بنزین چیست (فرمول بنزین و تاریخچه تولید)

بنزین محصول اولیه تولید شده از نفت است. تعداد زیادی از انواع بنزین وجود دارد. 

بنزین بخش عمده ای ازبرش اولیه بنزین از نفت خام است که صرفاً از طریق تقطیر نفت خام به دست می آید. بخش عمده بنزین مورد استفاده در خودرو و هوانوردی، بنزین کرک شده است که از طریق کرکینگ حرارتی یا کاتالیزوری بخش‌های سنگین نفت (به عنوان مثال، نفت گاز) به دست می‌آید.

طیف گسترده ای از انواع بنزین با مخلوط کردن بنزین مستقیم، بنزین کرک شده، بنزین های اصلاح شده و سنتز شده و مواد افزودنی ساخته می شوند.

سوخت موتور حدود یک چهارم کل مصرف انرژی در ایالات متحده را تشکیل می دهد.

محتوای انرژی بنزین در فصل های مختلف متفاوت است. میانگین انرژی بنزین معمولی 114000 Btu/gal در تابستان و حدود 112500 Btu/gal در زمستان است. محتوای انرژی بنزین‌های معمولی نیز از دسته‌ای به دسته دیگر و از ایستگاهی به ایستگاه دیگر به میزان 3 تا 5 درصد بین حداقل و حداکثر انرژی متفاوت است.

بنزین را می توان از زغال سنگ و همچنین نفت تهیه کرد. در دهه های 1930 و 1940، آلمان و سایر کشورهای اروپایی مقادیر قابل توجهی بنزین را از هیدروژنه کردن زغال سنگ با فشار بالا تولید کردند. اما تبدیل زغال سنگ جامد به سوخت موتور مایع فرآیندی بسیار پیچیده تر و پرهزینه تر است که البته بعدا نمی‌توانست با سوخت‌های موتوری مبتنی بر نفت به‌طور گسترده در دسترس و به راحتی تصفیه‌شده رقابت کند.

در ایالات متحده، تمام بنزین توسط شرکت های تجاری خصوصی تولید می شود. در بسیاری از موارد، آنها به صورت هرمی با یکدیگر متحد می شوند تا نفت را استخراج کنند، پیدا و حمل کنند، نفت را به بنزین و سایر محصولات فرآوری کنند و سپس بنزین را به شبکه ای از خرده فروشان بفروشند که در بنزین های با نام تجاری خاص و ترکیبات بنزین تخصص دارند. این پالایشگاه‌های بزرگ ممکن است این محصولات را به سایر پالایشگاه‌ها، عمده‌فروشان و ایستگاه‌های خدمات انتخابی نیز عرضه کنند.

تقاضای رو به رشد برای بنزین

در پایان قرن نوزدهم، تقریباً تمام بنزین تولید شده (حدود 6 میلیون بشکه) به عنوان حلال توسط صنایع، از جمله کارخانه های شیمیایی و متالورژی و موسسات خشکشویی، و به عنوان نفت سفید برای اجاق های خانگی و بخاری ها استفاده می شد. اما در سال 1919، زمانی که ایالات متحده 87.5 میلیون بشکه بنزین تولید کرد، 85 درصد توسط موتورهای احتراق داخلی (در خودروها، کامیون ها، تراکتورها و قایق های موتوری) مصرف می شد. بین سال های 1899 و 1919، با افزایش تقاضا برای بنزین، قیمت آن بیش از 135 درصد افزایش یافت و از 10.8 سنت در هر گالن به 25.4 سنت در هر گالن رسید.

از سال 1929 تا 1941، مصرف بنزین توسط خودروهای سواری از 256.7 میلیون بشکه به 291.5 میلیون بشکه افزایش یافت. مصرف سوخت هواپیما از 753000 بشکه در سال 1929 به بیش از 6.4 میلیون بشکه در آغاز جنگ جهانی دوم رسید. تا سال 1941، بنزین بیش از نیمی از فرآورده های نفتی را تشکیل می داد که 90 درصد از بنزین تولیدی به عنوان سوخت برای موتورهای خودرو و هواپیما استفاده می شد.

بین سالهای 1948 و 1975، مصرف سرانه بنزین در ایالات متحده از حدود 150 گالن در سال به کمی کمتر از 500 گالن در سال افزایش یافت. یک روند رو به رشد پس از جنگ، افزایش استفاده از سوخت جت برای هواپیما و کاهش استفاده از بنزین هواپیمایی بود.

پس از سال 1945 تولید نفت در سایر نقاط جهان به ویژه خاورمیانه و آمریکای لاتین افزایش یافت. در دهه 1970، خاورمیانه به منطقه غالب تولید کننده نفت تبدیل شد. کارتلی که توسط کشورهای عمده تولیدکننده نفت خاورمیانه موسوم به اوپک تشکیل شد، از طریق کنترل تولید نفت، به نیروی اصلی در تعیین قیمت نفت در سطح بین‌المللی تبدیل شد. از اواسط دهه 1970، نرخ رشد مصرف سرانه بنزین کاهش یافته است. یک عامل مهم در ایجاد این تعدیل در تقاضا، روند بهبود مصرف سوخت خودرو بود که با کمبود سوخت در سراسر جهان آغاز شد. مصرف سوخت بین سال‌های 1955 و 1975 حدود 14.1 مایل بر گالن بود. طی 15 سال بعد به شدت افزایش یافت و در سال 1990 به حدود 28.2 مایل بر گالن رسید. پیری جمعیت و پیشرفت مداوم در فناوری موتور و مصرف سوخت ممکن است تقاضای بنزین ایالات متحده را در اوایل قرن بیست و یکم نسبت به نرخ رشد سالانه 2 درصدی در دهه 1990 کاهش دهد.

نواک (ضربه که داخل موتور زده می شودknocking) و درجه بندی اکتان بنزین

ضربه زدن که دارای یک “پینگ فلزی” متمایز است، منجر به کاهش قدرت و راندمان می شود و به مرور زمان باعث آسیب به موتور می شود. ضربه زدن یک اتلاف انرژی بزرگ است زیرا خودرو را مجبور می کند تا نسبت به موتورهایی که به درستی کار می کنند، مقادیر بیشتری بنزین در هر مایل مصرف کند.

مشکل کوبیدن موتور یک عامل مهم در ایالات متحده برای سیستم رتبه بندی بنزین بود.

در حوالی زمان جنگ جهانی اول، هیچ مشخصات استاندارد یا معیار واحدی برای عملکرد بنزین وجود نداشت. بسیاری از ایالت ها مشخصات خود را توسعه دادند که اغلب با مواردی که توسط صنایع خودروسازی و نفت و دولت فدرال اعلام شده بود در تضاد است.

حتی شاخه های مختلف دولتی نیز مشخصات خاص خود را داشتند. مشخصات ممکن است بر اساس نقطه جوش کسر بنزین، مایلپیموده شده به ازای هر گالن سوخت، یا ترکیب شیمیایی بنزین باشد. سیستم شماره گذاری اکتان در اواخر دهه 1920 توسعه یافت و ارتباط نزدیکی با برنامه استانداردهای اندازه گیری دولت فدرال داشت که به طور مشترک توسط وزارت ارتش و اداره ملی استاندارد طراحی شده بود.

عدد اکتان یک سوخت معیاری برای سنجش تمایل سوخت به ضربه زدن است.

مقیاس اکتان دارای حداقل و حداکثر بر اساس عملکرد سوخت های مرجع است. در آزمایشگاه، اینها در شرایط خاص و از پیش تعیین شده سوزانده می شوند. یکی از سوخت های مرجع هپتان معمولی است. این سوخت بسیار ضعیف است و درجه اکتان آن صفر است. در طرف مقابل مقیاس ایزو اکتان (2،2،4 تری متیل پنتان) قرار دارد. ایزو اکتان سوختی برتر است و امتیاز 100 داده شده است. رتبه بندی اکتان سوخت ها با روش های ساده آزمایشگاهی به دست می آید. سوخت مورد آزمایش برای تعیین و اندازه گیری درجه “کوبش” آن سوزانده می شود. سپس دو سوخت مرجع با هم مخلوط می شوند تا زمانی که بنزین مرجعی تشکیل شود که به همان درجه سوخت آزمایش شده ضربه می زند. پس نسبت ایزو اکتان موجود در سوخت مرجع، عدد اکتان بنزین آزمایش شده است. برخی از ترکیبات، مانند متانول و تولوئن، عملکرد بهتری نسبت به ایزواکتان دارند و بر اساس برون یابی، اعداد اکتان آنها بیش از 100 است. عدد اکتان بالاتر از یک ملاحظات بسیار عملی مهم است: عملکرد بهتر موتور را به شکل پیمایش مسیر بیشتر در هر گالن بنزین بهبود می دهد. 

از دهه 1920 تا 1940، فرآیندهای کراکینگ کاتالیزوری توسعه یافتند که نه تنها بازده تولید را افزایش داد، بلکه به تدریج عدد اکتان بنزین را افزایش داد.

در سال 1913، قبل از ابداع مقیاس اکتان، تجاری‌سازی فرآیند برتون، یک فناوری حرارتی غیرپیوسته، بنزینی با عدد اکتان تخمینی بین 50 تا 60 تولید کرد. با عدد اکتان نزدیک به 75. با اولین فرآیند کاتالیزوری در قالب فناوری هودری (1938)، بنزین کرک شده به سطح بی‌سابقه اکتان در دهه 80 رسید.

کراکینگ کاتالیزوری سیال، اوج هنر کراکینگ که در سال 1943 وارد بازار شد، کیفیت بنزین را به سطح اکتان 95 رساند. در حالی که رتبه بندی اکتان یک معیار عینی و قابل تأیید از عملکرد در تمام گریدهای بنزین ارائه می دهد، اما بلافاصله به استانداردهای یکپارچه منتهی نمی شود.

تا دهه 1930، زمانی که هم رتبه بندی اکتان و هم انواع جدیدی از افزودنی های افزایش دهنده اکتان وارد صنعت شد، سوخت خودرو شروع به تمرکز بر دو نوع اصلی بنزین – معمولی و پریمیوم – کرد که هر کدام در محدوده اکتان خود کار می کردند. در طول 60 سال بعد، رتبه بندی اکتان بنزین به دلیل بهبود روش های پالایش و استفاده از مواد افزودنی افزایش یافت. در دهه‌های 1970 و 1980، استفاده از افزودنی‌ها به طور فزاینده‌ای با نگرانی‌های زیست‌محیطی (به عنوان مثال، هوای پاک)، و همچنین رتبه‌بندی اکتان بالاتر مرتبط شد. بنزین از مدل T راه درازی را پیموده است، و ذکر این نکته مهم است که از نظر دلار ثابت، امروز ارزان‌تر از سال 1920 است. 

ادامه را در مقاله شماره دو بنزین چیست میتوانید مطالعه کنید