آموزشی آنالیز بنزین از نفت

[Ramina.p]

اطلاعات اولیه
نفت ، مخلوطی پیچیده از آلکانها ، سیلکو آلکانها و هیدروکربنهای آروماتیک است. در نفت خام ، هزاران ماده مرکب وجود دارد و ترکیب درصد واقعی نفت بسته به جاهای متفاوت ، تغییر می‌کند. مثلا نفت های خام پنسیلوانیا ، بیشتر از هیدروکربنهای زنجیری است، در حالی‌که نفت خام کالیفرینا ، بیشتر ترکیبات آروماتیک دارد. ترکیب درصد نفت را می‌توان بر حسب گستره‌های نقطه جوش طبقه‌بندی کرد. هر یک از برش‌های حاصل ، کاربردهای مهمی دارد. پالایش نفت ، جداسازی اجزایی با گستره نقطه جوش معینی است که بوسیله فرایند تقطیر جزء به جزء صورت می‌گیرد.

 

[Ramina.p]

مراحل فرآیند تقطیر جزء به جزء
نفت خام را تا حدود ˚400C گرم می‌کنند تا بخاری داغ و مخلوطی سیال تولید کند که وارد برج تقطیر می‌شود. در این برج ، بخارها بالا می‌روند و در نقاط مختلف در طول برج ، متراکم و به مایع تبدیل می‌شوند. اجرایی که نقطه جوش کمتری دارند (یعنی آنها که فرارترند)، بیشتر از اجزایی که نقطه جوش بیشتری دارند، به حالت گازی باقی می‌مانند. این تفاوت در گستره‌های نقطه جوش امکان می‌دهد که اجزای نفت از هم جدا شوند، به همان طریق که در یک تقطیر آب و الکل ، بطور جزئی از هم جدا می‌شوند.

بعضی از گازها ، مایع نمی‌شوند و از بالای برج بیرون می‌روند. باقیمانده تبخیر نشده نفت نیز در ته برج جمع می‌شود. محصولاتی که از جدا سازی نفت بدست می‌آیند، به این ترتیب است. بنزین دست اول که از تقطیر جزء به جزء نفت بدست می‌آید، عمدتا شامل هیدروکربنهای خطی است که به‌سرعت می‌سوزد و به‌عنوان سوخت برای وسائل نقلیه موتوری مناسب نیست. آتشگیری سریع این ماده ، سبب کوبش یا صدای تق‌تق در موتور می‌شود که توان موتور را کم می‌کند و به آن آسیب می‌رساند.

 

[Ramina.p]

جز هیدروکربنیگستره اندازه ملکولهاگستره نقطه جوش C˚کاربرد
گازC1-C4-160 تا 30سوخت گازی ، تولید H2
بنزین دست اولC5-C1230 تا 200سوخت موتور
نفت سفیدC12-C18180 تا 400سوخت دیزل ، سوخت کوره
نفت سوختکراکینگ
روان کننده‌هاC17 به بالا350 به بالاروان کننده‌ها
پارافین‌هاC20 به بالامواد جامد با نقطه ذوب کمشمع - کبریت
آسفالتC36 به بالاباقیمانده صمغیتسطیح جاده‌ها

 

[Ramina.p]

درجه اکتان بنزین
برای درجه بندی خواص کوبش نسبی بهترین‌ها مقیاس دلخواه معین شده است. هپتان نرمال که از نوع بنزین اول است و کوبش زیادی دارد و به‌عنوان بنزین در نظر گرفته شده است و درجه اکتان آن صفر است. از طرف دیگر به 2 ، 2 ، 4-تری متیل پنتان (ایزو اکتان) که از این لحاظ بسیار عالی است، درجه اکتان 100 نسبت داده شده است.

برای تعیین تعیین درجه اکتان نوعی بنزین ، آن را در یک موتور استاندارد بکار می‌گیرند و خواص کوبشی آن را ثبت می‌کنند. در این عمل ، رفتار مخلوط‌هایی از n- هپتان و ایزواکتان را با رفتار بنزین مورد نظر مقایسه می‌کنند. درصد ایزواکتان مخلوطی را که خواص کوبش یکسانی با رفتار بنزین مورد آزمایش دارد، درجه اکتان آن بنزین می‌نامند.

 

[Ramina.p]

درجه اکتان بنزین دست اول با تبدیل کاتالیزوری و اکتان افزاینده‌ها ، زیاد می‌شود. فرآیند تبدیل کاتالیزوری برای تولید هیدروکربن‌های شاخه‌دار و آروماتیک بکار می‌رود. هیدروکربنهای خطی با عدد اکتان کم را می‌توان تحت تاثیر کاتالیزورهای خاص ، مانند پلاتین بسیار ریز شده ، به ایزومرهای زنجیری شاخه‌دار ، که عدد اکتان بالاتری دارند، تبدیل کرد. تبدیل کاتالیزوری برای تولید هیدروکربنهای آروماتیک مثل بنزین و تولوئن نیز بکار رود. در این عمل ، از کاتالیزور‌های متفاوت و مخلوط‌های نفت استفاده می‌شود. مثلا هرگاه بخاری‌های نفت ، نفت سفید و اجزای نفتی سبک را از روی کاتالیزور مس در دمای ˚650C عبور دهیم، درصد زیادی از مواد اصلی ، به مخلوطی از هیدروکربنهای آروماتیک تبدیل می‌شود. از این مخلوط از تقطیر جزء به جزء ، بنزین ، تولوئن ، کسیلن و موادی نظیر آنها جدا می شود.

عدد اکتان مخلوط معینی از بنزین را می‌توان با افزایش عوامل ضد کوبش یا اکتان افزاینده‌ها بالا برد. پیش از سال 1975 ، متداول‌ترین عامل ضد کوبش ، تترااتیل سرب ، C2H3) 4Pb) بود. افزایش 3g تترااتیل سرب در هر گالن ، عدد اکتان را 10 تا 15 درجه بالا می‌برد و پیش از آنکه سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) کاهش محتوای سرب بنزین را ضروری بداند، هم بنزین معمولی و هم بنزین سوپر در هر گالن بطور متوسط 3g تترااتیل سرب یا تتراامتیل سرب ، C2H3) 4Pb) ، داشت.

 

[Ramina.p]

افزودنی‌های بنزین
ترکیبات سربدار فوق‌العاده سمی هستند و نقطه جوش کم تترااتیل سرب بر این خطر می‌افزاید. اما بر اثر دو اقدامی که از طرف سازمان محیط زیست به عمل آمد، میزان سرب در محیط بطوری موثر کاهش یافت. نخستین اقدام ، تصمیم گیری درباره استفاده از مبدل‌های کاتالیزوری پلاتین‌دار بود که صدور منوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن‌دار را کاهش دهد، ولی در این صورت لازم بود که بنزین‌های عاری از سرب مصرف شود، زیرا سرب ، کاتالیزور پلاتین را از فعالیت می‌اندازد.

در آغاز سال 1975 ، اتومبیل‌های جدید مجبور به استفاده بنزین‌های عاری از سرب شدند تا مبدل کاتالیزوری آنها محفوظ بماند و مقدار سرب تولید شده در هوا نیز کاهش یابد. برنامه کاهش سرب در بنزین به این نتیجه انجامید که مقدار آن به 0.1g در هر گالن برسد و هدف نهایی بنزینی کاملا عاری از سرب بود. با کم شدن مصرف تترااتیل سرب ، لازم بود اکتان افزاینده‌های دیگری به بنزین افزوده شود تا درجه اکتان آن بالا رود. این مواد اکتان افزاینده عبارتند از تولوئن ، 2 - میتل- 2- پروپانل ، میتل – ترشیوبوتیل اتر (MTBE) ، متانول و اتانول ، در سال 1984 متداول‌ترین اکتان افزاینده MTBE بود که برای نخستین بار در فهرست 50 ماده شیمیایی عمده اضافه شد.

 

[Ramina.p]

بهینه سازی سوخت بنزین
مخلوط‌های از بنزین شامل متانول و اتانول نیز به‌عنوان سوخت مصرف می‌شوند. سازمان حفاظت محیط زیست و تمام کارخانه‌های اتومبیل سازی آمریکا ، مصرف مخلوط‌های بنزین _اتانول را که تا 10% اتانول داشته باشند، پذیرفته‌اند. ولی متانول بیشتر مورد توجه است، زیرا به‌عنوان افزاینده اکتان چند مزیت دارد.

متانول وقتی بطور مناسبی با بنزین مخلوط شده باشد، اقتصادی‌تر است، درجه اکتان بالاتری دارد و صدور میزان ذرات ، هیدروکربنها ، منوکسید کربن و اکسید‌های نیتروژن را می‌کاهد. ولی بزرگترین عیب متانول به رطوبت مربوط می‌شود. مقدار کمی رطوبت ، مخلوط اتانول – بنزین را ناپایدار می‌کند و خوردگی فلز موتور مسئله‌ای جدی می‌شود.

مسئله رطوبت اتانول با استفاده از الکل دیگری (اتانول ، پروپانول‌ها) به‌عنوان کمک حلال در مخلوط‌های متانول ، حل شد. سازمان حفاظت محیط زیست ، چند مخلوط متانولی را که با استاندارد‌های صدور مواد از وسایل نقلیه موتوری مطابقت داشت و بنزینی با اکتان بالا بود، تصویب کرد. غالب مخلوط‌های متانولی حدود 2.5% متانول ، 2.5% ترشیو – بوتیل الکل ، 95% بنزین و یک ماده بازدارنده خورندگی دارند.