دانلود مقاله نفت خام

نفت خام به انگلیسی Crude Oil و به روسی Naphra

نامیده می‌شود   که درحالت طبیعی به صورت مایع بوده و رنگ آن قهوه‌ای زرد مایل به سیاه است و دربرابر نور انعکاسی ، رنگ سبز بخصوصی از خود نشان می‌دهد

. 

مشخصات نفت

نفت خام به جهت وجود ترکیبات گوگرد بوی نامطلوبی دارد. بخش اعظم نفت خام از هیدراتهای کربن تشکیل شده و مقدار کمی عناصر دیگر نیز به آن مخلوط می‌گردد، که این عناصر در زیر با درصدشان نشان داده شده‌اند.

عنصر حداقل درصد وزنی حداکثر درصد وزنی 

کربن 82.2 87.1 

هیدروژن 11.8 14.7 

گوگرد 0.1 5.5 

اکسیژن 0.1 4.5 

نیتروژن 0.1  1.5 

جدول ازسلی (1985)

دراین جدول عناصر دیگری مانند وانادیوم ، نیکل و اورانیوم با درصد وزنی حداکثر 0.1 در ترکیب نفت خام موجود هستند. بعلاوه در خاکستر نفت خام آثاری از عناصر C r ، Cu ، Pb ، Mn ، Sr ، Ba ، Mo ، Mg ، Ca ، Ti ، Al ، Fe و Si یافت می‌شود که بعضی از عناصر بالا مانند V-Ni-U احتمالا در رابطه با عنصر ارگانیکی اولیه (مادر) بوجود آمده و بعضی دیگر از عناصر مشخصات ژئوشیمیایی سنگ دربرگزیده را نشان می‌دهند.

قابل ذکر است که آثاری از نمک ، آب و سولفید هیدروژن نیز درنفت خام مشاهده می‌شوند.

خواص فیزیکی نفت خام

ویسکوزیته

همانطور که نفت خام ممکن است با دخالت عواملی به رنگهای زرد ، سبز ، قهوه‌ای ، قهوه‌ای تیره تا سیاه مشاهده گردد، لذا ویسکوزیته متغیر را برای آنها خواهیم داشت. بنابراین نفت خام درسطح زمین دارای ویسکوزیته بیشتر بوده و بعبارتی ویسکوزتر است. چون در مخزن زیرزمینی یکی از عوامل دخیل حرارت موجود درمخزن می‌باشد، که همراه با این عامل ، عمق نیز موثر می‌باشد. همچنین سن نفت را به لحاظ زمان مخزن شدن را درطیف تغییرات ویسکوزیته سهیم می‌دانند.

ترکیبات مولکولی نفت خام

تعداد ترکیبات مولکولی نفت خام وابسته به سن زمین شناسی آن ، عمق تشکیل آن ، منشا آن و موقعیت جغرافیایی آن متغیر می‌باشد. برای مثال نفت خام Ponca city از Oklahoma شامل حداقل 234 ترکیب مولکولی می‌باشد.

گروههای تشکیل دهنده نفت خام

هیدروکربنها (Hydrocarbons)

هیدروکربنها همانطور که از نامشان مشخص است، شامل گروههایی هستند که ترکیبات ملکولی آنها فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده است. انواع هیدروکربنها عبارتند از :

هیدروکربن‌های پارافینی (پارافینها) 

هیدروکربنهای نفتنی (سیکلوپارافینها یا نفتنیکها ) 

هیدروکربنهای آروماتیک (بنزنوئیدها) 

غیرهیدروکربنها (Heterocompounds)

این گروه شامل ترکیباتی غیر از هیدروژن و کربن می‌باشند و عناصری از قبیل اکسیژن ، نیتروژن ، گوگرد ، اتمهای فلزی همراه با هر کدام از اینها و یا ترکیب با همه اینها نظیر Ni ، V می‌باشد.

وزن مخصوص نفت خام

از خواص فیزیکی نفت خام که ارزش اقتصادی نفت خام بر مبنای آن سنجیده می‌شود، وزن مخصوص آن می‌باشد. لذا سنجش و نحوه محاسبه فرمول آن مهم است. اکثر کشورهای جهان ، وزن مخصوص نفت خام را برحسب درجه A.P.I که یک درجه بندی آمریکائی است، محاسبه می‌کنند. مشابه همین درجه بندی و سنجش ، وزن مخصوص نفت خام را در کشورهای اروپائی با درجه بندی Baume محاسبه می‌کنند که از لحاظ مقدار اندکی از درجه A. P.I کمتر می‌باشد.

گردش معکوس در کارگاه آفرینش ، شاید درک آنچه را که بحران انرژی خوانده می‌شود، میسر کند. کل قضیه ، میلیاردها سال قبل و با فرایندهای تبدیل انرژی خورشید به آدنوزین تری فسفات (ATP) آغاز شد. کلروفیل‌ها و سایر رنگدانه‌های گیاهان ، انرژی دریافتی از خورشید را برای تبدیل دی‌اکسیدکربن ، آب و مواد معدنی به اکسیژن و ترکیبات آلی انرژی‌دار ، بکار برده و غذای موجودات کوچک و بزرگ از جمله انسان اندیشه‌ورز را فراهم می‌آورند. این فرایند ، همچنین باعث افزایش ذخایر معدنی آلی از قبیل هیدروکربورهای زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی می‌شود.

مراحل تشکیل انوع زغال سنگ

زغال سنگ از بقایای درختان ، بوته‌ها و سایر گیاهان زنده بوجود می‌آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، صورت گرفت. اگر چه برخی از معادن زغال سنگ 400 میلیون سال قبل و در دوره انسان سیلوری ( Silurian ، انسان سیلوری در دوره سوم دوران اول زمین شناسی ظاهر شد. ویژگی این دوره ظهور گیاهان خشکی است.) تشکیل یافته است. اما قسمت اعظم این ذخایر تقریبا 250 میلیون سال پیش و در دوره فوقانی و تحتانی دورانهای کربونیفر ( Carboniferous ، دوره کربونیفر یا زغال‌خیز به بخشی از زمان می‌گویند که به پایان دوران اول زمین شناسی مربوط بوده و از حدود 345 میلیون سال قبل آغاز می‌شود.) پدید آمدند.

سپس ، اوضاع برای رشد سرخسهای دانه‌دار گرمسیری بسیار عظیم و درختان بدون گل غول پیکر ، در باتلاقهای وسیع فراهم شد. این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاقها می‌افتادند و بر اثر خروج اکسیژن ، فساد بی‌هوازی تسریع می‌شد. پوشش گیاهی به ماده‌ای لجن مانند به نام پیت (Peat) تبدیل شد. پیتها بسته به درجه فساد ، برخی قهوه‌ای و اسفنجی و بعضی سیاه و فشرده بودند. دریا بر روی چنین ته‌نشستهایی پیشروی کرد و رسوبات معدنی بر روی آنها فرو نشست. پیت در زیر فشار خشک و سخت شد و به زغال سنگ پیت (لنیت یا لیگنیت که به زغال سنگ قهوه‌ای نیز موسوم است.) تبدیل شد.

فشار بیشتر و گذشت زمان ، زغال سنگ قیردار را به وجود آورد، که هر 6 متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به 0.3 متر زغال سنگ تبدیل شده بود. حتی فشارهای زیادتر که ناشی از چین‌خوردگی پوسته زمین به صورت رشته کوههای عظیم بود، سخت‌ترین و مرغوبترین زغال سنگ ، یعنی آنتراسیت (anthracite) ، را بوجود آورد. کیفیت زغال سنگ از روی نسبت مقدار کربن تثبیت شده به مقادیر رطوبت و ماده فرار (ماده‌ای که بر اثر حرارت به گاز تبدیل می‌شود)، تعیین می‌گردد.

منشا نفت و گاز طبیعی

با همه تلاش گسترده و صرف وقت فراوانی که برای یافتن و استخراج نفت و گاز طبیعی صورت گرفته است، انسان هنوز درباره منشا این مواد به نحو شگفتی بی‌اطلاع است. پاره‌‌ای واقعیتهای پذیرفته شده در این مورد عبارتند از :

 

نفت و گاز از ترکیباتی با منشا زیست شناختی (بیولوژیکی) تشکیل شده‌اند.
 

قسمت اعظم انواع نفت محتوی پورفیرین ، مجموعه‌ای از ترکیبات هیدروکربن‌دار ، که یا از کلروفیل و یا از «همین» (hemin) ، ماده قرمز کننده خون ، مشتق شده‌اند.
 

قسمتهای لیپیدی (چربیها و مومها) موجودات ، منبع سرشاری برای تشکیل نفت و گاز فراهم آورده‌اند.
 

امکان دارد که در اوضاع فعلی بتوان هیدروکربورهای نفت‌مانند را در رسوبهای جوان دریایی پیدا کرد.
 

علاوه بر این نفت معمولا با سنگهای رسوبی که بر اثر فعالیتهای دریایی ته‌نشین شده‌اند، توام است.

حدسی دیگر

احتمالا ماده‌ای آلی که نفت را بوجود آورده است، شامل گیاهان پلانکتونی تک‌ یاخته‌ای از قبیل دیاتمها ( diatom ، جلبک تک یاخته یا چند یاخته‌ای است که دارای جدارهای یاخته‌ای سیلیسی است) ، جلبک سبز آبی و حیوانات پلانکتونی تک یاخته‌ای مانند فورامینی‌فرا (Foraminefera موجود ذره‌‌بینی دارای پوسته آهکی) ، بوده است. این شکلهای ابتدایی حیات در بیش از یک میلیارد سال قبل فراوان بودند و می‌توانسته‌اند به عنوان منبع ذخایر نفت موجود در سنگهای دوران قبل از کامبرین ( Precamberian ، قدیمیترین دوران زمین شناسی) ، اواخر دوران اول زمین شناسی مورد استفاده واقع شده باشند.

پس از مرگ این یاخته‌ها ، حفظ مواد آلی ، مستلزم دفن سریع آنها در زیر رسوبهای ریزبافت و رسی ‌است. مواد مدفون باید از تاثیر اکسیژن محفوظ بمانند، زیرا اکسیژن باعث شکستن مولکولها و نابودی کامل مواد می‌شود.

دیاژنر

دیاژنر به مجموعه اعمالی گفته می‌شود که در ضمن آن تغییرات شیمیایی ، رسوبهای سست را به صخره تبدیل می‌کنند، این پدیده‌ای است با حرارت و فشار نسبتا پایین صورت می‌گیرد. پدیده یاد شده از این واقعیت ناشی می‌شود که نفت را می‌توان به مقادیری که از نظر تجاری مقرون به صرفه باشد، در اعماق بین 30 تا بیش 7500 متر پیدا کرد. این تفاوت عمیق معرف آن است که برای تشکیل نفت ، وجود فشار یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر نیست. دمای زیاد ، یعنی بالاتر از 600 درجه سانتیگراد ، نیز ضرورتی ندارد.

ترکیبات نفت خام

نفت خام ، ترکیبی از هزاران ماده شیمیایی مختلف است که از گازهای بسیار سبک تا مواد نیمه جامدی مانند قیر ، موم یا پارافین در آن یافت می‌شود. تقریبا 8 درصد نفت موجود در سنگهای دوران اول زمین شناسی و 63 درصد آن در سنگهای دوران سوم زمین شناسی و 29 درصد در سنگهای اول دوران چهارم زمین شناسی تا عصر یخچالها یافت می‌شود.

افسانه‌های بابلیان در مورد نفت

کلمه بابلی نپتو (naptu) (که به یونانی به صورت نفتا (naphtha) تغییر شکل داد و به معنای مایع قابل اشتعال بکار می‌رفت)، 2000 سال قبل از میلاد مسیح رایج و به مفهوم شعله کردن استعمال می‌شد. در الواح معبد بابل ، از آن به عنوان چیزی بد یمن یاد شده و از خدایان خشمگین که آن را با برق آسمان به آتش کشیده است. سخن به میان آمده است. صدای گازی که از شکاف سنگها خارج می‌شود، توسط شاه توکولتی نینورتا (King Tukulti Ninurta) ، پادشاه بابل ، در 885 قبل از میلاد به عنوان صدای خدایان که از شکاف صخره‌ها سخن می‌گویند، توصیف شده است.
 

سنجش وزن مخصوص نفت خام

سنجش وزن مخصوص نفت خام مانند سایر مواد و مایعات برمبنای قانون کلی که همان وزن واحد حجم مایع است، در شرایط ºF 60 و P=1at سنجیده می‌شود و مقدار آن در فرمول جایگزین شده و وزن مخصوص نفت خام را بر حسب درجه A.P.I یا درجه Baume می‌دهد.

= درجه A.P.I امریکائی

 = درجه Baume اروپایی

بدلیل اینکه S.G (Pure water)=1 می‌باشد. لذا وزن مخصوص آب با درجه 10 ، API خواهدبود. بدلیل کوچکتر بودن وزن مخصوص نفت از آب که همواره عددی کوچکتر از 1 را برای وزن مخصوص نفت در 60ºF خواهیم داشت. لذا هیچوقت در جدولها و محاسبات ، وزن مخصوص نفت بر حسب درجه A.P.I کوچکتر و مساوی 10 نخواهیم داشت.

تاثیر درجه حرارت بر وزن مخصوص نفت خام

از عواملی که سبب تغییر در وزن مخصوص نفت خام می‌شوند، تغییرات دما است. یعنی با بالارفتن دما ، وزن مخصوص کمتر شده و به درجه A. P.I افزوده می‌شود. همچنین بالا رفتن درجه حرارت اثر معکوس بر روی ویسکوزیته نفت خام می‌گذارد.

انواع مختلف نفت برحسب A.P.I

نفت سنگین با 10 الی 20 درجه A.P.I

نفت متوسط با 20 الی 30 درجه A.P.I

نفت سبک با بیش از 30 درجه A.P.I

وزن مخصوص نفت‌ها بستگی به ماهیت هیدروکربورهای مختلف دارد. هر قدر مقدار گاز محلول در روغن بیشتر باشد، چگالی آن کمتر خواهد بود. بنابراین پارافین‌ها دارای پایین ترین چگالی و نفتیک‌ها کمی بالاتر و آروماتیک‌ها بالاترین چگالی را دارند.

ضریب انبساط نفت خام

ضریب انبساط نفت خام از 6.1x10-4 الی 8.3x10-4 در نوسان بوده که با کاهش چگالی ، ضریب انبساط آن افزایش می‌یابد.

ارزش حرارتی و گرمایی ویژه نفت خام

ارزش حرارتی پایین نفت بین 9000 الی 11000 کیلوکالری است. گرمای ویژه نفت در دمای معمولی از 0.35 الی 0.55 کیلوکالری به کیلوگرم درجه است، که در صورت ازدیاد درجه حرارت به مقدار آن افزوده می‌شود.

نقطه اشتعال نفت

نقطه اشتعال نفت نیز به مقدار مواد زود جوش آن مربوط است، و می‌تواند از صفر الی 200C باشد. لذا در حمل و نقل نفت خام به دلایل ایمنی ، قسمتی از زودجوش‌ها را پایدار نموده و نقطه اشتعال را بالا می‌برند.

نقطه سفت شدن نفت خام

نقطه سفت شدن نفت خام عبارتست از دمائی که در آن خاصیت جاری شدن نفت خام به اتمام می‌رسد. این دما در حمل و نقل و انبارکردن نفت اهمیت بسزائی دارد.

پالایش نفت خام

از تصفیه یا پالایش نفت خام می‌توان فرآورده‌های زیادی بدست آورد، که قابل فروش در بازار باشند. نخستین گام در پالایش نفت خام عمل تقطیر است. تحمیل حرارت‌های زیاد در موقع تقطیر باعث تجزیه و شکسته شدن مولکول‌های نفت شده و اشکالاتی در ادامه پالایش نفت بوجود می‌آورد، که از عواقب آن ، ضایع شدن مواد و افزایش هرینه را می‌توان نام برد.

دید کلی

ترکیب عنصری مخلوط کل نفتهای خام ، تغییر چندانی نمی‌کند، ولی تفاوتهای کوچک در ترکیب نفت‌ ها می‌تواند اثرات عمده‌ای بر خواص فیزیکی و فرآیند لازم جهت تولید فراورده‌ های قابل فروش ، اعمال کند. نفت خام ، اساسا مخلوطی از هیدروکربنها است و حتی عناصر غیر هیدروکربنی آن نیز معمولا بصورت مولکولهای پیچیده ای هستند که خاصیت هیدروکربنی‌شان غلبه دارد، ولی نفت خام در عین حال حاوی مقادیر اندکی اکسیژن ، گوگرد ، نیتروژن ، وانادیم ، نیکل و کروم است