بنزین چیست(فرمول بنزین و تاریخچه تولید)

ادامه از مقاله شماره چهار بنزین چیستhttps://neweoil.com/بنزین-چیست4 (مقاله شماره 5)

بنزین و MTBE اصلاح شده

قبل از قانون هوای پاک در سال 1990، مقررات زیست محیطی با هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به هنگام خروج از سیستم اگزوز بود. مبدل کاتالیزوری وسیله اصلی کاهش  آلودگی هوا از این طریق بوده است. پس از سال 1990،  طبق مقررات برای اولین بار متعهد شدند که ترکیب خود سوخت را تغییر دهند.  تغییر فرمولاسیون به تغییر شکل بنزین برای تمیزتر کردن آن از نظر انتشار گازهای گلخانه ای میباشد. از ابتدای سال 1995، مشخصات بنزین فرموله شده شامل حداقل 2 درصد اکسیژن و حداقل محتوای آلاینده های آلی و معدنی مختلف بود. علاوه بر این، افزودنی های فلزات سنگین در بنزین ممنوع شد. یکی از معایب بنزین فرموله شده این است که در هر گالن 1 تا 3 درصد انرژی کمتری نسبت به بنزین قدیمی تر دارد.

بسیاری از بنزین های فرموله شده از ترکیبات اکسیژن دار به عنوان افزودنی استفاده می کنند. مقررات هوای پاک نیاز به سوخت اکسیژن دار را در 39 منطقه شهری با غلظت بالای مونوکسید کربن مشخص می کند.

مقررات مربوط به سوخت اکسیژنه فصلی

در فصل زمستان، بنزین باید حداقل 27 درصد اکسیژن داشته باشد. اکسیژن به موتورها کمک می کند تا سوخت را به طور کامل بسوزانند که به نوبه خود باعث کاهش انتشار مونوکسید می شود. افزودنی اصلی برای تامین اکسیژن اضافی برای فرمولاسیون مجدد بنزین برای برآوردن این الزامات، مشتق متانول، متیل بوتیل اتر سوم نام (MTBE) داشت. در حال حاضر(سال2000)، این افزودنی در بیش از 30 درصد از بنزین ایالات متحده استفاده می شود.

MTBE برای اولین بار در دهه 1940 به عنوان یک افزودنی سوخت مورد استفاده قرار گرفت و در دهه 1970 و 1980 یک افزودنی محبوب در اروپا بود. در اواخر دهه 1970، MTBE شروع به جایگزینی سرب در این کشور برای افزایش عدد اکتان کرد. در اواخر دهه 1980، کالیفرنیا در ایالات متحده برای استفاده از آن به عنوان یک اکسیژن برای سوخت پاک تر، پیشتاز شد. مصرف MTBE در ایالات متحده بین سالهای 1990 و 1995 با تصویب قانون هوای پاک و چند سال بعد اجرای برنامه بنزین مجدد فدرال به سرعت افزایش یافت. در حال حاضر، MTBE در 50 کارخانه ایالات متحده واقع در 14 ایالت تولید می شود. حدود 3.3 میلیارد گالن MTBE، که به 1.3 میلیارد گالن مواد اولیه متانول نیاز دارد، سالانه در بنزین فرموله شده مخلوط می شود.

در اواخر دهه 1990، MTBE به دلیل اثربخشی و ایمنی مورد بررسی جدی قرار گرفت. گزارش شورای تحقیقات ملی (1999) بیان کرد که افزودن افزودنی های اکسیژن دار در بنزین، از جمله MTBE و اتانول، در کنترل آلودگی بسیار کمتر از تجهیزات کنترل انتشار و بهبود فنی موتور خودرو و سیستم های اگزوز اهمیت دارد. علاوه بر این، MTBE در آب‌های زیرزمینی، دریاچه‌ها و مخازن مورد استفاده برای آب آشامیدنی یافت شده است و با بیماری‌های جدی احتمالی مرتبط است. وقوع احتمالی تومورهای سرطانی در موش های آزمایشگاهی تزریق شده با MTBE، آژانس های فدرال را در مورد خطرات احتمالی سلامتی آن آگاه کرد.

در سال 1999، EPA روند خود را معکوس کرد و حذف تدریجی MTBE را به عنوان یک افزودنی به بنزین توصیه کرد. در نیمه اول سال 2000، تولید MBTE در ایالات متحده به طور متوسط ​​215000 بشکه در روز بود. در همین دوره شش ماهه، متوسط ​​تولید اتانول سوخت 106000 بشکه در روز بود. با توجه به توصیه EPA در سال 1999، اتانول جایگزین MTBE به عنوان یک افزودنی موثر اکسیژن دار شد. اتانول علاوه بر استفاده به عنوان یک اکسیژن رسان، رتبه بندی اکتان را افزایش می دهد و آلاینده های موجود در بنزین معمولی را رقیق می کند.

افزودنی های جدید و نوظهور بنزین

توسعه و ترکیب مواد افزودنی بیشتر توسط صنعت پالایش نفت انجام می شود. افزودنی ها برای رفاه اقتصادی صنعت ضروری هستند زیرا تمایل به افزایش فروش بنزین و سوخت دیزل دارند. در بیشتر موارد، افزودنی ها از نظر قیمت بیش از سه تا چهار سنت در هر گالن تفاوت ندارند. افزودنی های اخیراً توسعه یافته لزوماً کارایی سوخت را فدای اعداد اکتان بالاتر نمی کنند. آنها چند منظوره هستند. آنها علاوه بر افزایش رتبه اکتان، ممکن است موتور را نیز تمیز کنند، که به نوبه خود منجر به راندمان سوخت بیشتر می شود. فراتر از نقش آنها در افزایش عدد اکتان و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، گروه افزودنی های سوخت اخیر طیف وسیعی از عملکردها را انجام می دهند: آنتی اکسیدان ها عمر ذخیره سازی بنزین را با افزایش پایداری شیمیایی آن افزایش می دهند. بازدارنده های خوردگی با ممانعت از رشد رسوبات در موتور و حل کردن رسوبات موجود، از آسیب به مخازن، لوله ها جلوگیری می کنند. دمولسیفایرها یا ترکیبات فعال سطحی از تشکیل امولسیون ها و کثیفی و زنگ زدگی موجود در آنها که می تواند موتور و اجزای آن را آلوده کند، جلوگیری می کند.

با شروع دهه 1970، افزودنی‌های بنزین به طور فزاینده‌ای نقش یک عامل ضدآلاینده را در مواجهه با تلاش‌های دولت برای کاهش انتشار دود خودروها در جو به عهده گرفتند. علیرغم پیشرفت‌های صورت گرفته در فناوری‌های کراکینگ و اصلاح و توسعه و ترکیب مواد افزودنی (بدون ذکر پیشرفت در خود موتور)، استفاده از بنزین خودرو باعث افزایش سطح آلودگی هوا شده است. دلیل این امر این است که تقطیر های  مدرن، ترکیبات مستقیم و محصول کرک شده یا تغییر شکل یافته شیمیایی، دارای محتوای آروماتیک بالاتری هستند. نتیجه تاخیر در احتراق طولانی تر و فرآیند احتراق ناقص است که موتور و اجزای آن را آلوده می کند و انتشار ذرات و اکسید را افزایش می دهد. انتظار می رود ادامه اجرای قوانین هوای پاک، به ویژه در داخل ایالات متحده، مصرف مواد افزودنی سوخت را تسریع کند. در سال 1999، EPA استانداردهای گسترده ای را پیشنهاد کرد که به طور موثر تمام بنزین های فروخته شده در ایالات متحده را مجدداً فرموله می کند و به طور قابل توجهی انتشار گازهای گلخانه ای از کامیون ها و وسایل نقلیه ورزشی را کاهش می دهد. این مقررات نیازمند ابتکارات بالقوه گران قیمت کاهش گوگرد از سوی صنعت نفت و خودروسازان است.

برای پالایشگاه ها، نیاز به طراحی مجدد قابل توجهی دارد و تجهیزات و فرآیندهای کارخانه به منظور دستیابی به تغییرات مناسب در ترکیب سوخت مورد نیاز است، زیرا صنعت نفت ایالات متحده متعهد به ادامه توسعه ذخایر نفت ترش خود است. DOE انتظار دارد که روش های پردازش پیچیده تر، شش سنت به هزینه هر گالن بنزین بین سال های 1999 تا 2020 اضافه کرده است.

بنزین و گازوئیل غیر پریمیوم بازارهای در حال رشد را برای افزودنی های سوخت نشان می دهند. یک افزودنی سوخت به بازار عرضه شد به نام MMT (متیل سیکلوپنتادینیل منگنز تری کربنیل). MMT اولین بار توسط شرکت Ethyl در سال 1957 به عنوان یک عامل افزایش اکتان توسعه یافت و در دهه 1990 رشد تقاضا را تجربه کرد. MMT اولین ترکیب ضد ضربه جدید شرکت اتیل از زمان TEL بود. با این حال، در سال 1997، EPA از ساخت MMT جلوگیری کرد.

آژانس به دو دلیل این اقدام را انجام داد. مشخص شد که MMT پتانسیل خطرناک بودن برای انسان ها و به ویژه برای کودکان را دارد. EPA به ویژه در مورد اثرات سمی منگنز موجود در MMT نگران است. همچنین، EPA کشف کرد که MMT احتمالاً با عملکرد مبدل‌های کاتالیزوری در خودروها تداخل می‌کند و به نوبه خود باعث افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای در هوا می‌شود.

در سال 1998، تصمیم EPA توسط دادگاه تجدید نظر فدرال در واشنگتن لغو شد. تصمیم دادگاه به شرکت Ethyl اجازه می دهد تا MMT را در حین فروش افزودنی آزمایش کند. این تصمیم هیچ مهلتی برای تکمیل آزمایشات تعیین نکرده است. MMT علاوه بر استفاده در ایالات متحده، به عنوان یک افزودنی در بنزین بدون سرب در کانادا نیز مصرف می شود. علاوه بر MTBE و MMT، انواع دیگری از افزودنی ها در حال توسعه هستند. برخی از اینها مشتقات الکل هستند. انواع MTBE نیز مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه ETBE مشتق از اتر (اتیل-t- بوتیل اتر). نسل جدیدی از افزودنی ها که به طور خاص برای بنزین هواپیما طراحی شده اند نیز در حال توسعه هستند. این افزودنی‌ها مشکلاتی مانند تجمع کربن، سوختن و تاب برداشتن سوپاپ‌ها، دمای بیش از حد سرسیلندر، گیرکردن سوپاپ‌ها و رینگ‌های پیستون، گرفتگی انژکتورها، بی‌حرکتی خشن و انفجار را برطرف می‌کنند. افزودنی های سوخت هواپیما اغلب به عنوان شوینده (برای حذف رسوبات)، افزایش دهنده اکتان و حذف کننده رطوبت عمل می کنند.

دلایلی وجود دارد که پیشرفت‌های فنی همچنان به پالایشگاه‌های نفت اجازه می‌دهد تا قوانین زیست‌محیطی سخت‌گیرانه‌تر تحمیل‌شده بر بنزین را تنها با افزایش جزئی در قیمت خرده‌فروشی رعایت کنند.

و از آنجایی که ذخایر نفت حداقل تا سال 2020 فراوان خواهد بود، بنزین وعده می دهد که در آینده قابل پیش بینی بر حمل و نقل خودرو تسلط یابد. با این حال، خودروهای پیل سوختی، که برای تولید نیروی خود از هیدروژن طراحی شده‌اند، یک تهدید بزرگ درازمدت برای برتری بنزین به شمار می‌روند.

خودروسازان معتقدند بهترین راه حل استخراج هیدروژن از منبع مایع است زیرا هیدروژن ارزش انرژی پایینی دارد و حمل و نقل و ذخیره آن گران است. همه خودروسازان بزرگ در حال توسعه خودروهای پیل سوختی هستند که با هیدروژن استخراج شده از متانول کار می کنند، زیرا تبدیل بنزین به هیدروژن به مراحل واکنش اضافی و دمای عملیاتی بالاتر برای اصلاح کننده نیاز دارد. هر دوی این الزامات احتمالاً باعث می‌شود که رفرمر بنزین بزرگ‌تر و گران‌تر از ریفورمر متانول باشد.

علاوه بر این، محتوای گوگرد در بنزین یکی دیگر از دلایل عمده‌ای است که خودروسازان از توسعه اصلاح‌کننده‌های بنزینی برای خودروهای پیل سوختی چشم پوشی می‌کنند. مقادیر کمتر از چندppm  می تواند برای پشته پیل سوختی سم باشد.  اگر مشخص شود که یک ترکیب بنزین با سولفور بسیار کم می تواند به طور خاص برای خودروهای پیل سوختی ایجاد شود، راه حلی بسیار کم هزینه تر از توسعه زیرساخت های تولید، تحویل و ذخیره سازی سوخت است که برای خودروهای پیل سوختی با سوخت متانول مورد نیاز است.

پایان