Бензин

<час />

Фон

Бензин - это летучая легковоспламеняющаяся жидкость, получаемая при очистке нефти или сырой нефти. Первоначально его выбрасывали как побочный продукт производства керосина, но его способность испаряться при низких температурах сделала его полезным топливом для многих машин. Первая нефтяная скважина в Соединенных Штатах была пробита Эдвином Л. Дрейком недалеко от Титусвилля, штат Пенсильвания, в 1859 году на глубине почти 70 футов (21 м). С разработкой Николаусом Отто четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в 1876 году бензин стал незаменимым в автомобильной промышленности. Сегодня почти весь бензин используется в качестве топлива для автомобилей, а очень небольшой процент используется для питания сельскохозяйственного оборудования и самолетов.

Нефть, ископаемое топливо, сегодня поставляет в мир больше энергии, чем любой другой источник. Соединенные Штаты являются ведущим потребителем нефти в мире; в 1994 году американцы использовали 7 587 000 баррелей нефти в день. Нефть образуется из останков растений и животных, которые миллионы лет находились под огромным давлением. Обычно это органическое вещество полностью разлагается с помощью поглотителей и аэробных бактерий, но нефть создается в анаэробной среде без присутствия кислорода. Более половины мировой известной сырой нефти сосредоточено в бассейне Персидского залива. Другие важные районы включают побережье Аляски и Мексиканского залива.

Нефтепродукты, включая бензин, в первую очередь представляют собой смесь углеводородов (молекул, содержащих молекулы водорода и углерода) с небольшими количествами других веществ. Сырая нефть состоит из углеводородных цепей разной длины, с некоторыми короткими цепями и некоторыми очень длинными цепями. В зависимости от того, насколько масло расщеплено или очищено, оно может превратиться в любое количество продуктов. Как правило, чем меньше размер молекулы, тем ниже температура кипения. Следовательно, газ с очень маленькими цепочками из одного-пяти атомов углерода кипит при очень низкой температуре. Бензин, содержащий 6-10 атомов углерода, кипит при несколько более высокой температуре. Самые тяжелые масла могут содержать до 25 атомов углерода и не достигают точки кипения до 761 ° F (405 ° C).

Сырье

Бензин - это один из продуктов, получаемых при перегонке и переработке нефти. Соединения органического свинца в прошлом добавлялись в бензин для уменьшения детонации в двигателях, но из-за проблем с окружающей средой это больше не является обычным явлением. В бензин также добавляют другие химические вещества, чтобы еще больше стабилизировать его и улучшить его цвет и запах в процессе, называемом «подслащивание».

Производственный
процесс

Исследование

• 1 Первым шагом в производстве бензина является поиск исходного ингредиента - нефти. Сырая нефть задерживается в областях пористой породы или породы-коллектора после того, как она мигрировала туда из области своего происхождения. Возможные области концентрации нефти можно определить путем поиска типов горных пород, которые обычно встречаются в этих областях. Исследователи могут изучить особенности поверхности земли, проанализировать, как звуковые волны отражаются от нее. Бензин - это летучая легковоспламеняющаяся жидкость, получаемая при очистке нефти или сырой нефти. камень, или используйте измеритель силы тяжести, чтобы обнаружить небольшие различия в горных образованиях.
• 2 После обнаружения возможного нефтяного резервуара необходимо пробурить участок. Образцы керна берутся из испытательных скважин для подтверждения образования горных пород, и образцы подвергаются химическому анализу, чтобы определить, оправдано ли дальнейшее бурение. Хотя методы, используемые сегодня, являются более совершенными, чем любые из прошлых, в разведке нефти все еще нет уверенности.

Бурение

• 3 Сырая нефть добывается из скважин, которые могут проникать в породу на глубину более 305 метров. Отверстия проделываются роторными бурильщиками, которые используют долото для просверливания отверстия в земле по мере добавления воды. Вода и почва создают густую грязь, которая помогает удерживать нефть и предотвращает ее «фонтанирование» из-за внутреннего давления, содержащегося в породе коллектора. Когда резервуар достигнут, буровой раствор продолжает удерживать масло, в то время как буровая установка удаляется и вставляется труба.

Восстановление

• 4 Для извлечения нефти прямо в буровую скважину устанавливается сложная система трубопроводов и запорной арматуры. Естественное давление породы-коллектора выводит нефть из скважины в трубы. Они подключены к системе регенерации, которая состоит из ряда более крупных труб, по которым сырая нефть поступает на нефтеперерабатывающий завод через сепаратор для нефти (жидкости) и газа (не для жидкости). Этот метод позволяет восстанавливать масло с минимумом отходов.
• 5 В конце концов естественное давление в скважине истощается, хотя в породе все еще может оставаться большое количество нефти. Теперь для получения большего процента нефти требуются вторичные методы добычи. Давление восстанавливается либо путем нагнетания газа в карман над нефтью, либо путем заливания воды в скважину, что встречается гораздо чаще. В этом процессе по периметру колодца просверливаются четыре отверстия и добавляется вода. Нефть будет плавать по воде и подниматься на поверхность.

Фракционная перегонка

• 6 Сырая нефть не является хорошим топливом, поскольку она не жидкая и требует очень высокой температуры для сгорания. Длинные цепочки молекул в сырой нефти должны быть отделены от более мелких цепочек очищенного топлива, включая бензин, на нефтеперерабатывающем заводе. Этот процесс называется фракционной перегонкой.

  Башня фракционной перегонки - это огромная установка, которая может вместить до 200 000 баррелей сырой нефти. Сначала масло закачивается в печь и нагревается до более 600 ° F (316 ° C), в результате чего испаряются все молекулы, кроме самых крупных. Пары поднимаются в ректификационную колонну, высота которой может достигать 150 футов (46 м). Пары охлаждаются по мере подъема через колонку. Поскольку точки кипения всех соединений различаются, более крупные и тяжелые молекулы сначала конденсируются ниже в колонне, а более короткие и легкие молекулы будут конденсироваться выше в колонне. Близко к верху выбрасываются природные газы, бензин и керосин. Более тяжелые соединения, используемые при производстве пластмасс и смазочных материалов, удаляются в нижней части башни.

  Сама по себе фракционная перегонка не производит бензин из сырой нефти, она просто удаляет бензин из других компонентов сырой нефти. В настоящее время используются дальнейшие процессы очистки для улучшения качества топлива.

Переработка нефти

• 7 Каталитический крекинг - один из важнейших процессов нефтепереработки. В этом процессе используются катализатор, высокая температура и повышенное давление, чтобы влиять на химические изменения в нефти. Катализаторы, такие как алюминий, платина, обработанная глина и кислоты, добавляются в нефть, чтобы расщепить более крупные молекулы и получить желаемые соединения бензина.

  Другой процесс рафинирования - это полимеризация. Это противоположно крекингу, поскольку он объединяет более мелкие молекулы более легких газов в более крупные, которые можно использовать в качестве жидкого топлива.

  

Добавки

• 8 После очистки бензина добавляются химические вещества. Некоторые из них представляют собой антидетонационные составы, которые вступают в реакцию с химическими веществами в бензине, которые горят слишком быстро, чтобы предотвратить «детонацию двигателя». В этилированном бензине антидетонационной присадкой является тетраэтилсвинец. (Неэтилированный бензин подвергается дальнейшей очистке, поэтому потребность в антидетонационных присадках минимальна.) Другие присадки (антиоксиданты) добавляются для предотвращения образования смол в двигателе. Камедь - это смола, образующаяся в бензине, которая может покрывать внутренние части двигателя и увеличивать износ.

Рейтинг бензина

• 9 Бензин в основном представляет собой смесь двух летучих жидкостей, гептана и изооктана. Чистый гептан, более легкое топливо, сгорает так быстро, что вызывает сильную детонацию в двигателе. Чистый изооктан медленно испаряется и практически не вызывает детонации. Отношение гептана к изооктану измеряется октановым числом. Чем больше процент изооктана, тем меньше детонация и выше октановое число. Например, октановое число 87 сопоставимо со смесью 87% изооктана и 13% гептана.

Побочные продукты / отходы

В среднем 44,4% нефти становится бензином. Нефтяных отходов действительно нет. Более легкие химические вещества - это природный газ, сжиженный нефтяной газ (СНГ), реактивное топливо и керосин. Более тяжелые продукты используются для производства смазочных материалов, пластмасс и асфальта. Кроме того, многие менее ценные продукты можно химически превратить в более продаваемые соединения.

Будущее

Бензин, который сегодня широко используется во многих сферах, должен стать топливом прошлого, потому что нефть - невозобновляемый ресурс. Современные технологии сосредоточены на использовании оставшихся нефтяных резервуаров и изучении альтернативных источников энергии. Новые методы точного определения протяженности нефтяных резервуаров, автоматизированные системы контроля нефтеотдачи и способы, позволяющие рабочим извлекать больше нефти из известных резервуаров, исследуются, чтобы полностью использовать имеющиеся сегодня запасы нефти.

Новейшие методы разведки нефтяных месторождений позволяют измерять физический размер коллектора и объем нефти в нем. Часто давление внутри скважины измеряется в течение определенного периода времени по мере извлечения нефти. Используя эти данные, ученые могут определить размер резервуара и его проницаемость. Эхо-метр, отражающий звуковые волны от стенок коллектора, также может использоваться для определения характеристик скважины.

Современные методы добычи нефти чаще всего контролируются, по крайней мере частично, компьютеризированными системами. SCADA (системы диспетчерского управления сбором данных) использует специализированное программное обеспечение для мониторинга операций через один или несколько главных терминалов и несколько удаленных терминалов. Эти системы повышают эффективность, помогают предотвратить несчастные случаи, которые могут нанести вред окружающей среде, и сократить количество рабочих с повышенной безопасностью.

Методы повышения нефтеотдачи увеличивают процент нефти, которая может быть получена из коллектора. Раньше рабочие могли извлекать менее половины нефти, содержащейся в резервуаре. Новые методы включают закачку газов или пены в скважину для вытеснения нефти, бурение горизонтально в скважину и использование дополнительной геофизической информации для точного прогнозирования характеристик коллектора.

Поскольку бензин производится из ограниченного количества нефти, ученые ищут чистые возобновляемые источники энергии для двигателей будущего. Энергия пара, использовавшаяся в прошлом на пароходах, является источником энергии, которому уделяется повышенное внимание. Были разработаны электромобили, солнечная энергия и энергия ветра также используются в автомобилях и домах.