واکس های پارافین2018-12-25T18:05:28+00:00

شیمیلیا

تولید کننده پارافین

واکس های پارافین

واكس ها هیدروكربن هایی هستند كه از نفت خام استخراج می شوند. وجود تركیبات شیمیایی با ارزشی نظیر پارافین های نرمال، نظر هر شیمی دانی را به خود جلب می كند. با استفاده از واكنش های شیمیایی می توان مواد با ارزشی را بدست آورد كه در صنایع مختلف مورد استفاده قرار بگیرد.

واكس های نفتی را برحسب مواد اولیه ای كه از آن به دست می آیند، می توان به سه دسته تقسیم كرد:

الف: واكس های پارافینی

این نوع واكس از مواد اولیه با نقطه جوش پایین به دست آمده و بیشتر تركیبات سازنده آن از هیدروكربن های نرمال پارافینی تشیكل یافته است. بیشتر هیدروكربن های شاخه دار (در صورت وجود) از نوع ایزو پارافین ها هستند. هیدرو كربن های سازنده واكس دارای20 تا40 مولكول كربن می باشند و جرم مولكولی آنها بین280 تا560 متغیر است. هم چنین در دمای عادی جامد بوده و ویسكوزیته آن حدود 35-45 SUS (در100 درجه سانتی گراد) و كریستال های آن به صورت سوزنی یا صفحه ای است.

ب: واكس های میكروكریستال

واكس های میكروكریستال از واكس گیری مواد اولیه سنگین (مواد اولیه با نقطه جوش بالا) به دست می آیند. كریستال های آن از انواع پارافینی ریزتر بوده و جرم مولكولی آن حدود800-450 وتعداد تركیبات كربن سازنده آن بین57-32 می باشد.

واكس های میكروكریستال در مقایسه با انواع پارافین ها با اسید سولفوریك، اسید نیتریك و اسید سولفونیك بهتر تركیب می شوند و علت این تركیب، وجود هیدروژن، روی كربنِ نوع سوم است. انواع اكسیده شده این واكس ها در صنایع تولیدی واكسِ كف اطاق (POLISH) استفاده می شود. هم چنین در تولید رنگ به عنوان پیگمان سوسپانسیون به كار گرفته می شوند.

ج: پترولاتوم

اگر عمل واكس گیری بر روی مواد باقی مانده تقطیر انجام شود واكس حاصل را پترولاتوم می نامند. كریستال های آن از دو نوع قبلی ریزتر بوده و مقداری روغن را در خود نگه داری می كنند به طوری كه معمولاً حالت ژلاتینی دارند.

جرم مولكولی آن بین980-560 و نقطه ذوب آن بین85-55 درجه سانتی گراد است. در مواقعی كه بخواهند پترولاتوم را بدون استفاده از حلال و حرارت پخش كنند، از پترولاتوم امولسیون شده در آب استفاده می شود. برای این منظور بایستی مخلوطی از واكس ذوب شده در آب داغ با استفاده از یك امولسیون كننده نظیر تترا اتانول آمین تهیه كرد.

بررسی خواص فیزیكی و شیمیایی واكس های پارافینی

بررسی خواص فیزیكی و شیمیایی واكس می تواند تا حدی در شناسایی ساختمان شیمیایی واكس ها مورد استفاده قرار گیرد. به طور كلی شناسایی خواص واكس ها را می توان به سه دسته تقسیم كرد:

الف: روش های فیزیكی (نقطه ذوب، درصد روغن، ویسكوزیته، ضریب شكست، جرم مخصوص …)

ب: آزمایش هایی كه بیشتر جنبه مكانیكی داشته و بیشتر در صنایع، به منظور شناخت خصوصیات واكس به هنگام مصرف بر روی آن انجام می گیرد. (مقاومت در مقابل كشش، مقاومت در مقابل سایش، جلای واكس، انعطاف پذیری)

ج: بررسی ساختمان شیمیایی تركیبات سازنده واكس

1- اسپكترومتر جرمی:

با استفاده از اسپكترومتر جرمی در دمای زیاد می توان نوع تركیبات و درصد هر یك از آنها را در واكس تعیین كرد.

2- كروماتوگراف گازی:

در این روش، پیك های حاصل از گاز، كروماتوگرافی واكس را تعیین كرده و از مقایسه آن با پیك های استاندارد به دست آمده می توان تركیبات سازنده واكس و نیز با محاسبه سطح زیر هر پیك، درصد آن تركیب را در واكس تعیین نمود.

روش اسپكترومتر جرمی در مقایسه با روش های دیگر برای شناسایی تركیبات سازنده واكس روشی مناسب است. در مواقعی كه استفاده از این روش ممكن نباشد می توان با روش ساده زیر تا حدودی تركیبات سازنده واكس را شناسایی كرد. روش عمل بدین صورت است كه ابتدا خواص فیزیكی مهم واكس نظیر نقطه ذوب، ضریب شكست، ویسكوزیته، چگالی و غیره را تعیین كرده و از مقایسه آن با خواص فیزیكی هیدروكربن های پارافینی، هیدروكربور پارافینی معادل واكس را مشخص كرد.

روغن گیری از واكس

Slack Wax به دست آمده از واحد واكس گیری بر حسب شرایط عمل، حاوی15 تا50 درصد روغن است. جهت روغن گیری از واكس از3 خاصیت فیزیكی واكس و روغن استفاده می شود.

روغن گیری از واكس با استفاده از تفاوت نقطه ذوب واكس و روغن

این روش كه Sweating نامیده می شود به خاطر پایین بودن راندمان عمل و محدودیت های موجود از لحاظ ماده اولیه، چندان مورد توجه نیست. با استفاده از این روش تنها می توان از واكس های پارافینی روغن گیری كرد، زیرا در هنگام گرم كردن واكس، وجود بلورهای درشت در واكس های پارافینی فضای آزادی را جهت جریان روغن ایجاد می كند. درصد روغن موجود در واكس مورد عمل و شرایط گرم و سرد كردن آن، دو عامل موثر در كیفیت محصول به دست آمده است. برای روغن گیری از واكس ابتدا آن را ذوب كرده و به بالاترین قسمت سینی هایی كه به صورت پلكانی روی هم قرار گرفته اند، فرستاده می شود تا در آنجا سرد شود. سپس واكس سرد شده را به تدریج گرم كرده و حین گرم شدن آن، قطرات روغن از درون بلورهای واكس به پایین تراوش می كند و به وسیله لوله هایی كه در اطراف سینی تعبیه شده است از سیستم خارج می شود. سرعت گرم كردن واكس باید حتی الامكان كم باشد(1تا2 درجه فارنهایت در ساعت)

از واكس باقی مانده در بالای سینی، در هر مرحله ای نمونه برداری شده و هنگامی كه درصد روغن در آن به مقدار مورد نظر كاهش یافت عمل گرم كردن بر روی آن قطع می شود. واكس باقی مانده در بالای سینی جمع آوری می شود.

با استفاده از این روش نه تنها می توان واكس را از روغن جدا كرد بلكه می توان واكس هایی با نقطه ذوب های مختلف به دست آورد. از معایب این روش می توان به طولانی بودن زمان عمل(حدود70 ساعت) و بالا بودن درصد روغن در واكس اشاره كرد.

روغن گیری با حلال

معمولاً در روغن گیری از واكس از همان حلال مصرفی در واحد واكس گیری استفاده می شود. حلال های مصرفی در واحد روغن گیری از واكس، مخلوطی از تولوئن و متیل اتیل كتن، متیل ایزوبوتیل كتن، و دی كلرو اتان را تشكیل می دهند. روش عمل همانند روش واكس گیری از روغن موتور است. مزیت های این روش بر روش های دیگر شامل موارد زیر است:

الف: علاوه بر جداسازی روغن از واكس با این روش می توان واكس را با برش های مختلف و بر حسب نقطه ذوب آنها از یكدیگر جدا كرد.

ب: قابلیت انعطاف آن زیاد بوده و در مورد مواد اولیه آن هیچ گونه محدودیتی وجود ندارد. ج: مقدار روغن باقی مانده در واكس نسبت به روش های دیگر كمتر است.

د: از آنجایی كه در این روش از همان حلال واحد واكس گیری استفاده می شود هزینه تولید تقریباً50 درصد كاهش می یابد.

جدا كردن بعضی از انواع هیدروكربن هاموم های پارافینی: استخراج موم ها معمولاً از طریق استفاده از حلال و یا رسوب گیری، (در اثر سرد كردن) از فرآورده تقطیر خلا صورت می گیرد. این موم ها اساساً از نرمال پارافین ها با18 تا35 اتم كربن تشكیل شده ند. موم های پارافینی متداول در دمایی بین45 تا65 درجه سانتی گراد ذوب می شوند و مخلوطی از هیدروكربن های پارافینی نرمال از C22 تا C30 هستند.

موم های میكرو كریستالین: این موم ها در دمای بالاتری ذوب می شوند(90 درجه سانتی گراد) و جرم مولكولی بیشتری دارند(400 تا800) و آنها را می توان از باقی مانده (و نه از فرآورده) تقطیر خلا جدا كرد.

هم چنین می توان نرمال پارافین ها را به كمك الك های مولكولی یا تركیبات اوره از بعضی برش های نفتی جدا كرد.

پارافین ها(نرمال پارفین ها): از مخلوط نرمال پارفین ها یا10 تا20 اتم كربن، بر حسب برشی كه از آن استخراج شده اند خلوص ساختمان نرمالشان می تواند از98 درصد هم تجاوز كند.

الك های مولكولی كه به كار می روند «لند» نام دارند و عبارتند از زئولیت های بلورین سنتزی به فرمول عمومی زیر:

MC12/n[(AL2O3)12.(SiO2)12]27H2O

كه در آن MC یك كاتیون با بارn را نشان می دهد. شبكه بلورین مكعبی این زئولیت ها از چهار وجهی های SiO4 و ALO4 تشكیل شده است. این ساختمان خلل و فرجی را به وجود می آورد كه قطر آنها بستگی به كاتیون به كار رفته دارد.

هیدروكربن های نرمال پارافینی می توانند در این خلل و فرج نفوذ كنند در حالی كه هیدروكربن های شاخه دار و حلقوی نمی توانند داخل این منافذ بشوند.

الك های 4A ، زئولیت های از نوع A و به فرمول عمومی زیرند:

0/96Na2O-1/00 Al2O3-0/02 SiO2

و فقط مولكول هایی را كه از 4A كوچكترند، جذب می كنند. الك های 5A همان الك های 4A هستند با این تفاوت كه75درصد سدیم آن به وسیله كلسیم جانشین شده است قطر خلل و فرج 5A است. این الك های مولكولی برای استخراج نرمال پارافین ها به كار می روند. در استخراج نفت سفید نرمال، پارافین هایی كه حاصل می شوند،10 تا13 اتم كربن دارند درحالی كه در استخراج گازوئیل، پارافین های C14 و C18 به دست می آید.

استخراج با اوره: این روش بر این اساس قرار دارد كه اوره قادر است با پارافین های خطی، كمپلكس های متبلور تشكیل دهد(شكل1). در این كمپلكس ها، مولكول های اوره CO(NH2)2 فنروار بر روی یال های منشور های شش گوشی قرار گرفته اند. این مولكول ها به وسیله پیوندهای هیدروژنی (كه در شكل1 با نقطه چین مشخص شده اند) در جای خود نگهداری می شوند. بدین ترتیب این مولكول ها كانالی تشكیل می دهند كه در داخل آن مولكول های پارافینی (به شرط آنكه شاخه نداشته باشند) قرار می گیرند. قطر داخلی كانال ها 4/7A است.

خلوص نرمال پارافین هایی كه به وسیله اوره استخراج می شوند كمتر از پارافین هایی است كه با روش الك مولكولی به دست می آیند. حتی در بعضی شرایط دارای5 درصد ساختمان ایزو هستند. آلكان های5،4،3 اتم كربن دار، با اوره تركیب افزایشی نمی دهند.

اولین مولكول پارافینی كه تركیب افزایشی می دهد هگزان است و پس از آن پایداری كمپلكس اوره- پارافین با جرم مولكولی هیدروكربن افزایش می یابد.

هیدروكربن های شاخه دار در صورتی می توانند تركیب افزایشی بدهند كه استخلاف ها بر روی كربن2 و یا3 بوده و زنجیر اصلی نیز بیش از11 اتم كربن داشته باشد. اگر استخلاف متیل در كربن4 یا5 باشد زنجیر اصلی باید بیش از15 اتم كربن داشته باشد.

در صورتی كه گروه های دی متیل3،2 و4،3 وجود داشته باشند، زنجیر باید بیش از18 اتم كربن داشته باشد. بر حسب آنكه اوره به شكل متبلور و یا محلول باشد، روش ها با یكدیگر اختلاف پیدا می كنند.

می توان تیو اوره CS(NH2)2 را جانشین اوره كرد ولی در این صورت، روش جدا كردن، خاصیت گزینش پذیری خود را از دست می دهد زیرا هیدروكربن های شاخه دار و نفتن ها نیز جذب می شوند.

منابع:
1- نتایج موجود در واحد كنترل كیفیت
2-Industriial Wax
3-Hydrocarbon

ماهنامه نفت پارس

www.smsm.ir
سایت مرجع مهندسی ایران