مقالات

اطلاعاتی در مورد هیدروکربن‌ها

انواع مختلف هیدروکربن ها

هیدروکربن‌ها موادی هستند که فقط عناصر کربن و هیدروژن در ساختار مولکولی آن‌ها حضور دارند. این ترکیبات در روان‌کننده‌ها، مواد خام پلاستیک‌ها، سوخت‌ها، فیبر‌ها، مواد شیمیایی صنعتی و مواد منفجره کاربرد دارند. هیدروکربن‌ها، همانند دسته‌بندی تمام مواد آلی، در دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک قرار می‌گیرند.

هیدروکربن‌های آلیفاتیک

در شیمی آلی به تمامی ترکیبات هیدروکربنی غیرآروماتیک، ترکیبات آلیفاتیک می‌گویند. در واقع ترکیباتی که شامل اتم‌های کربن و هیدروژن باشند و هیچ حلقه آروماتیکی در آن وجود نداشته باشد، در این گروه جای دارند. آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها و ترکیبات حلقوی مشابه (سیلکو آلکان‌ها و …) جزو دسته‌های بزرگتر هیدروکربن‌های آلیفاتیک به شمار می‌روند.

 

 آلکان‌ها

هیدروکربن‌هایی هستند که فرمول کلی آن‌ها [CnH2n+2] است که تمام پیوندهای آن یک‌گانه است. ساده‌ترین عضو گروه آلکان‌ها و در حقیقت یکی از ساده‌ترین ترکیبات آلی در شیمی، متان (CH4) می‌باشد. آلکان‌ها به دو دسته خطی و شاخه دار تقسیم‌بندی می‌شوند.

بوتان ایزوبوتان

آلکن‌ها

یکی از وسیع‌ترین گروه‌های هیدروکربن را آلکن‌ها تشکیل می‌دهند که به هیدروکربن‌های غیر اشباع مشهور هستند. هیدروکربن‌هایی هستند که یک پیوند دوگانه کربن – کربن (C=C) دارند و فرمول کلی آن‌ها به صورت CnH2n می‌باشد. آلکن‌ها سیر نشده هستند، یعنی می‌توانند هیدروژن بگیرند و سیر شوند. نخستین عضو خانواده آلکن‌ها، اتن(اتیلن) می‌باشد. این ماده پایه و اساس صنایع پتروشیمی محسوب می‌شود. آلکن‌ها نقش مهمی از نظر بیولوژیکی ایفا می‌کنند، مثلاَ اتیلن هورمون گیاه بوده و باعث رسیده شدن میوه‌ها، باز شدن شکوفه‌ها و گل‌ها می‌شود. به همین دلیل از اتیلن در کشاورزی هم استفاده می‌شود.

آلکن ها

آلکین‌ها

اگر هیدروکربنی شامل سه پیوند سه‌گانه کربن- کربن باشد (C≡C) آلکین نام می‌گیرد. آلکین‌های ساده خطی و بدون گروه عاملی، ترکیباتی با فرمول مولکولی CnH2n–2 می‌سازند. کوچکترین عضو خانواده آلکین‌ها استیلن(C2H2) می‌باشد. به همین دلیل آلکین‌ها را ترکیبات استیلنی می‌نامند.

هیدروکربن‌های آروماتیک

آروماتیک یکی از دسته‌های ترکیبات آلی است که به معنای خوشبو و عطرآگین می‌باشد. یکی از بزرگترین دسته‌های ترکیبات آروماتیک، هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای هستند که در ساختارشان 2 تا 7 حلقه بنزنی دارند. جایگیری شش اتم کربن در یک ترکیب آروماتیک را حلقه بنزن می‌گویند. هیدروکربن‌های آروماتیک در دو دسته‌ی مونو کلینیک(MAH) و پلی کلینیک(PAH) قرار می‌گیرند. بنزن، تولوئن، زایلن و نفتالن نمونه‌هایی از این خانواده هستند.

 

هیدروکربن آروماتیک

برش سبک و سنگین هیدروکربن

اگر مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف داشته باشیم، با استفاده از عمل تقطیر می‌توان آن‌ها را از هم جدا کرد. با دادن حرارت به هیدروکربن‌ها، هیدروکربن‌هایی که نقطه جوش پایین‌تری داشته باشند زودتر بخار شده و از مخلوط جدا می‌شوند. در پالایشگاه‌ها بر اساس نقطه جوش اجزای نفت خام را از یکدیگر جدا می‌کنند. برج تقطیر دستگاهی است که این فرآیند را انجام می‌دهد. در برج تقطیر نفت خام حرارت داده می‌شود و بر اثر این حرارت هیدروکربن‌های سبک‌‌تر تبخیر می‌شوند و به قسمت‌های بالایی برج می‌روند و در قسمت‌های مختلف برج از یکدیگر جدا می‌شوند. اجزای نفت خام را نمی‌توان به طور کامل از یکدیگر جدا کرد به این دلیل که اجزای سازنده نفت خام بسیار به هم نزدیک است بنابراین آن‌ها را به صورت مخلوطی از چند هیدروکربن که نقطه جوش نزدیک به هم دارند از یکدیگر جدا می‌شوند (برش نفتی).

برش سبک

برش‌های سبک هیدروکربن‌ها جزو مهم‌ترین فرآورده‌های حاصل از جداسازی اجزای تشکیل‌دهنده نفت خام به حساب می‌آیند. نقطه جوش چنین ترکیباتی در بازه‌ای بین (C°)200 تا (C°)40  قرار دارد. از جمله هیدروکربن‌های پرکاربرد در این دسته‌بندی می‌توان به نفتا، نفت سفید، بنزین، سوخت جت و حلال‌ها اشاره کرد. چنین ترکیباتی بسیار فرار هستند و همان‌طور که اشاره شد نقطه جوش پایینی دارند که باعث می‌شود به راحتی شعله‌ور شوند.

برش سنگین

برش‌های سنگین محصولاتی هستند با کمترین مقدار فراریت و نقطه جوش آن‌ها از (C°)145 شروع می‌شود. گازوئیل، نفت کوره، روانکارها و قیر، حاصل این برش نفتی است. از جمله ویژگی‌های این ترکیبات می‌توان به مولکول‌های درشت، فراریت کم و اشتعال‌پذیری کمتر نسبت به برش سبک اشاره کرد.

کاربرد هیدروکربن‌های سبک و سنگین

کاربرد هیدروکربن‌های سنگین

این هیدروکربن‌ها دارای دامنه‌ی تقطیر بین (C°)400 تا (C°)145 می‌باشند و کاربردهای بسیاری دارند. تولید گرما در بویلرها و کوره‌ها، روغن‌های روان‌کننده، گرمایش مراکز تجاری و مشعل‌های خانگی، سوخت‌های سنگین(سوخت کامیون‌ها، کشتی‌ها و برخی از خودروها) و سایر ادوات کشاورزی و صنعتی از جمله کاربردهای هیدروکربن‌های سنگین است. اما این نوع هیدروکربن بسیار آلوده کننده و گران‌تر از سوخت گاز طبیعی است. و اغلب به عنوان سوخت پشتیبان برای اوج‌گیری نیروگاه‌ها در مواردی که گاز طبیعی موجود نیست استفاده می‌شود. برخی از هیدروکربن‌های سنگین ممکن است در دمای اتاق به صورت جامد یا نیمه جامد باشند و برای جاری شدن ملزم به گرم شدن هستند.

کاربرد هیدروکربن‌های سبک

هیدروکربن‌های سبک را می‌توان به عنوان روان کننده‌ها، حلال‌ها، مواد شیمیایی صنعتی، مواد منفجره، مواد اولیه انواع رنگ و تینر، تولید الکل صنعتی، تولید گاز مایع و نفت سفید(برای استفاده گرمایشی و خانگی) و همچنین مواد اولیه برای تولید پلاستیک‌ها، الیاف، لاستیک‌ها و … به کار برد. هیدروکربن‌های سبک‌تر و با ارزش‌تر را می‌توان برای تولید سوخت جت و بنزین به کار برد.

تفاوت هیدروکربن‌های سبک و سنگین

هیدروکربن‌های سبک و سنگین از نظر دانسیته، رنگ، نقطه اشتعال(Flash Point)، فراریت، نوع کاربرد و ... با هم تفاوت دارند که در جدول زیر آنها را بررسی می‌کنیم:
هیدروکربن سنگینهیدروکربن سبکنوع پارامتر
0/840 تا 0/7800/780 تا 0/650(g/cm3) دانسیته
2 تا 10/5 تا 0رنگ
40>-(C°) نقطه اشتعال
400 تا 145200 تا 40 (C°)نقطه جوش
کمزیادفراریت
C12 >C1-C12طول زنجیر کربنی
عدد ستانعدد اکتانعدد ستان/عدد اکتان
سوخت دیزلی، آسفالت، قیر و ...سوخت‌های بنزینی، حلال‌ها و...نوع کاربرد

نقطه جوش هیدروکربن ها

یکی از ویژگی‌های هیدروکربن‌ها نقطه جوش آن‌ها است. نقطه جوش مواد به نیروی ربایش بین ذره‌های سازنده آن مواد بستگی دارد. رابطه بین نیروی ربایش با نقطه جوش رابطه‌ای مستقیم است. یعنی هرچه نیروی ربایش بین ذره‌ها بیشتر باشد، نقطه جوش آن ماده بالاتر است.

نقطه جوش هیدروکربن‌های سبک بین 200 تا 40 درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش هیدروکربن‌های سنگین از دمای 135 درجه سانتی‌گراد شروع می‌شود و برای هیدروکربن‌های سنگین‌تر تا 400 درجه سانتی‌گراد نیز می‌رسد.

عوامل موثر بر چگالی هیدروکربن‌ها

نسبت جرم به حجم یک ماده را چگالی(دانسیته) می‌گویند. به طور کلی چگالی یک ماده را می‌توان با تغییر دما و فشار تغییر داد. با افزایش دما حجم ماده مورد نظر افزایش یافته و طبق فرمول چگالی(ρ=m/v) موجب کاهش دانسیته می‌شود و با افزایش فشار هیدروکربن، چگالی آن نیز افزایش می‌یابد و با کاهش فشار چگالی آن هم کم می‌شود.

با استفاده ار چگالی می‌توان فهمید که ماده مورد نظر در هیدروکربن فرو می‌رود یا روی آن شناور می‌ماند. مثلاً اگر مقداری آب را به هیدروکربن اضافه کنیم، بدلیل بیشتر بودن دانسیته آب نسبت به هیدروکربن در آن فرو رفته و ته نشین می‌شود.

طبق بیانات گفته شده، در مورد برش‌های سبک و سنگین هیدروکربن با افزایش دما حجم آن افزایش یافته و از آنجا که طبق فرمول چگالی، حجم با دانسیته رابطه عکس دارد منجر به کاهش چگالی می‌شود.

درباره نویسنده

پتروپالایش نیک یزد

ابوالفضل زارع زاده

کارشناس آزمایشگاه در شرکت پتروپالایش نیک یزد

فارغ‌التحصیل رشته مکانیک سیالات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *