بنزین

تولید بنزین

شرکت خدمات نفتی کیان پترولیوم ارايه 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 امروزي ، تغییرات زیادي در ترکیب ساختاري و موتور خودروهاي وابسته به آن ایجاد شده است. برخی از این تغییرات ، جهت افزایش کارایی و راندمان خودروها بوده و برخی نیز جهت حفظ سلامت و جلوگیري از تهدیدهاي آلاینده ها و فاجعه هاي مرئی و نامرئی حاصل از آنها .

نفت خام را تا حدود C˚400 گرم می کنند تا بخاري 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 کمتري دارند ( یعنی آنها که فرارترند ) بیشتر از اجزایی که نقطه جوش بیشتري دارند ، به حالت گازي باقی می مانند . این تفاوت در گستره  هاي نقطه جوش امکان می دهد که اجزاي 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 بالاي برج بیرون می روند . باقیمانده تبخیر نشده نفت نیز در ته برج جمع می شود . محصولاتی که از جدا سازي 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 اجزاي تشکیل دهنده اصلی بلکه به دلیل افزاینده ها که به آن افزوده می شود بیشتر است . فراریت مطلوب بستگی به دماي محیط دارد ، در هواي گرم تر اجزایی از بنزین مورد استفاده قرار می گیرند که وزن مولکولی بالاتر و بنابراین فراریت کمتر دارند. در هواي سرد براي اینکه ماشین شروع به کار کند از اجزاي با فراریت بسیار کم استفاده می شود. در هواي 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 براي هر مرکز توزیع اصلی تفاوت دارد.

اما اکثر کشورها به سادگی محدوده تابستانی زمستانی و حتی چیزي بین این دو را دارند در ایالات متحده براي کاهش نشر هیدروکربن هاي سوخته نشده مراکز شهري بزرگی تاسیس می شود. در شهرهاي بزرگ از بین دیگر خواص بنزین ، تولید بنزین با فرمولاسیون جدید که کمتر تبخیر می شود مورد نیاز است. استانداردهاي فراریت در موارد اضطراري که کمبود بنزین وجود دارد کمتر رعایت می شوند ( و درنتیجه عناصر آلاینده بنزین در جو زمین افزایش می یابد) . اگر چه استاندارهاي کاهش یافته فراریت باعث تخریب لایه اوزون و آلودگی هوا می شوند تولبد بنزین داراي فراریت بالاتر (که در مقایسه با بنزین با فراریت پایین افزاینده هاي کمتري دارد) ذخیره بنزین کشور را به طور محسوس افزایش می دهد چرا که پالایشگاه هاي 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 هواي مخلوط متراکم شده داخل موتور در حد امکان دیرتر مشتعل شود و نسبت به پدیده احتراق مخرب مقاوم تر باشد. معیاري که مشخص می کند سوخت تا چه میزان توانایی متراکم شدن قبل از احتراق خودبخودي 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 انرژي مفیدي 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 هاي مختلف بدست می آید .

ارتفاع از سطح دریا:

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

میزان رطوبت و دماي هوا :

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

سایر عوامل:

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

درجه اکتان در تولید بنزین

هیدروکربن شاخه دار ایزو اکتان (4،2،2 – تري متیل پنتان) در تولید بنزین – به عنوان مرجع استاندارد جهت سنجش تمایل آن به مقاومت در برابر خود اشتعالی ، عدد اکتان 100 و به هیدروکربن نرمال (خطی) هپتان کمترین مقاومت یعنی عدد صفر داده شده است. پس عدد اکتان بنزین درصدي از ایزواکتان در نرمال هپتان است که بیانگر خاصیت ضد کوبشی برابر با بنزین مورد آزمایش در شرایط آزمون استاندارد است.

براي 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 مولکولهاي کربن آن تغییر می کند ، هر چه زنجیره مولکولی بنزین خطی تر باشد، عدد اکتان کمتري داشته و با پیچیده تر شدن آن، عدد اکتان بنزین نیز بالا می رود؛ اگر بخواهیم هیدروکربن هاي موجود در بنزین را بر پایه عدد اکتان آن دسته بندي کنیم، آلکانها (هیدروکربنهاي خطی) داراي پایین ترین عدد اکتان و هیدروکربن هاي ایزومري (شاخه دارها) و حلقوي ها پس از آن قرار می گیرند؛ و در آخر این تقسیم بندي نیز آروماتیکها مانند بنزن با بالاترین عدد اکتان قرار دارند. بنابراین، عدد اکتان در آروماتیکها (که به نظر می رسد داراي پیچیده ترین شکل مولکولهاي کربن هستند) به بالاترین میزان خود رسیده و در آلکانها یا هیدروکربنهاي خطی این عدد حتی از  صفر نیز  پایین تر است.

روشهاي اندازه گیري عدد اکتان :

1- روش تحقیقی – ( Research Octane Number) RON

معمولاً در همه کشورها مقدار عددي 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 موتوري

اندازه گیري اکتان در این روش براي 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 سیستمهاي احتراقی متغیر که بستگی به ساختار سوخت دارد ، اندازه گیري می شود. MON سوختهاي جدید حدود 8 تا 10 واحد پایین تر از RON خواهد بود . به هر حال ارتباط مستقیمی بین دو عدد MON و RON وجود ندارد.

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

در بسیاري از کشورها از جمله ایران عدد اکتان بر اساس عدد بدست آمده RON است و در پمپ بنزینهاي کشورهایی مانند استرالیا و اروپا عدد اکتان مشخص شده در بالاي پمپها بر اساس عدد RON محاسبه می شود. اما در کشورهاي 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 بهسوزي بنزین و کاهش ضربه خوري موتور خودروها می شود بسیاري از کشورها (هم اکنون) تمایل به استفاده از این ماده افزودنی را در بنزین دارند. تا قبل از سال 1950 این ترکیب در تولید بنزین مصرف می شد تا وقتی که تترا اتیل سرب بعنوان یک افزودنی ضد ضربه خوري موتور، بطور گسترده اي مورد استفاده قرار گرفت. بنزن ترکیبی بسیار خطرناك بوده که به سرعت تبخیر می شود و خوشبو است. این ماده درسالهاي اخیر به مقدار زیادي در بنزین تولید داخل وجود داشت. این هیدروکربن آروماتیک در صنایع پلاستیک، رزین و نایلون سازي  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 هاي 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 اي از جمله بنزن تولید می شود . برابر با استاندارد 228 EN و 1319 ASTM D حداکثر میزان مجاز بنزن در بنزین 1 درصد حجمی است. براي سال 2011 میلادي ایالات متحده میزان مجاز بنزن در بنزین را به 62/0 درصد کاهش داد . حد استاندارد اروپا براي آلاینده بنزن موجود در هوا 5 میلی گرم در متر مکعب و در ژاپن 3 میلی گرم بر مترمکعب است در حالی که در سال 1388 در پنج منطقه آلوده تهران بالاترین میزان بنزن موجود در هوا 150 میلی گرم بر متر مکعب و کمترین میزان 50 میلی گرم در متر مکعب بود. یعنی حدود 12 برابر حد مجاز.

اثرات بنزن در تولید بنزین 

بنزن به عنوان ترکیبی سرطانزا شناخته شده است . تمام روش کارهاي آزمایشگاهی با بنزن را باید در زیر هود انجام داد و از دستکش هاي 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  حلالهاي مشابه  مانند استون و    …  در تولید بنزین  استفاده شود. تماس طولانی مدت با بنزن ، تأثیرات مخربی را بر روي  بافتهاي سازنده  سلولهاي خون خصوصاً سلولهاي مغز استخوان می گذارد .

عوارض تماس مزمن با بنزن ، کاهش خون سازي بدن ، ناتوانی در سیستم ایمنی بدن و همچنین سرطان خون ، اختلال در سیستم تنفسی ، تأخیر در استخوان بندي جنین انسان ، صدمه به سیستم تولید مثل انسان ، ناباروري، تولید تومورهاي غدد لنفاوي 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 داراي درجه سرطان زایی 1 معرفی  کردهاند . دوره پنهانی سرطان خون به  طور  معمول 5  تا  15  سال بعد از اولین تماس روي می دهد.