Ponca city از Oklahoma شامل حداقل 234 ترکیب مولکولی می‌باشد.

انواع نفت خام

نفت خام مخلوط «رشادت - رسالت» (Reshadat-ResalatCrude Oil Blend)

نفت خام رشادت-رسالت قبل از پيروزي انقلاب اسلامي به نام نفت خام مخلوط رستم و رخش خوانده مي شد. بهره برداري از نفت خام رشادت در اوت 1969 و از ميدان رسالت (رخش) از فوريه 1971 آغاز شد. توليد اين نفت خام در دسامبر 1976 به دنبال تجاوز نظامي امريكا به سكوهاي نفتي ميدان هاي رشادت، رسالت و سلمان قطع شد و در اوت 1992 بهره برداري مجدد از آنها آغاز شد. اين نفت خام با درجه «اي.پي.آي» 35، 1.7 درصد وزني گوگرد دارد و نقطه ريزش آن 10- درجه سانتيگراد است.

نفت خام «زارزيتين» (Zarzaitine Crude Oil)

زارزيتين نفت خام كشور الجزاير است كه به وسيله خط لوله به تونس انتقال يافته و از طريق بندرصخيره (shkhirra) صادر مي شود. درجه «اي.پي.آي» نفت خام زارزيتين 42 و ميزان گوگرد آن 0.05 درصد وزني است. بازده فراورده اين نفت خام 15 درصد نفت سبك و سنگين، 10 درصد نفت سفيد، 24 درصدگازوئيل سبك و سنگين و 37.5 درصد نفت كوره است.

نفت خام هاي «زاكم» (Zakum Crude Oils)

نفت خام هاي زاكم از نفت خام زاكم بالا و زاكم پايين تشكيل شده و از فلات قاره ابوظبي استخراج مي شود. نفت خام زاكم بالا با درجه «اي.پي.آي» 34 حدود 1.7 درصد وزني گوگرد دارد و نفت خام زاكم بالا1.1 درصد وزني گوگرد، درجه «اي.پي.آي» آن 40 است. اين نفت خام از جزيره «داس» در خليج فارس صادر مي شود.
نفت خام «زويتينا» (Zueitina CrudeOil)
نفت خام زويتينا» با درجه «اي.پي.آي» 41.5 حدود 0.3 درصد وزني گوگرد دارد. بازده فراورده اين نفت خام 35 درصد بنزين موتور، 37 درصد نفت سفيد و گازوئيل و 27 درصد نفت كوره است. نفت خام زويتينا از اسكله شناور (SBM) بندر زويتيناي ليبي صادر مي شود.

نفت خام «ساسان» (Sassan Crude Oil)

نفت خام سرير ليبي در سال 1961 كشف شد. اين نفت خام با درجه «اي.پي.آي» 37.5، حدود 0.3 درصد وزني گوگرد دارد. بازده حجمي فراورده اين نفت خام 19.9 درصد بنزين موتور، 27.8 درصد نفت سفيد و گازوئيل و52.3 درصد نفت كوره است. نفت خام سرير از بندر مرساالحرقه ليبي صادر مي شود.

نفت خام «سلمان» (Salman CrudeOil)

نفت خام سلمان كه قبل از انقلاب به نام ساسان خوانده مي شد، نخستين ميداني است كه به وسيله شركت نفت لاوان (LAPCO) در آب هاي فلات قاره ايران كشف شد و با ميدان نفتي ابوالبخوش ابوظبي مشترك است. بهره برداري از اين ميدان در سال 1968 آغاز شد. نفت خام سلمان به صورت مخلوط با نفت خام هاي رشادت و رسالت (مخلوط لاوان) صادر مي شود.

نفت خام مخلوط «سوئز» (Suez Blend CrudeOil)

اين نفت خام مخلوط كه بخش عمده صادرات مصر را تشكيل مي دهد، از بندر «رأس شوخير» صادر مي شود. نفت خام مخلوط سوئز با درجه «اي.پي.آي» 33 حدود 1.5 درصد وزني گوگرد دارد. بازده حجمي اين نفت خام 45 درصد بنزين، 14 درصد گازوئيل و 34 درصد نفت كوره است.

مشتقات غیر هیدروکربنی نفت خام

دید کلی

مشتقات غیر هیدروکربنی نفت خام ، معمولا شامل ترکیبات گوگرددار ،اکسیژن‌دار و ازت‌دار می‌باشد. نوع این مشتقات درنفت خامدر نوع خودپالایشنفت نیز موثر می‌باشد. درصد این ترکیبات در نفت زیاد نیست. ترکیبات اکسیژن‌دارو گوگرددار ، تقریبا 2% نفت خام را شامل می‌شود. البته این درصد قابل تغییر است. این ترکیبات ، بیشتر در برشهای سنگین یافت می‌شوند و بنابراین حائز اهمیت می‌باشند.

ترکیبات گوگرددار

عملا کلیه نفتهای شناخته شده ، دارایگوگرد هستند. نفتهای بدست آمده از آمریکای جنوبی و خاورمیانه و خاور نزدیک بطور متوسط دارایگوگرد بیشتری است. در نفتهای خام ایران، در حد گوگرد استخراج شده از 1،22% در نفتهفت گلتا 2،46% در نفتخارکتغییر می‌نماید. نفتهای اروپای شرقی ،خاور دور ، هند ، پاکستان و برمه بطور متوسط از نفتهای خام سایر نقاط ، کم گوگردتراست.

نسبت درصد گوگرد زیاد در اکثر فرآورده‌های نفتی ، مضر است و حذف یاتبدیل آنها به مواد بی ضرر ، قسمتهای مهم کار پالایشگاه‌ها را تشکیل می‌دهد. وجودترکیبات گوگردی دربنزین ، به علتخورندگی که در قسمتهای موتور ایجاد می‌نماید، مضر تشخیص داده شده است و مخصوصا درشرایط زمستانی به علت جمع شدنمحلول در آب کهدر نتیجهاحتراقبدست می آید، در محوطه میل لنگ موجبخورندگی بسیار می‌شود. به علاوه هرکاپتانهای محلول در مواد نفتی ، مستقیما درمجاورت هوا موجب خورندگی مس و برنج می‌شود. هرکاپتانهاهمچنین تاثیر نامطلوبی رویحساسیتسرب و ثبات رنگ فرآورده‌هادارد. گوگرد آزاد در صورتی که وجود داشته باشد، خورنده است. سولفورها،دی‌سولفورهاوتیوفنها، کمتر خورنده هستند؛ اما موجب کمشدنعدد اکتاندر مجاورتتترااتیل سربمی‌شوند.

قسمت اعظمدر موقعتقطیر نفت در درجات حرارت 330 و 400 درجه فارنهایت از نفت خارج می‌شود.

ترکیبات اکسیژن‌دار

این ترکیبات 2% ترکیبات نفتی را شامل می‌شوند و تا 8% افزایش می‌یابند. برخلاف ترکیبات گوگردار ، ترکیبات اکسیژن‌دار ماننداسیدهای نفتنیک، در صنعت کاربرد دارند. ازنظر اینکه اولین اسیدهای حاصله از نفت ، از مشتقات مونوسیکلوپارافینها (نفتنها) بوده‌اند، آنها را اسیدهای نفتنیکنام نهاده‌اند. علاوه بر اسیدهای نفتنیک ،اسیدهای آلیفاتیکنیز در نفت دیده شده‌اند. وجودفنلهادر چکیده‌هایکراکینگثابت شده و مقدار ناچیزی نیز دربنزین خام مشاهده شده است. به این جهت به نظر می‌رسد که فنلها در نفت خام وجودداشته باشند. به جز اسیدهای نفتنیک و ترکیبات فنلی ، استرها ، انیدریدها ، الکلها وستنها و آلدئیدها در نفت مشاهده شده‌اند.

تهیه اسیدهای نفتنیک از نفت ،اهمیت تجارتی پیدا کرده و تولید سالانه به شدت افزایش یافته است. این اسیدها به شکلاملاح فلزی خود مصرف می‌شوند. نفتناتهای سرباهمیت زیادی دارند؛ زیرا بهعنوان روغنهای مقاوم (در برابر فشار) و خشک کننده رنگها همراه با نفتنناتهای کبالتو منگنز مصرف می‌شوند. نفتناتهای مس به عنوان محافظ چوب و در ساختمان رنگهای مختلفمورد استفاده قرار می‌گیرند. املاح دیگر در گریسها به منظور تهیه گریس مقاوم درمقابل اکسیژن مصرف می‌شوند.

ترکیبات نیتروژن‌دار یا ازت‌دار

ترکیبات نیتروژن‌دار ، 50% ترکیبات نفت راشامل می‌شوند. (نیتروژن به عنون عامل مسموم کنندهکاتالیستدر شکستن کاتالسیت‌ها می‌باشد.) دربعضی از نفتها ، نیتروژن وجود ندارد. با وجود مقدار کم ازت در نفت این درصد اهمیتزیادی در پالایشگاه‌ها پیدا می‌کند، زیرا ترکیبات نیتروژن‌دار را عامل اصلی مسمومکننده کاتالیزور در دستگاههای کراکینگ کاتالسیتی می‌دانند و نیز تشکیل صمغ را درموقع استفاده از بعضی فرآورده‌ها از قبیل سوختها ، به ترکیبات ازت‌دار نسبتمی‌دهند.

ترکیبات ازت‌دار نفت را به دو گروه قلیایی و قلیایی خاکی تقسیمکرده‌اند. این تقسیم بندی ، بر مبنای قابلیت ترکیب این مواد با محلولاسید پرکلریکواسید استیکقرار دارد. از ترکیبات ازت‌دارموجود در چکیده‌های حاصل از دستگاه تقطیر ، 25 الی 35 درصد جزو گروه قلیایی است. ترکیبات ازت‌دار گروه قلیایی به سادگی از نفت جدا می‌شوند و به این سبب تحقیقاتزیادی روی آنها صورت گرفته است. مشتقاتپیریدینوکینولینتنها ترکیبات ازت‌دار گروه قلیاییاست که در محصولات سبک حاصل از دستگاه کراکینگ وجود دارد. از گروه قلیایی می‌توانیماز پیریدین‌ها ، کینولین‌ها ،آمین‌ها،اندولینهاوهگزا هیدرو کربازولهانام ببریم. از گروههایغیر قلیایی می‌توانیم ازپیرولها،اندولهاوکربازولهانام ببریم.

ترکیبات فلزدار

در نفت ، علاوه بر ترکیبات مذکور ترکیبات فلزدار هم وجوددارد. در شیمی آلی با این عملکرد روبرو هستیم که برای مطالعه وجود ترکیبات معدنی درترکیبات آلی معمولا از خاکستر ترکیبات آلی استفاده می‌شود. در مورد ترکیبات نفتینیز خاکستر آنها استفاده می‌شود.

مقدار خاکستر یک نفت خام معمولی در حدود 0.01 تا 0.05 درصد وزنی می‌باشد. گر چه بعضی از ترکیبات فلزدار ممکن است واقعا موادمحلول در نفت باشد، اما قسمت اعظم آن را موادی تشکیل می‌دهد که یا در آبهای معلق درنفت خام محلول هستند و یا مربوط به مواد جامد معدنی‌اند که به شکل ذرات ریز در نفتخام پراکنده است. نتیجه تجزیه تعدادی از نفت خامهای مختلف ، وجود ترکیباتوانادیم (233ppm) ،نیکل (97ppm) ، آهن (31ppm) ، مس (1.1ppm) ، روی ، کلسیم ، منیزیم ، سرب و ... را ثابت نموده است.