Նավթի ածխաջրածիններ՝ բաղադրիչներ, բաղադրություն, կառուցվածք

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-11 10:59

Ածխաջրածինները ցանկացած յուղի ամենակարևոր բաղադրիչն են: Բնական ածխաջրածինների կոնցենտրացիան տարբեր տեսակի յուղերում նույնը չէ՝ 100-ից (գազի կոնդենսատ) մինչև 30%: Միջին հաշվով ածխաջրածինները կազմում են այս վառելիքի զանգվածի 70%-ը։

Ածխաջրածիններ յուղում

Յուղերի բաղադրության մեջ հայտնաբերվել է յուրահատուկ կառուցվածքի մոտ 700 ածխաջրածին։ Դրանք բոլորն էլ բազմազան են կազմով և կառուցվածքով, բայց միևնույն ժամանակ պահպանում են տեղեկություններ այն նյութերի բաղադրության և կառուցվածքի մասին, որոնք հիմք են հանդիսանում հնագույն բակտերիաների, ջրիմուռների և բարձր բույսերի լիպիդների մասին։

Յուղի ածխաջրածնային կազմը ներառում է՝

1. Պարաֆիններ.
2. Նաֆթեններ (ցիկլոալկաններ).
3. Արոմատիկ ածխաջրածիններ (արեններ).

Ալկաններ (ալիֆատիկ հագեցած ածխաջրածիններ)

Ալկանները ցանկացած նավթի ամենակարևոր և լավ ուսումնասիրված ածխաջրածիններն են: Նավթի բաղադրությունը ներառում է ածխաջրածինների ալկաններ C₁-ից մինչև C₁₀₀: Դրանց թիվը տատանվում է 20-60%-ի սահմաններում և կախված է յուղի տեսակից։ Որպես մոլեկուլայինզանգվածային բաժին, ալկանների կոնցենտրացիան բոլոր տեսակների մեջ նվազում է։

Եթե տարբեր կառուցվածքների ցիկլային ածխաջրածինները հավասարապես տարածված են նավթում, ապա ալկանների մեջ սովորաբար գերակշռում են որոշակի կառուցվածքի կառուցվածքները։ Ավելին, կառուցվածքը, որպես կանոն, կախված չէ մոլեկուլային քաշից։ Սա նշանակում է, որ նավթի տարբեր տեսակներում կան ալկանների որոշակի հոմոլոգ շարքեր՝ նորմալ կառուցվածքի ալկաններ, մոնոմեթիլով փոխարինված մեթիլ խմբի տարբեր դիրքերով, ավելի քիչ հաճախ՝ երկ և տրիմեթիլ փոխարինված ալկաններ, ինչպես նաև տետրամեթիլալկաններ։ isoprenoid տեսակը. Հատկանշական կառուցվածքի ալկանները կազմում են նավթային ալկանների ընդհանուր զանգվածի գրեթե 90%-ը։ Այս փաստը թույլ է տալիս լավ ուսումնասիրել ալկանները տարբեր նավթային ֆրակցիաներում, ներառյալ բարձր եռացողները:

Տարբեր կոտորակների ալկաններ

50-ից մինչև 150 °C ջերմաստիճանի դեպքում արտազատվում է I մասնաբաժինը, որն իր մեջ ներառում է 5-ից 11 ածխածնի ատոմների թվով ալկաններ: Ալկաններն ունեն իզոմերներ՝

• պենտան - 3;
• հեքսան – 5;
• հեպտան – 9;
• օկտան - 18;
• նոնան - 35;
• դեկան – 75;
• անդեկան – 159.

Հետևաբար, I կոտորակը տեսականորեն կարող է ներառել մոտ 300 ածխաջրածին: Իհարկե, ոչ բոլոր իզոմերներն են առկա յուղի մեջ, բայց դրանց թիվը մեծ է։

Նկարը ցույց է տալիս ալկանների քրոմատոգրամ C₅ – C₁₁ նավթի Սուրգուտի դաշտից, որտեղ յուրաքանչյուր գագաթ համապատասխանում է որոշակի նյութի.

200-430 °С ջերմաստիճանում առանձնանում են С₁₂ – С₂₇ բաղադրության II ֆրակցիայի ալկաններ։ Նկարը ցույց է տալիսII մասնաբաժնի ալկանների քրոմատոգրամ. Քրոմատոգրամը ցույց է տալիս նորմալ և մոնոմեթիլով փոխարինված ալկանների գագաթները։ Թվերը ցույց են տալիս փոխարինողների դիրքը։

430°C ջերմաստիճանի դեպքում բաղադրության III բաժնի ալկաններ С₂₈ – С₄₀.

Իզոպրենոիդ ալկաններ

Իզոպրեոիդ ալկանները ներառում են ճյուղավորված ածխաջրածիններ՝ մեթիլ խմբերի կանոնավոր փոփոխությամբ։ Օրինակ՝ 2, 6, 10, 14-տետրամեթիլպենտադեկան կամ 2, 6, 10-տրիմեթիլհեքսադեկան։ Իզոպրեոիդ ալկանները և ուղիղ շղթայական ալկանները կազմում են կենսաբանական նավթային հումքի մեծ մասը: Իհարկե, իզոպրեոիդ ածխաջրածինների համար կան շատ ավելի շատ տարբերակներ:

Իզոպրեոիդները բնութագրվում են հոմոլոգիայով և անհավասարակշռությամբ, այսինքն՝ տարբեր յուղեր ունեն այդ միացությունների իրենց հավաքածուն: Հոմոլոգիան ավելի բարձր մոլեկուլային քաշի աղբյուրների ոչնչացման հետևանք է: Իզոպրեոիդ ալկաններում կարելի է հայտնաբերել ցանկացած հոմոլոգի կոնցենտրացիաների «բացերը»: Սա հետեւանք է մեթիլ փոխարինիչների տեղակայման վայրում դրանց շղթայի ճեղքման անհնարինության (այս հոմոլոգի առաջացումը)։ Այս հատկությունը օգտագործվում է իզոպրեոիդների առաջացման աղբյուրները որոշելու համար։

Ցիկլոալկաններ (նաֆթեններ)

Նաֆթենները նավթի հագեցած ցիկլային ածխաջրածիններ են: Շատ յուղերում դրանք գերակշռում են ածխաջրածինների այլ դասերի նկատմամբ։ Նրանց բովանդակությունը կարող է տատանվել 25-ից 75%: Գտնվել է բոլոր խմբակցություններում: Քանի որ կոտորակը դառնում է ավելի ծանր, դրանց պարունակությունը մեծանում է: Քանակով առանձնանում են նաֆթեններըցիկլեր մոլեկուլում: Նաֆթենները բաժանվում են երկու խմբի՝ միաձույլ և բազմացիկլիկ։ Միացիկլիկները հինգ և վեցանդամ են: Պոլիցիկլիկ օղակները կարող են ներառել ինչպես հինգ, այնպես էլ վեցանդամ օղակներ։

Ցածր եռման ֆրակցիաները պարունակում են հիմնականում ցիկլոհեքսանի և ցիկլոպենտանի ալկիլային ածանցյալներ, ընդ որում բենզինի ֆրակցիաներում գերակշռում են մեթիլ ածանցյալները:

Պոլիցիկլիկ նաֆթենները հայտնաբերված են հիմնականում նավթային ֆրակցիաներում, որոնք եռում են 300 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում, և դրանց պարունակությունը 400-550 °C ֆրակցիաներում հասնում է 70-80%:

:

Արոմատիկ ածխաջրածիններ (արեններ)

Դրանք բաժանված են երկու խմբի՝

1. Ալկիլարոմատիկ ածխաջրածիններ, որոնք պարունակում են միայն արոմատիկ օղակներ և ալկիլ փոխարինիչներ։ Դրանք ներառում են ալկիլբենզոլներ, ալկիլնաֆտալեններ, ալկիլֆենանտրեններ, ալկիլքրիզեպներ և ալկիլպիցեններ։
2. Խառը տիպի ածխաջրածիններ, որոնք պարունակում են և՛ արոմատիկ (չհագեցած) և՛ նաֆթենական (սահմանափակող) օղակներ։ Դրանցից առանձնանում են՝

• միարոմատիկ ածխաջրածիններ - ինդաններ, դի-, տրի- և տետրանաֆթենոբենզոլներ;
• դիարոմատիկ ածխաջրածիններ - մոնո- և դինաֆթենոնաֆտալեններ;
• ածխաջրածիններ երեք կամ ավելի անուշաբույր օղակներով՝ նաֆթենոֆենանտրեններ։

Յուղի ածխաջրածնային կազմի տեխնիկական նշանակությունը

Նյութերի բաղադրությունը զգալիորեն ազդում է յուղի որակի վրա.

1. Պարաֆիններ՝

• Նորմալ պարաֆինները (չճյուղավորված) ունեն ցածր օկտանային թիվ և բարձր հորդառատ կետեր: Հետևաբար, մեջվերամշակման ընթացքում դրանք վերածվում են այլ խմբերի ածխաջրածինների։
• Իզոպարաֆինները (ճյուղավորված) ունեն բարձր օկտանային թիվ, այսինքն՝ բարձր հակահարվածային հատկություն (իզոկտանը 100 օկտանային թվով հղման միացություն է), ինչպես նաև ցածր հորդառատ կետեր՝ համեմատած սովորական պարաֆինների հետ։

2. Նաֆթենները (ցիկլոպարաֆինները) իզոպարաֆինների հետ միասին դրական են ազդում դիզվառելիքի և քսայուղերի որակի վրա։ Նրանց բարձր պարունակությունը ծանր բենզինի ֆրակցիայում հանգեցնում է բարձր եկամտաբերության և բարձր օկտանային քանակի արտադրանքի:

3. Անուշաբույր ածխաջրածինները վատթարացնում են վառելիքի բնապահպանական հատկությունները, սակայն ունեն բարձր օկտանային թիվ: Հետևաբար, նավթի վերամշակման ընթացքում ածխաջրածինների այլ խմբերը վերածվում են արոմատիկների, սակայն վառելիքում դրանց քանակը, հիմնականում բենզինը, խստորեն կարգավորվում է։

Յուղի ածխաջրածնային բաղադրության ուսումնասիրության մեթոդներ

Տեխնիկական նպատակներով բավարար է որոշել նավթի բաղադրությունը՝ դրանում ածխաջրածինների որոշակի դասերի պարունակությամբ։ Նավթի կոտորակային կազմը կարևոր է նավթի վերամշակման ուղղությունը ընտրելու համար։

Յուղի խմբային բաղադրությունը որոշելու համար օգտագործվում են տարբեր մեթոդներ՝

• Քիմիական միջոց, որն իրականացնում է ռեագենտի փոխազդեցության ռեակցիա (նիտրացում կամ սուլֆոնացում) որոշակի դասի ածխաջրածինների (ալկենների կամ արենների) հետ։ Փոխելով առաջացող ռեակցիայի արտադրանքի ծավալը կամ քանակը՝ դատվում է ածխաջրածինների որոշված դասի պարունակությունը։
• Ֆիզիկական-քիմիական ներառում է արդյունահանումը և կլանումը: Այսպես են արդյունահանվում արեններըծծմբի երկօքսիդ, անիլին կամ դիմեթիլ սուլֆատ, որին հաջորդում է այս ածխաջրածինների կլանումը սիլիկա գելի վրա:
• Ֆիզիկական ներառում է օպտիկական հատկությունների որոշումը:
• Համակցված - առավել ճշգրիտ և ամենատարածվածը: Միավորել ցանկացած երկու մեթոդ: Օրինակ՝ արենների հեռացումը քիմիական կամ ֆիզիկաքիմիական մեթոդներով և յուղի ֆիզիկական հատկությունների չափումը դրանց հեռացումից առաջ և հետո։

Գիտական նպատակների համար կարևոր է ճշգրիտ որոշել, թե որ ածխաջրածիններն են առկա կամ գերակշռող նավթում:

Ածխաջրածինների առանձին մոլեկուլները նույնականացնելու համար օգտագործվում է գազահեղուկ քրոմատագրություն՝ օգտագործելով մազանոթային սյուներ և ջերմաստիճանի վերահսկում, քրոմատոգրաֆիա-զանգվածային սպեկտրոմետրիա՝ համակարգչային մշակմամբ և քրոմատոգրամա կառուցելով առանձին բնութագրական բեկորների իոնների համար (զանգվածային ֆրագմենտագրություն կամ զանգվածային քրոմատագրություն): NMR սպեկտրները ¹³C.

միջուկների վրա նույնպես օգտագործվում են

Նավթային ածխաջրածինների բաղադրության վերլուծության ժամանակակից սխեմաները ներառում են նախնական բաժանումը երկու կամ երեք ֆրակցիայի՝ տարբեր եռման կետերով: Դրանից հետո ֆրակցիաներից յուրաքանչյուրը բաժանվում է հագեցած (պարաֆին-նաֆթենիկ) և անուշաբույր ածխաջրածինների՝ օգտագործելով հեղուկ քրոմատագրություն սիլիկա գելի վրա: Այնուհետև, արոմատիկ ածխաջրածինները պետք է բաժանվեն մոնո-, երկ- և պոլիարոմատիկների՝ օգտագործելով ալյումինի օքսիդի օգտագործմամբ հեղուկ քրոմատագրություն:

Ածխաջրածինների աղբյուրներ

Նավթի և գազի ածխաջրածինների բնական աղբյուրները տարբեր միացությունների կենսաօրգանական մոլեկուլներն են, հիմնականում դրանց լիպիդային բաղադրիչները: Իմիկարող է լինել՝

• բուսական բարձր լիպիդներ,
• ջրիմուռ,
• ֆիտոպլանկտոն,
• զոոպլանկտոն,
• բակտերիաներ, հատկապես բջջային թաղանթների լիպիդներ:

Բույսերի լիպիդային բաղադրիչները շատ նման են քիմիական բաղադրությամբ, սակայն մոլեկուլների որոշակի տատանումները հնարավորություն են տալիս որոշել որոշ նյութերի գերակշռող մասնակցությունը այս յուղի ձևավորմանը։

Բուսական բոլոր լիպիդները բաժանվում են երկու դասի.

• միացություններ, որոնք բաղկացած են ուղիղ (կամ թեթևակի ճյուղավորված) շղթայով մոլեկուլներից;
• միացություններ՝ հիմնված ալիցիկլիկ և ալիֆատիկ շարքի իզոպրեոիդ միավորների վրա։

Կան միացություններ, որոնք բաղկացած են երկու դասերին պատկանող տարրերից, օրինակ՝ մոմից։ Մոմի մոլեկուլները ավելի բարձր հագեցած կամ չհագեցած ճարպաթթուների և ցիկլային իզոպրեոիդ սպիրտների՝ ստերոլների եթերներ են։

Նավթային ածխաջրածինների լիպիդային բնական աղբյուրների տիպիկ ներկայացուցիչներն են հետևյալ միացությունները՝

1. Հագեցած և չհագեցած ճարպաթթուներ C₁₂-C₂₆ և հիդրօքսի թթուներ: Ճարպաթթուները կազմված են զույգ թվով ածխածնի ատոմներից, քանի որ դրանք սինթեզվում են C₂-ացետատ բաղադրիչներից: Դրանք տրիգլիցերիդների մի մասն են։
2. Բնական մոմ. ի տարբերություն ճարպերի, այն չի պարունակում գլիցերին, այլ ավելի բարձր ճարպային սպիրտներ կամ ստերոլներ։
3. Թույլ ճյուղավորված թթուներ, որոնք ունեն մեթիլ փոխարինիչներ կարբոքսիլ խմբին հակառակ շղթայի վերջում, օրինակ՝ իզո- և հակաիզոթթուներ։
4. Հետաքրքիր նյութեր են սուբերինը և կուտինը, որոնք ներառված ենբույսերի տարբեր մասեր. Դրանք ձևավորվում են պոլիմերացված կապակցված ճարպաթթուների և սպիրտների միջոցով։ Այս միացությունները դիմացկուն են ֆերմենտային և մանրէաբանական հարձակման, ինչը պաշտպանում է ալիֆատիկ շղթաները կենսաբանական օքսիդացումից։

Մասունք և փոխակերպված ածխաջրածիններ

Բոլոր նավթային ածխաջրածինները բաժանվում են երկու խմբի՝

1. Տրանսֆորմացիան՝ կորցնելով բնօրինակ կենսաօրգանական մոլեկուլներին բնորոշ կառուցվածքային հատկանիշները։
2. Մասունք կամ քիմիածխաջրածիններ, որոնք պահպանել են սկզբնական մոլեկուլների կառուցվածքի բնորոշ հատկանիշները, անկախ նրանից, թե այդ ածխաջրածինները եղել են սկզբնական կենսազանգվածում, թե՞ հետագայում առաջացել են այլ նյութերից։

Մնացուկային ածխաջրածինները, որոնք կազմում են նավթը, բաժանվում են երկու խմբի՝

• իզոպրեոիդ տիպ - ալիցիկլիկ և ալիֆատիկ կառուցվածք, մինչև հինգ ցիկլ մեկ մոլեկուլում;
• ոչ իզոպրեոիդ - հիմնականում ալիֆատիկ միացություններ, որոնք ունեն n-ալկիլ կամ թույլ ճյուղավորված շղթաներ:

Իզոպրեոիդ կառուցվածքի մասունքները շատ ավելի շատ են, քան ոչ իզոպրեոիդները:

Հայտնաբերվել է ավելի քան 500 մնացորդային յուղի ածխաջրածին, և դրանց թիվը տարեցտարի ավելանում է: