Perché la benzina "normale" è standard invece di qualcosa di più resistente agli urti?

Il distillato di petrolio leggero standard per motori di veicoli, "benzina normale", è (o è equivalente a) una miscela di eptano (C7) e ottano (C8). Proporzioni più elevate di C8 sono più resistenti agli urti, il che consente rapporti di compressione più elevati e quindi un utilizzo più efficiente dell'energia nei motori a combustione interna.

Le raffinerie moderne non producono praticamente alcuna miscela di idrocarburi che desiderano attraverso combinazioni di distillazione, cracking e alchilazione?

In tal caso, perché la benzina "normale" viene prodotta in tali quantità e perché viene addebitato un premio per miscele più resistenti agli urti ("ottano più alto")? Ad esempio, se una raffineria dovesse produrre un solo distillato di combustibile leggero, non potrebbe produrre altrettanto facilmente ed economicamente una miscela "100 ottani" rispetto all'attuale "87 ottani"?

O è effettivamente più economico produrre benzina "a basso numero di ottani"?

Si noti che "100 ottano" non significa 100% di ottano, poiché il numero di "ottano" di un idrocarburo dipende dai suoi isomeri, con isomeri più ramificati con maggiore resistenza al colpo . Quindi un combustibile a 100 ottani può essere prodotto con molte miscele di C7, C8 e comprende anche idrocarburi più leggeri e pesanti.

Una caratterizzazione dei componenti isomerici del greggio potrebbe rispondere a questa domanda. Ad esempio, se la materia prima grezza tende ad avere isomeri più lineari, allora l'energia dovrebbe essere messa in isomerizzazione per produrre distillati più resistenti agli urti.

Bene, prima di tutto, le raffinerie sono un'impresa, quindi devono prendere le decisioni che le rendono più redditizie. Considerando questo, pensiamo al cracking e all'isomerizzazione tramite catalisi. Il raffinatore richiederà reattori, tubazioni e pompaggi aggiuntivi, molto probabilmente colonne di distillazione aggiuntive, caricamento di catalizzatori ecc. L'energia da sola per fare la distillazione è generalmente molto onerosa e se si ha a che fare con isomerizzazione, è probabile che si tratti di prodotti chimici simili che non si separano facilmente (che significa energia enorme e quindi costi operativi monetari). I catalizzatori possono spesso essere economici, ma di solito sono realizzati con basi di zeolite drogate con metalli rari o pesanti e possono costare da $ 5 a migliaia di dollari al chilogrammo e non durano per sempre (sinterizzazione, avvelenamento, ecc.).

Quindi, anche senza numeri, puoi vedere dove potrebbe essere molto coinvolto per un'entità produrre i materiali ad alto numero di ottani. Ma se riescono a ottenere un premio e fare soldi lo faranno bene (alcuni lo fanno)? Ecco un altro fattore: i biocarburanti.

I biocarburanti sono attualmente obbligati attraverso lo standard sui carburanti rinnovabili per la miscelazione nella fornitura di carburante negli Stati Uniti. Ciò include molti diversi rinnovabili e biocarburanti, ma il più importante è l'etanolo da combustibile (attualmente dall'amido, successivamente cellulosico). Il link seguente fornisce una panoramica del mandato RFS. È importante notare che le parti obbligate a fondere questi biocarburanti sono raffinatori e importatori di prodotti petroliferi grezzi o finiti .

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

Poiché queste entità sono obbligate dalla legge (in effetti in virtù della legge sull'aria pulita) per miscelare questi combustibili, ha più senso utilizzarli nel miglior modo possibile. L'etanolo offre un vantaggio molto specifico alle raffinerie, poiché può avere un impatto drastico sul numero finale di RON, MON o ottano combinato di carburanti a benzina di qualità inferiore.

Quindi, dal punto di vista commerciale, ha il senso più economico investire poco o nessun capitale o spese operative in apparecchiature per il processo di miglioramento degli ottani, soddisfare l'obbligo obbligatorio e allo stesso tempo miscelare l'etanolo con tagli di carburante di qualità inferiore, ma ancora fare il stesso grado di ottano nel rack per il distributore / consumatore.

A seconda di dove ti trovi, il carburante "normale" per autoveicoli è compreso tra 85 e 95. Tuttavia, un numero di, diciamo, 95, non significa che sia una miscela di 95% di ottano e 5% di eptano. Significa semplicemente che il carburante ha proprietà di resistenza agli urti simili a questa miscela. La composizione effettiva può essere qualsiasi miscela di idrocarburi isomerici.

Man mano che il numero che indica la resistenza ai colpi aumenta, la miscela diventa progressivamente più costosa da produrre.

Si noti inoltre che la composizione del carburante ideale per un determinato motore a combustione interna è soggetta a variabili. La pressione dell'aria, ad esempio, è un fattore. Le miscele carburante / aria ideali variano a seconda della composizione del carburante. Ad esempio, a 6000 piedi di altitudine (che è dove vivo) varie miscele di carburante si comportano in modo diverso rispetto a quanto fanno a livello del mare. Pertanto, anche le condizioni locali possono essere prese in considerazione quando si tratta di formulare miscele di carburanti.

Come è stato notato; Costa "ottano". E poiché ci sono molti processi per realizzare questi numerosi componenti di ottano, ci sono molti costi e "storie" diversi. Una storia; gli xliceni sono ottani molto alti e componenti chiave in materia prima poliestere, quindi un valore concorrenziale molto elevato. Seconda storia; il reforming produce molti componenti ad alto numero di ottano, ma a causa dell'alta pressione dell'idrogeno e dell'alta pressione totale e del catalizzatore del gruppo del platino rendono questo processo costoso. Forse ottenere un libro su come funzionano le raffinerie.

La semplice risposta è profitti. Possono addebitare di più per i numeri più alti anche se il costo non è relativo all'aumento. Non posso dirvi quanto costa di più per produrre alti ottani, ma sono fiducioso che ci sono costi aggiuntivi.

Le miscele invernali come menzionato sopra sono più per i tassi di evaporazione. Se si considera che una grande città ha molte centinaia di stazioni di servizio, la benzina totale evaporata da tutti questi serbatoi è significativa. Poiché il tasso di evaporazione del carburante è direttamente correlato alla temperatura, in inverno è possibile utilizzare un combustibile più evaporativo di quanto non lo sia in estate.

Hanno anche zone in cui devono usare la benzina più pesante anche in inverno a causa della concentrazione delle stazioni di servizio lì.

Ho imparato tutto questo mentre lavoravo per una società di condutture che immagazzinava e trasferiva carburante per tutte le principali compagnie petrolifere dalle loro raffinerie ai terminal dove venivano caricati su camion. Curiosità interessanti, la benzina nei miei gasdotti aveva una valutazione di ottano negli anni '60 quando l'abbiamo provata. Il numero di ottani che vedi alla pompa è dall'etanolo che aggiungono al terminale durante il caricamento dei camion. Ciò è dovuto principalmente al fatto che non si desidera l'alcool in serbatoi di stoccaggio alla rinfusa perché assorbirebbe un'enorme quantità di acqua dai serbatoi.

Un altro motivo che non è stato ancora menzionato è l'effetto di rete. Uno stato degli Stati Uniti o un paese europeo non può sensibilmente aumentare i suoi requisiti di ottano. Il motivo per cui si richiedono valori di ottano più elevati è perché consente rapporti di compressione più elevati nei motori, aumentando l'efficienza del carburante. Nella maggior parte dei motori il rapporto di compressione è fisso ed è ottimizzato per il carburante disponibile nell'area in cui viene venduta l'auto. (I rapporti di compressione a volte differiscono per le varianti UE e USA della stessa auto, a causa dei più alti valori di ottano del carburante nell'UE.)

Se i requisiti di ottano fossero aumentati da qualche parte, ciò consentirebbe solo alle nuove auto vendute lì di utilizzare il carburante con ottano più elevato avendo un rapporto di compressione più elevato. Ma se solo uno stato degli Stati Uniti o un paese dell'UE avesse questi requisiti di ottano più elevati, le automobili che utilizzano un rapporto di compressione più elevato corrispondente non funzionerebbero bene se guidate in un altro stato / paese utilizzando il numero di ottano inferiore, quindi i produttori di automobili non inizierebbero a vendere automobili con un livello di ottano più elevato rapporto di compressione a meno che una vasta area (ad es. gli interi Stati Uniti o UE) non cambierebbe il suo ottano di carburante. E i cambiamenti che influenzano un continente sono molto lenti con molte parti interessate, se accadono affatto.

Quindi, una volta impostati i valori di ottano, sono difficili da cambiare. E il focus sull'efficienza del carburante è probabilmente relativamente recente (anche se non so quando queste classificazioni degli ottani fossero standardizzate).