نفت خام

نفت خام به انگلیسی Crude Oil و به روسی Naphra
نامیده می شود که درحالت طبیعی به صورت مایع بوده و رنگ آن قهوه ای زرد مایل به سیاه است و دربرابر نور انعکاسی ، رنگ سبز بخصوصی از خود نشان می دهد
.

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 می گردد، که این عناصر در زیر با درصدشان نشان داده شده اند.

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 می شود 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 می دهند.
قابل ذکر است که آثاری از نمک ، آب و سولفید هیدروژن نیز درنفت خام مشاهده می شوند.

خواص فیزیکی نفت خام
ویسکوزیته
همانطور که نفت خام ممکن است با دخالت عواملی به رنگهای زرد ، سبز ، قهوه ای ، قهوه ای 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 می باشد، که همراه با این عامل ، عمق نیز موثر می باشد. همچنین سن نفت را به لحاظ زمان مخزن شدن را درطیف تغییرات ویسکوزیته سهیم می دانند.

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 می باشد. برای مثال نفت خام Ponca city از Oklahoma شامل حداقل 234 ترکیب مولکولی می باشد.

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 :

هیدروکربن های پارافینی (پارافینها)
هیدروکربنهای نفتنی (سیکلوپارافینها یا نفتنیکها )
هیدروکربنهای آروماتیک (بنزنوئیدها)
غیرهیدروکربنها (Heterocompounds)
این گروه شامل ترکیباتی غیر از هیدروژن و کربن می باشند و عناصری از قبیل اکسیژن ، نیتروژن ، گوگرد ، اتمهای فلزی همراه با هر کدام از اینها و یا ترکیب با همه اینها نظیر Ni ، V می باشد.

وزن مخصوص نفت خام
از خواص فیزیکی نفت خام که ارزش اقتصادی نفت خام بر مبنای آن سنجیده می شود، وزن مخصوص آن می باشد. 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 می کنند. مشابه همین درجه بندی و سنجش ، وزن مخصوص نفت خام را در کشورهای اروپائی با درجه بندی Baume محاسبه می کنند که از لحاظ مقدار اندکی از درجه A. P.I کمتر می باشد.

گردش معکوس در کارگاه آفرینش ، شاید درک آنچه را که بحران انرژی خوانده می شود، میسر کند. کل قضیه ، میلیاردها سال قبل و با فرایندهای تبدیل انرژی خورشید به آدنوزین تری فسفات (ATP) آغاز شد. کلروفیل ها و سایر رنگدانه های گیاهان ، انرژی دریافتی از خورشید را برای تبدیل دی اکسیدکربن ، آب و مواد معدنی به اکسیژن و ترکیبات آلی انرژی دار ، بکار برده و غذای موجودات کوچک و بزرگ از جمله انسان اندیشه ورز را فراهم می آورند. این فرایند ، همچنین باعث افزایش ذخایر معدنی آلی از قبیل هیدروکربورهای زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی می شود.
مراحل تشکیل انوع زغال سنگ
زغال سنگ از بقایای درختان ، بوته ها و سایر گیاهان زنده بوجود می آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره هایی 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 زغال خیز به بخشی از زمان می گویند که به پایان دوران اول زمین شناسی مربوط بوده و از حدود 345 میلیون سال قبل آغاز می شود.) پدید آمدند.

سپس ، اوضاع برای رشد سرخسهای دانه دار 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 می افتادند و بر اثر خروج اکسیژن ، فساد بی هوازی تسریع می شد. پوشش گیاهی به ماده ای لجن مانند به نام پیت (Peat) تبدیل شد. پیتها بسته به درجه فساد ، برخی قهوه ای و اسفنجی و بعضی سیاه و فشرده بودند. دریا بر روی چنین ته نشستهایی 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 قهوه ای 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 چین خوردگی پوسته زمین به صورت رشته کوههای عظیم بود، سخت ترین 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 (ماده ای که بر اثر حرارت به گاز تبدیل می شود)، تعیین می گردد.
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 بی اطلاع است. پاره ای واقعیتهای پذیرفته شده در این مورد عبارتند از :

* نفت و گاز از ترکیباتی با منشا زیست شناختی (بیولوژیکی) تشکیل شده اند.

* قسمت اعظم انواع نفت محتوی پورفیرین ، مجموعه ای از ترکیبات هیدروکربن دار ، که یا از کلروفیل و یا از "همین" (hemin) ، ماده قرمز کننده خون ، مشتق شده اند.

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

* امکان دارد که در اوضاع فعلی بتوان هیدروکربورهای نفت مانند را در رسوبهای جوان دریایی پیدا کرد.

علاوه بر این نفت معمولا با سنگهای رسوبی که بر اثر فعالیتهای دریایی ته نشین شده اند، توام است.
حدسی دیگر
احتمالا ماده ای آلی که نفت را بوجود آورده است، شامل گیاهان پلانکتونی تک یاخته ای از قبیل دیاتمها ( diatom ، جلبک تک یاخته یا چند یاخته ای است که دارای جدارهای یاخته ای سیلیسی است) ، جلبک سبز ـ آبی و حیوانات پلانکتونی تک یاخته ای مانند فورامینی فرا (Foraminefera موجود ذره بینی دارای پوسته آهکی) ، بوده است. این شکلهای ابتدایی حیات در بیش از یک میلیارد سال قبل فراوان بودند و می توانسته اند 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 یاخته ها ، 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 می شود.
دیاژنر
دیاژنر به مجموعه اعمالی گفته می شود که در ضمن آن تغییرات شیمیایی ، رسوبهای سست را به صخره تبدیل می کنند، این پدیده ای است با حرارت و فشار نسبتا پایین صورت می گیرد. پدیده یاد شده از این واقعیت ناشی می شود که نفت را می توان 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 اجتناب ناپذیر 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 می شود. 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 می شود.
افسانه های 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 می رفت)، 2000 سال قبل از میلاد مسیح رایج و به مفهوم شعله کردن استعمال می شد. 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 می شود، توسط شاه توکولتی نینورتا (King Tukulti Ninurta) ، پادشاه بابل ، در 885 قبل از میلاد به عنوان صدای خدایان که از شکاف صخره ها سخن می گویند، 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 می شود و مقدار آن در فرمول جایگزین شده و وزن مخصوص نفت خام را بر حسب درجه A.P.I یا درجه Baume می دهد.

= درجه A.P.I امریکائی

= درجه Baume اروپایی

بدلیل اینکه S.G (Pure water)=1 می باشد. 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 می شوند، تغییرات دما است. یعنی با بالارفتن دما ، وزن مخصوص کمتر شده و به درجه A. P.I افزوده می شود. همچنین بالا رفتن درجه حرارت اثر معکوس بر روی ویسکوزیته نفت خام می گذارد.

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 نفت ها بستگی به ماهیت هیدروکربورهای مختلف دارد. هر قدر مقدار گاز محلول در روغن بیشتر باشد، چگالی آن کمتر خواهد بود. بنابراین پارافین ها دارای پایین ترین چگالی و نفتیک ها کمی بالاتر و آروماتیک ها بالاترین چگالی را دارند.

ضریب انبساط نفت خام
ضریب انبساط نفت خام از 6.1×10-4 الی 8.3×10-4 در نوسان بوده که با کاهش چگالی ، ضریب انبساط آن افزایش می یابد.

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 می شود.

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

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

پالایش نفت خام
از تصفیه یا پالایش نفت خام می توان فرآورده های زیادی بدست آورد، که قابل فروش در بازار باشند. نخستین گام در پالایش نفت خام عمل تقطیر است. تحمیل حرارت های زیاد در موقع تقطیر باعث تجزیه و شکسته شدن مولکول های نفت شده و اشکالاتی در ادامه پالایش نفت بوجود می آورد، که از عواقب آن ، ضایع شدن مواد و افزایش هرینه را می توان نام برد.
دید کلی
ترکیب عنصری مخلوط کل نفتهای خام ، تغییر چندانی نمی کند، ولی تفاوتهای کوچک در ترکیب نفت ها می تواند اثرات عمده ای 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 هیدروکربنی شان غلبه دارد، ولی نفت خام در عین حال حاوی مقادیر اندکی اکسیژن ، گوگرد ، نیتروژن ، وانادیم ، نیکل و کروم است.

مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک ژیزمان (منبع نفت) نسبت به ژیزمان دیگر تغییر می کند.

ترکیب عنصری نفت خام
ترکیب عنصری نفت خام معمولا در گستره زیر قرار می گیرد:

عنصر درصد وزنی
کربن 87-84
هیدروژن 14-11
گوگرد 5-0
اکسیژن 3-0
نیتروژن 5/1-0

مواد سازنده نفت
بطور کلی مواد سازنده نفت عبارتند از: هیدروکربنها ، ترکیبات اکسیژنه – سولفوره – ازته ، مواد معدنی.

هیدروکربنها
چون تعداد هیدروکربنهای موجود در نفت نامحدود و جداکردن آنها بطور کامل خیلی مشکل می باشد، لذا آنها را در سه گروه کلی طبقه بندی می نمایند که عبارتند از: پارافین ها ، نفتن ها و آروماتیکها. علاوه بر این گروه چهارمی نیز وجود دارد، یعنی همان اولفین هایی که در نتیجه فرایند هیدروژن زدایی از پارافین ها و نفتن ها تشکیل می شوند.

پارافین ها (آلکان): مشخصه هیدروکربنهای پارافینی ، اتصال اتمهای کربن به وسیله پیوندهای ساده است. سایر پیوندها نیز با اتمهای هیدروژن ، سیر شده اند. فرمول عمومی پارافین ها ، CnH2n+2 است. ساده ترین پارافین ، متان (CH4) است که سری همرده متعاقب آن عبارتند از: اتان ، پروپان ، n-بوتان ، i- بوتان ، n- پنتان و نئوپنتان و غیره.

در صورتی که تعداد اتمهای کربن در مولکول بیش از 3 باشد، ممکن است چند هیدروکربن حاوی تعداد مساوی اتمهای کربن و هیدروژن با ساختارهای متفاوت وجود داشته باشد. علت این امر آن است که کربن زنجیرهای تک شاخه ای علاوه بر زنجیر است، تشکیل داده و ایزومرهایی بوجود می آورد که خواصشان بطور محسوس با یکدیگر تفاوت دارند. بطور مثال ، عدد اکتان موتور ، در مورد n-اکتان مساوی 17 و در مورد ایزواکتان (2 و 2 و 4- تری متیل پنتان) مساوی 100 است.

اولفین ها (آلکن ها): اولفین ها بطور طبیعی در نفت های خام وجود ندارند، بلکه در خلال فراورش نفت تشکیل می شوند. فرمول عمومی آنها CnH2n است. معمولا وجود اولفین ها در فراورده نهایی ، نامطلوب است، زیرا فعالیت پیوندهای دوگانه باعث می شود که ترکیبات اولفین دار آسانتر اکسیده و بسپارش شوند. در برش های گستره جوش بنزین ، وجود برخی اولفین ها مطلوب است، زیرا اولفین ها دارای اعداد اکتان پژوهشی بالاتری ، در مقایسه با ترکیبات پارافینی با تعداد اتمهای کربن یکسان ، می باشند.

ساده ترین اولفین ، اتیلن می باشد که برای همرده آن عبارتند از: پروپن ، بوتن ، پنتن و غیره در خلال فراورش نفت ، بعضی دی الفینها (هیدروکربنهایی که دو پیوند دوگانه دارند) مانند بوتادی ان ، نیز تشکیل می شوند.

نفتن ها (سیکلو آلکانها): هیدروکربنهای سیکلو پارافینی ای که تمام پیوندهای آزاد اتمهای کربن شان با هیدروژن ، سیر شده اند نفتن ها نامیده می شوند. در نفت خام ، انواع بسیاری از نفتن ها وجود دارد، ولی بجز در مورد ترکیبهای دارای جرم مولکولی اندک ، نظیر سیکلوپنتان و سیکلو هگزان ، معمولا بصورت ترکیبهای جداگانه تفکیک نمی شوند. طبقه بندی آنها با توجه به گستره نقاط جوش صورت می گیرد و خواص آنها بکمک عوامل همبستگی نظیر عامل Kw یا CI تعیین می شود.

برخی از نفتن های موجود در نفت خام عبارتند از: متیل سیلکوپنتان ، 1 و2 – دی متیل سیکلو پنتان ، متیل سیکلوهگزان ، 1 و2- دی متیل سیکلو هگزان ، دکاهیدرونفتالین و غیره.

آروماتیکها: گروه هیدروکربنهای آروماتیکی ، از نظر شیمیایی و فیزیکی ، تفاوت بسیاری با پارافین ها و نفتن ها دارند. هیدروکربنهای آروماتیکی ، شامل یک حلقه بنزنی سیر نشده ولی بسیار پایدار می باشند و اغلب مانند یک ترکیب سیر شده عمل می کنند. برخی هیدروکربنهای آروماتیکی موجود در نفت خام عبارتند از: بنزن ، تولوئن ارتو- زایلن ، متا- زایلن ، پارا- زایلن ، نفتالین ، کومن و غیره.

هیدروکربنهای حلقوی ، چه نفتنی و چه آروماتیکی ، می توانند بجای بعضی از هیدروکربنهای متصل به حلقه ، زنجیره های جانبی پارافینی بپذیرند و تشکیل ساختار مختلط بدهند. این انواع مختلط ، بسیاری از مشخصات شیمیایی و فیزیکی ترکیبهای مولد خود (هر دو) را دارا هسستند.

ترکیبات اکسیژنه
مقدار درصد اکسیژن در نفت ها از 3 درصد تجاوز نمی نماید و اغلب در ساختمان مولکولهای سنگین به حالت ترکیب یافت می شود. ترکیبات اکسیژنه موجود در نفت شامل اسیدها و فنل ها می باشد. فنل ها بمقدار کم در روغن های کالیفرنیا و رومانی وجود دارد. اسیدهای موجود در نفت بیشتر بصورت مشتقات سیکلو آلکانها یا نفتنی است.

ضمنا اسیدهای غیر حلقوی نیز بصورت اتر سل وجود دارد که در حین عمل تصفیه در فراکسیون مربوط به پارافین ها جمع آوری می گردد.

ترکیبات سولفوره
اغلب نفت ها شامل گوگرد آزاد بصورت محلول هستند که در اثر تبخیر کریستالیزه می گردد. گوگرد ممکن است بصورت هیدروژن سولفوره – تیوفرمرکاپتان – تیواتر – دی سولفور و سولفور کربن و سولفور کربنیل وجود داشته باشد. مقدار گوگرد در نفت بستگی به منطقه ای دارد که در آنجا نفت تشکیل گردیده است. بعنوان مثال مقدار آن در مواد خام نفتی کویت 5/2 درصد و در نفت منطقه آقاجاری ایران 36/1 درصد می باشد.

در اینجا یادآوری می شویم که خاصیت خورندگی نفت شرق و بوی نامطبوع آن بعلت وجود این ترکیبات می باشد.

ترکیبات ازته
روغنهای معدنی می توانند تا 5/1 درصد ازت بصورت ترکیبهای آلی دارا باشند. این ترکیبات از نظر عامل ازت به دو دسته تقسیم می گردند:

ازت در حلقه بصورت N-H= (یعنی متصل به سه اتم) است و می توان ترکیباتی از قبیل پیرول ، اندول و کاربازول را نام برد.

ازت در حلقه بصورت N (یعنی متصل به دو اتم) شرکت نموده ، شامل اجسامی از قبیل پیریدین ، کینولئین و ایزوکینولئین می گردد. خاصیت قلیایی این ترکیبات بیشتر از ترکیبات دسته اول می باشند. اغلب روغن های معدنی شامل نمکهای آمونیوم اسیدهای نفتنی است که بسادگی تجزیه می گردد.
مشتقات فلزی
هرگاه مواد باقیمانده از تقطیر نفت را بسوزانند، مانند زغال از خود خاکستر باقی می گذارد که شامل برخی از ترکیبات فلزی است. این ترکیبات بیشتر مربوط به عناصری از قبیل سیلیس – آهن – آلومینیوم – کلسیم – منیزیم – نیکل و سدیم می گردد. ضمنا وانادیم در خاکستر برخی از نفت ها بدست آمده است و وانادیم را معمولا از نفت استخراج نموده ، در صنایع فولادسازی مورد استفاده قرار می دهند. مقدار این فلز در حدود 400PPM یعنی 400 گرم به ازای یک تن می باشد.
پیشگفتار
همانطور که میدانیم زغال سنگ تا اوایل قرن بیستم منبع اصلی وعمده تولید انرژی بود. اما وقتی انسان دریافت نفت را که از دیرباز می شناخته و فقط به مصارف محدودی میرسانده برای تولید حرارت و انرژی به مراطب از سوختهای جامد بهتر است شروع به استخراج نفت از دل زمین نمود.
نیاز روز افزون انسان در دستیابی به منابع انرژی موجب گردید که صنعت گاز نیز بگونه ای چشمگیر مورد توجه قرار گیرد.پس از جنگ جهانی دوم مصرف گاز به سرعت رو به فزونی گذارد و در نتیجه بسیاری از کشورهای صنعتی جهان برنامه هایی برای تولیدوتصفیه واستفاده از گاز تدارک دیدند. بدیهی است که طی سالهای مورد بحث هر جه سهم گاز افزایش میافت از سطح استفاده از زغال سنگ ونفت به عنوان منابع تامین کننده انرژی کاسته می شد.
این جزوه با استفاده از تجربیات و منابع مختلف تهیه گشته وامید است این تلاش کمک موثری در به ثمر رساندن اهداف آموزشی و همچنین وسیله ای برای استفاده دانش پژوهان باشد.
توجه به این نکته ضروری است که عکسهای مورد استفاده در این گزارش مربوط به پالایشگاه گاز خاصی نمی باشد ولی در عین حال در تمامی پالایشگاههای گاز مورد استفاده قرار می گیرند.
تاریخچه نفت
صنعت نفت در جهان تاریخی بسیار کهن دارد وقدیمیترین تمدنی که تا به حال شناخته شده در درههای نیل ؛دجله و فرات و در چین بوده است. اسناد تاریخی و کاوشهای باستان شناسی نشان می دهد که مردم مزبور از کهنترین روزگاران نفت را می شناختند.چهار هزار سال قبل از میلاد مسیح مردم دجله و فرات قیر را به عنوان ملاط ساختمانها به کار میبردند.در ایران کاوشهای باستان شناسی معلوم داشته که ساکنین کشور ما از 5 تا 6 هزار سال پیش قیر را به عنوان ملاط در ساختمان و یا برای نصب و بهم چسباندن جواهرات و ظروف سفالین و اندود کردن کشتیها بکار میبردند.

امروزه بزرگترین منابع نفتی جهان در خاورمیانه ؛ایالات متحده امریکا؛آفریقای شمالی و روسیه است.اولین چاه نفت در دنیا در شهر پنسیلوانیا بنام تیستوسوپل امریکا توسط شخصی به نام ادوین دریک در سال 1859 حفر شد.عمیقترین چاه در دنیا چاهی در لویزینای امریکاست که 6500 متر عمق دارد.
در سال 1908 نفت در خاورمیانه برای اولین بار در ایران ودر شهر مسجد سلیمان کشف شد و بعد از آن در دیگر کشورهای خاور میانه نفت کشف شد.
تئوری پیدایش نفت
تئوریهای مختلفی نسبت به پیدایش نفت و گاز طبیعی وجود دارد و بطور دقیق نمیتوان گفت منشا موادی که نفت رابوجودآورده چه بوده است امادو نظریه ای که بیشترازهمه عمومیت داردعبارتنداز
:
1:پیدایش نفت معدنی یا غیر عالی:پیدایش نفت به طریق معدنی ترکیب هیدروژن و کربن تحت فشار و درجه حرارت موجود در اعماق زمین است.
2:پیدایش نفت به طریق آلی:در اثر به وجود آمدن هیدروژن و کربن حاصل از گیاهان و حیوانات در دریاها بخصوص حیوانات ریز ذره بینی بنام پلانکتون و پس از یکسری فعل و انفعالات شیمیایی نفت تشکیل شده است.
میدانید که تئوری آلی بیشتر مورد قبول دانشمندان است زیرا دلایل و شواهد نشان میدهد که در جاییکه مخازن نفتی وجود دارد بیشتر زمینهایی هستند که زمانی دریا بوده اند.
از لحاظ شیمیایی نفت مرکب از دو عنصر کربن و هیدروژن بصورت خالص گازی است سبک و آتشگیر. نفت از جهتی خالص و از جهتی مرکب است.بدان جهت خالص است که ترکیبی از هیدروکربونهای گوناگون است و ساختمان ملکولها به واسطه کم و زیاد شدن تعداد اتمها یکی از دو عنصر مذکور با هم متفاوت است و این بر حسب ترکیب ملکولهای اتمهای کربن است.
مخزن زیر زمینی گاز و نفت بطور کلی برای بوجود آمدن یک مخزن نفت باید عوامل زیر موجود باشد:
1:مبدا هیدروژن و کربن که از گیاهان و حیوانات زمینی و دریایی مدفون شده در زیر گل و لای در مکانی که زمانی دریا بوده.
2:شرایطی بوجود بیاید تا این نباتات و حیوانات تجزیه شده و هیدروژن وکربن حاصل از آن با هم ترکیب شوند و نفت و گاز طبیعی را بوجود بیاورند
3:سنگهای متخلخل وجود داشته باشد تا هیدروکربن بتواند از جائیکه تشکیل شده حرکت (مهاجرت) کند.
4:طبقه غیر قابل نفوذی وجود داشته باشد تا از حرکت بیشتر هیدروکربن جلوگیری کند (cap rock) و آنرا بصورت جمع آوری شده در مخازن نفتی نگهدارد.
تقریبا در تمام منابع نفتی مقداری گاز در نفت بصورت حل شده وجود دارد که سبب ذخیره سازی انرژی گاز بصورت انرژی پتانسیل است و در هنگام بهره برداری سبب می شود که نفت به همراه گاز به سطح زمین انتقال یابد.
در بعضی مواقع مقدار این گاز آنقدر زیاد است که ضمن آنکه مقداری در نفت حل شده مقدار زیادی بطور گاز ؛آزاد در بالای نفت با فشار زیاد جمع میشود که اصطلاحا کلاهک گاز( (gas cap گویند و بهره برداری نفت با آن خیلی بیشتر از راندن توسط گاز حل شده به تنهایی است.(gas cap drive ).
تاریخچه صنعت گاز طبیعی در طول بخش اعظم قرن نوزدهم گاز طبیعی منحصرا به عنوان منبع روشنایی به کار میرفت.در آنزمان مکانیزمی موجود نبود که گاز طبیعی را به منازل برای گرمایش یا کاربردهای دیگر ببرد.
بنابراین گاز طبیعی برای روشنایی خیابانهای شهر بکار میرفت.بعد از دهه 1980 برق جای گاز را گرفت و در نتیجه کاربریهای جدیدی برای گاز طبیعی مورد نیاز واقع شد.
برای یک دوره کوتاه شرکتهای گاز رسانی سعی کردن که برای وسایل کوچک گاز سوز بازار مناسبی پیدا کنند. نظیر ابزار فر دادن مو ؛اتو ونظایر آن که اینها هم به سرعت از رده خارج شدند.اختراع رابرت باتسن در سال 1885 تحت نام مشعل باتسن که هوا را با گاز طبیعی مخلوط مینمود با ظهور کنترل ترمواستاتیکی به مشتریان اجازه داد که از خواص حرارتی گاز طبیعی استفاده کنند.
تولید کنندگان گاز به زودی توجه خود را به خواص حرارتی گاز معتوف کردند و از آن به عنوان سوختی برای گرمایش فضا؛ حرارت دادن آب و پخت و پز استفاده نمودند تا جنگ جهانی دوم بازار صنعت و نیروگاههای برای گاز طبیعی کوچک بود ؛اما بعد از جنگ گاز طبیعی به راحتی در دسترس قرار گرفت.تا قبل از جنگ جهانی سیستم خط لوله بین ایالات استفاده ای نداشت زیرا گاز اگر همراه بود سوزانده میشد و اگر مستقل بود در محل میماند. یکی از اولین خط لوله های گاز طولانی در سال 1891 ساخته شد ؛طول آن 120 مایل ( km 193 )بود و گاز را از ایالت ایندیانا به شیکاگو میبرد. این خط از تقویت فشار استفاده نمیکرد؛زیرا خود گاز تحت فشار بود و با فشار حدود psi 525 به طرف مقصد حرکت میکرد. توسعه شبکه های بزرگ انتقال گاز تا سال 1920 به علت کیفیت پایین خطوط لوله و عدم اتصال مطلوب قطعات خطوط لوله به تعویق افتاد.جنگ و رکود عظیم حاصل از آن احداث خطوط انتقال عمده را برای یک دهه به تعویق انداخت.به هر حال در طول سالهای جنگ پبشرفت متالوژی؛ تکنیکهای جوشکاری و خم کردن لوله ها بر موانع حمل و نقل گاز غلبه کرد و این غلبه تا سالهای 1960 ادامه داشت و باعث احداث هزاران مایل خط لوله در سراسر جهان گردید.همینکه سیستم انتقال و توزیع قابل اعتمادی ایجاد شد صنایع شروع به استفاده از گاز در واحدهای ساخت و فرایند خود نمودند.سرویسهای الکتریسیته نیز دریافتند که گاز سوخت خوبی برای بویلرهایشان میباشد. گاز طبیعی نیز برای گرم کردن منازل استفاده گردید.
کاربریهایی چون آبگرمکن؛اجاق و خشک کن لباس هم برای گاز طبیعی فراهم شد.
در امریکا صنعت گاز برای اولین بار توسط دولت فدرال و در سال 1938 دارای مقررات گردید.
گاز در ایران
استفاده از گاز طبیعی علیرغم حجم زیاد و اهمیت حیاتی ان بعنوان یک عامل تعیین کننده و موثر در اقتصاد ما تاریخچه کوتاهی دارد.
از سال 1287 که اولین چاه نفت در منطقه مسجد سلیمان مورد بهره برداری قرار گرفت تا 25 آذر ماه 1350 که پالایشگاه بید بلند رسما افتتاح گردید مدت 63 سال گازی که همراه نفت بدست میامد می سوخت واز این رهگذر سالانه مقادیر زیادی از ثروت مملکت ما نابود میشد و تنها مقدار ناچیز 3% آن به مصرف می رسید.مقدار گاز هدر رفته ظرف مدت یاد شده معادل ارزش حرارتی کل محصولات پالایشگاه آبادان در مدت 7 سال میباشد. با توجه به ظرفیت پالایش نفت در آبادان(650-600 هزار بشکه در روز) بعد ضرر و زیان آن احساس میشود.
بر طبق محاسبات انجام شده ذخایر گاز ایران بالغ بر 2500 تا 600 تریلیون فوت مکعب براورد شده و در سطح جهان بعد از روسیه در جای دوم قرار دارد.
گاز در صنعت مقدار گازی که برای استحصال انرژی و یا مولد ترکیبات شیمیایی و پتروشیمی مصرف میشود بسیار زیاد است. گازهای مولد انرژی مخلوطی از هیدروکربنهای سبک هستند که ممکن است ناخالصیهایی هم داشته باشند که قبل از مصرف باید جدا شوند. گاز طبیعی ممکن است بعنوان همراه نفت و یا مستقلا از منابع گاز زیر زمینی مانند کنگان و سرخس بدست آید.
عمده ترین ناخالصیهای موجود هیدروژن سولفور؛انیدریک کربنیک ورطوبت است.مقدار ناخالصیها بستگی به منابع تولید دارد و امکان دارد که مقدار هیدروژن سولفور آن تا 50%مجموع نیز برسد.
پیشگفتار

همانطور که میدانیم زغال سنگ تا اوایل قرن بیستم منبع اصلی وعمده تولید انرژی بود. اما وقتی انسان دریافت نفت را که از دیرباز می شناخته و فقط به مصارف محدودی میرسانده برای تولید حرارت و انرژی به مراطب از سوختهای جامد بهتر است شروع به استخراج نفت از دل زمین نمود.

نیاز روز افزون انسان در دستیابی به منابع انرژی موجب گردید که صنعت گاز نیز بگونه ای چشمگیر مورد توجه قرار گیرد.پس از جنگ جهانی دوم مصرف گاز به سرعت رو به فزونی گذارد و در نتیجه بسیاری از کشورهای صنعتی جهان برنامه هایی برای تولیدوتصفیه واستفاده از گاز تدارک دیدند. بدیهی است که طی سالهای مورد بحث هر جه سهم گاز افزایش میافت از سطح استفاده از زغال سنگ ونفت به عنوان منابع تامین کننده انرژی کاسته می شد.

این جزوه با استفاده از تجربیات و منابع مختلف تهیه گشته وامید است این تلاش کمک موثری در به ثمر رساندن اهداف آموزشی و همچنین وسیله ای برای استفاده دانش پژوهان باشد.

توجه به این نکته ضروری است که عکسهای مورد استفاده در این گزارش مربوط به پالایشگاه گاز خاصی نمی باشد ولی در عین حال در تمامی پالایشگاههای گاز مورد استفاده قرار می گیرند.

تاریخچه نفت

صنعت نفت در جهان تاریخی بسیار کهن دارد وقدیمیترین تمدنی که تا به حال شناخته شده در درههای نیل ؛دجله و فرات و در چین بوده است. اسناد تاریخی و کاوشهای باستان شناسی نشان می دهد که مردم مزبور از کهنترین روزگاران نفت را می شناختند.چهار هزار سال قبل از میلاد مسیح مردم دجله و فرات قیر را به عنوان ملاط ساختمانها به کار میبردند.در ایران کاوشهای باستان شناسی معلوم داشته که ساکنین کشور ما از 5 تا 6 هزار سال پیش قیر را به عنوان ملاط در ساختمان و یا برای نصب و بهم چسباندن جواهرات و ظروف سفالین و اندود کردن کشتیها بکار میبردند.

در سال 1908 نفت در خاورمیانه برای اولین بار در ایران ودر شهر مسجد سلیمان کشف شد و بعد از آن در دیگر کشورهای خاور میانه نفت کشف شد.

تئوری پیدایش نفت

تئوریهای مختلفی نسبت به پیدایش نفت و گاز طبیعی وجود دارد و بطور دقیق نمیتوان گفت منشا موادی که نفت رابوجودآورده چه بوده است امادو نظریه ای که بیشترازهمه عمومیت داردعبارتنداز
:

1:پیدایش نفت معدنی یا غیر عالی:پیدایش نفت به طریق معدنی ترکیب هیدروژن و کربن تحت فشار و درجه حرارت موجود در اعماق زمین است.

2:پیدایش نفت به طریق آلی:در اثر به وجود آمدن هیدروژن و کربن حاصل از گیاهان و حیوانات در دریاها بخصوص حیوانات ریز ذره بینی بنام پلانکتون و پس از یکسری فعل و انفعالات شیمیایی نفت تشکیل شده است.

میدانید که تئوری آلی بیشتر مورد قبول دانشمندان است زیرا دلایل و شواهد نشان میدهد که در جاییکه مخازن نفتی وجود دارد بیشتر زمینهایی هستند که زمانی دریا بوده اند.

از لحاظ شیمیایی نفت مرکب از دو عنصر کربن و هیدروژن بصورت خالص گازی است سبک و آتشگیر. نفت از جهتی خالص و از جهتی مرکب است.بدان جهت خالص است که ترکیبی از هیدروکربونهای گوناگون است و ساختمان ملکولها به واسطه کم و زیاد شدن تعداد اتمها یکی از دو عنصر مذکور با هم متفاوت است و این بر حسب ترکیب ملکولهای اتمهای کربن است.

مخزن زیر زمینی گاز و نفت
بطور کلی برای بوجود آمدن یک مخزن نفت باید عوامل زیر موجود باشد:

1:مبدا هیدروژن و کربن که از گیاهان و حیوانات زمینی و دریایی مدفون شده در زیر گل و لای در مکانی که زمانی دریا بوده.

2:شرایطی بوجود بیاید تا این نباتات و حیوانات تجزیه شده و هیدروژن وکربن حاصل از آن با هم ترکیب شوند و نفت و گاز طبیعی را بوجود بیاورند

3:سنگهای متخلخل وجود داشته باشد تا هیدروکربن بتواند از جائیکه تشکیل شده حرکت (مهاجرت) کند.

4:طبقه غیر قابل نفوذی وجود داشته باشد تا از حرکت بیشتر هیدروکربن جلوگیری کند (cap rock) و آنرا بصورت جمع آوری شده در مخازن نفتی نگهدارد.

تقریبا در تمام منابع نفتی مقداری گاز در نفت بصورت حل شده وجود دارد که سبب ذخیره سازی انرژی گاز بصورت انرژی پتانسیل است و در هنگام بهره برداری سبب می شود که نفت به همراه گاز به سطح زمین انتقال یابد.

در بعضی مواقع مقدار این گاز آنقدر زیاد است که ضمن آنکه مقداری در نفت حل شده مقدار زیادی بطور گاز ؛آزاد در بالای نفت با فشار زیاد جمع میشود که اصطلاحا کلاهک گاز( (gas cap گویند و بهره برداری نفت با آن خیلی بیشتر از راندن توسط گاز حل شده به تنهایی است.(gas cap drive ).

تاریخچه صنعت گاز طبیعی
در طول بخش اعظم قرن نوزدهم گاز طبیعی منحصرا به عنوان منبع روشنایی به کار میرفت.در آنزمان مکانیزمی موجود نبود که گاز طبیعی را به منازل برای گرمایش یا کاربردهای دیگر ببرد.

بنابراین گاز طبیعی برای روشنایی خیابانهای شهر بکار میرفت.بعد از دهه 1980 برق جای گاز را گرفت و در نتیجه کاربریهای جدیدی برای گاز طبیعی مورد نیاز واقع شد.

برای یک دوره کوتاه شرکتهای گاز رسانی سعی کردن که برای وسایل کوچک گاز سوز بازار مناسبی پیدا کنند. نظیر ابزار فر دادن مو ؛اتو ونظایر آن که اینها هم به سرعت از رده خارج شدند.اختراع رابرت باتسن در سال 1885 تحت نام مشعل باتسن که هوا را با گاز طبیعی مخلوط مینمود با ظهور کنترل ترمواستاتیکی به مشتریان اجازه داد که از خواص حرارتی گاز طبیعی استفاده کنند.

تولید کنندگان گاز به زودی توجه خود را به خواص حرارتی گاز معتوف کردند و از آن به عنوان سوختی برای گرمایش فضا؛ حرارت دادن آب و پخت و پز استفاده نمودند تا جنگ جهانی دوم بازار صنعت و نیروگاههای برای گاز طبیعی کوچک بود ؛اما بعد از جنگ گاز طبیعی به راحتی در دسترس قرار گرفت.تا قبل از جنگ جهانی سیستم خط لوله بین ایالات استفاده ای نداشت زیرا گاز اگر همراه بود سوزانده میشد و اگر مستقل بود در محل میماند. یکی از اولین خط لوله های گاز طولانی در سال 1891 ساخته شد ؛طول آن 120 مایل ( km 193 )بود و گاز را از ایالت ایندیانا به شیکاگو میبرد. این خط از تقویت فشار استفاده نمیکرد؛زیرا خود گاز تحت فشار بود و با فشار حدود psi 525 به طرف مقصد حرکت میکرد. توسعه شبکه های بزرگ انتقال گاز تا سال 1920 به علت کیفیت پایین خطوط لوله و عدم اتصال مطلوب قطعات خطوط لوله به تعویق افتاد.جنگ و رکود عظیم حاصل از آن احداث خطوط انتقال عمده را برای یک دهه به تعویق انداخت.به هر حال در طول سالهای جنگ پبشرفت متالوژی؛ تکنیکهای جوشکاری و خم کردن لوله ها بر موانع حمل و نقل گاز غلبه کرد و این غلبه تا سالهای 1960 ادامه داشت و باعث احداث هزاران مایل خط لوله در سراسر جهان گردید.همینکه سیستم انتقال و توزیع قابل اعتمادی ایجاد شد صنایع شروع به استفاده از گاز در واحدهای ساخت و فرایند خود نمودند.سرویسهای الکتریسیته نیز دریافتند که گاز سوخت خوبی برای بویلرهایشان میباشد. گاز طبیعی نیز برای گرم کردن منازل استفاده گردید.

کاربریهایی چون آبگرمکن؛اجاق و خشک کن لباس هم برای گاز طبیعی فراهم شد.

در امریکا صنعت گاز برای اولین بار توسط دولت فدرال و در سال 1938 دارای مقررات گردید.

گاز در ایران

استفاده از گاز طبیعی علیرغم حجم زیاد و اهمیت حیاتی ان بعنوان یک عامل تعیین کننده و موثر در اقتصاد ما تاریخچه کوتاهی دارد.

از سال 1287 که اولین چاه نفت در منطقه مسجد سلیمان مورد بهره برداری قرار گرفت تا 25 آذر ماه 1350 که پالایشگاه بید بلند رسما افتتاح گردید مدت 63 سال گازی که همراه نفت بدست میامد می سوخت واز این رهگذر سالانه مقادیر زیادی از ثروت مملکت ما نابود میشد و تنها مقدار ناچیز 3% آن به مصرف می رسید.مقدار گاز هدر رفته ظرف مدت یاد شده معادل ارزش حرارتی کل محصولات پالایشگاه آبادان در مدت 7 سال میباشد. با توجه به ظرفیت پالایش نفت در آبادان(650-600 هزار بشکه در روز) بعد ضرر و زیان آن احساس میشود.

بر طبق محاسبات انجام شده ذخایر گاز ایران بالغ بر 2500 تا 600 تریلیون فوت مکعب براورد شده و در سطح جهان بعد از روسیه در جای دوم قرار دارد.

گاز در صنعت
مقدار گازی که برای استحصال انرژی و یا مولد ترکیبات شیمیایی و پتروشیمی مصرف میشود بسیار زیاد است. گازهای مولد انرژی مخلوطی از هیدروکربنهای سبک هستند که ممکن است ناخالصیهایی هم داشته باشند که قبل از مصرف باید جدا شوند. گاز طبیعی ممکن است بعنوان همراه نفت و یا مستقلا از منابع گاز زیر زمینی مانند کنگان و سرخس بدست آید.

عمده ترین ناخالصیهای موجود هیدروژن سولفور؛انیدریک کربنیک ورطوبت است.مقدار ناخالصیها بستگی به منابع تولید دارد و امکان دارد که مقدار هیدروژن سولفور آن تا 50%مجموع نیز برسد.

مراحل تشکیل انوع زغال سنگ
زغال سنگ از بقایای درختان ، بوته ها و سایر گیاهان زنده بوجود می آید. نشو و نمای این گیاهان در دوره هایی 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 زغال خیز به بخشی از زمان می گویند که به پایان دوران اول زمین شناسی مربوط بوده و از حدود 345 میلیون سال قبل آغاز می شود.) پدید آمدند.

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 بی اطلاع است. پاره ای واقعیتهای پذیرفته شده در این مورد عبارتند از :

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

قسمت اعظم انواع نفت محتوی پورفیرین ، مجموعه ای از ترکیبات هیدروکربن دار ، که یا از کلروفیل و یا از "همین" (hemin) ، ماده قرمز کننده خون ، مشتق شده اند.

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

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

علاوه بر این نفت معمولا با سنگهای رسوبی که بر اثر فعالیتهای دریایی ته نشین شده اند، توام است.

حدسی دیگر
احتمالا ماده ای آلی که نفت را بوجود آورده است، شامل گیاهان پلانکتونی تک یاخته ای از قبیل دیاتمها ( diatom ، جلبک تک یاخته یا چند یاخته ای است که دارای جدارهای یاخته ای سیلیسی است) ، جلبک سبز ـ آبی و حیوانات پلانکتونی تک یاخته ای مانند فورامینی فرا (Foraminefera موجود ذره بینی دارای پوسته آهکی) ، بوده است. این شکلهای ابتدایی حیات در بیش از یک میلیارد سال قبل فراوان بودند و می توانسته اند 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.

دیاژنر
دیاژنر به مجموعه اعمالی گفته می شود که در ضمن آن تغییرات شیمیایی ، رسوبهای سست را به صخره تبدیل می کنند، این پدیده ای است با حرارت و فشار نسبتا پایین صورت می گیرد. پدیده یاد شده از این واقعیت ناشی می شود که نفت را می توان 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 اجتناب ناپذیر 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 می شود. 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 می شود.

افسانه های 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 می رفت)، 2000 سال قبل از میلاد مسیح رایج و به مفهوم شعله کردن استعمال می شد. 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 می شود، توسط شاه توکولتی نینورتا (King Tukulti Ninurta) ، پادشاه بابل ، در 885 قبل از میلاد به عنوان صدای خدایان که از شکاف صخره ها سخن می گویند، توصیف شده است.

زغال سنگ از تغییرات بیولوژیکی ناشی از افزایش فشار و بالا رفتن دما بر روی گیاهان از روزگاران بسیار دور بوجود آمده است. کربن موجود در زغال سنگ به صورت ترکیب های مختلف آلی از جمله اسیدهای کربوکسیلیک متراکم شده و به صورت ترکیبات آروماتیک با حلقه های ناجور (که علاوه بر کربن ، شامل هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و گوگرد نیز می باشند) در آمده است.

نگاه اجمالی
تقریبا از همه انواع زغال سنگ ها به منظور سوخت و تهیه زغال کک ، می توان استفاده کرد. بیش از 80 درصد مصرف زغال سنگ ها برای تولید برق ، بخار در صنایع ، حمل و نقل یا سوخت و فرآیندهای متالوژی و … بکار می روند. قسمت دیگر زغال سنگ نیز در فرآیند کربونیزاسیون برای تولید کک ، گاز زغال سنگ ، آمونیاک ، قطران زغال سنگ و محصولات نفتی سبک مصرف می شود. علاوه بر این ، مقادیر قابل توجهی از زغال سنگ به عنوان پُرکننده ، رنگدانه ، در تصفیه آب و … مورد استفاده قرار می گیرد.

تاریخچه
بیش از دو هزار سال پیش ، در چین ، یونان و ایتالیا زغال سنگ به عنوان یک ماده سوختی مورد استفاده قرار می گرفت. البته استخراج آن از معدن در حدود قرن دهم میلادی در آلمان آغاز شد.

منشاء زغال سنگ
امروزه ، روشن است که زغال سنگ ، منشاء گیاهی دارد و طی فرآیندهای طولانی شیمیایی ، بیولوژیکی و ژئولوژیکی در دوران گذشته ، تشکیل شده و به صورت ذخیره های پرارزشی در آمده است که امروزه انسان از آن بهره برداری می کند. همه زغال سنگ ها ، به یک طریق بوجود نیامده اند، بلکه با توجه به دوران مختلف زمین شناسی و شرایط متفاوت آنها ، نوع تغییرات موثر در بوجود آوردن زغال سنگ ها نیز متفاوت بوده است. از اینرو ، امروزه ، چند نوع زغال سنگ در معادن وجود دارد.

فرآیندهای تشکیل زغال سنگ
مواد گیاهی اساسا از سه عنصر اصلی کربن ، هیدروژن و اکسیژن ، همچنین مقادیر اندکی از اجسام کانی و نیتروژن تشکیل یافته اند. قسمت عمده گیاهان را سلولز ، به فرمول C6H10O5 ، تشکیل می دهد که ضمن فرآیندهای گوناگون بیوشیمیایی و ژئوشیمیایی به زغال سنگ مبدل می شود.

فرآیندهای بیوشیمیایی
وقتی یک ماده آلی شامل کربن و هیدروژن و اکسیژن ، مانند سلولز ، در هوای معمولی می سوزد، بطور کامل به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شود، اما وقتی که همین مواد در شرایط کمبود اکسیژن می سوزند، عمل سوختن بطور ناقص صورت می گیرد و در نتیجه قسمتی از کربن و تمامی اکسیژن و هیدروژن از سلولز حذف شده و جسم سیاهی برجا می ماند که زغال نامیده می شود.

تخریب مواد گیاهی ، نتیجه اکسید شدن آنها توسط باکتری ها و دیگر میکرواورگانسیم ها می باشد که خود به دو عامل بستگی دارد:

یکی میزان مقاومت قسمتهای مختلف گیاهان در برابر شرایط محیطی مردابها و دیگری نوع قارچ یا باکتری که موجب تخریب کامل گیاه می شود. تخریب مواد آلی در غیاب اکسیژن ، مثلا در زیر آب ، نیز به تشکیل زغال سنگ منتهی می شود که در این صورت ، هیدروژن به آب و قسمتی از کربن به دی اکسید و منوکسیدکربن تبدیل می شود و مقداری از هر دو به شکل متان خارج می شوند.

در فرآیندهای تبدیل سلولز به لیگنیت و زغال سنگ قیری ، محصول بدست آمده از تخریب مواد گیاهی که در حقیقت پیش ترکیب زغال سنگ است، پیت نامیده می شود که برای تشکیل آن ، مواد چوبی در جاهای مرطوب دستخوش تغییرات فیزیکی و شیمیایی اساسی می شوند. شرایطی که در آن ، در زمانهای گذشته پیت تشکیل شد، تفاوت چندانی با شرایط امروزی ندارد.

احتمالا در دوران گذشته ، هوا نسبتا گرمتر و میزان بارندگی بیشتر و منظم تر بود. در نتیجه ، رشد گیاهانی که سرانجام آنها ، پس از طی دوره های گوناگون زمین شناسی ، تبدیل شدن به پیت و زغال سنگ می باشد، بیشتر از امروز بود.

فرآیندهای ژئوشیمیایی
بطور کلی در این فرآیند ، پیت به انواع زغال سنگ تبدیل می شود. تبدیل پیت به زغال سنگ قیری نتیجه اثرات طولانی فشار و دما است و تبدیل آن به آنتراسیت به فشار و دمای باز هم بیشتر نیاز دارد که از فرآیند تشکیل کوهها و حرکت افقی پوسته زمین ناشی می شود. فرآیند تبدیل پیت به زغال سنگ ، با کاهش مقدار رطوبت ، اکسیژن ، هیدروژن و حجم مواد فرار (دی اکسیدکربن ، منوکسیدکربن و گازهای دیگر) موجود در آن و افزایش درصد کربن ثابت ، گوگرد و در بسیاری موارد ، محتویات خاکستر آن همراه است. این فرآیند تبدیل ، بطور کلی به عوامل ژئولوژیکی زیر مربوط است:

فشار و حرارت : که این خود به عمق رگه های پیت در لایه های زیرزمینی مربوط می شود.

زمان : هر چه زمان ذخیره سازی زغال سنگ طولانی تر باشد، عمل تشکیل زغال سنگ کاملتر است.

دگرگونی ساختار

حرارت ناخواسته ناشی از صخره های مجاور

ترکیب و ساختار گیاه

شرایط محیطی
پیرولیز زغال سنگ
تمام انواع زغال سنگ ها بر اثر گرما تجزیه می شوند و بر حسب نوع آنها و شرایط تجزیه (فشار و دما) ، به مواد گوناگون مفیدی تبدیل می شوند که از نظر کاربردهای صنعتی و تجاری اهمیت به سزایی دارند. بیشتر انواع زغال سنگ ها ، در دمای حدود 100 درجه سانتی گراد رطوبت خود را از دست می دهند و تا دمای 400 درجه سانتی گراد تجزیه می شوند و مقداری مواد روغنی و گازی شکل تولید می شود. با افزایش دما به میزان 1 تا 2 درجه سانتی گراد در هر دقیقه ، تا دمای 45 درجه سانتی گراد بیشترین مقدار محصولات بدست می آید که عمدتا شامل قطران زغال سنگ است.

این مواد ، ترکیبات گوناگون آروماتیکی مانند بنزن ، تولوئن ، گزیلن ، فنل ها ، نفتالین ، فتانترن) ، آنتراسن و غیره را در بر دارد و به روش تقطیر می توان آنها را از یکدیگر جدا کرد، اما اگر دما به 900 درجه برسد، قطران خود تجزیه می شود و از مقدار محصولات مفید کاسته می شود. مواد جامد حاصل از پیرولیز زغال سنگ عمدتا شامل زغال کک (با توان گرمایی پایین و توان گرمایی بالا) ، دوده (برای رنگدانه ها) ، گرانیت (برای الکترودها) ، کربن فعال و مواد ساختمانی است. بطور کلی ، در فرآیند پیرولیز حدود %70 زغال سنگ به کک و %5 آن به قطران تبدیل می شود.

کاربردهای مهم زغال سنگ
از زغال سنگ به عنوان سوخت در نیروگاه های حرارتی مولد برق ، در تولید بخار توسط توربین های بخار در کارخانجات صنعتی ، راه آهن و در کشتی ها و نیز به صورت سوخت خانگی در برخی از کشورها استفاده می شود. تقریبا 87% زغال سنگ جهان برای تولید گرما و دیگر انواع انرژی های مربوطه سوزانیده می شود. بدیهی است که ضمن سوختن زغال سنگ فرآورده های جنبی مانند گازهای سوختنی ، زغال کک و قطران نیز بدست می آید. باید توجه داشت که در برخی از کشورهای جهان ، قسمتی از گازهای سوختی شهری از زغال سنگ تهیه می شود.

برای این منظور ، زغال سنگ را با جریانی از بخار آب و اکسیژن در فشار 20 تا 30 اتمسفر مجاور می کنند. در این عمل قسمتی از زغال سنگ در مجاورت با بخار آب و اکسیژن به هیدروژن و منوکسید کربن تبدیل می شود. بعد ، این فرآورده های گازی را در مجاورت کاتالیزور آهن به هیدروکربن و یا بوسیله کاتالیزور روی و مس به متیل الکل تبدیل می کنند. علاوه بر مصارف سوختی ، از زغال سنگ در تهیه بسیاری از مواد مفید و مهم آلی و غیرآلی استفاده می شود که عمدتا از تقطیر قطران حاصل از پیرولیز زغال سنگ و یا مواد جامد باقی مانده از عمل پیرولیز تهیه می شود.

خطرات ناشی از معادن زغال سنگ
یکی از عوامل خطرات بهداشتی و جانی که کارکنان صنایع زغال سنگ با آن مواجه هستند، گاز متان است که معمولا در معادن زغال سنگ وجود دارد، زیرا مخلوط 5 تا 15 درصد آن با هوا انفجار آمیز است. از این رو ، مقدار گاز متان در معادن زغال سنگ باید دقیقا کنترل شود. البته علاوه بر متان ، گازهای دیگری مانند منوکسید کربن ، دی اکسید گوگرد نیز همراه با آن در معادن زغال سنگ وجود دارند که نه از نظر انفجار بلکه از نظر مسموم کنندگی می توانند برای سلامتی کارگران معدن زیان آور باشند.

برای جلوگیری از خطرات ناشی از این گاز ، معمولا آن را با دستگاه ویژه ای از معدن زغال سنگ خارج می کنند. اکسیداسیون پیریت در هوا ممکن است به تشکیل اسید سولفوریک منتهی شود که از طریق آبهای جاری وارد منابع ذخیره آب شده و موجب آلودگی آن شود. تنفس گرد و غبار زغال سنگ نیز موجب بروز بیماری پنوموکونیوزیز می شود که به بیماری سیاه ریه نیز موسوم است. در این بیماری ذرات زغال سنگ ریه ها را از لایه سیاه رنگی می پوشانند و عمل تنفس را با دشواری روبرو می کند.
تاریخچه استخراج نفت
سابقه اکتشاف نفت در ایران به حدود 4000 سال پیش می رسد. ایرانیان باستان به عنوان مواد سوختی و قیراندود کردن کشتی ها ، ساختمانها و پشت بامها از این مواد استفاده می کردند. نادر شاه در جنگ با سپاهیان هند قیر را آتش زد و مورد استفاده قرار داد. در بعضی از معابد ایران باستان برای افروختن آتش مقدس از گاز طبیعی استفاده شده و بر اساس یک گزارش تاریخی یک درویش در حوالی باکو چاه نفتی داشته که از فروش آن امرار معاش می کرده است.

عکسبرداری هوایی
اگر در منطقه ای به وجود نفت مشکوک شوند از آنجا عکسبرداری هوایی می کنند تا پستی و بلندیهای سطح زمین را دقیقا منعکس نمایند. آنگاه عکس را به صورت فتوموزائیک درآورده و با دستگاه استریوسکوپ مورد مطالعه قرار می دهند.

نقشه برداری عملی
برای گویا کردن عکسهای هوایی نقشه برداری از محل ، توسط اکیپی صورت می گیرد. فواصل و اختلاف ارتفاع با دستگاه فاصله یاب یا تئودولیت تعیین می شود و بدین ترتیب نقطه به نقطه محل مورد نظر مطالعه می شود.

نقشه کشی
اطلاعات بدست آورده را بوسیله دستگاه پانتوگراف در اندازه های بزرگتر و یا کوچکتر رسم کرده و همراه با عکسهای هوایی نقشه پانتوگرافی که پستی و بلندیهای سطح زمین را نشان می دهد رسم می کنند.

آزمایش روی نمونه های سطحی
پس از نمونه برداری ، آنها را شماره گذاری کرده و در کیسه های مخصوص به آزمایشگاه می فرستند. در آنجا بر روی یک شیشه مستطیل شکلی کمی چسب کانادا قرار داده و مقداری از خرده سنگهای دانه بندی شده را روی آن می چسبانند. سپس آنها را سائیده تا ضخامت آن 0.2 میلیمتر گردد و نور بتواند از آن عبور کند. این نمونه ها را که اسلاید می گویند در زیر میکروسکوپ قرار داده تا از نظر زمین شناسی ، نوع سنگ ، فسیل شناسی ، میکروفسیل شناسی و ساختار زمین مورد بررسی قرار گیرد.

رسم نقشه زمین شناسی
با در دست داشتن نتایجی که از روی نمونه های سطح زمین بدست آمده ، عکسهای هوایی و نقشه های توپوگرافی ، نقشه زمین شناسی سطح زمین را رسم می کنند. با داشتن خطوط میزان منحنی ، بعد سوم یا ارتفاعات را هم روی آنها مشخص می کنند.

نقشه ساختمانی زیرزمینی
برای آگاهی نسبت به زیر زمین نیاز به روشهای غیر مستقیم است که یکی از آنها روشهای ژئوفیزیکی است. بوسیله این روشها شکل لایه های زیر زمین را مشخص کرده و می توان تا اعماق زیادی اکتشاف غیر مستقیم نمود.

حفر چاه
پس از اطمینان از اینکه لایه های اعماق زمین مناسب ایجاد نفتگیر است و در صورتی که ذخیره هیدروکربورهای آن قابل ملاحظه باشد، محل حفر چاه را با علامت روی زمین مشخص کرده و دکل حفاری را در محل بر پا می کنند. عملیات جاده سازی از جاده اصلی تا سر چاه و کارگذاری یک لوله آب به منظور آبرسانی به دستگاههای حفاری نیز انجام می شود. دستگاه حفاری قابل حمل بوده و دکلهای بزرگ از چندین قسمت تشکیل شده اند که به هنگام استفاده قطعات آن را به هم وصل می کنند.

آزمایش روی نمونه های عمقی
در ضمن حفاری خرده سنگهایی که بوسیله گل حفاری به سطح زمین آورده شده اند توسط الک هایی از گل حفاری جدا شده و برای مطالعه به آزمایشگاه می فرستند. آگاهیهای بدست آمده را به عنوان یک داده جدید به سیستم اکتشاف می دهند.

تهیه مقاطع بزرگ
برای تهیه مقاطع بزرگ از یک مته الماسه موجدار توخالی استفاده می شود تا لایه های اعماق زمینی را برش داده و به سطح زمین آورد. روی این لایه ها که به مغزه معروف است عمق را نوشته و برای آزمایش در جعبه های مخصوص نگهداری می کنند روی این مغزه ها دو دسته عملیات انجام می گیرد یکی مطالعات مهندسی مخازن یا پتروفیزیکی است که در آن میزان خلل و فرج سنگ را اندازه گیری می کنند، و دیگری مطالعات زمین شناسی است که روی مقاطع نازک آن صورت می گیرد. برای این کار اسلایدی به ضخامت 0.2 میلیمتر از آن تهیه کرده و به آن آلیزارین یا فروسیانور می افزایند تا معلوم شود که نوع سنگ ، آهکی و یا از جنس دولومیت است. در صورتی که سنگ آهکی باشد رنگ اسلاید قهوه ای می شود.

نتیجه گیری
نتایج را در جداولی یادداشت کرده و اسلایدهای لایه های مختلف چاه را پس از شماره گذاری در جعبه های مخصوص بایگانی می کنند. این جعبه ها شناسنامه چاه مربوطه می باشند. با انجام آزمایش لحظه به لحظه کار حفاری دنبال شده تا تحت کنترل قرار گیرد. با حفر چاه به ذخیره اطلاعاتی آن منطقه افزوده تر می شود تا بالاخره نفت این ماده حیاتی پرارزش در خدمت بشر قرار گیرد. ماده ای که پس از مواد غذایی بهترین ارزش را در زندگی بشر امروز دارا می باشد.
-=زغال سنگ به انواع مختلفی طبقه بندی می شود. در این طبقه بندی درصد کربن ثابت ، درصد مواد فرار و دیگر خواص فیزیکی و شیمیایی مورد توجه قرار دارد.=-

آنتراسیت
این نوع زغال سنگ خود به انواع زیر تقسیم می شود:

متا آنتراسیت : دارای %98 کربن ثابت و %2 مواد فرار است. این نوع زغال سنگ به ندرت یافت می شود و کارایی سوختی ندارد.

آنتراسیت : دارای %92 تا %91 کربن ثابت و %2 تا %8 مواد فرار با رنگ خاکستری است و با شعله آبی کم رنگ کوتاه همراه با بو می سوزد. از سوختن آن کک تشکیل نمی شود. ارزش سوختی آن از سمی آنتراسیت و یا زغال سنگ قیری مرغوب کمتر است.

سمی آنتراسیت : دارای %86 تا %92 کربن ثابت و %8 تا %14 مواد فرار است. به دلیل افزایش درصد مواد فرار در آن ، با شعله کوتاه زرد رنگ می سوزد و چون سریعتر از آنتراسیت می سوزد، دارای کارایی و مصرف سوختی بیشتری است.
زغال سنگ های قیری
زغال سنگ قیری با فراریت کم : دارای %76 تا %78 کربن ثابت و %14 تا%22 مواد فرار است و بدون دود می سوزد.
*زغال سنگ قیری با فراریت متوسط : دارای %69 تا %78 کربن ثابت و %22 تا %31 مواد فرار است، بدون دود می سوزد.

زغال سنگ قیری با فراریت بالا (A) : دارای توان گرمایی Mj 14.8 است.

زغال سنگ قیری با فراریت بالا (B) : دارای توان گرمایی Mj 13.7 است.

زغال سنگ قیری با فراریت بالا (C) : دارای توان گرمایی Mj 12.1 است.

زغال سنگ پست
این نوع زغال سنگ نیز به سه دسته با توان گرمایی بین Mj8.8 تا Mj12.1 تقسیم می شود و گاهی "لیگنیت سیاه" نیز نامیده می شود.

زغال سنگ شیار
این نوع زغال سنگ دارای مواد فرار و هیدروژن زیاد است و با شعله های طویل و با دمای بسیار بالا می سوزد. به علت نداشتن مواد چرب ، نوعی بافت منظم و دانه ای دارد که در دیگر انواع زغال سنگ ها دیده نمی شود. این نوع زغال سنگ مانند شیشه می شکند و دارای چگالی 1.2 تا 1.3 گرم بر سانتیمتر مکعب است.

لیگنیت
این نوع زغال سنگ خود به خود به دو گروه ، یکی گروه لیگنیتی و دیگری گروه زغال سنگ قهوه ای تقسیم می شود. خواص فیزیکی و شیمیایی و حتی رنگ هر دو گروه خیلی به هم نزدیک است. بطوری که ممکن است اشتباها یکی به جای دیگری گرفته شود. توان گرمایی لیگنیت ها کمتر از Mj8.8 است.

مواد معدنی موجود در انواع زغال سنگ
علاوه بر مواد آلی موجود در زغال سنگ که ضمن تحول مواد گیاهی در فرآیندهای تشکیل زغال سنگ در آن باقی می ماند، مواد معدنی نیز در آن وجود دارد.

گوگرد
به میزان 0.3 تا 0.5 درصد در زغال سنگ یافت می شود و ممکن است در انواع زغال سنگ ها مقدار آن به مراتب بیشتر از این میزان باشد. اصولا گوگرد به صورت سولفید طبیعی آهن یا پیریت ، گچ و سولفیدهای دی الکیل یا دی اریل الکیل ، تیواتروتیوفن وجود دارند. سولفیدهای طبیعی آهن بیشتر از مواد گوگرددار دیگر به صورت رگه هایی در زغال سنگ وجود دارد که در موقع سوختن زغال سنگ ، به اکسید آهن (III) و گاز دی اکسید گوگرد تبدیل می شود.

اگر زغال سنگ در فضای بسته بدون حضور اکسیژن حرارت داده شود، دی سولفید آهن (II) به سولفید آهن (II) و گوگرد تجزیه می شود. سولفید آهن (II) در کک باقی می ماند و گوگرد حاصل در فرایندهای شیمیایی به صورت گاز SO2 خارج می شود. اگر گوگرد به صورت سولفات کلسیم در زغال سنگ وجود داشته باشد، چون می تواند در گرما مقاومت کند، در دماهای پایین مشکلی ایجاد نمی کند، اما ممکن است بر اثر گرمای زیاد در مجاورت کربن به سولفید کلسیم تجزیه شود. در این صورت ، کک همراه با مقداری CaS در کوره بلند ذوب آهن وارد می شود، در چدن نفوذ می کند و از مرغوبیت چدن و فولاد کاسته می شود.

کلر
احتمالا به صورت کلرید سدیم در زغال وجود دارد که به هنگام حرارت دادن زغال سنگ بوسیله سیلیس موجود در خاکستر زغال سنگ ، تجزیه شده و به صورت گاز کلرید هیدروژن خارج می شود. از اینرو ، ممکن است موجب خوردگی و خرابی دیگها و کوره های حرارتی شود.

فسفر
در بیشتر انواع زغال سنگ ها به مقدار کم به صورت فسفات کلسیم وجود دارد. مقداری از آن که در تجزیه شیمیایی برحسبP4O10 مشخص می شود، بین 0.1 تا 1.25 درصد متغییر است.

نیتروژن
به مقدار کم در انواع زغال سنگ ها به صورت نیتریل های آروماتیکی ، پیریدین ها و پیرول ها وجود دارد. زغال سنگ هایی که از نیتروژن غنی اند، معمولا با شعله بلند می سوزند. حدود پانزده درصد نیتروژن موجود در زغال سنگ ها ، به صورت آمونیاک خارج می شود. پنج درصد آن در کک باقی می ماند و حدود پنج درصد آن به سیانید هیدروژن و بقیه به صورت گازهای دیگر خارج می شود.

خاکستر
از سوختن انواع زغال سنگ ها ، جامدی غیر قابل سوختن باقی می ماند که عمدتا منشا معدنی دارد.

نفت ، "پترول" ، یا به اصطلاح روغنهای معدنی مخلوطی از هیدروکربورها می باشد که منابع آن اغلب در اعماق زمین وجود دارد. انگلیسیها کلمه لاتین "پترولئوم Petroleom " را پذیرفته اند، درصورتیکه آلمانیها آن را " اردل Erdol " به معنای روغن زمینی می نامند.

تاریخچه
این ماده را از قرنها پیش بصورت گاز در آتشکده و یا به فرم قیر (کاده ای که پس از تبخیر مواد فرار یا سبک نفت از آن باقی می ماند) می شناخته اند یا بطوری که در کتب مقدس و تاریخی اشاره شده است که در ساختمان برج بابل از قیر استفاده گردیده و کشتی نوح و گهواره موسی نیز به قیر اندوده بوده است. بابلی ها از قیر بعنوان ماده قابل احتراق در چراغها و تهیه ساروج جهت غیر قابل نفوذ نمودن سدها و بالاخره جهت استحکام جاده ها استفاده می کرده اند.

مدت زمان مدیدی ، مورد استعمال نفت فقط برای مصارف خانگی و یا به عنوان چرب کننده ها بود، اما از آغاز قرن شانزدهم میلادی روز به روز موارد استعمال آن رو به افزایش نهاد تا اینکه در سال 1854 دو نفر داروساز وجود یک فراکسیون سبک قابل اشتعال را در روغن زمینی تشخیص دادند و همچنین به کمک تقطیر ، مواد دیگری بدست آوردند که برای ایجاد روشنایی بکار می رفت. بر اساس این کار آزمایشگاهی بود که بعدا دستگاههای عظیم تصفیه نفت طرح ریزی و مورد بهره برداری قرار گرفت. صنعت نفت در آتازونی در سال 1859 شروع شد.

تاریخچه استخراج نفت در ایران
صنعت نفت ایران نیز از سال 1908 پس از هفت سال تفحص مکتشفین و کشف نفت در مسجدسلیمان واقع در دامنه جبال زاگرس ، پا به عرصه وجود گذاشت.

نفت خام
امروزه چاههای نفت متعددی در سراسر جهان وجود دارد که از آنها نفت استخراج می کنند و به نفتی که از چاه بیرون کشیده می شود، نفت خام می گویند. نفت خام را تصفیه می کنند، یعنی هیدروکربنهای گوناگونی را که نفت خام از آنها تشکیل شده است از یکدیگر جدا می کنند که به این کار پالایش نفت می گویند و در پالایشگاهها این کار انجام می شود. نفت منبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دور از عوامل اصلی اقتصادی مدرن بشمار می رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییر و تبدیل مواد خام اولیه آن بی اندازه استفاده می شود.

تشکیل نفت
نحوه پیدایش نفت دقیقا تشخیص داده نشده و در این مورد فرضیات گوناگونی پیشنهاد شده است. برخی از این تئوریها ، مربوط به مواد معدنی و بعضی دیگر مربوط به ترکیبات آلی می باشد.

تشکیل نفت از مواد معدنی
اساس این فرضیه بر این است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمین در اثر تماس با آب هایی که در زمین نفوذ می نماید، ابتدا ایجاد هیدروکربورهای استیلنی با رشته زنجیر کوتاه می کند. سپس هیدروکربورهای حاصل در اثر تراکم و پلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباع شده است.

تشکیل نفت از مواد آلی
بر اساس این فرضیه تشکیل نفت را در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور از هوا می دانند. زیرا در این شرایط ، قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده در اثر آب ، هیدرولیز می گردد. اسیدهای چرب حاصله ، تحت اثر فشار و درجه حرارت با از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدروکربورهائی با یک اتم کربن کمتر می نماید.

"انگلر Engler" از تقطیر حیوانات دریائی توانسته است مواد نفتی را تهیه نماید و با توجه به خاصیت "چرخش نوری" مواد نفتی که علت آن وجود گلسترین است (ماده ای که در بدن حیوانات وجود دارد) این فرضیه بیان و مورد تایید شده است. در صورتی که فرضیه های دیگر که مبتنی بر اساس مواد معدنی در تشکیل نفت می باشد، هیچگونه توضیح و دلیل قانع کننده ای در مورد این ویژگی نمی تواند بیان نماید.

همچنین نفت می تواند از تجزیه گیاهان تولید گردد. در این حالت ، خاصیت چرخش نور را به علت وجود ترکیب مشابه گلسترین یعنی پلی استرولها می دانند."مرازک Mrazec" ، میکروبها را در این تغییر و تبدیل موثر می داند.

تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی ، فعلا بیشتر مورد قبول می باشد و اختلاف قابل ملاحظه ای را که بین ژیزمان ها (منابع نفتی) مشاهده می گردد، بعلت شرایط و عوامل مختلف تشیکل ژیزمان ها می دانند.

مواد سازنده نفت خام
مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر نوع ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک منبع نسبت به منبع دیگر تغییر می کند. بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه – سولفوره – ازته و مواد معدنی می باشد.

خواص نفت خام
گرانی
چگالی نفتهای خام را بیشتر بر حسب درجه A.P.I به جای گرانی ویژه (چگالی نسبی) بیان می کنند. ارتباط بین این دو ، به گونه ای است که افزایش گرانی API با کاهش گرانی ویژه مطابقت می کند. گرانی نفت خام می تواند بین پایینتر از 10API تا بالاتر از 50API قرار بگیرد، ولی گرانی اکثر نفتهای خام در گستره بین 20 تا 45API قرار دارد. گرانی API همواره به نمونه مایع در 60 درجه فارینهایت اشاره دارد.

مقدار گوگرد
مقدار گوگرد و گرانی API دو خاصیتی هستند که بیشترین اثر را به ارزش گذاری نفت خام دارند. مقدار گوگرد بر حسب درصد وزنی گوگرد بیان می شود و بین 0,1 در صد تا 5 درصد تغییر می کند. نفتهایی که بیش از 0,5 درصد گوگرد دارند، در مقایسه با نفتهای کم گوگردتر ، معمولا محتاج فراورشهای گسترده تری هستند.

نقطه ریزش
نقطه ریزش نفت خام بر حسب F˚ یا c˚ معرف تقریبی پارافینی بودن یا آروماتیکی بودن نسبی آن است. هرچه نقطه ریزش پایینتر باشد، مقدار پارافین کمتر و مقدار آروماتیک بیشتر است.

حلالیت
قابلیت انحلال هیدروکربورها در آب عموما خیلی کم می باشد. مقدار آب موجود در هیدروکربورها با افزایش درجه حرارت زیاد می شود. حلالیت هیدروکربورها در کلروفرم ، سولفورکربن و تتراکلریدکربن حائز اهمیت است که با افزایش درجه حرارت ، زیاد و با افزایش وزن مولکولی کاسته می گردد. قابلیت انحلال آروماتیکها بیشتر بوده و بعد از آنها اولفین ها – نفتن ها – متانی ها قرار دارد.

ضمنا قابلیت انحلال ترکیبات اکسیژنه – ازته – سولفوره ، کمتر از هیدروکربورها می باشد. بالاخره نفت ، حلال هیدروکربورهای گازی شکل و تقریبا تمام هیدرورکربورهای جامد – گریس ها – رزین ها – گوگرد و ید می باشد.

نقطه جوش
نقطه جوش هیدروکربورهای خالص با وزن مولکولی و همچنین برای سری های مختلف با تعداد مساوی اتم کربن بترتیب از هیدروکربورهای اشباع شده به اولفین ها – نفتن ها و آروماتیکها افزایش می یابد. بدین ترتیب نقطه جوش هیدروکربورهای اشباع شده و اولفین ها از همه کمتر و سیکلوآلکان ها و آروماتیکها از سایرین بیشتر می باشد.

برای برش های نفتی که مخلوطی از هیدروکربورهای مختلف می باشند، یک نقطه جوش ابتدائی و یک نقطه جوش انتهایی در نظر گرفته می شود و حد فاصل بین این دو نقطه برای یک برش به نوع مواد سازنده اغلب زیاد و متغیر می باشد که به این حد فاصل بین دو نقطه "گستره تقطیر" گفته می شود.

گرمای نهان تبخیر
گرمای نهان تبخیر در یک سری همولوگ از هیدروکربن ها بترتیب از مواد سبک به سنگین کاهش می یابد و همچنین مقدار آن از یک سری به سری دیگر ، مثلا بترتیب از آروماتیکها به نفتن ها و هیدروکربورهای اشباع شده نقصان می یابد. بنابراین گرمای نهان تبخیر با دانسیته فراکسیون مربوط بستگی دارد.

قدرت حرارتی
قدرت حرارتی عبارت از مقدار کالری است که از سوختن یک گرم ماده حاصل می شود. قدرت حرارتی هیدروکربورها به ساختمان مولکولی آنها و قدرت حرارتی یک برش نفتی به نوع و مواد سازنده آن سبتگی دارد. قدرت حرارتی متان بیشتر از سایر هیدروکربورها و برابر با 13310 کیلوکالری به ازای یک کیلوگرم می باشد و مواد سنگین حاصله از نفت خام دارای قدرت حرارتی در حدود 10000 کیلو کالری می باشد.

اثر اسید نیتریک
هیدروکربورها در اثر اسید نیتریک به ترکیبات نیتره یا پلی نیتره تبدیل می شود. نیتراسیون برخی از مواد نفتی منجر به تهیه ترکیبات منفجره یا مواد رنگین می گردد.

موارد استعمال برخی از برش های نفتی بدست آمده از نفت خام
شیرین کردن آب دریا
یکی از موارد استعمال گازهای نفتی در صنایع وابسته به پالایشگاهها تهیه آب شیرین از آب شور می باشد.

به عنوان سوخت
از جمله ، بنزین برای سوخت موتورهای مختلف ، کروزون سوخت اغلب تراکتورها و ماشین های مورد استفاده در کشاورزی و همچنین موتورهای جت هواپیماها اغلب از کروزون یا نفت سفید می باشد، گازوئیل که موتورهای دیزل بعنوان سوخت از نفت گاز (گازوئیل) استفاده می نمایند، نفت کوره یا مازوت یک جسم قابل احتراق با قدرت حرارتی 10500 کالری بوده که بخوبی می تواند جانشین زغال سنگ گردد و سوختن آن تقریبا بدون دود انجام می گیرد.

روشنایی
از کروزون جهت روشنایی و همچنین برای علامت دادن به کمک آتش استفاده می شود، چون نقطه اشتعال کروزون بالاتر از 35 درجه است، لذا از نظر آتش سوزی خطری ندارد.

حلال
از هیدروکربورهای C4 تا C10 می توان برش هائی با دانسیته و نقاط جوش ابتدائی و انتهایی متفاوت تهیه نمود که مورد استعمال آنها اغلب بعنوان حلال می باشد. بعنوان مثال ، اتر نفت یک حلال سبک با نقطه جوش 75-30 درجه سانتیگراد و وایت اسپیریت (حلال سنگین) که از تقطیر بنزین بدست می آید بعنوان حلال ، رنگ های نقاشی و ورنی ها استفاده می گردد. همچنین برای تمیز کردن الیاف گیاهی و حیوانی و یا سطح فلزات از برش های خیلی فرار (تقطیر شده قبل از 110 درجه سانتیگراد) استفاده می شود.

روان کاری
روغنهای چرب کننده: نوعی روغن که جهت روان کاری بکار می رود. بستگی به شارژ ، سرعت ، درجه حرارت دستگاه دارد. انواع روغنها عبارتند از:

روغن دوک برای چرب کردن دوک ، موتورهای الکتریکی کوچک و ماشین های نساجی و سانتریفوژهای کوچک
روغن ماشین های یخ سازی جهت روغنکاری کمپرسورهای آمونیاکی کارخانجات یخ سازی
روغن ماشین های سبک جهت روان کاری موتورهای الکتریکی ، دینام ها و سانتریفوژهای با قدرت متوسط
روغن ماشین های سنگین مخصوص روغنکاری موتورهای دیزلی است مانند دیزل های سورشارژه و غیره
روغن برای سیلندرهای ماشین بخار
روغن برای توربین ها
روغن برای موتورهای انفجاری (اتومبیل و غیره)
روغن دنده
روغن موتورهایی که دائما با آب در تماس است.

گریس ها: یک روان کننده نیمه جامد است و متشکل از یک روغن نفتی و یک پر کننده (از سری صابونهای فلزی) یا سفت کننده (از مواد پلیمری) می باشد. کاربرد گریس بیشتر برای اتومبیل ها و برخی صنایع مناسب می باشد.

آسفالت و قیراندودی: در حال حاضر 75 درصد از باقیمانده حاصل از عمل تقطیر در خلاء برای پوشش جاده ها مورد استفاده قرار می گیرد.

موارد استعمال داروئی: از قبیل وازلین باعث نرم شدن پوست بدن گردیده و برای بهبود سرمازدگی نیز موثر است.

پارافین: از پارافین ذوب شده و خالص شده جهت ساخت داروهای زیبائی استفاده می گردد.

گلیسیرین: مقدار قابل ملاحظه ای از این ماده ، از نفت تهیه می گردد. علاوه بر مصارفی که گلیسیرین در صنعت (برای تهیه باروت دینامیت ، مرکب و غیره) دارد، از آن برای فرم نگه داشتن پوست بدن و یا تهیه داروهائی از قبیل گلیسیرین یده استفاده می شود.
دید کلی
نفت خام حاصل از چاه دارای مواد نا خواسته از قبیل آب و جامداتی مانند شن ، قیر و گازهای متان و اتان می باشد. برای جداسازی اینگونه عوامل ، آنرا وارد مخازنی می کنند تا جامدات موجود در آن ته نشین شده و گازهای آن خارج شود. سپس وارد جداساز سانتریفوژی شده که نقش آن جدا کردن تتمه آب ، گاز و جامدات معلق در آن می باشد. برای حذف نمکهای معدنی ، نفت را با آب ولرم می شویند. آنگاه قسمتی از نفت توسط لوله به پالایشگاه فرستاده شده و قسمتی جهت صدور به بنادر تلمبه می شود.

تقطیر
برای تفکیک برش های متشکله نفت خام ، عملیات فیزیکی و شیمیایی چندی بر روی آن بعمل می آورند تا فرآورده های مورد نیاز جامعه امروزی را تولید نمایند. از مهمترین آنها تقطیر جزء به جزء نفت است که در برج تقطیر صورت می گیرد. تقطیر جزء به جزء عبارت است از یک سری تبخیر و تبرید که در سینی های یک برج استوانه ای صورت می گیرد. مایعات خالص در فشار محیط ، در دمایی به جوش می آیند که در آن دما ، فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. مایعات مخلوط در حدود دمایی که حاصل جمع فشار های جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می آید.

در نقطه جوش ، فازهای بخار و مایع در حال تعادل می باشند. چنانچه فشار ، کاهش یابد، تبخیر صورت می گیرد و در حالت معکوس ، تبرید اتفاق می افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می شود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می کنند، با ترکیبات فرارتر مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ تر می شوند.

انواع تقطیر
تقطیر در فشار محیط: در این روش ، فرآیند تقطیر در فشار محیط صورت می گیرد.

تقطیر با بخار آب: وقتی که تقطیر در مجاورت بخار ماده مخلوط نشدنی صورت می گیرد، فشار بخار یکی تحت تاثیر دیگری قرار نگرفته و مخلوط در دمایی که مجموع فشارهای جزئی آنها برابر فشار محیط گردد تقطیر می شود.

تقطیر در خلا: در این روش ، فرآیند تقطیر در خلاء (در فشار 40 میلی متر جیوه) صورت می گیرد.

تقطیر در خلاء و بخار: این روش با انتقال گرما توسط بخار آب و با استفاده همزمان از پمپ خلاء جهت کاهش فشار کلی صورت می گیرد. بطور کلی این روش دارای اشکالاتی بوده و از آن زیاد استفاده نمی شود.

تقطیر در فشار: این روش برعکس تقطیر در خلاء بوده و باعث می شود که فرایند تقطیر ، در دمای بیشتری نسبت به آن در فشار محیط صورت گیرد و دمای بالاتر باعث گسسته شدن مولکولهای نفت گردیده و ترکیب آنها را تغییر می دهد.

روشهای جدید تقطیر: این روشها شامل یک یا دو مرحله تقطیر در فشار محیط بوده که توسط تقطیر با بخار همراه می شود.

تعداد صفحات : 73 | فرمت فایل : WORD

بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود