in 1859 boorden Edwin Drake en E. B. Bowditch van de Seneca Oil Company de eerste commerciële oliebron in de Verenigde Staten in Titusville, Pennsylvania. De put produceerde ongeveer 400 gallons Ruwe olie, minder dan tien vaten per dag. Al snel leverden vergelijkbare bronnen in het westen van Pennsylvania Ruwe olie voor de productie van kerosine die nodig was om de straatlantaarns en huislampen van de natie te voeden. De lichtere kokende component, benzine, werd weggegooid, omdat het geen markt had. Er zijn historische rapporten dat “afval” benzine, die was gedumpt in rivieren, soms in brand vloog. In 1892 werden de eerste benzinemotoren, zowel voor auto ‘ s als voor tractoren, ontwikkeld: dit leverde al snel een markt op voor de eens nutteloze stof, benzine.
tegenwoordig is benzine het belangrijkste product van een typische olieraffinaderij: Het hele raffinageproces is ontworpen om de productie te maximaliseren. Benzine is een complex mengsel van moleculen met een kooktraject van 40-200°C (104-392°F). Om verschillende soorten te produceren, is er een menging van vele raffinaderijcomponenten, die elk specifieke brandstofkwaliteiten bevorderen, zoals het gewenste octaangehalte, volatiliteit en minimalisering van motorafzettingen.
Octaankwaliteit
De belangrijkste kwaliteitsparameter voor benzine is de octaankwaliteit. Octaangetal is een maat voor de antiknockeigenschappen van de brandstof. Kloppen in een benzinemotor is een metalen gekletter geluid( pingen), die overmatige intensiteit in preflame reacties aangeeft. Ernstig kloppen kan de motor beschadigen.
Preflame-reacties treden op in de motorcilinders wanneer delen van de brandstof zelf de verbranding in gang zetten vóór de oprukkende vlam van de bougie. Deze extra verbranding veroorzaakt een overmatige snelheid van energieafgifte, dat is klop. De neiging van een brandstof om preflame-reacties aan te gaan is afhankelijk van de structuur van de samenstellende moleculen (zie Figuur 1);
de tendens voor preflaamreacties is hoog voor koolwaterstoffen met rechte keten, medium voor vertakte koolwaterstoffen en laag voor aromaten.
het octaangetal voor een testbenzine is het volumepercentage isooctaan (2,2,4-trimethylpentaan) in een referentiebrandstof bestaande uit het mengsel van isooctaan en heptaan dat nodig zou zijn om de klopkracht van de testbrandstof te evenaren. Isooctaan brandt met een minimaal kloppen en krijgt een octaangetal van 100. Dit in tegenstelling tot heptaan, dat brandt met veel kloppen en een octaangetal van 0 krijgt. Dus, een benzine die brandt met dezelfde hoeveelheid kloppen als een mengsel van 92 procent isooctaan en 8 procent heptaan is geclassificeerd als een 92 octaan benzine.
het octaangehalte van benzine kan worden verhoogd door toevoeging van kleine hoeveelheden antiknockmiddelen. De eerste commercieel succesvolle antiknock agent, tetraethyllead (TEL), werd ontwikkeld in de jaren 1920. TEL werd gebruikt om de ontwikkeling van hogere efficiëntie, hogere compressie motoren te bevorderen. TEL is echter zeer giftig en vergiftigt katalysatoren. Sinds 1974 hebben alle nieuwe Amerikaanse automotoren katalysatoren gebruikt om de uitlaatemissies te verminderen.
Methyl-t-butylether (MTBE) is het antiknockmiddel bij uitstek voor loodvrije benzine. MTBE biedt hoge octaankwaliteit samen met lage vluchtigheid en is gemakkelijk oplosbaar in benzine. Lekkage van benzine uit ondergrondse opslagtanks heeft echter geleid tot de detectie van MTBE in het drinkwater van verschillende stedelijke gebieden. Dit was de aanleiding voor de staat Californië om de verwijdering van MTBE uit California gasoline in 2003 te bestellen.
alcoholen zijn ook gebruikt als octaanversterkers. Bij hogere concentratie kunnen alcoholen worden gebruikt als benzine extenders, waardoor onze afhankelijkheid van geïmporteerde ruwe olie afneemt. Een aanzienlijk deel van de hele VS. op de markt gebrachte benzine wordt verondersteld om ethanol te bevatten.
Benzineadditieven
sporen van olefinen en diolefinen in benzine zijn gevoelig voor reactie met zuurstof opgelost in de benzine. Dit proces wordt autoxidatie genoemd en omvat een radicale kettingreactie die zuurstof
in de olefine en kan ook een toename van de moleculaire grootte bevorderen via polymerisatiereacties. Het eindresultaat van dit complexe proces is de vorming van afzettingen en tandvlees die brandstoffilters kunnen blokkeren en de meting van brandstof en lucht in de carburateur kunnen verstoren. Dit kan leiden tot ongunstige motorprestaties. Additieven worden vaak toegevoegd aan benzine om oxidatieve stabiliteit en andere problemen aan te pakken; zij omvatten antioxidanten, metaal deactivators, en detergentia.
antioxidanten zijn additieven die autoxidatiereacties minimaliseren. Ze functioneren als donors van waterstofatomen die het oxidatieproces van de olefinen stoppen. De twee verschillende soorten antioxidanten die in benzine worden gebruikt zijn fenyleendiaminen (PDA) en gehinderd fenolen (zoals BHT).
sporenconcentraties van oplosbare metaalverbindingen, met name koper, katalyseren de oxidatieve afbraak van benzine door de vorming van gommen en afzettingen te bevorderen. Metal deactivators overwinnen dit probleem door het metaal te cheleren en het inactief te maken. De meest gebruikte metaaldeactivator is N, N ‘ – disalicylideen-1,2-propaandiamine, waarvan het kopercomplex is weergegeven in Figuur 3.
detergentia minimaliseren de afzettingen van het brandstofsysteem bij lage concentraties, en bij hoge concentraties kunnen reeds gevormde afzettingen worden verwijderd. Detergentia zijn moleculen die een hoogst polaire eindgroep en een niet-polaire koolwaterstofstaart hebben. Een conventioneel aminoamidetype detergent is weergegeven in Figuur 4.
vermoedelijk hechten de polaire groepen in het wasmiddel zich aan metalen oppervlakken en aan polaire afzettingen op deze oppervlakken. De niet-polaire staarten van deze moleculen “steken uit” in de brandstof op een zodanige wijze dat een monomoleculaire film wordt gevormd op het metalen oppervlak, waardoor afzetting en deeltjesaggregatie worden voorkomen. Dit proces wordt ook verondersteld om eventuele afzettingen al op het metalen oppervlak op te lossen. Het wasmiddel monolaag wordt ook verondersteld om de ophoping van ijs op carburateur oppervlakken tijdens de winter te voorkomen. Detergentia kunnen dus ook als ijsmiddelbestrijdingsadditieven functioneren.
Benzineproductie
de productie van benzine begint met het ontzouten van de viskeuze Ruwe olie. Zouten en metalen in de ruwe olie bevorderen corrosie en gifverwerking katalysatoren. Zo wordt de ruwe olie verhit (om de viscositeit te verminderen) en geëxtraheerd met water om de zouten en metalen te verwijderen. Dit proces resulteert vaak in de vorming van een olie/watermengsel dat een emulsie (suspensie) wordt genoemd. Deze emulsie wordt meestal gebroken door de toevoeging van een chemische oppervlakteactieve stof (demulgator) die de scheiding van discrete olie-en waterlagen bevordert. Na scheiding van de waterige laag wordt de olie verhit tot ongeveer 400 o C (752 o F): Dit zet de olie om in gasvormige producten en verhoogt de vloeibaarheid van de resterende vloeistof. In deze vorm komt het gasmengsel in de fractionerende kolom, waar het proces van atmosferische fractionele destillatie de ruwe olie scheidt in verschillende componenten op basis van Kookpunt.
de lichtste kokende fracties zijn moleculen die gassen zijn onder omgevingsomstandigheden: methaan, ethaan, propaan, butaan en olefinen afgeleid van deze verbindingen. Het gebruik van deze destillaatstroom omvat verbranding als brandstof in de raffinaderij, als petrochemische grondstoffen en verwerking tot vloeibaar petroleumgas (LPG). Er zijn drie andere belangrijke destillaatstromen verzameld tijdens de atmosferische destillatie: de naftafractie, die een kooktraject heeft van 30 tot 180°C (86-356°F); de kerosinefractie, die distilleert bij 180 tot 240°C (356-464°F); en de gasoliefractie, die distilleert bij 240 tot 355°C (464-671°F).
om te voldoen aan de huidige milieuvoorschriften voor het zwavelgehalte in brandstofproducten, worden de driedestillaatstromen onderworpen aan het proces van waterstofontzwaveling. In aanwezigheid van een katalysator worden destillaten in aanwezigheid van waterstof verhit om verschillende organische zwavelverbindingen te reduceren tot eenvoudige organische verbindingen en H 2 S. de waterstof die nodig is voor dit proces is een bijproduct van het katalytische reformingproces. Het H 2 s product kan gemakkelijk worden verwijderd. In dit proces kan de raffinaderij het octaangetal van de benzine mengen voorraad regelen. Door de naftafractie te verhitten in aanwezigheid van een speciaal ontworpen platinakatalysator, worden koolwaterstoffen met rechte ketens gecycliseerd en worden verzadigde cyclische koolwaterstoffen omgezet in aromatische verbindingen. Bovendien zet dit proces lineaire koolwaterstoffen om in vertakte koolwaterstoffen. Katalytische reforming vergemakkelijkt de productie van benzine mengen voorraden met octaan ratings van 90 tot 100+.
Herdistilleren van het atmosferische residu bij een temperatuur van minder dan 400°C (752°F) onder vacuüm produceert een vacuüm gasolie. Typisch, wordt de vacuümgasolie onderworpen aan fluid catalytic cracking (FCC) om laagkokende vloeistoffen te produceren die kunnen worden gemengd om benzine te maken. Dit wordt bereikt door grote moleculen van de vacuümgasolie te breken in kleinere, laagkokende moleculen. Een belangrijke benzine mengen component die kan worden geproduceerd op deze manier is alkylaat. Het is een mengsel van sterk vertakte koolwaterstoffen, gevormd door de zuurkatalyseerde reactie van isobuteen en lichte olefinische koolwaterstoffen. Alkylaat is een waardevolle mengcomponent vanwege de hoge octaankwaliteit en de afwezigheid van aromaten of olefinen, wat kan leiden tot milieu-en oxidatieve stabiliteitsproblemen. de Clean Air Act van 1990 verplicht het Environmental Protection Agency (EPA) om verordeningen uit te vaardigen die voorschrijven dat benzine moet worden “geherformuleerd”, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de voertuigemissies van ozonvormende en giftige luchtverontreinigende stoffen. Deze schonere benzine heet reformulated gasoline (RFG). RFG is vereist in de negen grote metropolitane gebieden in de Verenigde Staten met de ergste ozonproblemen. Daarnaast hebben verschillende andere gebieden met ozonniveaus die de volksgezondheidsnorm overschrijden vrijwillig gekozen voor het gebruik van RFG.
het gebruik van RFG vermindert de hoeveelheden vluchtige organische stoffen (Vos) en stikstofoxiden (NO x ) in de atmosfeer die in aanwezigheid van zonlicht reageren om ozon, een belangrijk bestanddeel van smog, te produceren. Voertuigen brengen ook toxische emissies vrij, waarvan er één (benzeen) een bekende kankerverwekkende stof is.
RFG bevat 2 gewichtsprocent zuurstofadditieven (oxygenaten), zoals MTBE of ethanol. Oxygenaten verhogen de verbrandingsefficiëntie van benzine, waardoor de uitstoot van koolmonoxide door voertuigen wordt verminderd, een ernstige bedreiging voor de volksgezondheid. Het verschijnen van MTBE in sommige stedelijke watervoorziening heeft geresulteerd in wetgeving Hangende in het Amerikaanse Congres om het gebruik van MTBE in RFG geleidelijk uit te bannen. De Ethanol zou dan hoogstwaarschijnlijk het primaire oxygenaat voor toekomstige RFG worden.
benzine is het belangrijkste product van de olieraffinaderij. De belangrijkste kwaliteitsparameter voor benzine is het octaangetal. Aanvullende kwaliteitskenmerken voor benzine worden gecontroleerd door het gebruik van additieven, bijvoorbeeld antioxidanten, metaaldeactivatoren en detergentia. Door het mengen van verschillende raffinaderijstromen en additieven kan een benzineformulering worden bereikt die de aantasting van het milieu minimaliseert. Een dergelijke brandstof wordt geherformuleerde benzine genoemd.