Benzine

Achtergrond

Benzine is een vluchtige, ontvlambare vloeistof die wordt verkregen uit de raffinage van aardolie of ruwe olie. Het werd oorspronkelijk weggegooid als een bijproduct van de productie van kerosine, maar het vermogen om te verdampen bij lage temperaturen maakte het een bruikbare brandstof voor veel machines. De eerste oliebron in de Verenigde Staten werd in 1859 geslagen door Edwin L. Drake nabij Titusville, Pennsylvania, op een diepte van bijna 70 voet (21 m). Met de ontwikkeling van de viertakt verbrandingsmotor door Nikolaus Otto in 1876, werd benzine essentieel voor de auto-industrie. Tegenwoordig wordt bijna alle benzine gebruikt om auto's van brandstof te voorzien, met een zeer klein percentage dat wordt gebruikt voor het aandrijven van landbouwmachines en vliegtuigen.

Aardolie, een fossiele brandstof, levert tegenwoordig meer energie aan de wereld dan welke andere bron dan ook. De Verenigde Staten zijn 's werelds grootste verbruiker van aardolie; in 1994 gebruikten Amerikanen 7.587.000 vaten olie per dag. Aardolie wordt gevormd uit de overblijfselen van planten en dieren die miljoenen jaren onder enorme druk hebben gestaan. Normaal gesproken zou deze organische stof volledig ontleden met behulp van aaseters en aërobe bacteriën, maar aardolie wordt gemaakt in een anaërobe omgeving, zonder de aanwezigheid van zuurstof. Meer dan de helft van 's werelds bekende ruwe olie is geconcentreerd in het Perzische Golfbekken. Andere belangrijke gebieden zijn de kusten van Alaska en de Golf van Mexico.

Aardolieproducten, waaronder benzine, zijn voornamelijk een mengsel van koolwaterstoffen (moleculen die waterstof en koolstofmoleculen bevatten) met kleine hoeveelheden andere stoffen. Ruwe olie bestaat uit verschillende lengtes koolwaterstofketens, met enkele korte ketens en enkele zeer lange ketens. Afhankelijk van hoeveel de olie wordt afgebroken of geraffineerd, kan het een willekeurig aantal producten worden. Over het algemeen geldt:hoe kleiner het molecuul, hoe lager het kookpunt. Daarom kookt gas, met zeer kleine ketens van één tot vijf koolstofatomen, bij een zeer lage temperatuur. Benzine, met 6-10 koolstofatomen, kookt bij een iets hogere temperatuur. De zwaarste oliën kunnen tot 25 koolstofatomen bevatten en hun kookpunt niet bereiken tot 761°F (405°C).

Grondstoffen

Benzine is een van de producten die worden verkregen bij het distilleren en raffineren van aardolie. Verbindingen van organisch lood werden in het verleden aan benzine toegevoegd om het kloppen in motoren te verminderen, maar vanwege milieuoverwegingen is dit niet langer gebruikelijk. Er worden ook andere chemicaliën aan benzine toegevoegd om het verder te stabiliseren en de kleur en geur te verbeteren in een proces dat 'zoet maken' wordt genoemd.

Het fabricageproces

Verkenning

• 1 De eerste stap bij de productie van benzine is het vinden van het oorspronkelijke ingrediënt, aardolie. Ruwe olie wordt gevangen in gebieden van poreus gesteente, of reservoirgesteente, nadat het daar is gemigreerd vanuit het gebied van zijn oorsprong. Mogelijke gebieden met olieconcentratie kunnen worden vastgesteld door te zoeken naar gesteentesoorten die vaak in die gebieden worden aangetroffen. Ontdekkingsreizigers kunnen de oppervlaktekenmerken van het land onderzoeken, analyseren hoe geluidsgolven weerkaatsen Benzine is een vluchtige, ontvlambare vloeistof die wordt verkregen uit de raffinage van aardolie of ruwe olie. de rots, of gebruik een zwaartekrachtmeter om kleine verschillen in rotsformaties te detecteren.
• 2 Nadat een mogelijk oliereservoir is gevonden, moet het gebied worden proefgeboord. Er worden kernmonsters genomen uit testputten om rotsformaties te bevestigen, en de monsters worden chemisch geanalyseerd om te bepalen of meer boren gerechtvaardigd is. Hoewel de methoden die tegenwoordig worden gebruikt geavanceerder zijn dan in het verleden, is er nog steeds geen zekerheid over olie-exploratie.

Boren

• 3 Ruwe olie wordt gewonnen via putten die meer dan 305 meter diep in de rots kunnen reiken. De gaten worden gemaakt door roterende boormachines, die een boor gebruiken om een ​​gat in de grond te boren terwijl er water wordt toegevoegd. Het water en de grond creëren een dikke modder die helpt de olie tegen te houden en te voorkomen dat deze "vloeit" vanwege de interne druk in het reservoirgesteente. Wanneer het reservoir is bereikt, blijft de modder de olie tegenhouden terwijl de boor wordt verwijderd en een pijp wordt ingebracht.

Herstel

• 4 Om de olie terug te winnen wordt een ingewikkeld systeem van leidingen en kleppen direct in de boorput geïnstalleerd. De natuurlijke druk van het reservoirgesteente brengt de olie uit de put en in de leidingen. Deze zijn aangesloten op een terugwinningssysteem, dat bestaat uit een reeks grotere leidingen die de ruwe olie via een olie- (vloeibaar) en gas (niet-vloeibaar) afscheider naar de raffinaderij brengen. Met deze methode kan de olie worden teruggewonnen met een minimum aan afval.
• 5 Uiteindelijk wordt de natuurlijke druk van de put uitgeput, hoewel er nog steeds grote hoeveelheden olie in de rots kunnen achterblijven. Er zijn nu secundaire winningsmethoden nodig om een ​​groter percentage van de olie te verkrijgen. De druk wordt hersteld door ofwel gas in de zak boven de olie te injecteren of door water in de put te laten stromen, wat veel gebruikelijker is. In dit proces worden vier gaten geboord rond de omtrek van de put en wordt water toegevoegd. De petroleum zal op het water drijven en naar de oppervlakte komen.

Fractionele distillatie

• 6 Ruwe olie is geen goede brandstof, omdat het niet vloeibaar is en een zeer hoge temperatuur nodig heeft om te verbranden. De lange ketens van moleculen in ruwe olie moeten in een petroleumraffinaderij worden gescheiden van de kleinere ketens van geraffineerde brandstoffen, waaronder benzine. Dit proces wordt fractionele destillatie genoemd.

  Een fractionele destillatietoren is een enorme eenheid die tot 200.000 vaten ruwe olie kan bevatten. De olie wordt eerst in een oven gepompt en verwarmd tot meer dan 600 ° F (316 ° C), waardoor alle, behalve de grootste moleculen verdampen. De dampen stijgen op in de fractioneerkolom, die wel 46 meter hoog kan zijn. De dampen koelen af ​​als ze door de kolom stijgen. Omdat de kookpunten van alle verbindingen verschillen, zullen de grotere, zwaardere moleculen eerst lager in de toren condenseren en de kortere, lichtere moleculen hoger in de toren. Aan de top komen aardgas, benzine en kerosine vrij. Zwaardere verbindingen die worden gebruikt bij de vervaardiging van kunststoffen en smeermiddelen worden lager in de toren verwijderd.

  Gefractioneerde destillatie zelf produceert geen benzine uit ruwe olie, het verwijdert alleen de benzine uit andere verbindingen in ruwe olie. Verdere raffinageprocessen worden nu gebruikt om de kwaliteit van de brandstof te verbeteren.

Aardolie raffineren

• 7 Katalytisch kraken is een van de belangrijkste processen in de olieraffinage. Dit proces maakt gebruik van een katalysator, hoge temperatuur en verhoogde druk om chemische veranderingen in aardolie te beïnvloeden. Katalysatoren zoals aluminium, platina, bewerkte klei en zuren worden aan aardolie toegevoegd om grotere moleculen af ​​te breken, zodat het de gewenste verbindingen van benzine zal bevatten.

  Een ander raffinageproces is polymerisatie. Dit is het tegenovergestelde van kraken omdat het de kleinere moleculen van lichtere gassen combineert tot grotere die als vloeibare brandstof kunnen worden gebruikt.

  

Additieven

• 8 Zodra benzine is geraffineerd, worden chemicaliën toegevoegd. Sommige zijn antiklopmiddelen, die reageren met de chemicaliën in benzine die te snel verbranden, om "kloppen van de motor" te voorkomen. In gelode benzine is tetra-ethyllood het antiklopmiddel. (Loodvrije benzine wordt verder geraffineerd waardoor de behoefte aan antiklopmiddelen minimaal is.) Andere additieven (antioxidanten) worden toegevoegd om de vorming van gom in de motor te voorkomen. Gom is een hars gevormd in benzine die de interne delen van de motor kan bedekken en de slijtage kan verhogen.

Beoordeling benzine

• 9 Benzine is in de eerste plaats een mengsel van twee vluchtige vloeistoffen, heptaan en isooctaan. Zuivere heptaan, een lichtere brandstof, verbrandt zo snel dat het een grote hoeveelheid pingelen in een motor veroorzaakt. Zuiver isooctaan verdampt langzaam en produceert vrijwel geen kloppen. De verhouding van heptaan tot isooctaan wordt gemeten door het octaangetal. Hoe hoger het percentage isooctaan, hoe minder kloppen en hoe hoger het octaangetal. Zo is een octaangetal van 87 vergelijkbaar met een mengsel van 87% isooctaan en 13% heptaan.

Bijproducten/afval

Gemiddeld wordt 44,4% van de aardolie benzine. Er zijn echt geen afvalproducten van aardolie. De lichtere chemicaliën zijn aardgas, vloeibaar petroleumgas (LPG), vliegtuigbrandstof en kerosine. De zwaardere producten worden gebruikt voor de vervaardiging van smeermiddelen, kunststoffen en asfalt. Bovendien kunnen veel minder waardevolle producten chemisch worden omgezet in beter verkoopbare verbindingen.

De Toekomst

Benzine, hoewel tegenwoordig veel gebruikt in veel toepassingen, is voorbestemd om een ​​brandstof uit het verleden te worden, omdat aardolie een niet-hernieuwbare hulpbron is. De huidige technologie is gericht op het optimaal benutten van de resterende aardoliereservoirs en het verkennen van alternatieve energiebronnen. Nieuwe methoden om de omvang van oliereservoirs nauwkeurig te bepalen, geautomatiseerde systemen om oliewinning te regelen en manieren om werknemers in staat te stellen meer olie uit bekende reservoirs te winnen, worden allemaal onderzocht om de olievoorraden die vandaag beschikbaar zijn volledig te benutten.

De nieuwste methoden in de exploratie van olievelden meten de fysieke grootte van het reservoir en het olievolume. Vaak wordt de druk in de put gemeten over een bepaalde periode terwijl de olie wordt gewonnen. Met behulp van deze gegevens kunnen wetenschappers de grootte van het reservoir en de doorlaatbaarheid ervan bepalen. Een echometer, die geluidsgolven van de zijkanten van het reservoir weerkaatst, kan ook worden gebruikt om de kenmerken van de put te ontdekken.

Moderne oliewinningsmethoden worden meestal, althans gedeeltelijk, gecontroleerd door geautomatiseerde systemen. SCADA (Systems for Supervisory Control of Data Acquisitions) maakt gebruik van gespecialiseerde software om de activiteiten te bewaken via een of meer masterterminals en verschillende remote terminals. Deze systemen verhogen de efficiëntie, helpen ongelukken te voorkomen die schadelijk kunnen zijn voor het milieu en verminderen het aantal arbeiders met verhoogde veiligheid.

Verbeterde oliewinningsmethoden verhogen het percentage olie dat uit een reservoir kan worden gehaald. In het verleden konden arbeiders minder dan de helft van de olie in een reservoir extraheren. Nieuwe methoden omvatten het injecteren van gassen of schuim in de put om de olie eruit te persen, horizontaal in de put boren en meer geofysische informatie gebruiken om de kenmerken van het reservoir nauwkeurig te voorspellen.

Omdat benzine wordt geproduceerd uit een beperkte voorraad aardolie, zoeken wetenschappers naar schone, hernieuwbare energiebronnen om machines van de toekomst aan te drijven. Stoomkracht, gebruikt in de stoomboten van vroeger, is een energiebron die hernieuwde aandacht krijgt. Er zijn elektrische voertuigen ontwikkeld en zonne- en windenergie drijven ook auto's en huizen aan.