vuonna 1859 Edwin Drake ja E. B. Bowditch Senecan öljy-yhtiöstä Porattu ensimmäinen kaupallinen öljylähde Yhdysvalloissa titusvillessä, Pennsylvaniassa. Kaivo tuotti raakaöljyä noin 400 gallonaa eli alle kymmenen barrelia päivässä. Pian eri puolilla läntistä Pennsylvaniaa sijaitsevista vastaavista kaivoista saatiin raakaöljyä kerosiinin tuotantoon, jota tarvittiin maan katuvalojen ja talojen lamppujen polttoaineeksi. Kevyempi kiehuva komponentti, bensiini, hylättiin, koska sillä ei ollut markkinoita. Historiallisten tietojen mukaan jokiin heitetty” jäte ” bensiini syttyi joskus tuleen. Vuonna 1892 kehitettiin ensimmäiset bensiinikäyttöiset moottorit sekä autoon että traktoriin: tämä tarjosi pian markkinat aikoinaan hyödyttömälle aineelle, bensiinille.
nykyään bensiini on tyypillisen öljynjalostamon tärkein tuote: Koko jalostamoprosessi on suunniteltu tuotannon maksimoimiseksi. Bensiini on monimutkainen molekyylien seos, jonka kiehumisalue on 40-200°C (104-392°F). Eri laatuluokkien valmistamiseksi sekoitetaan monia jalostamokomponentteja, joista jokainen edistää tiettyjä polttoainelaatuja, kuten haluttua oktaaniluokkaa, volatiliteettia ja Moottorin esiintymien minimointia.
Oktaanilaatu
bensiinin tärkein laatuparametri on oktaanilaatu. Oktaaniluku on polttoaineen antiknokkiominaisuuksien mitta. Bensamoottorin koputus on metallista kolinaa (pinging), joka kertoo liiallisesta voimakkuudesta preflame-reaktioissa. Kova koputus voi vaurioittaa moottoria.
Preflame-reaktiot tapahtuvat Moottorin sylintereissä, kun polttoaineen osat käynnistävät itsestään palamisen ennen sytytystulpasta tulevaa etenevää liekkiä. Tämä lisäpoltto aiheuttaa liiallista energian vapautumista, joka on knock. Polttoaineen taipumus osallistua preflame-reaktioihin riippuu sen komponenttimolekyylien rakenteesta (KS.Kuva 1);
preflaamireaktioiden taipumus on suuri suoraketjuisilla hiilivedyillä, väliaine haarautuneilla hiilivedyillä ja matala aromaattisilla hiilivedyillä.
testibensiinin oktaaniluku kuvaa iso-oktaanin (2,2,4-trimetyylipentaanin) tilavuusprosenttia iso-oktaanin ja heptaanin seoksesta koostuvassa vertailupolttoaineessa, joka olisi välttämätön testipolttoaineen koputustaipumuksen saavuttamiseksi. Iso-oktaani palaa vähäisellä koputuksella ja sille annetaan oktaaniluokitus 100. Tämä on toisin kuin heptaani, joka palaa paljon koputtamalla ja sille annetaan oktaaniluokitus 0. Siten 92-oktaaniseksi bensiiniksi luokitellaan bensiini, joka palaa yhtä paljon kuin 92-prosenttisen iso-oktaanin ja 8-prosenttisen heptaanin seos.
bensiinin oktaaniluokitusta voidaan nostaa lisäämällä siihen pieniä määriä antiknokkia. Ensimmäinen kaupallisesti menestynyt antiknock-aine, tetraetyylilead (TEL), kehitettiin 1920-luvulla. TEL: ää käytettiin edistämään tehokkaampien, korkeampien puristusmoottoreiden kehittämistä. TEL on kuitenkin erittäin myrkyllistä ja myrkyttää katalysaattoreita. Vuodesta 1974 lähtien kaikissa uusissa yhdysvaltalaisissa automoottoreissa on käytetty katalysaattoreita pakokaasupäästöjen vähentämiseksi.
metyyli-t-butyylieetteri (MTBE) on ollut lyijyttömän bensiinin valittu antiknokkiaine. MTBE tarjoaa korkeaoktaanista laatua sekä vähäistä volatiliteettia ja liukenee helposti bensiiniin. Bensiinin vuotaminen maanalaisista varastosäiliöistä on kuitenkin johtanut MTBE: n havaitsemiseen useiden kaupunkialueiden juomavedessä. Tämä sai Kalifornian osavaltion määräämään MTBE: n poistamisesta kalifornialaisesta bensiinistä vuoteen 2003 mennessä.
alkoholeilla on havaittu olevan käyttöä myös oktaanin tehostajina. Korkeampina pitoisuuksina alkoholeja voidaan käyttää bensiinin jatkeina, mikä vähentää riippuvuuttamme tuodusta raakaöljystä. Merkittävä osa koko U. S. markkinoidun bensiinin uskotaan sisältävän etanolia.
bensiinin lisäaineet
bensiinissä esiintyvät vähäiset määrät olefiineja ja diolefiineja reagoivat herkästi bensiiniin liuenneen hapen kanssa. Tätä prosessia kutsutaan autoksidaatioksi ja siihen liittyy radikaali ketjureaktio, johon voi sisältyä happea
olefiiniin ja voi myös edistää molekyylikoon kasvua polymerointireaktioiden avulla. Tämän monimutkaisen prosessin lopputuloksena muodostuu karstoja ja kumeja, jotka voivat tukkia Polttoainesuodattimet ja häiritä polttoaineen ja ilman mittaamista kaasuttimessa. Tämä voi johtaa moottorin huonoon suorituskykyyn. Bensiiniin lisätään usein lisäaineita oksidatiivisen stabiilisuuden ja muiden kysymysten ratkaisemiseksi; niitä ovat esimerkiksi antioksidantit, metallien deaktivaattorit ja pesuaineet.
antioksidantit ovat lisäaineita, jotka minimoivat autoksidaatioreaktioita. Ne toimivat vetyatomin luovuttajina, jotka pysäyttävät olefiinien ketjun hapetusprosessin. Bensiinissä käytettävät kaksi erilaista antioksidanttityyppiä ovat fenyleenidiamiinit (PDA) ja Estetyt fenolit (kuten BHT).
vähäiset liukoisten metalliyhdisteiden, erityisesti kuparin, pitoisuudet katalysoivat bensiinin oksidatiivista hajoamista edistämällä kumien ja kerrostumien muodostumista. Metal deaktivaattorit voittaa tämän ongelman kelatoimalla metalli ja tekee siitä inaktiivinen. Yleisimmin käytetty metallin deaktivaattori on N, N’-disalisylideeni-1,2-propaanidiamiini, jonka kuparikompleksi on esitetty kuvassa 3.
pesuaineet minimoivat polttoainejärjestelmän kertymät pieninä pitoisuuksina, ja suurina pitoisuuksina ne voivat poistaa jo muodostuneita kertymiä. Pesuaineet ovat molekyylejä, joilla on erittäin polaarinen loppuryhmä ja epäolaarinen hiilivetyhäntä. Tavanomainen amidityyppinen pesuaine on esitetty kuvassa 4.
oletettavasti pesuaineen polaariryhmät kiinnittyvät metallipintoihin ja näiden pintojen polaarikerrostumiin. Näiden molekyylien nonpolaariset hännät ”törröttävät” polttoaineeseen siten, että metallipinnalle muodostuu monomolekulaarinen kalvo, joka estää laskeuman ja hiukkasten aggregaation. Tämän prosessin uskotaan myös liuottavan kaikki metallipintaan jo kertyneet kerrostumat. Pesuainemonolikerroksen uskotaan myös ehkäisevän jään kertymistä kaasuttimen pinnoille talvella. Pesuaineet voivat siis toimia myös jäätymistä estävinä lisäaineina.
bensiinin tuotanto
bensiinin tuotanto alkaa viskoosin raakaöljyn suolanpoistolla. Raakaöljyn suolat ja metallit edistävät korroosiota ja myrkkykäsittelykatalyyttejä. Näin raakaöljyä kuumennetaan (viskositeetin vähentämiseksi) ja uutetaan vedellä suolojen ja metallien poistamiseksi. Usein tämä prosessi johtaa öljyn ja veden seoksen muodostumiseen, jota kutsutaan emulsioksi (suspensioksi). Tämä emulsio rikkoutuu tyypillisesti lisäämällä kemiallista pinta-aktiivista ainetta (demulsifier), joka edistää erillisten öljy-ja vesikerrosten erottumista. Vesipitoisen kerroksen erottamisen jälkeen öljy kuumennetaan noin 400 OC: iin (752 O F): Tämä muuttaa öljyn kaasumaisiksi tuotteiksi ja lisää jäljelle jäävän nesteen juoksevuutta. Tässä muodossa kaasumainen seos menee jakotislauskolonniin, jossa ilmakehän jakotislausprosessi erottaa raakaöljyn eri komponentteihin kiehumispisteen perusteella.
kevyimmät kiehuvat fraktiot ovat molekyylejä, jotka ovat ympäröivissä olosuhteissa kaasuja: näistä yhdisteistä saadut metaani, etaani, propaani, butaani ja olefiinit. Tätä tislevirtaa käytetään muun muassa polttamalla polttoaineena jalostamossa, petrokemian rehuvarastoina tai jalostamalla nestekaasuksi (LPG). Atmosfäärisen tislauksen aikana on kerätty kolme muuta merkittävää tislevirtaa: naptanfraktio, jonka kiehumisalue on 30-180°C (86-356°F); kerosiinifraktio, joka tislautuu välillä 180-240°C (356-464°F); ja kaasuöljyfraktio, joka tislautuu välillä 240-355°C (464-671°F).
nykyisten polttoainetuotteiden rikkipitoisuutta koskevien ympäristömääräysten täyttämiseksi kolmitislevirtoihin tehdään rikinpoistoprosessi. Katalyytin läsnä ollessa tisleitä kuumennetaan vedyn läsnä ollessa erilaisten organosulfuuriyhdisteiden pelkistämiseksi yksinkertaisiksi orgaanisiksi yhdisteiksi ja H 2 S. tähän prosessiin tarvittava vety on katalyyttisen reformointiprosessin sivutuote. H 2 s-valmiste voidaan helposti poistaa. Tässä prosessissa puhdistamo voi ohjata bensiinin sekoituskannan oktaanilukua. Kuumentamalla teollisuusbensiinifraktio erityisesti suunnitellun platinakatalyytin läsnä ollessa suoraketjuiset hiilivedyt syklisoidaan ja tyydyttyneet sykliset hiilivedyt muutetaan aromaattisiksi yhdisteiksi. Lisäksi tämä prosessi muuntaa suoraketjuisia hiilivetyjä haarautuneiksi hiilivedyiksi. Katalyyttinen reformointi helpottaa bensiinin sekoitusvarastojen tuotantoa oktaaniluokituksilla 90-100+.
ilmakehän jäännöksen tislaus tyhjiössä alle 400°C: n (752°F) lämpötilassa tuottaa tyhjökaasuöljyä. Tyypillisesti tyhjökaasuöljyyn tehdään nestekatalyyttistä krakkausta (FCC), jotta saadaan aikaan matalammalla kiehuvia nesteitä, jotka voidaan sekoittaa bensiiniksi. Tämä saavutetaan hajottamalla tyhjökaasuöljyn suuret molekyylit pienemmiksi, matalammalla kiehuviksi molekyyleiksi. Tärkeä bensiinin sekoituskomponentti, jota voidaan valmistaa tällä tavalla, on alkylaatti. Se on erittäin haarautuneiden hiilivetyjen seos, jota tuotetaan isobuteenin ja kevyiden olefiinisten hiilivetyjen happokatalysoidulla reaktiolla. Alkylaatti on arvokas sekoituskomponentti korkeaoktaanisen laatunsa sekä aromaattisten aineiden tai olefiinien puuttumisen vuoksi, mikä voi johtaa ympäristön ja oksidatiivisen stabiilisuuden ongelmiin.
vuoden 1990 Clean Air Act vaati Ympäristönsuojeluvirastoa (EPA) antamaan säädöksiä, jotka vaativat bensiinin ”uudelleenmuotoilua”, minkä seurauksena ajoneuvojen otsonia muodostavien ja myrkyllisten ilmansaasteiden päästöt vähenivät merkittävästi. Tätä puhtaampaa bensiiniä kutsutaan reformulated bensiiniksi (RFG). RFG: tä tarvitaan Yhdysvaltain yhdeksällä suurkaupunkialueella, joilla on pahimmat otsoniongelmat. Lisäksi useat muut alueet, joilla otsonipitoisuus ylittää kansanterveysnormin, ovat vapaaehtoisesti päättäneet käyttää RFG: tä.
RFG: n käyttö vähentää ilmakehässä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja typen oksidien (no x ) määriä, jotka reagoivat auringonvalon läsnä ollessa muodostaen otsonia, joka on savusumun pääkomponentti. Ajoneuvoista vapautuu myös myrkyllisiä päästöjä, joista yksi (bentseeni) on tunnettu karsinogeeni.
RFG sisältää 2 painoprosenttia hapen lisäaineita (hapettavia), kuten MTBE: tä tai etanolia. Hapettavat aineet lisäävät bensiinin palamistehokkuutta ja vähentävät ajoneuvojen hiilimonoksidipäästöjä, mikä on vakava kansanterveysuhka. MTBE: n ilmaantuminen joihinkin kaupunkien vesivarastoihin on johtanut siihen, että Yhdysvaltain kongressissa on vireillä lainsäädäntö MTBE: n käytöstä RFG: ssä luopumiseksi. Etanolista tulisi tällöin todennäköisesti tulevan RFG: n ensisijainen hapetinaine.
bensiini on öljynjalostamon tärkein tuote. Bensiinin tärkein laatuparametri on sen oktaaniluku. Muita bensiinin laatuominaisuuksia valvotaan käyttämällä lisäaineita, esimerkiksi antioksidantteja, metallien deaktivaattoreita ja pesuaineita. Sekoittamalla erilaisia jalostamovirtoja ja lisäaineita voidaan saada aikaan bensiiniformulaatio, joka minimoi ympäristön pilaantumisen. Tällaista polttoainetta kutsutaan uudelleen muotoilluksi bensiiniksi.