Dlaczego „zwykły” standard benzyny zamiast czegoś bardziej odpornego na uderzenia?

Standardowy lekki destylat ropy naftowej do silników pojazdów, „zwykła benzyna”, jest (lub jest równoważny) pewną mieszanką heptanu (C7) i oktanu (C8). Wyższe proporcje C8 są bardziej odporne na uderzenia, co pozwala na wyższe współczynniki sprężania, a tym samym bardziej wydajne wykorzystanie energii w silnikach spalinowych.

Czy współczesne rafinerie nie produkują prawie żadnej mieszanki węglowodorów, jakiej chcą poprzez kombinacje destylacji, krakowania i alkilowania?

Jeśli tak, to dlaczego „zwykła” benzyna jest produkowana w takich ilościach i dlaczego naliczana jest premia za mieszanki bardziej odporne na uderzenia („wyższy oktan”)? Na przykład, jeśli rafineria musiała wyprodukować tylko jeden lekki destylat paliwa, czy nie mogłaby tak łatwo i tanio wyprodukować mieszankę „100 oktanów” jak obecny „87 oktan”?

Czy może faktycznie taniej jest produkować benzynę o niższej liczbie oktanowej?

Należy zauważyć, że „100 oktan” nie oznacza 100% oktanu, ponieważ liczba „oktanowa” węglowodoru zależy od jego izomerów, przy czym bardziej silnie rozgałęzione izomery mają większą odporność na stukanie . Tak więc można wyprodukować 100 oktanowych paliw z wieloma mieszankami C7, C8, a nawet zawierać lżejsze i cięższe węglowodory.

Charakterystyka izomerycznych składników ropy naftowej może odpowiedzieć na to pytanie. Na przykład, jeśli surowy surowiec ma zwykle więcej liniowych izomerów, wówczas należy wprowadzić energię do izomeryzacji, aby wytworzyć bardziej odporne na uderzenia destylaty.

Cóż, przede wszystkim, rafinerie są biznesem, więc muszą podejmować decyzje, które przynoszą im najwięcej pieniędzy. Biorąc to pod uwagę, zastanówmy się nad pękaniem i izomeryzacją poprzez katalizę. Rafiner będzie wymagał dodatkowych reaktorów, rurociągów i pompowania, najprawdopodobniej dodatkowych kolumn destylacyjnych, ładowania katalizatora itp. Sama energia do destylacji jest na ogół bardzo uciążliwa, a jeśli masz do czynienia z izomeryzacją, prawdopodobnie masz do czynienia z podobnymi chemikaliami które nie rozdzielają się łatwo (co oznacza ogromną energię, a tym samym pieniężne koszty operacyjne). Katalizatory często mogą być tanie, ale zwykle są wykonane z zasad zeolitowych domieszkowanych rzadkimi lub ciężkimi metalami i mogą kosztować od 5 do tysięcy dolarów za kilogram, i nie trwają wiecznie (spiekanie, zatrucie itp.).

Więc nawet bez liczb, możesz zobaczyć, gdzie jednostka może się bardzo zaangażować w produkcję materiałów o wyższej liczbie oktanowej. Ale jeśli uda im się zdobyć premię i zarobić pieniądze, zrobią to dobrze (niektórzy tak robią)? Oto kolejny czynnik: biopaliwa.

Biopaliwa są obecnie upoważnione przez Renewable Fuel Standard do mieszania z dostawami paliwa w USA. Obejmuje to wiele różnych odnawialnych i biopaliw, ale najbardziej znaczącym jest etanol z paliwa (obecnie ze skrobi, później celulozowy). Poniższy link zawiera przegląd mandatu RFS. Należy zauważyć, że stronami zobowiązanymi do mieszania tych biopaliw są rafinerie i importerzy surowych lub gotowych produktów ropopochodnych .

https://www.epa.gov/renewable-fuel-standard-program/final-renewable-fuel-standards-2017-and-biomass-based-diesel-volume

Ponieważ podmioty te są wymagane przez prawo (skutecznie na mocy ustawy o czystym powietrzu) ​​do mieszania tych paliw, sensowne jest wykorzystanie ich w najlepszy możliwy sposób. Etanol stanowi bardzo szczególną zaletę dla rafinerii, ponieważ może drastycznie wpłynąć na ostateczną RON, MON lub łączną liczbę oktanową niższych jakości paliw benzynowych.

Z ekonomicznego punktu widzenia najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest inwestowanie niewielkich nakładów kapitałowych lub operacyjnych w urządzenia technologiczne zwiększające liczbę oktanową lub brak nakładów operacyjnych, wypełnianie obowiązku i jednoczesne mieszanie etanolu z obniżeniem jakości paliwa o niższej jakości, ale nadal ta sama klasa oktanowa jak w szafie dla dystrybutora / konsumenta.

W zależności od tego, gdzie jesteś, „zwykłe” paliwo samochodowe wynosi od 85 do 95. Jednak wiele, powiedzmy, 95, nie oznacza, że ​​jest to mieszanina 95% oktanu i 5% heptanu. Oznacza to jedynie, że paliwo ma właściwości odporności na uderzenia podobne do tej mieszanki. Rzeczywistym składem może być dowolna mieszanina izomerycznych węglowodorów.

Wraz ze wzrostem liczby oznaczającej opór stukania, wytwarzanie mieszaniny stopniowo wzrasta.

Należy również pamiętać, że idealny skład paliwa dla danego silnika spalinowego podlega zmiennym. Na przykład ciśnienie powietrza jest czynnikiem. Idealne mieszanki paliwowo-powietrzne różnią się w zależności od składu paliwa. Na powiedzmy na wysokości 6000 stóp (gdzie mieszkam) różne mieszanki paliwowe działają inaczej niż na poziomie morza. Dlatego przy formułowaniu mieszanek paliwowych należy wziąć pod uwagę lokalne warunki.

Jak zauważono; Robienie „oktanowej” kosztuje. A ponieważ istnieje wiele procesów wytwarzania tak wielu oktanowych komponentów, istnieje wiele różnych kosztów i „historii”. Jedna historia; ksyleny są bardzo wysokooktanowymi i kluczowymi składnikami surowca poliestrowego, a więc bardzo wysoką wartością konkurencyjną. Druga historia; po reformingu powstaje wiele składników o wysokiej liczbie oktanowej, ale ze względu na wysokie ciśnienie wodoru i wysokie ciśnienie całkowite oraz katalizator z grupą platynową sprawiają, że jest to kosztowny proces. Może zdobędziesz książkę o tym, jak działają rafinerie.

Prostą odpowiedzią są zyski. Mogą pobierać więcej za wyższe liczby, nawet jeśli koszt nie jest związany ze wzrostem. Nie mogę powiedzieć, ile kosztuje wyprodukowanie wysokiej liczby oktanowej, ale jestem pewien, że są dodatkowe koszty.

Mieszanki zimowe, jak wspomniano powyżej, służą raczej szybkości parowania. Jeśli weźmiesz pod uwagę, że duże miasto ma wiele setek stacji benzynowych, całkowita ilość benzyny odparowanej ze wszystkich tych zbiorników jest znacząca. Ponieważ szybkość parowania paliwa jest bezpośrednio skorelowana z temperaturą, w zimie mogą zużywać więcej paliwa wyparnego niż latem.

Mają także strefy, w których muszą używać cięższej benzyny nawet w zimie ze względu na koncentrację tamtejszych stacji benzynowych.

Nauczyłem się tego wszystkiego, pracując dla firmy zajmującej się rurociągami, która magazynowała i przesyła paliwo dla wszystkich głównych koncernów naftowych z rafinerii do terminali, gdzie były ładowane na ciężarówki. Co ciekawe, benzyna na moich rurociągach miała liczbę oktanową w latach 60., kiedy ją testowaliśmy. Liczba oktanowa widoczna na pompie pochodzi z etanolu, który dodają na terminalu podczas ładowania ciężarówek. Wynika to głównie z faktu, że nie chcesz alkoholu w dużych zbiornikach magazynowych, ponieważ wchłonąłby ogromną ilość wody ze zbiorników.

Innym powodem, o którym jeszcze nie wspomniano, jest „efekt sieci”. Jeden stan USA lub kraj europejski nie może rozsądnie zwiększyć swoich wymagań dotyczących liczby oktanowej. Powodem, dla którego chcesz uzyskać wyższe liczby oktanowe, jest to, że pozwala on na wyższe współczynniki sprężania w silnikach, co zwiększa oszczędność paliwa. W większości silników stopień sprężania jest stały i jest zoptymalizowany dla paliwa dostępnego w obszarze, w którym samochód jest sprzedawany. (Współczynniki kompresji czasami różnią się dla wariantów tego samego samochodu w UE i USA, ze względu na wyższą liczbę oktanową paliwa w UE.)

Gdyby gdzieś podwyższono wymagania dotyczące liczby oktanowej, pozwoliłoby to tylko nowym sprzedawanym samochodom na wykorzystanie paliwa o wyższej liczbie oktanowej dzięki wyższemu współczynnikowi sprężania. Ale jeśli tylko jeden stan USA lub kraj UE miałby te wyższe wymagania dotyczące liczby oktanowej, samochody stosujące odpowiedni wyższy stopień sprężania nie działałyby dobrze, gdy byłyby przewożone do innego stanu / kraju o niższej liczbie oktanowej, więc producenci samochodów nie zaczęliby sprzedawać samochodów o wyższych stopień sprężania, chyba że duży obszar (np. cały USA lub UE) zmieniłby liczbę oktanową paliwa. A zmiany, które wpływają na kontynent, są bardzo powolne, z udziałem wielu interesariuszy, jeśli w ogóle mają miejsce.

Po ustaleniu liczby oktanowej trudno je zmienić. Nacisk na oszczędność paliwa jest prawdopodobnie stosunkowo nowy (choć nie wiem, kiedy te liczby oktanowe zostały znormalizowane).