به نام خدا مهدی محمد یاری ملاصدرا 06 جناب اقای سلامی
شیمی و آزمایشگاه
طلای سیاه اندوخته ای رو به پایان
به نام خداوندی که از درخت سبز برای شما آتش پدید آورد و شما از آن آتش می افروزید. (قرآن مجید، سوره ی 36، آیه ی 80)
مقدمه
پس از آب نفت، فراوان ترین مایع در بخش های بالایی پوسته ی زمین است. در جهان امروز و با توجه به گستردگی نیاز های بشر زندگی بدون نفت امکان پذیر نخواهد بود. در حال حاضر نفت نقش پراهمیتی در زندگی روزانه ی ما بازی می کند.نفت یک منبع غنی از مواد شیمیایی است. موادی که می توان از آنها رنگ،دارو، انواع پلاستیک،پارچه،ویتامین های ساختنی و مواد گوناگون بسیاری ساخت. بنابراین برای ساختن آینده ای سبز برای خود و نسل های بعدی باید به طور جدی در چگونگی مصرف نفت بازنگری کنیم.هدف ما در این پروژه این است که اطلاعاتی درباره ی نفت به دست آوریم. باید بدانیم که نفت چیست و چگونه به وجود آمده است اجزای سازنده ی آن چه موادی هستند و چه خواصی دارند و آیا می توان برای نفت جایگزین یافت. برای دستیابی به پاسخ این سوالات با ما همراه باشید.
تاریخچه
طی هزارها سال مقادیر کمی از نفت موجود در جهان مورد استفاده قرار گرفته بود. در آن زمان انسان ها نفت را هنگامی که چون چشمه ای از دل زمین می جوشید و بیرون می آمد یا به طریقی به درون چاه آب راه می یافت، جمع آوری و استفاده می کردند. به طوریکه برای مردمانی که به دنبال حفر چاهی برای تامین آب آشامیدنی خود بودند نفت مایه ی دردسر و آزار نیز بوده است.به هرحال مصریان باستان از نفتی که به این روش بدست می آمد برای مومیایی کردن اجساد مردگان خود و از قیر برای گرفتن درزهای موجود در اهرام بزرگ خویش بهره می گرفتند. بابلی ها آشوری ها و پارسیان از قیر برای روسازی جاده ها و آب بندی پایه ی دیوار ها و ساختمان ها استفاده می کردند. آمده است که حضرت نوح نیز بدنه ی کشتی خود را به نفت آغشته کرد تا آب به درون آن نفوذ نکند.بومیان ساکن آمریکا از نفت به عنوان رنگ،دارو و سوخت بهره می گرفتند. صحرانشینان نفت را برای درمان بیماری کچلی شترها به کار می بردند. پارسیان و سومریان معتقد بودند که نفت ارزش دارویی دارد. این باور تا مدت ها فراگیر بود و حتی تا اواخر سده ی نوزدهم میلادی نیز نفت را به عنوان داروی نیروبخشی که هر فنجان از آن هر نوع درد یا کسالتی را بر طرف می کند به فروش می رساندند. اگرچه این روغن سیه روی هیچگونه اثر دارویی نداشت، با این حال افرادی که آن را نوشیده اند تنها دریافته اند که نفت خام مزه ی خیلی خوبی ندارد.
نفت از نظر ساختار
نفت پیچیده ترین ترکیب آلی روی زمین است که بیش از 17000 ترکیب شیمیایی در این ماده وجود دارد. نفت خام یک ماده ی یکنواخت نیست هر نفتی طیف متفاوتی از مواد شیمیایی را دارد که روی پایداری و تجزیه پذیری آن تاثیر می گذارد. نفت خام اساسا از هیدروکربن ها ساخته شده است. این هیدروکربن ها که تعداد اتم های کربن آنها بین 1 تا 50 عدد می باشد در سه گروه پارافینی (آلکان ها)، نفتی (سیکلو آلکان ها) و آروماتیک قرار می گیرند. علاوه بر هیدروکربن ها نفت دارای مقدار کمی ترکیبات آلی گوگرد دار، نیتروژن دار و اکسیژن دار و مقدار بسیار جزئی ترکیبات آلی فلزی با پایه ی نیکل، وانادیم و آهن می باشد. نفت از موجودات ریز دریایی به نام پلانکتون ها ساخته می شود که در ادامه تصویر آنها آمده است و در بخش سوخت های فسیلی با آنها بیشتر آشنا می شویم.
از سوی دیگر نفت خام همانند زغال سنگ به طور طبیعی از طریق فرآیندهای حرارت، فساد، تجزیه، فشار شدید در طبیعت و طی گذشت هزاران سال در لایه های زیرین زمین شکل می گیرد. نفت خامی که از زمین استخراج می شود از مواد شیمیایی مختلفی تشکیل شده است.
از نظر تجربی نفت را می توان به چهار جز زیر دسته بندی نمود:
1- هیدروکربن های اشباع
2- هیدروکربن های آروماتیک (حلقوی)
3- مواد قطبی غیر هیدروکربنی مثل رزین
4- آسفالتن
نفت سبک بیشتر از هیدروکربن های اشباع آروماتیک تشکیل شده است و دارای درصد کمی از رزین و آسفالتن می باشد اما نفت سنگین که ناشی از تجزیه ی نفت خام در شرایط بدون اکسیژن در مخازن طبیعی است، هیدروکربن اشباع و آروماتیک کمتری دارد و بیشتر از ترکیبات قطبی، رزین و آسفالتن تشکیل شده است.
نفت یک سوخت فسیلی است
زمین شناسان بر این باورند که نفت و در کل همه ی سوخت های فسیلی از فسیل شدن اجساد و بقایای جانوران و گیاهانی به وجود آمده اند که صدها میلیون سال پیش می زیسته اند.در واقع اجساد این جانوران و گیاهان پس از مرگ زیر رسوب های دریایی مدفون شده و ابتدا در نبود اکسیژن توسط باکتری ها تا حدودی تخریب و سرانجام در فشار و دمای بالای موجود در اعماق زمین، در یک رشته واکنش های شیمیایی پیچیده به مواد خام ارزشمندی تبدیل شده اند. بی تردید هم اکنون نیز مقداری نفت از باقی مانده ی موجودات زنده در حال تشکیل است.
پالایش نفت خام
پس از جداکردن نمک ها و اسید ها هیدروکربن های باقی مانده را پالایش می کنند یعنی به وسیله ی تقطیر جز به جز به مخلوط هایی با نقطه جوش های تقریبا یکسان جدا می کنند. در آغاز نفت خام را در کوره تا 400 درجه ی سلسیوس گرم می کنند تا بسیاری از اجزای آن به جوش آیند و به صورت بخار بیرون روند. در جریان تقطیر اول مولکول های کوچکتر بخار می شوند و به سمت بالای ستون تقطیر می روند بعد نفت خام گرم شده در کوره را با پمپ به پایین برج یا ستون تقطیر که معمولا بیش از 30 متر ارتفاع دارد، می فرستند. درون برج تقطیر سینی هایی در فاصله های متفاوت قرار داده شده است. هنگامی که نفت خام داغ به برج تقطیر وارد می شود مولکول های سبک به اندازه ی کافی انرژی گرمایی به دست آورده اند که از نفت مایع بیرون بیایند و به بالا به سوی بخش های سردتر برج تقطیر بروند. به تدریج که این مولکول ها بالا می روند سرد می شوند.برخی از این مولکول ها در حالت گازی باقی می مانند و به سوی بالای برج صعود می کنند. در آنجا به طور جداگانه به عنوان برش گازی نفت جدا می شوند. برخی دیگر از مولکول های نفت با سرد شدن به حالت مایع برمی گردند و در سینی هایی که در فاصله های متفاوت برج قرار گرفته اند می ریزند
این مواد را که محدوده ی نقطه ی جوش آنها متفاوت است، به عنوان برش های مایع جدا می کنند. در این شرایط در پایین برج تقطیر، موادی که نقطه ی جوش آنها بیشتر از 370 درجه ی سلسیوس است، به گاز تبدیل نمی شوند. این مواد در فرآیند تقطیر هم چنان به صورت مایع در برج باقی می مانند. این مایع های غلیظ را که ته مانده نامیده می شوند از پایین برج تقطیر بیرون می کشند.