în 1859 Edwin Drake și E. B. Bowditch a companiei petroliere Seneca a forat primul puț comercial de petrol din Statele Unite în Titusville, Pennsylvania. Fântâna a produs aproximativ 400 de galoane de țiței, mai puțin de zece barili pe zi. În curând, puțuri similare din toată vestul Pennsylvania furnizau țiței pentru producția de kerosen care era necesară pentru alimentarea farurilor și lămpilor de casă ale națiunii. Componenta de fierbere mai ușoară, benzina, a fost aruncată, deoarece nu avea piață. Există rapoarte istorice conform cărora benzina” deșeu”, care fusese aruncată în râuri, a luat uneori foc. În 1892 au fost dezvoltate primele motoare pe benzină, atât pentru mașină, cât și pentru tractor: acest lucru a oferit în curând o piață pentru substanța odinioară inutilă, benzina.
astăzi benzina este cel mai important produs al unei rafinării tipice de petrol: Întregul proces de rafinărie este conceput pentru a-și maximiza producția. Benzina este un amestec complex de molecule cu un interval de fierbere de 40-200 XT (104-392 XT). Pentru a produce diferite grade, există o amestecare a multor componente ale rafinăriei, fiecare dintre acestea promovând calități specifice ale combustibilului, cum ar fi ratingul octanic dorit, volatilitatea și minimizarea depozitelor motorului.
calitate octanică
cel mai important parametru de calitate pentru benzină este calitatea octanică. Numărul octanic este o măsură a proprietăților antiknock ale combustibilului. Baterea într-un motor pe benzină este un zgomot metalic (pinging), care indică o intensitate excesivă în reacțiile preflame. Baterea severă poate deteriora motorul.
reacțiile de pre-aprindere apar în cilindrii motorului atunci când porțiuni din combustibil se auto-inițiază combustia înainte de înaintarea flăcării de la bujie. Această combustie suplimentară determină o rată excesivă de eliberare a energiei, care este lovită. Tendința unui combustibil de a se angaja în reacții preflame depinde de structura moleculelor sale componente (vezi Figura 1);
tendința reacțiilor preflame este ridicată pentru hidrocarburile cu catenă dreaptă, medie pentru hidrocarburile ramificate și scăzută pentru aromatice.
cifra octanică pentru o benzină de testare reprezintă procentul în volum de izooctan (2,2,4-trimetilpentan) dintr-un combustibil de referință constând din amestecul de izooctan și heptan care ar fi necesar pentru a corespunde tendinței de lovire a combustibilului de testare. Izooctanul arde cu o bătaie minimă și i se acordă o cifră octanică de 100. Acest lucru este în contrast cu heptan, care arde cu mult bate și este dat un rating octanic de 0. Astfel, o benzină care arde cu aceeași cantitate de bătaie ca un amestec de 92% izooctan și 8% heptan este clasificată ca o benzină cu cifra octanică de 92.
Valorile octanice ale benzinei pot fi crescute prin adăugarea unor cantități mici de agenți antiknock. Primul agent antiknock de succes comercial, tetraethyllead (TEL), a fost dezvoltat în anii 1920. TEL a fost folosit pentru a promova dezvoltarea unor motoare cu compresie mai mari, cu eficiență mai mare. Cu toate acestea, TEL este foarte toxic și otrăvește convertoarele catalitice. Din 1974, toate noile motoare de automobile din SUA au folosit convertoare catalitice pentru a reduce emisiile de gaze de eșapament.
metil t-butil eter (MTBE) a fost agentul antiknock de alegere pentru benzina fără plumb. MTBE oferă o calitate cu cifră octanică ridicată, împreună cu o volatilitate scăzută și este ușor solubil în benzină. Cu toate acestea, scurgerile de benzină din rezervoarele de stocare subterane au dus la detectarea MTBE în apa potabilă din mai multe zone urbane. Acest lucru a determinat statul California să ordone eliminarea MTBE din benzina din California până în 2003.
alcoolii au găsit, de asemenea, utilizarea ca potențatori de octan. La o concentrație mai mare, alcoolii pot fi folosiți ca prelungitori de benzină, scăzând astfel dependența noastră de țițeiul importat. O parte semnificativă a tuturor Statelor Unite. se crede că benzina comercializată conține etanol.
aditivi benzină
urme de olefine și diolefine găsite în benzină sunt predispuse la reacție cu oxigenul dizolvat în benzină. Acest proces este denumit autoxidare și implică o reacție radicală în lanț care poate încorpora oxigen
în olefină și, de asemenea, poate promova o creștere a dimensiunii moleculare prin reacții de polimerizare. Rezultatul final al acestui proces complex este formarea de depozite și gume care pot bloca filtrele de combustibil și pot interfera cu măsurarea combustibilului și a aerului din carburator. Acest lucru poate duce la performanțe negative ale motorului. Aditivii sunt adăugați frecvent la benzină pentru a aborda stabilitatea oxidativă și alte probleme; acestea includ antioxidanți, dezactivatoare metalice și detergenți.
Antioxidanții sunt aditivi care minimizează reacțiile de autoxidare. Acestea funcționează ca donatori de atomi de hidrogen care opresc procesul de oxidare a lanțului olefinelor. Cele două tipuri diferite de antioxidanți utilizate în benzină sunt fenilendiaminele (PDA) și fenolii împiedicați (cum ar fi BHT).
nivelurile de urme de compuși metalici solubili, în special cupru, catalizează degradarea oxidativă a benzinei prin promovarea formării de gume și depozite. Dezactivatoarele metalice depășesc această problemă chelând metalul și făcându-l inactiv. Cel mai utilizat dezactivator metalic este N, N’-disaliciliden-1,2-propandiamina, al cărui complex de cupru este prezentat în Figura 3.
detergenții minimizează depozitele sistemului de combustibil la concentrații scăzute, iar la concentrații mari pot elimina depozitele care s-au format deja. Detergenții sunt molecule care au un grup extrem de polar și o coadă de hidrocarburi nepolare. Un detergent convențional de tip amino amidă este prezentat în Figura 4.
se presupune că grupurile polare din detergent se atașează de suprafețele metalice și de depunerile polare de pe aceste suprafețe. Cozile nepolare ale acestor molecule „se lipesc” în combustibil astfel încât să se formeze o peliculă monomoleculară pe suprafața metalică, împiedicând depunerea și agregarea particulelor. Se crede, de asemenea, că acest proces solubilizează orice depozite deja pe suprafața metalică. Se crede, de asemenea, că monostratul de detergent împiedică acumularea de gheață pe suprafețele carburatorului în timpul iernii. Astfel, detergenții pot funcționa și ca aditivi anti-îngheț.
producția de benzină
producția de benzină începe cu desalinizarea țițeiului vâscos. Sărurile și metalele din țiței promovează coroziunea și catalizatorii de prelucrare a otrăvurilor. Astfel, țițeiul este încălzit (pentru a scădea vâscozitatea) și extras cu apă pentru a îndepărta sărurile și metalele. Frecvent, acest proces are ca rezultat formarea unui amestec ulei / apă denumit emulsie (suspensie). Această emulsie este de obicei ruptă prin adăugarea unui surfactant chimic (demulsificator) care promovează separarea straturilor discrete de ulei și apă. După separarea stratului apos, uleiul este încălzit la aproximativ 400 O C (752 o F): Aceasta transformă uleiul în produse gazoase și crește fluiditatea lichidului rămas. În această formă, amestecul gazos intră în coloana de fracționare, unde procesul de distilare fracționată atmosferică separă țițeiul în diferite componente pe baza punctului de fierbere.
cele mai ușoare fracții de fierbere sunt moleculele care sunt gaze în condiții ambientale: metan, etan, propan, butan și olefine derivate din acești compuși. Utilizările pentru acest flux de distilat includ arderea ca combustibil la rafinărie; ca stocuri de furaje petrochimice; sau prelucrarea în gaz petrolier lichefiat (GPL). Există trei alte mari distilat fluxuri colectate în timpul distilarea atmosferică: pe naphta fracțiune, care are un punct de fierbere variază de la 30 la 180°C (86-356°F); kerosen fracțiune, care distilează între 180 și 240°C (356-464°F); și gaze de ulei de fracțiune, care distilează între 240 și 355°C (464-671°F).
pentru a respecta reglementările actuale de mediu pentru conținutul de sulf din produsele combustibile, fluxurile de trei distilate sunt supuse procesului de hidrodesulfurare. În prezența unui catalizator , distilatele sunt încălzite în prezența hidrogenului pentru a reduce diferiți compuși organosulfurici la compuși organici simpli și H 2 S. hidrogenul necesar pentru acest proces este un produs secundar al procesului de reformare catalitică. Produsul H 2 S poate fi îndepărtat cu ușurință. În acest proces, rafinatorul poate controla numărul octanic al stocului de amestecare a benzinei. Prin încălzirea fracției NAFTA în prezența unui catalizator de platină special conceput, hidrocarburile cu lanț drept sunt ciclizate, iar hidrocarburile ciclice saturate sunt transformate în compuși aromatici. În plus, acest proces transformă hidrocarburile cu lanț drept în hidrocarburi ramificate. Reformarea catalitică facilitează producția de stocuri de amestecare a benzinei cu valori octanice cuprinse între 90 și 100+.
Redistilarea reziduului atmosferic la o temperatură sub vid mai mică de 400 ct (752 CTF) produce o motorină sub vid. De obicei, motorina de vid este supusă cracare catalitică fluidă (FCC) pentru a produce lichide cu fierbere mai mică care pot fi amestecate pentru a face benzină. Acest lucru se realizează prin ruperea moleculelor mari ale motorinei de vid în molecule mai mici, cu fierbere mai mică. O componentă importantă de amestecare a benzinei care poate fi produsă în acest mod este alchilatul. Este un amestec de hidrocarburi foarte ramificate produse de reacția catalizată de acid a izobutenei și a hidrocarburilor olefinice ușoare. Alchilatul este o componentă valoroasă de amestecare datorită calității sale octanice ridicate și absenței aromelor sau olefinelor, ceea ce poate duce la probleme de stabilitate a mediului și oxidării. Legea aerului curat din 1990 impunea Agenției pentru Protecția Mediului (EPA) să emită reglementări care impuneau „reformularea” benzinei, rezultând reduceri semnificative ale emisiilor vehiculelor de poluanți atmosferici care formează ozon și toxici. Această benzină mai curată se numește benzină reformulată (RFG). RFG este necesar în cele nouă zone metropolitane majore din Statele Unite care au cele mai grave probleme de ozon. În plus, alte câteva zone cu niveluri de ozon care depășesc standardul de sănătate publică au ales în mod voluntar să utilizeze RFG.
utilizarea RFG scade cantitățile de compuși organici volatili (COV) și oxizi de azot (NO x ) din atmosferă care reacționează în prezența luminii solare pentru a produce ozon, o componentă majoră a smogului. Vehiculele eliberează, de asemenea, emisii toxice, dintre care unul (benzen) este un cancerigen cunoscut.
RFG conține 2 procente în greutate aditivi de oxigen (oxigenați), cum ar fi MTBE sau etanol. Oxigenații cresc eficiența de ardere a benzinei, reducând emisiile vehiculelor de monoxid de carbon, o amenințare gravă la adresa sănătății publice. Apariția MTBE în unele surse urbane de apă a dus la o legislație pendinte în Congresul SUA pentru a elimina treptat utilizarea MTBE în RFG. Etanolul ar deveni cel mai probabil oxigenatul primar pentru viitorul RFG.
benzina este cel mai important produs al rafinăriei de petrol. Cel mai important parametru de calitate pentru benzină este numărul său octanic. Caracteristicile suplimentare de calitate ale benzinei sunt controlate prin utilizarea aditivilor, de exemplu, antioxidanți, dezactivatoare metalice și detergenți. Prin amestecarea diferitelor fluxuri de rafinărie și aditivi se poate obține o formulare pe benzină care minimizează degradarea mediului. Un astfel de combustibil se numește benzină reformulată.