तेल हाइड्रोकार्बन: घटक, संरचना, संरचना

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-11 10:59

हाइड्रोकार्बन किसी भी तेल का सबसे महत्वपूर्ण घटक है। विभिन्न प्रकार के तेल में प्राकृतिक हाइड्रोकार्बन की सांद्रता समान नहीं होती है: 100 (गैस घनीभूत) से 30% तक। औसतन, हाइड्रोकार्बन इस ईंधन के द्रव्यमान का 70% बनाते हैं।

तेल में हाइड्रोकार्बन

तेल की संरचना में एक अजीबोगरीब संरचना के लगभग 700 हाइड्रोकार्बन की पहचान की गई है। वे सभी संरचना और संरचना में विविध हैं, लेकिन साथ ही वे उन पदार्थों की संरचना और संरचना के बारे में जानकारी संग्रहीत करते हैं जो प्राचीन बैक्टीरिया, शैवाल और उच्च पौधों के लिपिड का आधार बनाते हैं।

तेल की हाइड्रोकार्बन संरचना में शामिल हैं:

1. पैराफिन।
2. नेफ्थेनेस (साइक्लोअल्केन्स)।
3. सुगंधित हाइड्रोकार्बन (एरेन्स)।

अल्केन्स (स्निग्ध संतृप्त हाइड्रोकार्बन)

अल्केन्स किसी भी तेल के सबसे महत्वपूर्ण और अच्छी तरह से अध्ययन किए गए हाइड्रोकार्बन हैं। तेल की संरचना में C₁ से C₁₀₀ तक हाइड्रोकार्बन अल्केन्स शामिल हैं। उनकी संख्या 20 से 60% तक होती है और तेल के प्रकार पर निर्भर करती है। आणविक के रूप मेंद्रव्यमान अंश, सभी प्रकार में अल्केन्स की सांद्रता कम हो जाती है।

यदि विभिन्न संरचनाओं के चक्रीय हाइड्रोकार्बन तेल में समान रूप से आम हैं, तो एक निश्चित संरचना की संरचनाएं आमतौर पर अल्केन्स के बीच प्रबल होती हैं। इसके अलावा, संरचना, एक नियम के रूप में, आणविक भार पर निर्भर नहीं करती है। इसका मतलब यह है कि विभिन्न प्रकार के तेल में अल्केन्स की कुछ समरूप श्रृंखलाएं होती हैं: एक सामान्य संरचना के अल्केन्स, मिथाइल समूह के विभिन्न पदों के साथ मोनोमेथिल-प्रतिस्थापित, कम बार - डी- और ट्राइमेथाइल-प्रतिस्थापित अल्केन्स, साथ ही टेट्रामेथाइल एल्केन्स। आइसोप्रेनॉइड प्रकार। एक विशिष्ट संरचना के अल्केन्स तेल अल्केन्स के कुल द्रव्यमान का लगभग 90% बनाते हैं। यह तथ्य उच्च-उबलते वाले सहित विभिन्न तेल अंशों में अल्केन्स के अच्छे अध्ययन की अनुमति देता है।

विभिन्न भिन्नों के अल्केन्स

50 से 150 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, अंश I जारी किया जाता है, जिसमें 5 से 11 तक कार्बन परमाणुओं की संख्या वाले अल्केन्स शामिल होते हैं। अल्केन्स में आइसोमर्स होते हैं:

• पेंटेन - 3;
• हेक्सेन – 5;
• हेप्टेन - 9;
• ऑक्टेन - 18;
• नोनन - 35;
• डीन – 75;
• अंडेकन - 159.

इसलिए, अंश I सैद्धांतिक रूप से लगभग 300 हाइड्रोकार्बन शामिल कर सकता है। बेशक, सभी आइसोमर्स तेल में मौजूद नहीं होते हैं, लेकिन उनकी संख्या बड़ी होती है।

आकृति सर्गुट क्षेत्र से तेल के सी₅ – सी₁₁ तेल का क्रोमैटोग्राम दिखाती है, जहां प्रत्येक चोटी एक निश्चित पदार्थ से मेल खाती है.

200-430 °С के तापमान पर ₁₂ – С₂₇ के अंश II के अल्केन्स अलग-थलग होते हैं। आंकड़ा दिखाता हैभिन्न II के एल्केन्स का क्रोमैटोग्राम। क्रोमैटोग्राम सामान्य और मोनोमेथिल-प्रतिस्थापित अल्केन्स की चोटियों को दर्शाता है। संख्याएँ प्रतिस्थापकों की स्थिति दर्शाती हैं।

430°C के तापमान पर, रचना के अंश III के अल्केन्स С₂₈ – С₄₀।

आइसोप्रेनॉइड अल्केन्स

आइसोप्रेनॉइड एल्केन्स में मिथाइल समूहों के नियमित विकल्प के साथ शाखित हाइड्रोकार्बन शामिल हैं। उदाहरण के लिए, 2, 6, 10, 14-टेट्रामेथिलपेंटाडेकेन या 2, 6, 10-ट्राइमिथाइलहेक्साडेकेन। आइसोप्रेनॉइड अल्केन्स और स्ट्रेट चेन अल्केन्स अधिकांश जैविक पेट्रोलियम फीडस्टॉक बनाते हैं। बेशक, आइसोप्रेनॉइड हाइड्रोकार्बन के लिए और भी कई विकल्प हैं।

आइसोप्रेनॉइड्स की विशेषता होमोलॉजी और डिसिपिलिब्रियम है, यानी विभिन्न तेलों में इन यौगिकों का अपना सेट होता है। होमोलॉजी उच्च आणविक भार स्रोतों के विनाश का परिणाम है। आइसोप्रेनॉइड अल्केन्स में, किसी भी होमोलॉग की सांद्रता में "अंतराल" का पता लगाया जा सकता है। यह उनकी श्रृंखला (इस समरूप का गठन) को उस स्थान पर तोड़ने की असंभवता का परिणाम है जहां मिथाइल पदार्थ स्थित हैं। इस सुविधा का उपयोग आइसोप्रेनॉइड गठन के स्रोतों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

साइक्लोअल्केन्स (नेफ्थेनेस)

नेफ्थीन तेल के संतृप्त चक्रीय हाइड्रोकार्बन हैं। कई तेलों में, वे हाइड्रोकार्बन के अन्य वर्गों पर हावी होते हैं। उनकी सामग्री 25 से 75% तक भिन्न हो सकती है। सभी गुटों में पाया जाता है। जैसे-जैसे अंश भारी होता जाता है, उनकी सामग्री बढ़ती जाती है। नैफ्थीन मात्रा द्वारा प्रतिष्ठित हैंएक अणु में चक्र। नेफ्थीन को दो समूहों में बांटा गया है: मोनो- और पॉलीसाइक्लिक। मोनोसायक्लिक पांच- और छह-सदस्यीय हैं। पॉलीसाइक्लिक रिंग में पांच और छह-सदस्यीय रिंग दोनों शामिल हो सकते हैं।

निम्न-उबलते अंशों में मुख्य रूप से साइक्लोहेक्सेन और साइक्लोपेंटेन के एल्काइल डेरिवेटिव होते हैं, जिसमें मिथाइल डेरिवेटिव गैसोलीन अंशों में प्रमुख होते हैं।

पॉलीसाइक्लिक नैफ्थेन मुख्य रूप से तेल अंशों में पाए जाते हैं जो 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर उबालते हैं, और 400-550 डिग्री सेल्सियस के अंशों में उनकी सामग्री 70-80% तक पहुंच जाती है।

सुगंधित हाइड्रोकार्बन (एरेन्स)

उन्हें दो समूहों में बांटा गया है:

1. एल्किलरोमैटिक हाइड्रोकार्बन जिनमें केवल सुगंधित वलय और एल्काइल पदार्थ होते हैं। इनमें एल्किलबेंजीन, एल्केलनेफथलीन, एल्किलफेनेंथ्रीन, एल्किलक्राइसेप्स और एल्किलपिसीन शामिल हैं।
2. एक मिश्रित प्रकार की संरचना के हाइड्रोकार्बन, जिसमें सुगंधित (असंतृप्त) और नैफ्थेनिक (सीमित) वलय दोनों होते हैं। उनमें से प्रतिष्ठित हैं:

• मोनोएरोमैटिक हाइड्रोकार्बन - इंडेन्स, डी-, ट्राई- और टेट्रानाफ्थेनोबेंजीन;
• डायरोमैटिक हाइड्रोकार्बन - मोनो- और डाइनाफ्थेनोनाफ्थेलीन्स;
• तीन या अधिक सुगंधित वलय वाले हाइड्रोकार्बन - नेफ्थेनोफेनेंथ्रीन।

तेल की हाइड्रोकार्बन संरचना का तकनीकी महत्व

पदार्थों की संरचना तेल की गुणवत्ता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है।

1. पैराफिन:

• सामान्य पैराफिन (बिना शाखा वाले) में कम ओकटाइन संख्या और उच्च डालना अंक होते हैं। इसलिए, मेंप्रसंस्करण की प्रक्रिया में वे अन्य समूहों के हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित हो जाते हैं।
• Isoparaffins (शाखाओं) में एक उच्च ओकटाइन संख्या होती है, यानी उच्च एंटीनॉक गुण (आइसोक्टेन 100 की एक ओकटाइन संख्या के साथ एक संदर्भ यौगिक है), साथ ही सामान्य पैराफिन की तुलना में कम डालना अंक।

2. आइसोपैराफिन के साथ नैफ्थीन (साइक्लोपाराफिन) का डीजल ईंधन और चिकनाई वाले तेलों की गुणवत्ता पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। भारी गैसोलीन अंश में उनकी उच्च सामग्री उच्च उपज और उच्च ऑक्टेन उत्पादों की संख्या की ओर ले जाती है।

3. सुगंधित हाइड्रोकार्बन ईंधन के पर्यावरणीय गुणों को खराब करते हैं, लेकिन एक उच्च ऑक्टेन संख्या होती है। इसलिए, तेल शोधन के दौरान, हाइड्रोकार्बन के अन्य समूहों को सुगंधित में परिवर्तित किया जाता है, लेकिन उनकी मात्रा, मुख्य रूप से बेंजीन, ईंधन में सख्ती से नियंत्रित होती है।

तेल की हाइड्रोकार्बन संरचना का अध्ययन करने के तरीके

तकनीकी उद्देश्यों के लिए, इसमें कुछ वर्गों के हाइड्रोकार्बन की सामग्री द्वारा तेल की संरचना को स्थापित करना पर्याप्त है। तेल शोधन की दिशा चुनने के लिए तेल की भिन्नात्मक संरचना महत्वपूर्ण है।

तेल की समूह संरचना निर्धारित करने के लिए, विभिन्न विधियों का उपयोग किया जाता है:

• रासायनिक का अर्थ है हाइड्रोकार्बन के एक निश्चित वर्ग (एल्किन्स या एरेन्स) के साथ एक अभिकर्मक की बातचीत की प्रतिक्रिया (नाइट्रेशन या सल्फोनेशन) करना। परिणामी प्रतिक्रिया उत्पादों की मात्रा या मात्रा को बदलकर, हाइड्रोकार्बन के निर्धारित वर्ग की सामग्री को आंका जाता है।
• भौतिक-रसायन में निष्कर्षण और सोखना शामिल है। इस तरह से एरेन्स निकाले जाते हैंसल्फर डाइऑक्साइड, एनिलिन या डाइमिथाइल सल्फेट, इसके बाद सिलिका जेल पर इन हाइड्रोकार्बन का सोखना।
• भौतिक में ऑप्टिकल गुणों का निर्धारण शामिल है।
• संयुक्त - सबसे सटीक और सबसे आम। किन्हीं दो विधियों को मिलाएं। उदाहरण के लिए, रासायनिक या भौतिक-रासायनिक विधियों द्वारा एरीन को हटाना और उनके हटाने से पहले और बाद में तेल के भौतिक गुणों का मापन।

वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए, यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण है कि तेल में कौन से हाइड्रोकार्बन मौजूद हैं या प्रमुख हैं।

हाइड्रोकार्बन के अलग-अलग अणुओं की पहचान करने के लिए, गैस-तरल क्रोमैटोग्राफी का उपयोग केशिका स्तंभों और तापमान नियंत्रण, क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ कंप्यूटर प्रोसेसिंग और क्रोमैटोग्राम बिल्डिंग के लिए अलग-अलग विशिष्ट अंश आयनों (मास फ्रैगमेंटोग्राफी या मास क्रोमैटोग्राफी) के लिए किया जाता है। नाभिक पर एनएमआर स्पेक्ट्रा ¹³C.

का भी उपयोग किया जाता है

तेल हाइड्रोकार्बन की संरचना के विश्लेषण के लिए आधुनिक योजनाओं में अलग-अलग क्वथनांक वाले दो या तीन अंशों में प्रारंभिक पृथक्करण शामिल है। उसके बाद, प्रत्येक अंश को सिलिका जेल पर तरल क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके संतृप्त (पैराफिन-नेफ्थेनिक) और सुगंधित हाइड्रोकार्बन में अलग किया जाता है। इसके बाद, ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन को एल्युमिनियम ऑक्साइड का उपयोग करके तरल क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके मोनो-, द्वि- और पॉलीएरोमैटिक में अलग किया जाना चाहिए।

हाइड्रोकार्बन के स्रोत

तेल और गैस के प्राकृतिक स्रोत हाइड्रोकार्बन विभिन्न यौगिकों के बायोऑर्गेनिक अणु होते हैं, मुख्य रूप से उनके लिपिड घटक। आईएमआईहो सकता है:

• उच्च पादप लिपिड,
• शैवाल,
• फाइटोप्लांकटन,
• ज़ूप्लंकटन,
• बैक्टीरिया, विशेष रूप से कोशिका झिल्ली लिपिड।

पौधों के लिपिड घटक रासायनिक संरचना में बहुत समान हैं, हालांकि, अणुओं की कुछ भिन्नताएं इस तेल के निर्माण में कुछ पदार्थों की प्रमुख भागीदारी को निर्धारित करना संभव बनाती हैं।

सभी पादप लिपिड दो वर्गों में विभाजित हैं:

• एक सीधी (या थोड़ी शाखित) श्रृंखला वाले अणुओं से युक्त यौगिक;
• एलिसाइक्लिक और स्निग्ध श्रृंखला की आइसोप्रेनॉइड इकाइयों पर आधारित यौगिक।

दोनों वर्गों से संबंधित तत्वों से युक्त यौगिक होते हैं, जैसे मोम। मोम के अणु उच्च संतृप्त या असंतृप्त फैटी एसिड और चक्रीय आइसोप्रेनॉइड अल्कोहल - स्टेरोल्स के एस्टर होते हैं।

पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन के लिपिड प्राकृतिक स्रोतों के विशिष्ट प्रतिनिधि निम्नलिखित यौगिक हैं:

1. संयोजन सी₁₂-C₂₆ और हाइड्रॉक्सी एसिड के संतृप्त और असंतृप्त फैटी एसिड। फैटी एसिड कार्बन परमाणुओं की एक समान संख्या से बने होते हैं, क्योंकि वे C₂-एसीटेट घटकों से संश्लेषित होते हैं। वे ट्राइग्लिसराइड्स का हिस्सा हैं।
2. प्राकृतिक मोम - वसा के विपरीत, इसमें ग्लिसरॉल नहीं होता है, लेकिन उच्च वसायुक्त अल्कोहल या स्टेरोल होता है।
3. कार्बोक्सिल समूह के विपरीत श्रृंखला के अंत में मिथाइल प्रतिस्थापन वाले कमजोर शाखित अम्ल, उदाहरण के लिए, आइसो- और एंटीसोएसिड।
4. दिलचस्प पदार्थ सुबेरिन और क्यूटिन हैं, जो इसमें शामिल हैंपौधों के विभिन्न भाग। वे पॉलीमराइज़्ड बाध्य फैटी एसिड और अल्कोहल द्वारा बनते हैं। ये यौगिक एंजाइमेटिक और माइक्रोबियल हमले के प्रतिरोधी हैं, जो स्निग्ध जंजीरों को जैविक ऑक्सीकरण से बचाता है।

अवशेष और परिवर्तित हाइड्रोकार्बन

सभी तेल हाइड्रोकार्बन दो समूहों में विभाजित हैं:

1. रूपांतरित - मूल बायोऑर्गेनिक अणुओं की संरचनात्मक विशेषताओं को खो देना।
2. रेलिक, या केमोफॉसिल - वे हाइड्रोकार्बन जिन्होंने मूल अणुओं की संरचना की विशिष्ट विशेषताओं को बरकरार रखा है, भले ही ये हाइड्रोकार्बन मूल बायोमास में हों या बाद में अन्य पदार्थों से बने हों।

तेल बनाने वाले अवशेष हाइड्रोकार्बन को दो समूहों में बांटा गया है:

• आइसोप्रेनॉइड प्रकार - एलिसाइक्लिक और स्निग्ध संरचना, एक अणु में पांच चक्र तक;
• गैर-आइसोप्रेनॉइड - ज्यादातर स्निग्ध यौगिकों में n-alkyl या हल्की शाखाओं वाली श्रृंखलाएं होती हैं।

आइसोप्रेनॉइड संरचना के अवशेष गैर-आइसोप्रेनॉइड की तुलना में बहुत अधिक हैं।

500 से अधिक अवशेष तेल हाइड्रोकार्बन की पहचान की गई है, और उनकी संख्या हर साल बढ़ रही है।