فرمول محاسبه API نفت چيست؟

سمیه حسنی کارشناس ارشد مهندسی مکانیک
نفت از بزرگترین خدمتگزاران بشر است. نفت برای ما روشنایی و گرما بوجود میآورد و برای اتومبیل ها، تراکتورها، هواپیماها و کشتی ها تولید نیرو می کند. بدون نفت تقریباً همهی ماشین ها از کار می افتند.
از نفت خام بنزین، پارافین، روغن های سوخت و روغن های نرم کننده، گریس، موم، آسفالت و بسیاری از فرآورده های دیگر به دست می آید. تولید تجاری نفت، نخست برای آن بود که شب را کنار زند و به خانهها روشنی بخشد، اما رفته رفته با کشف دیگر خواص نفت، این هیدروکربور به کالایی استراتژیکی تبدیل شد که بدون عرضه مستمر و مداوم آن، ثبات و امنیت جهان به خطر میافتد.
گفته میشود نفت از کلمه اوستایی (نپتا) گرفته شده است که کلدانیان و اعراب آن را از زبان مادی گرفته و (نفتا) خواندهاند. پترولیوم (petroleum) واژهای لاتین همارز نفت است که از دو کلمه پترا (petra) به معنی سنگ و (oleum) به معنی روغن گرفته شده است. پیشینیان از نفت در پزشکی برای درمان زخمها و روماتیسم و بهعنوان مسهل نیز استفاده میکردند. در زمان نوح نیز از قیر برای جلوگیری از ورود آب به قایقها استفاده شده بود. قیر، آسفالت و نفت در جنگاوری نیز به کار میرفت. هنگامیکه اسکندر کبیر در سال 326 پیش از میلاد به هند هجوم آورد، با استفاده از اسبسوارهایی که ظروف قیر مشتعل را در دست خود تکان میدادند، فوج فیلهای هندی را پراکنده کرد.
آشنایی با نفت خام
نفت مایعی است که عمدتاً از دو عنصر آلی هیدروژن و کربن تشکیل شده و دارای مقادیر کمتری از عناصر سنگین مانند نیتروژن، اکسیژن و گوگرد میباشد و بهصورت طبیعی در زیرزمین و بهصورت استثنایی در روی زمین یافت میشود.
نفت خام به انگلیسی Crude Oil و به روسی Naphra نامیده میشود که درحالت طبیعی به صورت مایع بوده و رنگ آن قهوهای زرد مایل به سیاه است و دربرابر نور انعکاسی، رنگ سبز بخصوصی از خود نشان میدهد.
نفت از کجا آمد؟
جالب است که دو نظریه کاملاً متضاد درباره فلسفه وجودی نفت مطرح می شود، طرفداران نظریه اول معتقدند نفت منشأ غیر آلی دارد. دانشمندانی مثل مندلیف باور به منشأ ماگمایی هیدروکربنها داشتند و بیان میکردند که گوشته زمین دارای آهن کاربید است که میتواند با آبهای نفوذکننده واکنش کرده و متان و دیگر هیدروکربنها را تشکیل دهد. بعضی از محققان نیز معتقدند در زمان تشکیل سیاره زمین مقدار زیادی گاز CO2 در درون زمین به تله افتاد و به مرور زمان در اثر گسلههایی به سمت بالا مهاجرت کردند و وارد پوسته زمین شدهاند و در حوضههای رسوبی به دام افتادند و در نهایت با آبهای موجود واکنش داده و هیدروکربنها را تشکیل دادند.
اما نظریه دوم که طرفداران و شواهد بیشتری نیز دارد، منشأ آلی نفت است. طرفداران این نظریه معتقدند که از تهنشین شدن مواد آلی حاصل از بقایای گیاهان و جانوران همراه با رسوبات در یک حوضه رسوبی در حال فرونشینی و با گذشت زمان که ژرفای تدفین افزایش یافته و رسوبات دچار افزایش دما و فشار میشوند این مواد آلی بهتدریج تبدیل به کروژن و نهایتاً نفت و گاز میشوند. در این نظریه نکته قابلتوجه مقدار کم ماده آلی است که در رسوبات به دام میافتد زیرا مقدار زیادی از مواد آلی در تماس با اکسیژن هوا توسط باکتریهای هوازی تجزیه میشوند و از بین میروند. بررسیها نشان میدهد که برای محافظت ماده آلی نیاز است که تولید مواد آلی، بالا و آهنگ رسوبگذاری بهینه (نه بالا نه پایین) و شرایط بیاکسیژن باشد.
انواع نفت خام
نفت خام انواع مختلفی دارد که بیش از هفتاد نوع آن به مقدار تجاری، تولید و در بازار معامله میشود. شاید هیچ دو نفت خامی را نتوان یافت که خصوصیات آن درست مثل هم باشد، اما میتوان ویژگیهایی به دست آورد که از طریق آن و با مقایسه آنها با ویژگیهای نفت خامهای شاخص نظیر برنت، دبلیو.تی.آی و دوبی، بهای معقولی برای آنها در بازار به دست آید. از جمله این ویژگیها سبکی و سنگینی و ترشی و شیرینی است.
برای نشان دادن میزان سبکی و سنگینی نفت خام، بهطورمعمول از شاخص (API) استفاده میشود. این شاخص از حاصل تقسیم عدد 14.5 بر وزن مخصوص نفت خام در درجه حرارت 60 درجه فارنهایت، منهای عدد 131.5 به دست میآید. نفت خامهای با API بالاتر از 30 را سبک و 20 تا 30 را متوسط و پایینتر از 20 را نفت خام سنگین میگویند. نفت خامهایی با API بیشتر از 44 مانند نفت خام «اکوفیسک» نیز وجود دارد که آنها را بسیار سبک میگویند.
نفت خام افزون بر «هیدروکربورها»، ناخالصیهایی نظیر نیتروژن، گوگرد، نمک و فلزات نیز در خود دارد. مقدار گوگرد (سولفور) موجود در نفت، یکی از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر قیمت آن است. هیدروژن سولفید به سبب داشتن خاصیت اسیدی، خورندگی دستگاههای تقطیر را افزایش میدهد و به سبب سمی بودن، به محیطزیست خسارات جبرانناپذیری وارد میکند. از اینرو، حذف آن از نفت خام ضرورتی انکارنشدنی و در عین حال پرهزینه است.
«نفت شیرین» به نفت خامی میگویند که میزان گوگرد آن کمتر از 0.5 درصد و «نفت ترش» به نفت خامی میگویند که میزان گوگرد آن بیش از 0.5 درصد باشد. میزان گوگرد موجود در نفت خام بهطورمعمول بین 0.1 و سه درصد وزن نفت خام است. بیشتر نفت خامهای شیرین، سبک و بیشتر نفت خامهای ترش، سنگین هستند.
- نفت خام برنت
یکی از شناختهشدهترین شاخصهای نفت خام است که بهعنوان مبنای قیمتگذاری بسیاری از انواع نفت خام در بازارهای جهانی به کار برده میشود. نفت خام برنت مخلوطی از نفت استخراجشده از شبکه برنت و «نینان» در دریای شمال است که از طریق شبکه خط لوله به پایانه نفتی «سالوم وو»، بزرگترین بندر صادراتی دریای شمال، در بریتانیا انتقال مییابد و در آنجا بارگیری میشود. درجه API مخلوط برنت بیش از 38 و میزان گوگرد آن 0.41 درصد است، بنابراین در طبقه نفت خامهای سبک و شیرین قرار میگیرد.
- نفت خام مارس
نفت خام مارس (Mars) از جمله انواع نفت خامهای سنگین و ترش به شمار میآید که در آمریکا و خلیج مکزیک تولید و در بندر Clovelly بارگیری و صادر میشود. درجه API آن 29 و مقدار گوگرد آن 1.9 درصد است
- نفت خام میناس
نفت خام میناس (Minas) که با نام نفت خام سبک سوماترا (Sumatra Light) نیز شناخته میشود، یکی از نفت خامهای شاخص بازار آسیاست که در مناطق خشکی جزیره ساماترای اندونزی تولید و از بندر «دومای» صادر میشود. این نفت خام با درجه API، 35.8 درصد گوگرد از جمله انواع نفت سبک و شیرین به شمار میآید.
- نفت خام موربان
نفت خام موربان (Murban) با درجه API، 39.3 و وجود 0.8 درصد گوگرد از جمله انواع نفت خامهای سبک و نسبتاً شیرین به شمار میآید. این نفت خام در امارات عربی متحد تولید و از بندر Jebel Dhaa بارگیری میشود.
- نفت خام تاپیس
نفت خام تاپیس با درجه API نزدیک به 46 و میزان گوگرد 0.03 درصد، در حوزه دریایی Trengganu مالزی تولید میشود. گفتنی است که این نوع نفت خام برخلاف نفت خام برنت در بازار نفت مورد معامله قرار نمیگیرد، اما به یکی از انواع نفت شاخص برای قیمتگذاری در منطقه آسیا به شمار میآید. استرالیا به سبب روابط تجاری گستردهای که با منطقه آسیا دارد، قیمت نفت خام تاپیس را برای قیمتگذاری نفت خامهای وارداتی و حتی فرآوردههای نفتی خود به کار میبرد.
خواص فیزیکی نفت خام
ویسکوزیته: همان طور که نفت خام ممکن است با دخالت عواملی به رنگ های زرد، سبز، قهوهای، قهوهای تیره تا سیاه مشاهده گردد، لذا ویسکوزیته متغیر را برای آن ها خواهیم داشت. بنابراین نفت خام درسطح زمین دارای ویسکوزیته بیشتر بوده و به عبارتی ویسکوزتر است. چون در مخزن زیرزمینی یکی از عوامل دخیل حرارت موجود درمخزن میباشد، که همراه با این عامل، عمق نیز موثر میباشد. همچنین سن نفت را به لحاظ زمان مخزن شدن را درطیف تغییرات ویسکوزیته سهیم میدانند.
ترکیبات مولکولی نفت خام
تعداد ترکیبات مولکولی نفت خام وابسته به سن زمینشناسی آن، عمق تشکیل آن، منشا آن و موقعیت جغرافیایی آن متغیر میباشد. برای مثال نفت خام Ponca city از Oklahoma شامل حداقل 234 ترکیب مولکولی میباشد.
گروه های تشکیل دهنده نفت خام
هیدروکربن ها (Hydrocarbons): هیدروکربن ها همانطور که از نامشان مشخص است، شامل گروه هایی هستند که ترکیبات مولکولی آنها فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده است. انواع هیدروکربنها عبارتند از:
هیدروکربن های پارافینی (پارافین ها)
هیدروکربن های نفتنی (سیکلو پارافین ها یا نفتنیک ها)
هیدروکربن های آروماتیک (بنزنوئیدها)
غیرهیدروکربن ها (Heterocompounds): این گروه شامل ترکیباتی غیر از هیدروژن و کربن میباشند و عناصری از قبیل اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، اتم های فلزی همراه با هر کدام از این ها و یا ترکیب با همه این ها نظیر Ni ، V میباشد.
وزن مخصوص نفت خام
از خواص فیزیکی نفت خام که ارزش اقتصادی نفت خام بر مبنای آن سنجیده میشود، وزن مخصوص آن میباشد. لذا سنجش و نحوه 1 1 آن مهم است.
اکثر کشورهای جهان، وزن مخصوص نفت خام را برحسب درجه API که یک درجه بندی آمریکایی است، محاسبه میکنند.
مشابه همین درجه بندی و سنجش، وزن مخصوص نفت خام را در کشورهای اروپائی با درجه بندی Baume محاسبه میکنند که از لحاظ مقدار اندکی از درجه API کمتر میباشد.
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 60 درجه فارنهایت و P=1atm سنجیده میشود و مقدار آن در فرمول جایگزین شده و وزن مخصوص نفت خام را بر حسب درجه API یا درجه Baume میدهد.
تاثیر درجه حرارت بر وزن مخصوص نفت خام
از عواملی که سبب تغییر در وزن مخصوص نفت خام میشوند، تغییرات دما است. یعنی با بالارفتن دما، وزن مخصوص کمتر شده و به درجه API افزوده میشود. همچنین بالا رفتن درجه حرارت اثر معکوس روی ویسکوزیته نفت خام میگذارد.
ضریب انبساط نفت خام
ضریب انبساط نفت خام از 6.1-10-4 الی8.3*10-4 در نوسان بوده که با کاهش چگالی، ضریب انبساط آن افزایش مییابد.
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 0/55کیلوکالری به کیلوگرم درجه است، که در صورت ازدیاد درجه حرارت به مقدار آن افزوده میشود.
نقطه اشتعال نفت
نقطه اشتعال نفت نیز به مقدار مواد زود جوش آن مربوط است، و میتواند از صفر الی 200درجه سانتیگراد باشد. لذا در حمل و نقل نفت خام به دلایل ایمنی، قسمتی از زودجوشها را پایدار نموده و نقطه اشتعال را بالا میبرند.
نقطه سفت شدن نفت خام
نقطه سفت شدن نفت خام عبارتست از دمائی که در آن خاصیت جاری شدن نفت خام به اتمام میرسد. این دما در حمل و نقل و انبارکردن نفت اهمیت به سزائی دارد.