انواع هیدروکربن ها چیست ؟

هیدروکربن چیست؟

هیدروکربن‌ها ترکیباتی از اتم‌های کربن و هیدروژن هستند که نقش بسیار مهمی در زندگی انسان‌ها ایفا می‌کنند. برخلاف تصور رایج که کاربرد این مواد را تنها به سوخت محدود می‌داند، این ترکیبات در زمینه‌های متنوعی به کار می‌روند. به عنوان مثال، ایزوبوتان یکی از هیدروکربن‌های پرکاربرد است که در یخچال‌ها به عنوان گاز سردکننده استفاده می‌شود. البته این تنها یکی از کاربرد های ایزوبوتان است.

در این مقاله قصد داریم به معرفی و بررسی انواع هیدروکربن‌ها در صنعت نفت و پالایش نفت خام بپردازیم. توجه داشته باشید که شرکت کیان پترولیوم تامین کننده هیدروکربن نیست؛ این شرکت در زمینه تامین و حمل و نقل گاز فعالیت می‌کند. در رابطه با فرآورده‌های نفتی نیز، کیان پترولیوم تنها خدمات کارگزاری خرید از بورس انرژی را برای مشتریان خود ارائه می‌دهد.

انواع هیدروکربن ها

دسته‌بندی هیدروکربن ها بر اساس ساختار مولکولی

روش‌های مختلفی برای دسته‌بندی هیدروکربن‌ها وجود دارد. در یکی از این دسته‌بندی‌ها، این ترکیبات به دو دسته آلفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند. این نوع تقسیم‌بندی بر اساس وجود یا عدم وجود حلقه بنزن در ساختار آن‌ها انجام می‌شود. هیدروکربن‌های آروماتیک حداقل یک حلقه بنزن دارند که به آن‌ها ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خاصی مانند پایداری بیشتر و بوی ویژه می‌بخشد.

دسته بندی هیدروکربن ها براساس تعداد کربن

این نوع تقسیم‌بندی در صنعت نفت اهمیت ویژه‌ای دارد، چرا که این ترکیبات بر اساس وزن مولکولی و تعداد اتم‌های کربن به دو دسته اصلی هیدروکربن‌ های سبک و سنگین تقسیم می‌شوند. تمرکز اصلی ما در این مقاله نیز بر همین نوع تقسیم‌بندی است، زیرا نقش مهمی در شناخت و استفاده بهینه از این ترکیبات در فرآیندهای نفت و پالایش دارد.

هیدروکربن سبک چیست؟

وقتی صحبت از هیدروکربن‌ سبک می‌شود، ممکن است ابتدا به گازهایی مانند پروپان و بوتان فکر کنید که این کاملاً درست است؛ این گازها نیز جزء هیدروکربن‌های سبک محسوب می‌شوند. اما در صنعت نفت، وقتی از هیدروکربن‌های سبک در برش نفتی صحبت می‌شود، منظور ترکیباتی با زنجیره کربنی بین ۵ تا ۱۲ اتم کربن است. این ترکیبات که به عنوان یکی از بخش‌های باارزش نفت خام شناخته می‌شوند، شامل موادی مانند نفتا، بنزین، نفت سفید و دیگر مواد مشابه هستند.

این هیدروکربن‌ها به دلیل فراریت بالا و نقطه جوش نسبتاً پایین، از بخش‌های بالایی برج تقطیر اتمسفریک در پالایشگاه‌ها استخراج می‌شوند. برش‌های نفتی حاوی هیدروکربن‌های سبک معمولاً در بازه دمایی ۴۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد تقطیر می‌شوند و چگالی آن‌ها بین ۶۶۰ تا ۸۹۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. از کاربرد های این ترکیبات می‌توان به کاربردش به عنوان حلال و تولید سوخت های سبک با عدد اکتان بالا اشاره کرد.

به طور خاص، در فرآیند پالایش نفت، هیدروکربن‌های سبک نقشی کلیدی در تولید بنزین و دیگر سوخت‌های با کیفیت ایفا می‌کنند. همچنین این ترکیبات در فرآیندهای پتروشیمی برای تولید مواد آروماتیک مانند بنزن و تولوئن و همچنین ترکیبات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجا که هیدروکربن‌های سبک جزء بخش‌های اولیه و ضروری در صنعت پالایش نفت هستند، ارتقاء آن‌ها به سوخت‌های با کیفیت‌تر از طریق فرآیندهایی مانند اصلاح کاتالیستی یکی از وظایف اصلی پالایشگاه‌های مدرن است.

هیدروکربن سنگین چیست؟

هیدروکربن‌ سنگین به دسته‌ای از هیدروکربن‌ها گفته می‌شود که دارای زنجیره کربنی بلندتری، بیش از ۱۲ اتم کربن، هستند. این ترکیبات در مقایسه با هیدروکربن‌های سبک چگالی بالاتری دارند و. نقطه جوش  آنها بین ۱۵۰ تا ۳۸۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. به دلیل ساختار مولکولی پیچیده‌تر، این مواد دارای ویسکوزیته (گران‌روی) بالاتری هستند، که آن‌ها را غلیظ‌تر و سنگین‌تر از هیدروکربن‌های سبک می‌کند.

از کاربرد هیدروکربن‌ سنگین می‌توان به استفاده از آن‌ها به عنوان سوخت‌های سنگین در کشتی‌ها، موتورهای دیزلی بزرگ و گرمایش کوره‌های صنعتی اشاره کرد. این هیدروکربن‌ها شامل موادی مانند نفت کوره (مازوت) و سوخت‌های سنگین هستند که به دلیل چگالی و ویسکوزیته بالا، برای کاربردهای صنعتی مناسب هستند.

برخی از هیدروکربن‌های سنگین ممکن است با نام گازوئیل صنعتی نیز شناخته شوند، اما این ترکیبات نباید با گازوئیل معمولی که در خودروهای دیزلی استفاده می‌شود، اشتباه گرفته شوند. هیدروکربن‌های سنگین به دلیل داشتن عدد اکتان پایین (مقداری که نشان‌دهنده کیفیت احتراق سوخت است) و ویژگی‌های فیزیکی خاص، مناسب استفاده به عنوان بنزین نیستند. به جای آن، سوخت‌های سنگین اغلب در کاربردهایی که به احتراق آرام‌تر و تولید انرژی طولانی‌مدت نیاز دارند، به کار می‌روند.

روش تولید هیدروکربن ها از نفت خام

تولید هیدروکربن‌های سبک و سنگین از نفت خام یکی از مراحل کلیدی در فرآیند پالایش نفت است. این فرآیند به منظور جداسازی و تصفیه اجزای مختلف نفت خام انجام می‌شود تا بتوان از این ترکیبات در صنایع مختلف استفاده کرد.اما پیش از فرایند تقطیر نفت خام بر روی آن پیش پردازش انجام می‌شود.هدف از پیش پردازش حذف ناخالصی هایی مانند نمک ، گوگرد و… می‌باشد. پس از پیش پردازش، نفت خام برای تقطیر آماده است:

تقطیر نفت خام

پیش‌گرمایش نفت خام

نخستین مرحله در تقطیر اتمسفری، پیش‌گرمایش نفت خام است. در این مرحله، نفت خام قبل از ورود به برج تقطیر اتمسفری تا دمایی حدود ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. این پیش‌گرمایش با استفاده از مبدل‌های حرارتی و کوره‌های گرمایشی انجام می‌شود تا انرژی حرارتی لازم برای فرآیند تقطیر فراهم شود. در این مرحله، بخش‌هایی از نفت خام که نقطه جوش پایینی دارند، به صورت گاز تبدیل می‌شوند.

ورود به برج تقطیر اتمسفری

پس از پیش‌گرمایش، نفت خام به برج تقطیر اتمسفری وارد می‌شود. این برج شامل سینی‌های متعددی است که هر کدام در دمای خاصی عمل می‌کنند. به علت دما و فشار محیطی، مولکول‌های هیدروکربنی مختلف بر اساس نقاط جوش خود به گاز یا مایع تبدیل می‌شوند و در سینی‌های مختلف برج جمع‌آوری می‌شوند. ترکیباتی که نقطه جوش بالاتری دارند، در بخش‌های پایینی برج و ترکیباتی که نقطه جوش پایین‌تری دارند در بخش های بالایی برج جمع می‌شوند.

تفکیک هیدروکربن ها

در فرآیند تقطیر نفت خام، هیدروکربن‌های گازی مختلف بر اساس دمای جوش و موقعیت سینی‌های موجود در برج تقطیر از یکدیگر جدا می‌شوند. هر نوع هیدروکربن گازی با توجه به دمای جوش خود در یک سینی مشخص از برج تقطیر جمع‌آوری می‌شود. برای مثال، متان و اتان که نقطه جوش بسیار پایینی دارند، در بالاترین قسمت برج جمع می‌شوند، در حالی که گازهایی مانند پروپان و بوتان که نقطه جوش بالاتری دارند، در سینی‌های پایین‌تر قرار می‌گیرند.

پس از گازهای سبک که به دلیل فراریت بالا و نقطه جوش پایین اولین موادی هستند که تقطیر می‌شوند، در مراحل میانی هیدروکربن‌های سبک و سنگین از نفت خام جدا می‌شوند. همزمان با جداسازی گازها در بخش‌های بالایی برج تقطیر، در پایین برج فاز مایع هیدروکربن‌ها قرار دارد. این مواد به دلیل داشتن نقطه جوش بالا، در فرآیند تقطیر تبخیر نمی‌شوند و به صورت مایع باقی می‌مانند. این فاز مایع که به آن ته‌مانده سنگین می‌گویند، شامل مواد سنگین‌تری مانند قیر است.

جمع‌آوری و سرد کردن

بخارهای حاصل از تقطیر در هر مرحله از برج تقطیر، با استفاده از مبدل‌های حرارتی سرد می‌شوند و به مایع تبدیل می‌شوند. سپس این مایعات در مخازن جداگانه جمع‌آوری می‌شوند. هر محصول براساس نوع و کیفیت به واحدهای بعدی در پالایشگاه ارسال می‌شود تا فرآوری‌های بیشتری روی آن‌ها انجام گیرد، یا به عنوان محصول نهایی روانه بازار شوند.

معایب استفاده از هیدروکربن ها

• سوزاندن این ترکیبات باعث انتشار گاز گلخانه ای CO2و آلاینده هایی مانند اکسید های نیتروژن (NOx) و اکسید های گوگرد (SOx) می‌شود.
• آلاینده های ناشی از سوختن هیدروکربن ها باعث افزایش بیماری‌های تنفسی، بیماری‌های قلبی-عروقی و نرخ مرگ‌و‌میر زودرس می‌شود.
• نشت نفت و مواد نفتی از کشتی‌های نفت‌کش یا سکوهای استخراج نفت می‌توانند به طور گسترده‌ای به اکوسیستم‌های دریایی آسیب برسانند و به مرگ‌ومیر گسترده جانوران دریایی، گیاهان و مرجان‌ها منجر شوند.
• استفاده بیش از حد از سوخت‌های فسیلی و فرآیندهای استخراج هیدروکربن‌ها می‌تواند به فرسایش خاک و تخریب زیستگاه‌های طبیعی منجر شود.
• هیدروکربن‌ها منابعی غیرقابل تجدید هستند و با مصرف زیاد آن‌ها، ذخایر نفت و گاز طبیعی رو به کاهش است.

سخن آخر

در نهایت، اگرچه هیدروکربن‌ها نقش حیاتی در تأمین انرژی و مواد اولیه صنایع مدرن دارند، اما وابستگی بیش از حد به این منابع غیرقابل تجدید و تأثیرات زیست‌محیطی گسترده آن‌ها نشان می‌دهد که آینده انرژی جهان نیازمند نوآوری و تحول در روش‌های مصرف و تولید انرژی است. توسعه فناوری‌های پاک‌تر، کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی، و به‌کارگیری منابع تجدیدپذیر، گامی حیاتی در حفاظت از محیط زیست و تضمین پایداری زندگی نسل‌های آینده است.