بنزین

تولید بنزین

شرکت خدمات نفتی کیان پترولیوم ارایه دهنده اخبار و مقالات در زمینه نفت و گاز و پتروشیمی و مشتقات آن مثل تولید بنزین و غیره می باشد از زمان شناخت و تولید بنزین به عنوان مایع حرکت و سرعت در خودروها و زندگی صنعتی امروزی ، تغییرات زیادی در ترکیب ساختاری و موتور خودروهای وابسته به آن ایجاد شده است. برخی از این تغییرات ، جهت افزایش کارایی و راندمان خودروها بوده و برخی نیز جهت حفظ سلامت و جلوگیری از تهدیدهای آلاینده ها و فاجعه های مرئی و نامرئی حاصل از آنها .

نفت خام را تا حدود C˚۴۰۰ گرم می کنند تا بخاری داغ و مخلوطی سیال تولید کند که وارد برج تقطیر می شود. در این برج ، بخارها بالا می روند و در نقاط مختلف در طول برج ، متراکم و به مایع تبدیل می شوند . اجرایی که نقطه جوش کمتری دارند ( یعنی آنها که فرارترند ) بیشتر از اجزایی که نقطه جوش بیشتری دارند ، به حالت گازی باقی می مانند . این تفاوت در گستره  های نقطه جوش امکان می دهد که اجزای نفت از هم جدا شوند ، به همان طریق که در یک تقطیر آب و الکل ، بطور جزئی از هم جدا می شوند .

بعضی از گازها ، مایع نمی شوند و از بالای برج بیرون می روند . باقیمانده تبخیر نشده نفت نیز در ته برج جمع می شود . محصولاتی که از جدا سازی نفت بدست می آیند ، به این ترتیب است تولید بنزین دست اول که از تقطیر جزء به جزء نفت بدست می آید ،

فراریت

فراریت بنزین از نفت دیزل جت یا کروزن نه تنها به خاطر اجزای تشکیل دهنده اصلی بلکه به دلیل افزاینده ها که به آن افزوده می شود بیشتر است . فراریت مطلوب بستگی به دمای محیط دارد ، در هوای گرم تر اجزایی از بنزین مورد استفاده قرار می گیرند که وزن مولکولی بالاتر و بنابراین فراریت کمتر دارند. در هوای سرد برای اینکه ماشین شروع به کار کند از اجزای با فراریت بسیار کم استفاده می شود. در هوای گرم فراریت اضافی باعث اشباع شدن بخار می شود که در این حالت احتراق رخ نمی دهد. در استرالیا محدوده فراریت هر ماه تغییر می کند و برای 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 های سوخته نشده مراکز شهری بزرگی تاسیس می شود. در شهرهای بزرگ از بین دیگر خواص بنزین ، تولید بنزین با فرمولاسیون جدید که کمتر تبخیر می شود مورد نیاز است. استانداردهای فراریت در موارد اضطراری که کمبود بنزین وجود دارد کمتر رعایت می شوند ( و درنتیجه عناصر آلاینده بنزین در جو زمین افزایش می یابد) . اگر چه استاندارهای کاهش یافته فراریت باعث تخریب لایه اوزون و آلودگی هوا می شوند تولبد بنزین دارای فراریت بالاتر (که در مقایسه با بنزین با فراریت پایین افزاینده های کمتری دارد) ذخیره بنزین کشور را به طور محسوس افزایش می دهد چرا که پالایشگاه های نفت می توانند با سهولت بیشتر محصول خود را تولید کنند.

عدد اکتان

با شناخت عملکرد سوختی مانند بنزین در موتور خودروها و به دنبال آن اثر ترکیباتی به عنوان مواد افزودنی به آن ، تلاش سازندگان خودرو بالا و بالاتر بردن قدرت موتورها بدون رسیدن صدمه به اجزائی مانند سیلندرها و پیستونهاست.

اما چگونه می توان توان موتورها را بدون آسیب و مشکلی بالا برد ؟

این عمل درصورتی امکان پذیر است که تولید بنزین و هوای مخلوط متراکم شده داخل موتور در حد امکان دیرتر مشتعل شود و نسبت به پدیده احتراق مخرب مقاوم تر باشد. معیاری که مشخص می کند سوخت تا چه میزان توانایی متراکم شدن قبل از احتراق خودبخودی مخرب ( بدون جرقه) را داراست ، عدد اکتان نامیده می شود. یک سوخت خوب باید فقط پس از جرقه شمع مشتعل گردد و شعله احتراق آن بصورت آرام سوز سرتاسر اتاقک احتراق را طی نماید تا انرژی مفیدی بر تاج پیستون وارد آید.

شعله احتراق بصورت یک موج از شمع شروع می شود، سپس بصورت یکنواخت تمامی اتاقک احتراق را دربر می گیرد. اگر بخواهیم گسترش شعله احتراق را مجسم کنیم باید آن را به موجی که در اثر برخورد یک قطره آب به سطح یک حوض به وجود می آید تشبیه کنیم؛ پس از برخورد قطره آب به سطح آب راکد حوض یک موج کوچک دایره شکل تولید می شود که هر لحظه بزرگتر می شود تا به تمامی پیرامون حوض برسد. نام ”اکتان“ برگرفته از این موضوع است که وقتی نفت خام در پالایشگاه مولکول شکنی می شود ، زنجیره هایی از هیدروکربن با طول های مختلف بدست می آید .

ارتفاع از سطح دریا:

هرچه ارتفاع از سطع دریا بالاتر باشد سوخت دیرتر دچار خودسوزی می شود که مانند این است که عدد اکتان بنزین بالاتر باشد. اگر با خودروی خود به مناطق کم ارتفاع همچون شمال کشور سفر کرده باشید حتما با افزایش شدید صدای موتور روبرو شده اید که دلیل آن نیز تاثیر ارتفاع بر اکتان سوخت می باشد. برای رفع این مشکل با تنظیم دلکوی خودرو ، تنظیم موتور با دستگاه و فیلرگیری می توان خودسوزی سوخت را در این خودروها مرتفع و صدا را برطرف کرد.

میزان رطوبت و دمای هوا :

هرچه قدر که به میزان رطوبت هوا اضافه شود شاهد بالا رفتن عدد اکتان هستیم و همچنین هرچه قدر که دمای هوا کاهش پیدا کند دوباره شاهد افزایش این عدد اکتان خواهیم بود.

سایر عوامل:

نسبت تراکم موتور ، آوانس و ریتارد دلکو ، میزان کارکرد موتور ، دمای موتور ، نسبت بنزین و هوا که البته خودرو های مجهز به ECU چون می توانند نسبت هوا و سوخت رو اندازه گیری کنند و سوخت متناسب با دور موتور ، دمای هوا، غلظت اکسیژن و … را وارد موتور کنند کمتر دچار مورد سوم می شوند.

درجه اکتان در تولید بنزین

هیدروکربن شاخه دار ایزو اکتان (۴،۲،۲ – تری متیل پنتان) در تولید بنزین – به عنوان مرجع استاندارد جهت سنجش تمایل آن به مقاومت در برابر خود اشتعالی ، عدد اکتان ۱۰۰ و به هیدروکربن نرمال (خطی) هپتان کمترین مقاومت یعنی عدد صفر داده شده است. پس عدد اکتان بنزین درصدی از ایزواکتان در نرمال هپتان است که بیانگر خاصیت ضد کوبشی برابر با بنزین مورد آزمایش در شرایط آزمون استاندارد است.

برای تعیین درجه اکتان نوعی بنزین ، آن را در یک موتور استاندارد بکار می گیرند و خواص کوبشی آن را ثبت می کنند. عدد اکتان بنزین با تغییر شکل مولکولهای کربن آن تغییر می کند ، هر چه زنجیره مولکولی بنزین خطی تر باشد، عدد اکتان کمتری داشته و با پیچیده تر شدن آن، عدد اکتان بنزین نیز بالا می رود؛ اگر بخواهیم هیدروکربن های موجود در بنزین را بر پایه عدد اکتان آن دسته بندی کنیم، آلکانها (هیدروکربنهای خطی) دارای پایین ترین عدد اکتان و هیدروکربن های ایزومری (شاخه دارها) و حلقوی ها پس از آن قرار می گیرند؛ و در آخر این تقسیم بندی نیز آروماتیکها مانند بنزن با بالاترین عدد اکتان قرار دارند. بنابراین، عدد اکتان در آروماتیکها (که به نظر می رسد دارای پیچیده ترین شکل مولکولهای کربن هستند) به بالاترین میزان خود رسیده و در آلکانها یا هیدروکربنهای خطی این عدد حتی از  صفر نیز  پایین تر است.

روشهای اندازه گیری عدد اکتان :

۱- روش تحقیقی – ( Research Octane Number) RON

معمولاً در همه کشورها مقدار عددی RON به عنوان عدد اکتان در تولید بنزین به کار می رود. این مقدار ، از سوختن سوخت در موتور آزمایشگاهی با ضریب تراکم (CR) متغیر و تحت شرایط کنترل شده تعیین می شود و نتایج به دست آمده با نتایج مخلوط ایزواکتان و نرمال هپتان مقایسه می شود .

٢. Motor Octane Number) MON) – روش موتوری

اندازه گیری اکتان در این روش برای دانستن رفتار سوخت ، تحت بار و فشار سخت تر آزمایش است. یعنی اکتان سوخت مخلوط از قبل گرم شده ، با سرعت موتور بالاتر و با سیستمهای احتراقی متغیر که بستگی به ساختار سوخت دارد ، اندازه گیری می شود. MON سوختهای جدید حدود ۸ تا ۱۰ واحد پایین تر از RON خواهد بود . به هر حال ارتباط مستقیمی بین دو عدد MON و RON وجود ندارد.

۳- شاخص ضد کوبش – (Anti-Knock Index) AKI

در بسیاری از کشورها از جمله ایران عدد اکتان بر اساس عدد بدست آمده RON است و در پمپ بنزینهای کشورهایی مانند استرالیا و اروپا عدد اکتان مشخص شده در بالای پمپها بر اساس عدد RON محاسبه می شود. اما در کشورهای کانادا و ایالات متحده و دیگر کشورهایی مانند برزیل ، عدد منعکس شده میانگین RON و MON یعنی (R+M)/2 است که گاهی به آن (Pump Octane Numbr) PON نیز گفته می شود.

بنـزن

بنزن بعنوان یک ماده آلی آروماتیک بطور طبیعی در نفت خام و بالطبع در بنزین وجود دارد. ولی از آنجایی که این ترکیب باعث افزایش عدد اکتان و بهسوزی بنزین و کاهش ضربه خوری موتور خودروها می شود بسیاری از کشورها (هم اکنون) تمایل به استفاده از این ماده افزودنی را در بنزین دارند. تا قبل از سال ۱۹۵۰ این ترکیب در تولید بنزین مصرف می شد تا وقتی که تترا اتیل سرب بعنوان یک افزودنی ضد ضربه خوری موتور، بطور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت. بنزن ترکیبی بسیار خطرناک بوده که به سرعت تبخیر می شود و خوشبو است. این ماده درسالهای اخیر به مقدار زیادی در بنزین تولید داخل وجود داشت. این هیدروکربن آروماتیک در صنایع پلاستیک، رزین و نایلون سازی  نیز به کار می رود.

عامل اصلی به وجود آمدن آلاینده بنزن ، بخارات ناشی از مصرف بنزین است که متأسفانه کنترلی بر این بخارها که ناشی از فعالیت پمپ های بنزین و خودروها است وجود نداشت. لازم به ذکر است که در اثر احتراق ناقص بنزین در محفظه احتراق موتور خودروها، چند نوع ترکیب آروماتیک چند حلقه ای از جمله بنزن تولید می شود . برابر با استاندارد ۲۲۸ EN و ۱۳۱۹ ASTM D حداکثر میزان مجاز بنزن در بنزین ۱ درصد حجمی است. برای سال ۲۰۱۱ میلادی ایالات متحده میزان مجاز بنزن در بنزین را به ۶۲/۰ درصد کاهش داد . حد استاندارد اروپا برای آلاینده بنزن موجود در هوا ۵ میلی گرم در متر مکعب و در ژاپن ۳ میلی گرم بر مترمکعب است در حالی که در سال ۱۳۸۸ در پنج منطقه آلوده تهران بالاترین میزان بنزن موجود در هوا ۱۵۰ میلی گرم بر متر مکعب و کمترین میزان ۵۰ میلی گرم در متر مکعب بود. یعنی حدود ۱۲ برابر حد مجاز.

اثرات بنزن در تولید بنزین 

بنزن به عنوان ترکیبی سرطانزا شناخته شده است . تمام روش کارهای آزمایشگاهی با بنزن را باید در زیر هود انجام داد و از دستکش های آزمایشگاهی استفاده کرد . از بنزن در گذشته به عنوان یک حلال متداول در آزمایشگاه  ها استفاده می شد ولی بعد از اینکه دانشمندان پی به هویت سرطانزایی آن بردند ، استفاده از آن به عنوان یک حلال بسیار محدود شد  و  سعی گردید از  حلالهای مشابه  مانند استون و    …  در تولید بنزین  استفاده شود. تماس طولانی مدت با بنزن ، تأثیرات مخربی را بر روی  بافتهای سازنده  سلولهای خون خصوصاً سلولهای مغز استخوان می گذارد .

عوارض تماس مزمن با بنزن ، کاهش خون سازی بدن ، ناتوانی در سیستم ایمنی بدن و همچنین سرطان خون ، اختلال در سیستم تنفسی ، تأخیر در استخوان بندی جنین انسان ، صدمه به سیستم تولید مثل انسان ، ناباروری، تولید تومورهای غدد لنفاوی و صدمه به کبد  است. چندین مؤسسه از جمله انجمن تحقیقات سرطان دنیا ، انجمن حفاظت محیط زیست آمریکا ، اداره خدمات بهداشت آمریکا ، بنزن را عامل سرطان خون (لوسمی) و دارای درجه سرطان زایی ۱ معرفی  کردهاند . دوره پنهانی سرطان خون به  طور  معمول ۵  تا  ۱۵  سال بعد از اولین تماس روی می دهد.