بنزین چیست و چگونه به دست می آید؟

تاریخچه، ویژگی، مزایا، معایب، انواع بنزین، اکتان و دیگر دانستنیهای لازم در مورد بنزین

بنزین


بنزین (به روسی: Бензин) مایعی مشتق شده از نفت است که در پالایشگاه نفت تولید می‌گردد و به عنوان سوخت در موتورهای درون‌سوز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این سوخت را نخستین بار در آلمان «بنزین» نامیدند. بر خلاف تصور برخی که فکر می‌کنند نام بنزین از نام برتا بنز (Bertha Benz) گرفته شده (که در سال ۱۸۸۸ برای رانندگی از شهر مانهایم به شهر فورتزهایم از داروخانه بنزین مورد نیاز خود را خریداری می‌کرد)، این نام از ماده شیمیایی بنزن می‌آید.
در بسیاری از کشورها و زبان‌ها نیز نام آن بنزین یا بسیار شبیه به بنزین است. نام «بنزین» در فارسی نیز از زبان روسی گرفته شده است.

در بیشتر کشورهای مشترک المنافع بریتانیا، به استثنای کانادا، از عبارت «پترول» (به معنی روغن سنگ) استفاده می‌کنند. عبارت گازولین عمدتا در آمریکای شمالی به کار می‌رود که معمولا در کاربردهای محاوره‌ای «گاز» گفته می‌شود که باید بتوان در زمینه کاربرد آن را از سوختهای گازی از قبیل گاز نفت مایع مورد استفاده در موتورهای درون‌سوز کاملا متمایز کرد.


کلمه «بنزین» در انگلیسی بریتانیایی به یک مشتق دیگر نفت که در چراغ به کار می‌رود اشاره دارد و به هر حال این مورد استفاده امروزه رایج نیست.

واژهٔ «گازولین» (Gasoline) در سال ۱۸۶۵ از کلمه گاز گرفته شد. املای کنونی این کلمه ابتدا در سال ۱۸۷۱ به کار رفت. شکل کوتاه شده گاز در انگلیسی آمریکایی و برای اولین بار در سال ۱۹۰۵ ثبت شده است.

کلمه «پترول» اولین بار در سال ۱۸۹۲ به عنوان ماده پالایش شده مورد استفاده قرار گرفته (این کلمه قبلا به معنای نفت پالایش نشده بود) و تحت نام تجاری توسط کاپل و لئونارد و کارلس ثبت شد. اگرچه هنوز رسما به عنوان علامت تجاری ثبت نشده بود رقبای کارلس تا سال ۱۹۳۰ عبارت Motor Spirit را به کار می‌بردند.


تاریخچه

پیش از اختراع موتورهای درون‌سوز در نیمه‌های قرن نوزدهم، بنزین را در بطری‌های کوچک برای کشتن شپش و تخم آن می‌فروختند. در آن زمان کلمه پترول یک نام تجاری بوده و این روش درمان بعلت خطر شعله ورشدن و خطر ایجاد حساسیت پوستی برای مدت طولانی به کار نرفت.

در طول جنگ فرانسه–پروس در سال ۱۸۷۱-۱۸۷۰ در پاریس جهت استفاده علیه حمله احتمالی پادشاهی پروس در شهر بنزین ذخیره شد. بعدها در سال ۱۸۷۱ در طول کمون پاریس مخالفان انقلاب شایع کرده بودند که در شهر زنانی (که آن‌ها را نفتی‌ها می‌نامیدند) با استفاده از بطری‌های بنزین ساختمان‌های شهر را به طور عمدی آتش می‌زنند.

همچنین از آن به عنوان گاز استنشاقی فرح‌بخش استفاده می‌شد.




اکتان و جنگ جهانی دوم

یکی از زمینه‌های تاریخی جالب در مورد اکتان طی جنگ جهانی دوم رخ داد. آلمان نزدیک به کل نفت خود را از رومانی دریافت کرده و کارخانه‌های بزرگ تقطیر را برای تولید بنزین از زغال سنگ تاسیس کرد. در ایالات متحده کیفیت نفت مناسب نبود و صنعت نفت مجبور بود در سیستم‌های مختلف افزایش کیفیت سرمایه‌گذاری‌های کلان کند. این مساله به نفع این کشور تمام شد. صنایع ایالات متحده شروع به تحویل سوخت هایی با عدد اکتان بالاتر و بالاتر کرد و عوامل افزایش کیفیت وزیر ساخت‌های آن را بهبود بخشید و صنعت تولید عوامل اکتان پس از جنگ به شدت رونق یافت. در زمان جنگ و تا انتهای آن مساله کیفیت نفت خام اهمیت خود را از دست داد. سوخت هواپیمایی آمریکا عمدتا عدد اکتان 130 تا 150 داشت این عدد اکتان بالا به آسانی در موتورهای موجود استفاده می‌شود به طوری که با افزایش فشار اعمال شده به ابر شارژ ها توان بیشتری حاصل می‌شود. آلمانی‌ها کاملا به بنزین مناسب وابسته بوده و صنعت دیگری نداشتند در عوض مجبور بودند به موتورهای بزرگ تر جهت ارائه توان بیشتر تکیه کنند.

به هر حال موتورهای هواپیمایی آلمان از نوع تزریق مستقیم سوخت بوده می‌توانستند از تزریق متانول– آب و همچنین تزریق اکسید نیترو استفاده نشده که به ازای هر پنج دقیقه از جنگ بین هواپیماهای شکاری توان موتور را پنجاه درصد افزایش می‌داد.



این کار تنها می‌تواند پنج بار یا پس از چهل ساعت زمان استفاده انجام شود. وپس از آن موتور باید بازسازی شود. اکثر موتورهای آلمانی سوخت با عدد اکتان ۸۷ را (که B4 نامیده می‌شوند) استفاده کردند در حالی که بعضی از موتورهای پر قدرت سوخت (C2/C3) را با عدد اکتان ۱۰۰ مورد استفاده قرار دادند.

این مساله تاریخی بر پایه یک سوء تفاهم خیلی معمول در مورد اعداد اکتان سوخت زمان جنگ است برای هر سوخت دو عدد اکتان وجود دارد یکی برای مخلوط رقیق و دیگری برای مخلوط غلیظ که عدد مربوط به مخلوط غلیظ همواره بزرگتر است. بنابراین برای مثال عدد اکتان سوخت هواپیمای بریتانیایی معمولی بعد از جنگ 125/100 بود. دلیل این سوء تفاهم که سوختهای آلمانی عدد اکتان کمتر دارند (وبنابراین کیفیت پایین تر) از این ناشی می‌شود که آلمانی‌ها عدد اکتان مخلوط رقیق را برای سوخت هایشان ذکر کردند حال آنکه متحدین عدد مربوطه به مخلوط غلیظ را ذکر نمودند. سوخت هواپیمایی با درجه بالا و استاندارد آلمانی که در مرحله بعدی جنگ به کار رفت (با طرح C3) نسبت عدد اکتان مخلوط رقیق به غلیظی معادل 130/100 داشت. آلمانی‌ها این را با سوخت اکتان 100 فهرست کردند در حالیکه متحدین عدد 130 را لیست کردند.

پس از جنگ جهانی نیروی دریایی ایالات متحده یک ابلاغ تکنیکی به آلمان فرستاد تا با شیمی دان‌های نفتی مصاحبه کرده و کیفیت سوخت آلمان را آزمایش نماید. گزارش هایشان که گزارش فنی ساخت 14545بنزین هواپیما در آلمان نام گرفت انواع سوخت را از لحاظ شیمیایی تجزیه کرده وبه این نتیجه رسید که تا پایان جنگ کیفیت سوخت مورد استفاده جنگنده‌های آلمانی کاملا شبیه کیفیت سوخت هواپیماهای متحدین بود.




تجزیه شیمیایی و محصول

بنزین در پالایشگاه‌های نفت تولید می‌شود. ماده‌ای که با تقطیر از نفت خام جدا می‌شود بنزین طبیعی نام دارد که ویژگی‌های مورد نیاز را برای موتورهای پیشرفته (به طور خاص نرخ اکتان پایین را ببینید.) ندارد اما بخشی از مخلوط را تشکیل خواهد داد. توده بنزین شامل هیدروکربن های دارای پنج تا هفت اتم کربن در هر مولکول می‌باشد.

بسیاری از این هیدروکربن‌ها مواد خطرناکی بوده و قوانین مرتبط با آنها توسط OSHA وضع می‌شوند. MSDS برای بنزین بدون سرب حداقل پانزده ماده شیمیای خطرناک را نشان می‌دهد که در مقادیر حجمی مختلف بنزین از پنج تا ۳۵ درصد وجود دارد. این مواد شامل بنزین بالاتر از پنج درصد حجمی، تولوئن بالاتر از ۳۵ درصد حجمی، نفتالن بالاتر از یک درصد حجمی 1 و 2و 4- تری متیل بنزن بالاتر از هفت درصد حجمی، MTBE بالاتر از ۱۸ درصد حجمی و حدود ده ماده دیگر می‌باشد.

فرآورده پالایشگاه‌های مختلف با هم آمیخته و بنزین را با خواص مختلف می‌سازد بعضی ازفرایندهای مهم عبارتند از :

* رفرمات که در اصلاح کننده کاتالیزوری با عدد اکتان بالا شامل مقدار زیادی ماده آروماتیک و مقدار بسیار کم آلکن ها است.

* بنزینی که توسط کاتالیزور شکسته شده که همچنین گازولین ویا مولکول نفتا نامیده می‌شود از فرایند تجزیه کاتالیزوری با عدد اکتان مناسب محتوای آلکن اولفین های بالا و سطح بالای ماده آروماتیک تهیه می‌شود.

* هیدرورکراکت سنگین متوسط و سبک از هیدروکراکر با عدد اکتان متوسط تا پایین و سطح ماده آروماتیک مناسب تهیه می‌شود.

* بنزین طبیعی (که دارای نام‌های زیادی است) مستقیما از نفت خام با عدد اکتان پایین ماده آروماتیک پایین (به نفت خام بستگی دارد) مقداری از نفتن‌ها سیکلو آلکان ها و اولفین‌ها ی صفر آلکن ها

* آلکیلات تولید شده در واحد آلکیلاسیون دارای عدد اکتان بالا بوده و آلکان پارافین خالص است عموما دارای زنجیره‌های شاخه دار است.

* ایزومرات (با نام‌های مختلف) که جهت افزایش عدد اکتان خود از بنزین طبیعی ساخته می‌شود و مقدار کمی مواد آروماتیک دارد.
(عبارات به کار رفته در اینجا همیشه عبارات شیمیایی صحیح نیستند. اینها نوعا" از قدیم مرسوم بوده اما عبارات معمول مورد استفاده در صنعت نفت هستند.اصطلاحات دقیق این محصولات بسته به نوع شرکت نفت و کشور مورد نظر متفاوت است.)

به طور کلی بنزین معمولی عمدتا مخلوطی است از پارافین‌ها، آلکان ها، نفتن ها، سیکلو آلکان ها، آروماتیک ها و اولفین‌ها آلکن ها. نسبت‌های دقیق به عوامل زیر بستگی دارد:

* پالایشگاه نفت که سازنده بنزین است از این نظر که پالایشگاه‌ها یکسری واحدهای پردازش مشابه دارند.


* نفت خام مورد استفاده پالایشگاه در یک روز خاص.


* درجه بنزین و به طور خاص عدد اکتان آن.

امروزه بسیاری از کشورها در موردترکیبات آروماتیک بنزین به طور عام بنزن به طور خاص و ترکیب اولفین آلکن محدودیت هایی را اعمال می‌کنند. تقاضای  اجزای تشکیل دهنده پارافین آلکان خالص با عدد اکتان بالا از قبیل آلکیلات در حال افزایش است و پالایشگاه‌ها مجبور به افزودن واحدهای پردازش جهت کاهش محتوای بنزن هستند.

بنزین همچنین شامل مواد آلی دیگری نیز می‌باشد ؛ از قبیل اترهای آلی (که با هدف به آن افزوده شده) به اضافه مقدار کمی ناخالصی، اختصاصا ترکیبات گوگرد از قبیل دی سولفیدها و تیوفن ها بعضی از ناخالصی‌ها برای مثال تیول ها و سولفید هیدروژن به علت ایجاد خوردگی در موتورها باید حذف شوند.


فراریت

بنزین از نفت دیزل جت – A یا کروسن نه تنها به خاطر اجزای تشکیل دهنده اصلی بلکه به دلیل افزاینده ها که به آن افزوده می‌شود بیشتر است. فراریت مطلوب بستگی به دمای محیط دارد : در هوای گرم تر اجزایی از بنزین مورد استفاده قرار می‌گیرند که وزن مولکولی بالاتر وبنابراین فراریت کمتر دارند. در هوای سرد برای اینکه ماشین شروع به کار کند از اجزای با فراریت بسیار کم استفاده می‌شود. در هوای گرم فراریت اضافی باعث اشباع شدن بخار می‌شود که در این حالت احتراق رخ نمی‌دهد. در استرالیا محدوده فراریت هر ماه تغییر می‌کند وبرای هر مرکز توزیع اصلی تفاوت دارد. اما اکثر کشورها به سادگی محدوده تابستانی زمستانی و حتی چیزی بین این دو را دارند در ایالات متحده برای کاهش نشر هیدروکربن هایب سوخته نشده مراکز شهری بزرگی تاسیس می‌شود. در شهرهای بزرگ از بین دیگر خواص بنزین بنزین با فرمولاسیون جدید که کمتر تبخیر می‌شود مورد نیاز است.

استانداردهای فراریت در موارد اضطراری که کمبود بنزین وجود دارد کمتر رعایت می‌شوند (و درنتیجه عناصر آلاینده بنزین در جو زمین افزایش می‌یابد). برای مثال در تاریخ 31آگوست 2005 ایالات متحده در پاسخ به توفند کاترینا مجوز فروش بنزین بافرمولاسیون قبلی را در بعضی از نواحی شهری صادر کرد که باعث شد که استفاده از بنزین زمستانی زودتر از حدمعمول انجام شود. طبق دستور ریاست EPA استفان جانسون این نادیده انگاری استانداردهای سوخت از تاریخ 15 سپتامبر 2005 اجرا شد. [۱] اگر چه استاندارهای کاهش یافته فراریت باعث تخریب لایه اوزون و آلودگی هوا می‌شوند بنزین دارای فراریت بالاتر (که در مقایسه با بنزین با فراریت پایین افزاینده‌های کمتری دارد) ذخیره بنزین کشور را به طور محسوس افزایش می‌دهد چرا که پالایشگاه‌های نفت می‌توانند با سهولت بیشتر محصول خود را تولید کنند.




عدد اکتان

مهمترین خاصیت بنزین عدد اکتان آن است که نشان دهنده میزان مقاومت بنزین در برابر افنجار زودهنگام در سیلندر موتور است که باعث ضربه زدن به موتور و آسیب های جدی به موتور می‌شود. این عدد نسبت به مخلوط 2 و 2 و 4- تری متیل پنتان ایزومر اکتان و n - هپتان اندازه گیری می‌شود. معیارهای قراردادی مختلفی برای بیان عدد اکتان وجود دارد بنابراین بسته به سیستم مورد استفاده سوخت‌های مشابه ممکن است اعداد اکتان متفاوت داشته باشند.


افزودنی ها


سرب

بنزین که یک نوع مخلوط می‌باشد و وقتی در موتورهای درون‌سوز با فشردگی فیزیکی بالا استفاده می‌شود خیلی زود شعله‌ور پیش افروزش یا انفجار می‌شود که موجب آسیب دیدن ضربه زدن به موتور. تحقیقات اخیر برروی این اثر توسط هری ریکاردو و آ.ه. گیبسون در انگلستان همچنین توسط توماس دمیگلی و توماس بوید در آمریکاانجام شد. این کشف مبنی بر اینکه افزودنی‌های سرب سبب این رفتار می‌شوند منجر به استفاده گسترده از این ماده در دهه ۱۹۲۰ و بنابراین ایجاد موتورهای با قدرت بیشتر و فشردگی بالاتر شد. معمول ترین افزاینده تترا–اتیل سرب بود.

همزمان با کشف اثر زیان‌آور سرب بر سلامت و محیط و همچنین ناسازگاری آن با مبدل‌های کاتالیزوری در همه اتومبیل‌ها از سال ۱۹۷۵ این شیوه عمل در دهه ۱۹۸۰ رو به نقصان گذاشت. اکثرکشورها تولید سوخت سرب‌دار را متوقف می‌کنند و افزودنی‌های مختلف جایگزین ترکیبات سرب شده‌اند. معمول‌ترین این افزاینده‌ها عبارتند از: هیدروکربن‌های آروماتیک، اترها و الکل (معمولا اتانول یا متانول).

در ایالات متحده که جهت بهبود عدد اکتان سرب با بنزین مخلوط می‌شد از دهه ۱۹۲۰ استانداردهایی وجود داشت که استفاده از بنزین سرب دار را ممنوع می‌کردند و اولین بار در سال ۱۹۷۳ اجرا شوند. در سال ۱۹۹۵ سوخت سرب‌دار تنها 6/0 درصد فروش کل بنزین و کمتر از دوهزار تن در سال بود. از یکم ژانویه سال ۱۹۹۶ سازمان هوای پاک فروش سوخت سرب‌دار مورد استفاده وسایل نقلیه جاده‌ای را ممنوع کرد. هم اکنون در ایالات متحده مالکیت و استفاده از بنزین سرب‌دار در وسایل نقلیه جاده‌ای حداکثر ده هزار دلار جریمه در پی خواهد داشت. به هر حال سوخت‌های سرب دار ممکن است به منظور استفاده‌های غیر جاده‌ای برای مثال هواپیما، ماشین‌های مسابقه، تجهیزات کشاورزی، و موتورهای دریایی تا سال ۲۰۰۸ فروخته شود. ممنوعیت استفاده از بنزین سرب‌دار سبب کاهش سطح سرب در جریان خون مردم شده و همچنین از آزاد شدن هزاران تن سرب توسط خودروها در هوا جلوگیری شده است.

اثر جانبی افزاینده‌های سرب حفاظت سوپاپ در برابر فرسایش بود. به علت در دسترس نبودن سوخت‌های سرب‌دار بسیاری از موتورهای ماشین‌های قدیمی به منظور استفاده از سوخت‌های بدون سرب باید اصلاح می‌شدند. به هر حال محصولات جایگزین سرب نیز تولید شده و گاهی اوقات در مغازه‌های فروش قطعات خودرو یافت می‌شوند.

بنزین خریداری شده از پمپ بنزین همچنین شامل افزودنی‌هایی به منظور کاهش تشکیل دوده در موتور می‌باشد که سبب بهینه شدن سوختن بنزین شده و باعث می‌شود خودرو در هوای سرد آسان‌تر روشن شود.

در بیشتر نقاط آمریکایی جنوبی و آفریقا و بعضی از نقاط آسیا و خاورمیانه استفاده بنزین سرب‌دار همچنان رواج دارد.

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد