Что такое бензин. Методы получения бензина

Стал дефицитным бензин — многие автомобилисты задумываются, что бы еще изобрести для его экономии, а то и замены. Выдвигаются идеи, возникают споры. Выясняется, однако, что не все их участники отчетливо представляют себе, что такое нынешний автомобильный бензин. Этой теме мы и решили посвятить нашу сегодняшнюю лекцию, подготовленную по литературным источникам. Бензин, как известно, получают из нефти. Эта природная жидкость в своей основе состоит всего из двух химических элементов — углерода (84—87%) и водорода (12—14%). Но они соединяются между собой в великом множестве сочетаний, образуя вещества, которые мы называем углеводородами. Смесь разнообразных жидких углеводородов — это и есть нефть. Если нагревать нефть при атмосферном давлении, то сначала из нее испаряются самые легкие углеводороды, а по мере повышения температуры — все более и более тяжелые. Конденсируя их по отдельности, получаем разные фракции; те из них, которые выкипали в диапазоне температур от 35° до 205°С, считаются бензином (для сравнения конденсат, полученный при температурах от 150 до 315°С, называют керосином, от 150 до 360°С — дизельным топливом). Однако такой способ (он называется прямой перегонкой) дает очень мало бензина — всего 10—15% от перегоняемой нефти. Огромный парк автомобилей, нуждающихся в этом виде топлива, так не «прокормить». Поэтому основная масса товарного бензина добывается в результате так называемых вторичных процессов переработки нефти, к которым относят термический и каталитический крекинг, платформинг, риформинг, гидрориформинг и еще многие. Процессы эти сложные, но их объединяет общая цель — раздробить большие и сложные молекулы тяжелых углеводородов на более мелкие и легкие, образующие бензин. Не вдаваясь в технологические подробности вторичной переработки, отметим лишь, что она позволяет не только в несколько раз увеличить выход бензина из нефти, но и обеспечивает более высокое качество продукта по сравнению с прямой перегонкой. Итак, легкие нефтяные фракции, которые могут служить топливом для карбюраторных автомобильных двигателей, получены и из них нужно приготовить товарный бензин с определенными свойствами. Об этих свойствах мы и поговорим. Теплота сгорания. Химическая энергия заключенная в любом топливе, при его сгорании выделяется в виде тепла, а его можно превратить в механическую работу. Именно это и происходит в моторах наших машин. Удельная теплота сгорания автомобильных бензинов — величина довольно постоянная, каждый килограмм этого топлива выделяет примерно 10600 килокалорий — серьезный заряд энергии, который достаточен например, чтобы поднять тяжесть в 4,5 тысячи тонн на метровую высоту. Октановое число. В смеси паров бензина с воздухом, которая сжата в камере сгорания двигателя, пламя распространяется со скоростью 1500—2500 м/с. Если же сжатие слишком велико, в горючей смеси образуются перекиси, и сгорание приобретает взрывной характер. Это и есть хорошо знакомая автомобилистам детонация, которая приводит к аварийному выходу двигателя из строя Стойкость бензина против детонации оценивается его октановым числом. Оно определяется сравнением исследуемого бензина со специальным эталонным топливом, состоящим из смеси изооктана (его октановое число принимается за 100) и гептана (принимается за ноль). Сколько процентов изооктана в смеси, на которой мотор работает так же, как и на данном бензине, таково и октановое число этого бензина. Разумеется, моторная установка в этом опыте специальная, исследовательская, а все условия опыта стандартизованы. Если же говорить о езде в обычных эксплуатационных условиях, то приписывать детонацию только свойствам самого бензина было бы неверно. Опасность ее появления возрастает в связи со следующим: большое открытие дроссельной заслонки в карбюраторе, обедненная горючая смесь, увеличенное опережение зажигания, повышение температуры двигателя, уменьшение оборотов коленчатого вала, большое количество нагара в цилиндрах, неблагоприятные атмосферные условия (высокая температура и малая влажность воздуха, повышенное барометрическое давление). Кстати, сочетание именно этих факторов зачастую приводит водителя к ошибочным выводам, дескать, на АЗС залили плохой бензин, или наоборот — вот какой хороший мотор, даже на низкооктановом бензине не детонирует. Здесь надо заметить, что октановое число бензина определяется в первую очередь тем, какие фракции, какие углеводороды в нем преобладают. К высокооктановым компонентам относятся алкилбензин (смесь ароматических углеводородов), толуол, изооктан, алкилат (смесь изопарафиновых углеводородов). Можно, однако, повысить октановое число бензина, добавляя в него специальную присадку — антидетонатор. До последнего времени с этой целью очень широко использовали тетраэтилсвинец (ТЭС) или тетраметилсвинец, приготовляя известные всем этилированные бензины. Но при их использовании на свечах, клапанах и стенках камеры сгорания откладывается окись свинца, а это вредно для двигателя. Главное, однако, в другом ТЭС — сильный яд, его присутствие в выхлопных газах отравляет атмосферу и наносит вред людям и вообще всему живому. Поэтому сейчас повсеместно, в том числе и в нашей стране, отказываются от этиловой жидкости, несмотря на связанное с этим повышение себестоимости бензин Фракционный состав объективно характеризует испаряемость моторного топлива Чем ниже температура, при которой перегоняется 10% бензина, тем лучше его пусковые свойства, но тем больше опасность появления паровых пробок в топливоподающей магистрали, а также обледенения карбюратора. Сравнительно невысокая температура перегонки 50% бензина свидетельствует о его хорошей испаряемости в рабочих режимах, но опять-таки и о способности вызывать обледенение. Наконец, высокая температура перегонки 90% говорит о том, что в бензине много тяжелых фракций, которые способствуют разжижению масла в картере и связанному с этим ухудшению смазки деталей двигателя. Мы только что упомянули о паровых пробках и обледенении карбюратора. Первое, очевидно, не требует особых пояснений, поскольку это явление знакомо каждому автолюбителю. Следует лишь заметить, что у товарных бензинов, поставляемых на АЗС в холодное время года (с октября по март включительно), температура перегонки 10% общего объема составляет 55°С, а летом — 70°С. Именно поэтому «зимний» бензин, сохраненный до жаркой поры, при езде может изрядно помучить паровыми пробками, особенно в уличных заторах. Что же касается обледенения карбюратора, то о нем стоит сказать несколько слов. Испарение жидкости всегда связано с поглощением тепла и охлаждением зоны испарения. То же и в карбюраторе. Один из реальных экспериментов показал, что при температуре воздуха +7°С через две минуты после пуска мотора дроссельная заслонка остыла до —14°С; если нет каких-то защитных мер, образование льда в подобном случае неминуемо. Главная из таких мер — забор воздуха в воздушный фильтр из зоны выхлопных труб («зимнее» положение заборника). Следует иметь в виду, что условия, в которых обледенение карбюратора представляет реальную опасность, таковы: температура воздуха от —2° до +10°С, относительная влажность — 70—100%. Вывод прост: хотя многие карбюраторы имеют жидкостный подогрев, а в современные товарные бензины вводится специальная антиобледенительная присадка, все же с приходом холодов надо не упустить момент и своевременно переключить воздухозаборник в зимнее положение. Смолообразование. С течением времени в среде жидких углеводородов могут происходить химические реакции, в результате которых образуются клейкие каучукоподобные вещества, называемые смолами. Они очень вредны, поскольку засоряют карбюратор и отлагаются на стержнях впускных клапанов. Предрасположенность того или иного товарного бензина к смолообразованию может быть разной, она зависит от фракционного и химического состава смеси, но есть и общие условия внешнего характера, которые следует иметь в виду. Перечислим их. Чем больше бензин соприкасается с воздухом, тем быстрее в нем образуются смолы, поэтому в баке автомобиля осмоление идет гораздо быстрее, чем в доверху наполненной и закупоренной канистре. Тепло и свет, а также присутствие воды ускоряют выпадение смол. Материал, из которого сделана тара, тоже играет определенную роль: медь и свинец усиливают смолообразование. Гигроскопичность. В принципе вода с чистым бензином не смешивается, она опускается на дно сосуда и остается там в виде отдельного слоя. Но очень малое ее количество (60—100 граммов на тонну бензина) все-таки переходит в раствор. В ароматических углеводородах (бензол, толуол) растворимость воды в 8—10 раз больше, поэтому в тех товарных бензинах, где есть такие компоненты, может содержаться хоть и небольшое, но все же заметное количество воды. Для сгорания топлива это не помеха, однако если раствор насыщен, то при определенных условиях (скажем, при понижении температуры) вода может выделиться из топлива и доставить немалые хлопоты — образовать кристаллики льда в дозирующих элементах карбюратора или способствовать их окислению. Поэтому бензин следует по возможности оберегать от попадания в него воды. Разумеется, мы сегодня упомянули далеко не обо всем, что касается бензина и представляет известный практический интерес для автомобилистов. «За кадром» у нас остались темы, заслуживающие отдельного разговора: об оценке, маркировке, особенностях и ассортименте товарных бензинов. Но несколько слов о составе двух наиболее распространенных сегодня марок здесь все же надо сказать. Бензин А-76. Основой для него служит продукт каталитического риформинга или каталитического крекинга, в который примешивают бензин термического крекинга или прямой перегонки. Для получения нужного октанового числа в эту смесь добавляют либо этиловую жидкость, либо высокооктановые углеводородные компоненты. Бензин АИ-93 в этилированном варианте представляет собой продукт каталитического риформинга мягкого режима (75—80%), в который добавлены толуол (10—15%), алкилбензин (8—10%) и этиловая жидкость. Неэтилированный бензин АИ-93 получают на базе продукта каталитического риформинга жесткого режима (70—75%) с добавлением алкилбензина (25—28%) и бутан-бутиленовой фракции (5—7%). 1990N12P27-28

Как делается бензин

Бензин — самая популярная и востребованная во всем мире горючая жидкость. Около 850 миллионов ненасытных машин каждый день потребляют более 7 миллиардов литров этого горючего, и их зверский аппетит постоянно растет. Сегодня каждый автовладелец имеет возможность заправлять своего «железного коня» действительно качественным топливом. О том, как его делают, читайте в нашей статье.

Из чего делают топливо

Ни для кого не секрет, что бензин делают из нефти. В России этот вид топлива известен с 1823 года. В те времена его изготавливали на единственном нефтеперерабатывающем заводе под Моздоком. Производство осуществлялось на больших перегонных установках, напоминающих самогонные аппараты. Сегодня это огромное предприятие с самым современным и точным оборудованием, где ежедневно производят бензин, реактивное топливо, дизель и мазут для удовлетворения потребностей в топливе граждан не только России, но и других стран.

Первый этап: очистка нефти

Сырая нефть, только что добытая из недр земли, не пригодна для использования в качестве горючего: сначала ее необходимо промыть и очистить от ненужных солей. Для этого сырье перемешивают с водой и через смесь пропускают ток. Под воздействием электричества соли начинают оседать на дно резервуара. Но даже такую, очищенную нефть все еще нельзя заливать в бензобак.

В состав нефти входят различные углеводороды, каждый из которых отличается по количеству атомов углерода и водорода. Самый легкий из них — газ пропан, самый тяжелый применяется для производства асфальта. Получить бензин из черного золота — задача непростая, реализуемая с помощью сложных химических процессов. Поэтому следующим этапом производства автомобильного топлива является сепарация.

Второй этап: сепарация нефти

Существует две технологии получения бензина:

• устаревший способ — метод прямой перегонки
• современный, применяемый на всех нефтеперерабатывающих предприятиях — термический и каталитический крекинг

Метод прямой перегонки

Это устаревший способ производства топлива, именно его применяли на заре появления двигателя внутреннего сгорания. Суть процесса — нагревание нефти в закрытой емкости, получение компонентов в виде газов и сбор конденсата в другом резервуаре.

Однако таким способом уже давно не пользуются из-за его нерентабельности:

• из 1 л сырой нефти на выходе получается всего 150 мл бензина
• готовый бензин имеет низкое октановое число — всего 50–60, а этого недостаточно, чтобы завести двигатель

Поэтому для массового производства топлива используется современная и экономически более выгодная технология — термический и каталитический крекинг.

Термический и каталитический крекинг

В специальном аппарате нефть нагревается до 370 градусов. Жидкость закипает и разделяется на молекулы. Сначала в воду превращаются самые тяжелые, битумные фракции. Они оседают у основания трубы. Самые легкие молекулы, из которых состоит бензин и реактивное топливо, поднимаются по трубе выше, конденсируются и собираются в специальную емкость.

Преимущества данной технологии:

• из 1 л сырой нефти получается как минимум 0,5 л бензина
• готовое топливо имеет октановое число 70–80 единиц, чего вполне достаточно для работы карбюраторного двигателя

Для получения АИ-92 и АИ-95 в бензин добавляются дополнительные присадки: спирты, эфиры, алкилы. На данном этапе производство бензина завершается. По времени оно длится не менее 6 часов.

Третий этап: лабораторный анализ

Сложность изготовления автомобильного топлива заключается в том, что полученная жидкость очень опасна: одно неловкое движение — и она может взорваться. Но именно способность к детонации делает бензин таким нужным и полезным. Взрывчатость бензина и его чистота от примесей проверяется в лаборатории. Только прозрачный, чистый бензин, соответствующий европейским стандартам качества, выходит за ворота предприятия и попадает в топливный бак вашего автомобиля.

Можно ли сделать бензин самостоятельно

Этим вопросом наверняка задавался каждый автовладелец, ведь цены на топливо растут из года в год. Поискав в Интернете информацию, можно найти достаточно простой способ получения бензина в домашних условиях, которым пользовались еще наши деды во времена топливного дефицита. Но стоит ли овчинка выделки?

Во-первых, вам нужно будет где-то приобрести сырую нефть, которая, как правило, продается в баррелях, а это ни много ни мало 159 литров.

Во-вторых, от данного объема сырья вы в лучшем случае получите только 15% топлива, причем низкого качества, непригодного для применения.

В-третьих, для повышения октанового числа до нужного показателя придется добавлять присадки, а без специального оборудования, знаний и умений вы вряд ли получите действительно качественный и безопасный продукт.

Производство бензина не то занятие, которым стоит заниматься самостоятельно. Это технически, физически и химически сложный процесс, состоящий из нескольких этапов и требующий тщательного контроля со стороны специалистов. Куда проще, безопаснее и выгоднее заправить свой автомобиль уже готовым, чистым и качественным топливом, которое реализуется напрямую с завода-изготовителя, — таким, как на АЗС «Ресурс-Ойл».

Откуда берется бензин

Введение

Бензин был открыт почти 160 лет назад как побочный продукт переработки сырой нефти для производства керосина для освещения. В то время бензин был бесполезен, поэтому его сжигали на нефтеперерабатывающем заводе, превращали в газообразное топливо для газовых фонарей или просто выбрасывали. Около 125 лет назад, в начале 1890-х годов, изобретатели автомобилей начали осознавать ценность бензина как моторного топлива. В 1911 году бензин впервые продавался больше, чем керосин. А к 1920 октября в Соединенных Штатах насчитывалось около девяти миллионов автомобилей с бензиновым двигателем, и по всей стране открывались заправочные станции, чтобы заправлять растущее число легковых и грузовых автомобилей. ¹

Рисунок 1. Производство, переработка и распределение бензина по принципу «от скважины до колеса». (Изображение: Дин Армстронг, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии)

Сегодня бензин является предпочтительным топливом для легковых автомобилей, которые потребляют около 90 процентов продуктов, продаваемых в Соединенных Штатах. ² Бензин также используется в мотоциклах, транспортных средствах для отдыха, лодках, небольших самолетах, строительном оборудовании, электроинструментах и ​​переносных электрических генераторах. Американцы используют в среднем более одного галлона бензина на человека в день, при этом потребление в США составляет около 392 миллионов галлонов в день по состоянию на 31 декабря 2016 года. он попадает в автомобильные топливные баки? Читайте дальше, чтобы узнать больше о производстве и распределении бензина.

Добыча нефти

Бензин производится из сырой нефти, которая содержит углеводороды — органические соединения, полностью состоящие из атомов водорода и углерода. Сырая нефть исторически добывалась через вертикальные скважины, пробуренные в подземные и подводные резервуары. Скважина представляет собой круглое отверстие, облицованное металлической трубой, называемой обсадной трубой. В нижней части корпуса имеются отверстия, через которые поступает масло из резервуара. Многие нефтяные скважины также добывают природный газ, который в основном используется для стационарных применений, таких как отопление домов, но может также использоваться в качестве моторного топлива при соответствующих модификациях транспортных средств.

Современные нефтяные скважины по-прежнему начинаются с вертикальных стволов, но оттуда они могут разветвляться в разных направлениях и на разную глубину. Эти вторичные валы обеспечивают доступ к дополнительному объему нефти, увеличивая добычу и сводя к минимуму возмущения поверхности. Горизонтальное бурение является обычной практикой гидроразрыва пласта, процесса, в котором используется закачка жидкости и заряды взрывчатых веществ для разрушения грунта вокруг скважины, что высвобождает дополнительное количество нефти и природного газа. Горизонтальные скважины могут простираться на несколько миль от центрального ствола.

В то время как некоторые скважины имеют естественное внутреннее давление, выталкивающее нефть на поверхность, в большинстве из них для удаления нефти требуется погружной или надземный насос. В течение срока службы скважины можно использовать несколько дополнительных процессов для извлечения максимально возможного количества нефти. Общие методы вторичной добычи включают закачку воды в скважину и закачку газов или пара. Когда цены на сырую нефть падают, малопродуктивные скважины могут быть закрыты только для того, чтобы возобновить работу, когда цены вырастут.

Рис. 2. Нефтяная скважина с электрическим насосом. (Изображение: Фамартин, Викисклад)

Вопреки распространенному мнению, цвет сырой нефти варьируется от почти прозрачного до угольно-черного, а вязкость может варьироваться от вязкости воды до почти твердого состояния. Качество сырой нефти также сильно различается, хотя нефть из одного и того же района обычно имеет схожие свойства. Качество масла основано на химическом анализе, где двумя наиболее важными параметрами являются молекулярная плотность и содержание серы.

Масла с короткими углеводородными цепями и удельным весом 34 или выше по классификации Американского института нефти (API) считаются «легкими», от 31 до 33 — «средними», а масла 30 и ниже — «тяжелыми». Масла с содержанием серы менее 0,5 процента по весу считаются «сладкими», а те, что выше этого уровня, — «кислыми». Легкая малосернистая нефть является наиболее ценным типом, поскольку ее легче перерабатывать при меньших затратах и ​​производить большее количество готовой продукции.

Есть 46 основных стран-экспортеров нефти, но цены на сырую нефть, как правило, котируются на основе одного из трех основных продуктов: сырая нефть среднего класса из Западного Техаса, нефть марки Brent из Северного моря и нефть из Дубая из ОАЭ. Цены на эти продукты служат барометром для всей нефтяной отрасли. Цены на нефть основаны на стоимости 42-галлонного «барреля» сырой нефти, единицы измерения, которая восходит к заре бурения нефтяных скважин.

В прошлом Соединенные Штаты импортировали большое количество сырой нефти и других нефтепродуктов. Пик пришелся на 2005 год, когда чистый импорт (импорт минус экспорт) вырос до 12,6 млн баррелей в день. Совсем недавно продолжающиеся процессы разведки и передовой добычи увеличили внутреннюю добычу нефти и сократили импорт нефти. В 2016 году чистый импорт составил всего 4,9миллионов баррелей в день, что эквивалентно примерно 25 процентам общего потребления нефти в США. Это немного выше, чем 24 процента в 2015 году, что было самым низким уровнем с 1970 года ⁴ .

Транспортировка сырой нефти

После извлечения сырой нефти из скважин она хранится в больших резервуарах перед транспортировкой на нефтеперерабатывающие заводы. Трубопроводы, корабли и баржи являются обычными методами транспортировки сырой нефти. Однако в последние годы увеличение добычи в районах, где нет доступа к трубопроводам или водным путям, привело к тому, что больше нефти перевозится по железной дороге в вагонах-цистернах. Очень густые и тяжелые формы сырой нефти, такие как битуминозные пески, должны быть разбавлены растворителями, прежде чем их можно будет перекачивать по трубопроводам или транспортировать другими способами.

Рисунок 3. Участок Трансаляскинского нефтепровода. (Изображение: Лука Галуцци, Wikimedia Commons)

Все методы транспортировки сырой нефти несут в себе потенциальные риски для окружающей среды. Однако крушение поездов с нефтью представляет дополнительную опасность, поскольку поезда регулярно проходят через города и населенные пункты, где разливы нефти и потенциальные пожары могут привести к значительному материальному ущербу и гибели людей.

Чтобы решить эти проблемы, в мае 2015 года Министерство транспорта выпустило всеобъемлющее окончательное правило, содержащее модернизированные стандарты для цистерн, новые эксплуатационные инструкции по перевозке больших объемов легковоспламеняющихся жидкостей по железной дороге, а также расширенное планирование действий в чрезвычайных ситуациях и обучение. Железнодорожная отрасль поддерживает ускоренную замену старых вагонов-цистерн, увеличила количество проверок путей, чтобы свести к минимуму возможность схода с рельсов, и внедрила специальные технологии, помогающие определить самые безопасные железнодорожные маршруты для транспортировки нефти. ⁵

Нефтепереработка

Нефтеперерабатывающие заводы — это крупные промышленные предприятия, производящие товарные продукты из сырой нефти и, в некоторых случаях, из других исходных материалов, таких как биомасса. Более половины нефтеперерабатывающих мощностей в Соединенных Штатах расположено на побережье Мексиканского залива, а остальные рассредоточены по стране, как правило, вблизи источников добычи нефти или транспортных трубопроводов и водных путей.

Нефтеперерабатывающие заводы работают 24 часа в сутки и семь дней в неделю, но должны периодически останавливаться для технического обслуживания и ремонта. Как правило, это происходит весной и осенью, когда на нефтеперерабатывающих заводах должны быть проведены перестройки по переводу производства с летнего бензина на зимний и наоборот. Различия между ними будут обсуждаться позже, а дополнительную информацию можно найти в отделе новостей AAA.

Остановка нефтеперерабатывающих заводов влияет на поставки бензина в регионы, поэтому они обычно планируются заблаговременно и тщательно контролируются. Это позволяет распределительной сети вносить любые необходимые коррективы для обеспечения бесперебойных поставок топлива. Внеплановые остановки НПЗ, вызванные техническими проблемами или экстремальными погодными условиями, могут привести к краткосрочной локализованной нехватке бензина и повышению цен на топливо.

Рис. 4. Нефтеперерабатывающий завод в Анакортес, Вашингтон. (Изображение: Уолтер Зигмунд, Wikimedia Commons)

Процесс переработки

Почти весь бензин, продаваемый в США, перерабатывается здесь, и США также экспортируют большое количество бензина в другие страны — более 230 миллионов баррелей в 2016 году. ⁶ Переработка сырой нефти в готовые нефтепродукты — чрезвычайно сложная задача. Следующее описание дает общий обзор процесса очистки с акцентом на производство бензина.

Все нефтеперерабатывающие заводы используют первичный процесс, называемый фракционной перегонкой, для разделения сырой нефти на различные составные части. Дистилляция включает в себя нагревание сырой нефти до кипения (примерно 600°C) и последующее введение паров в дистилляционную колонну. По мере того, как горячий пар поднимается в колонне, он охлаждается, и на разных высотах и ​​температурах различные «фракции» сырой нефти конденсируются и собираются. Более тяжелые фракции, такие как смазочное масло, имеют более высокие температуры кипения и конденсируются в нижней части колонны. Более легкие фракции, такие как пропан и бутан, имеют более низкие температуры кипения и поднимаются вверх. Бензин, керосин, газойль и дизельное топливо собираются в средней части башни.

Рисунок 5. Принципиальная схема процесса переработки сырой нефти. (Изображение: американские производители топлива и нефтехимии)

Очень немногие нефтепродукты, в том числе бензин, готовы к употреблению, когда они выходят из дистилляционной колонны. Для очистки фракций и превращения их в товарные продукты требуется ряд вторичных процессов очистки.

«Крекинг» включает процессы обработки, которые расщепляют молекулы более тяжелых фракций на более легкие. Он часто используется для изготовления компонентов бензина из более тяжелых масел. Существует множество форм крекинга, таких как каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем, гидрокрекинг и коксование/термический крекинг. Каждый из них приводит к уникальным углеводородным цепочкам, которые используются в бензине и других продуктах.

«Объединение» по существу противоположно взлому. Он объединяет более легкие фракции в более тяжелые, которые также используются в рецептуре бензина. Двумя распространенными комбинированными процессами являются риформинг и алкилирование. Первый увеличивает количество компонентов, которые идут на производство бензина, а второй создает «ароматические» углеводороды, играющие ключевую роль в повышении октанового числа готового топлива.

Завершающим этапом производства бензина является смешивание. Многочисленные нефтепродукты, полученные в результате различных процессов переработки, тщательно комбинируются для создания базовых бензинов обычного и высшего сорта. Эти виды топлива должны соответствовать четким и обширным требованиям к характеристикам, которые меняются как в зависимости от сезона, так и в зависимости от места, где топливо будет продаваться. Например, летний бензин смешивают так, чтобы он легче испарялся, что помогает снизить выбросы в результате испарения. Зимний бензин смешивают, чтобы он легче испарялся, что облегчает запуск холодного двигателя и улучшает управляемость.

В некоторых районах Соединенных Штатов требуется специально смешанный «бутик» или «реформулированный» бензин, который горит чище и является частью Государственного плана реализации (SIP) по сокращению выбросов. Первоначально существовало 15 уникальных составов, но, стремясь уменьшить распространение бензиновых смесей, EPA теперь разрешает использовать только шесть специализированных видов топлива в новых SIP. ⁷ Другие составы, которые являются частью существующих SIP, продолжают использоваться в различных областях.

Рисунок 6. Бутик-бензины Continental в США (2015 г.) – каждый цвет, кроме белого, представляет собой уникальную смесь бензина с измененным составом. (Изображение: ExxonMobil)

Количество готовых нефтепродуктов, произведенных из барреля сырой нефти, будет варьироваться в зависимости от нефтеперерабатывающего завода, но большинство заводов спроектированы так, чтобы максимизировать выпуск бензина. Как показано на прилагаемой иллюстрации, почти половина каждого барреля перерабатывается в бензин, а около четверти – в дизельное топливо (дистиллят со сверхнизким содержанием серы). Из-за эффекта, называемого «прибыль от нефтепереработки», баррель сырой нефти объемом 42 галлона фактически дает около 45 галлонов готовых нефтепродуктов.

Рисунок 7. Средний выход нефтепродуктов (в галлонах) из барреля сырой нефти в 2016 г. (Изображение: Управление энергетической информации США)

Распределение бензина

После очистки базовый бензин хранится в больших резервуарах до его распределения по трубопроводам, кораблям и баржам на распределительные терминалы, расположенные в крупных мегаполисах и вокруг них. Чтобы предотвратить загрязнение топлива, трубопроводы, используемые для этой цели, отличаются от трубопроводов, используемых для транспортировки сырой нефти.

Рисунок 8. Карта трубопроводов сырой нефти и нефтепродуктов в США. (Изображение: American Energy Mapping)

Бензин и другие продукты нефтепереработки, такие как керосин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, отправляются по трубопроводам партиями без физического разделения между одним продуктом и другим. Это приводит к некоторому смешиванию продуктов, и существуют системы для изоляции этих смесей от чистых продуктов по обе стороны от границы раздела. Смешанная жидкость, называемая трансмиксом, хранится отдельно и отправляется на специальные перерабатывающие заводы, которые перерабатывают ее в товарный продукт.

Распределительные терминалы имеют огромные резервуары для хранения бензина обычного и высшего сорта, дизельного топлива и этанола. Резервуары для хранения бензина обычно содержат базовое топливо от многих различных нефтеперерабатывающих заводов и нефтяных компаний, что означает, что на данный момент весь бензин одинаков. Распределительный терминал также имеет множество небольших резервуаров для хранения, которые содержат пакеты топливных присадок, которые варьируются от стандартных составов поставщиков до смесей для конкретных брендов, разработанных отдельными нефтяными компаниями.

Бензин доставляется на заправочные станции автоцистернами, вмещающими до 10 000 галлонов топлива. Большинство баков на этих грузовиках имеют несколько отсеков, поэтому они могут перевозить несколько различных типов и сортов топлива. Когда автоцистерна заполняется на распределительном терминале, этанол (при необходимости) и специальный пакет присадок к топливу смешиваются с базовым бензином, когда он закачивается в бак. Это момент, когда универсальный базовый бензин становится фирменным продуктом с уникальными характеристиками.

Рис. 11. Автоцистерна с отсеками, способная доставлять пять различных видов топлива. (Изображение: Kenworth)

Розничная торговля бензином

Автоцистерны доставляют бензин и дизельное топливо от распределительного терминала до станций технического обслуживания, где оно хранится в подземных резервуарах. На большинстве заправок есть баки для обычного бензина и бензина премиум-класса, баки для дизельного топлива, если они его продают, и, возможно, баки для чистого этанола, о чем будет сказано ниже. В следующих разделах обсуждаются некоторые вопросы, о которых потребители должны знать при покупке бензина.

Рисунок 12. Затраты, включенные в цену галлона обычного бензина. (Изображение: Управление энергетической информации США)

На прилагаемом рисунке показано, сколько потребители платят за галлон бензина, и сравнивается 2016 год со средним показателем за последние 10 лет. За это время цены на сырую нефть упали, что привело к росту доли прочих затрат. Имейте в виду, что эти увеличения могут не отражать фактические изменения суммы в долларах, поскольку стоимость галлона бензина значительно снизилась. Например, часть федерального налога и налога штата увеличилась на 6 процентов, хотя федеральный налог на бензин не изменился с 1919 года.93, и только несколько штатов увеличили взимаемые налоги на топливо.

Марки бензина

Бензин продается в обычном и премиальном классах, а иногда и в среднем. Топливо среднего класса создается в насосе путем смешивания обычного бензина и бензина премиум-класса. Качество бензина основано на его октановом числе, которое оценивает, насколько хорошо топливо предотвращает «детонацию» двигателя. Чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость топлива.

В большинстве регионов страны обычный бензин имеет октановое число 87, среднесортный бензин — 89.а надбавка составляет 91, 92 или 93, в зависимости от местных факторов. В районах на больших высотах, где воздух содержит меньше кислорода для поддержки горения, бензины обычного, среднего и высшего качества обычно имеют октановое число 85, 87 и 91 соответственно.

Исследование AAA не выявило увеличения производительности двигателя или снижения выбросов выхлопных газов при использовании бензина с октановым числом выше, чем рекомендовано производителем автомобиля. Если в руководстве по эксплуатации не указано топливо среднего или премиум-класса для автомобиля, AAA рекомендует потребителям экономить деньги и придерживаться обычного бензина.

Высший уровень ^ТМ Бензин

Федеральное правительство требует, чтобы весь бензин содержал минимальное количество моющих присадок, чтобы предотвратить вредные отложения углерода на топливных форсунках, впускных клапанах двигателя и поверхностях камеры сгорания. Однако многие автопроизводители считают, что минимального необходимого содержания присадок недостаточно для поддержания оптимальной работы двигателя и системы контроля выбросов в долгосрочной перспективе. В ответ они создали расширенный стандарт присадок к топливу под названием Top Tier 9.Бензин моющий 0005 ТМ .

Рис. 13. Сравнение отложений на впускных клапанах при использовании различных пакетов топливных присадок. (Изображение: ААА)

Исследование AAA подтвердило, что бензин высшего уровня может поддерживать компоненты двигателя в 19 раз чище, чем топливо с минимальным требуемым уровнем моющих средств. Сегодня 52 марки бензина соответствуют стандарту Top Tier; список можно найти здесь. AAA рекомендует использовать бензин Top Tier для удаления и предотвращения образования отложений в двигателе, повышения производительности автомобиля и экономии топлива, а также снижения выбросов выхлопных газов.

Содержание этанола

В 2005 году Конгресс принял Стандарт возобновляемого топлива, который предписывал использование нескольких возобновляемых видов топлива, но в первую очередь этанола. В 2007 году были установлены целевые показатели использования возобновляемого топлива, согласно которым к 2022 году необходимо ежегодно использовать 36 миллиардов галлонов такого топлива. Эти целевые показатели в настоящее время пересматриваются, поскольку повышение экономичности автомобильного топлива и другие факторы привели к тому, что объемы продаж топлива значительно ниже тех, которые прогнозировались более десяти лет назад. назад. В 2016 году в бензин, продаваемый в США, было добавлено около 14 миллиардов галлонов этанола, и почти весь бензин содержит до 10 процентов этанола (E10).

Этанол может помочь снизить зависимость Америки от импортируемой нефти, а также является хорошим средством для повышения октанового числа. На самом деле, большинство базовых бензинов сегодня смешиваются с более низким октановым числом, которое затем увеличивается с добавлением этанола для достижения октанового числа, указанного на насосе.

Рис. 14. Бензонасос, который подает бензин обычного качества, не содержащий этанола, в дополнение к бензину обычного, среднего и высшего качества, содержащему этанол. (Изображение: 127driver, Викисклад)

С другой стороны, этанол вызывает коррозию и притягивает воду, что может вызвать проблемы в топливных системах, не предназначенных для бензина E10. В первую очередь это касается старых автомобилей, лодочных моторов, мотоциклов, личных транспортных средств для отдыха и небольших двигателей, используемых в энергетическом оборудовании. AAA рекомендует ознакомиться с руководством по эксплуатации или связаться с производителем транспортного средства, оборудования или двигателя, чтобы определить, безопасно ли использование бензина, содержащего этанол, в той или иной области применения. Бензин без этанола доступен на большинстве пристаней и на ограниченном количестве заправочных станций.

Некоторые заправочные станции продают бензиновые смеси E15 и E85, содержащие до 15 и 85 процентов этанола соответственно. На этих станциях часто есть дополнительный резервуар для хранения чистого этанола, который смешивается с бензином в специальных «блендерных насосах» для получения конечного топлива. Некоторые насосы-блендеры также дозируют дополнительные смеси этанола и бензина с содержанием этанола от 15 до 85 процентов.

E15 относительно редко встречается на рынке в настоящее время, и AAA рекомендует использовать его только в автомобилях, где он специально одобрен автопроизводителем. Топливо с содержанием этанола более 15 процентов должно использоваться только в транспортных средствах с гибким топливом, которые на заводе оснащены специальными топливными системами, которые могут адаптироваться к смесям с более высоким содержанием этанола.

Выводы

Способность среднего человека влиять на производство, распределение и продажи бензина в значительной степени ограничена выбором, который он делает на заправке. До этого момента процесс контролируется нефтяными компаниями и государственными органами. Это не значит, что потребительский выбор не важен. В совокупности покупательский выбор потребителей может оказать негативное влияние на доходы корпораций и способствовать более ответственному поведению после экологических бедствий, таких как разливы нефти. Выбор подходящего сорта и качества бензина на индивидуальной основе может сэкономить деньги, оптимизировать производительность и экономию топлива, а также снизить выбросы выхлопных газов.

Узнать больше

САЙТЫ AAA

Отдел новостей AAA – Отдел новостей AAA: Не все бензины созданы равными,
http://newsroom.aaa.com/2016/07/aaa-not-gasoline-created-equal/

Отдел новостей AAA – Переход на бензин с зимней смесью означает снижение цен у Насоса,
http://newsroom.aaa.com/2016/09/switch-winter-blend-gasoline-means-cheaper-prices-pump/

Отдел новостей AAA – Водители в США ежегодно тратят 2,1 миллиарда долларов на бензин премиум-класса,
http://newsroom.aaa.com/2016/09/u-s-drivers-waste-2-1-billion-annually-premium-benz/

Отдел новостей AAA – В чем разница между летним и зимним бензином?,
http://newsroom.aaa.com/2013/06/what-is-the-difference-between-summer-and-winter- смесь-бензин/

ПРАВИТЕЛЬСТВЕННЫЕ САЙТЫ

Департамент природных ресурсов, штат Луизиана – Откуда берется мой бензин?,
http://www. dnr.louisiana.gov/index.cfm?md=pagebuilder&tmp=home&pid=244

Управление энергетической информации США – Объяснение бензина ,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_home#tab1

Агентство по охране окружающей среды США – Стандарты бензина,
https://www.epa.gov/gasoline-standards

РЕФЕРЕНЦИОННЫЕ САЙТЫ

How Stuff Works, Science – How Stuffworks.com/gasoline. How Stuff Works, Science – How Stuffworks.com/gasoline. хтм

How Stuff Works, Science – How Stuff Works,
http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/oil-refining.htm

Википедия – Добыча нефти,
https://en.wikipedia.org/wiki/Extraction_of_petroleum

Википедия – Бензин,
https://en.wikipedia.org/wiki/Бензин

Википедия — Список продуктов сырой нефти,
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_crude_oil_products

Википедия – Процессы нефтепереработки,
https://en.wikipedia. org/wiki/Petroleum_refining_processes

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ

ABB Oil and Gas – Справочник по добыче нефти и газа,
https://library.e.abb.com/public/34d5b70e18f7d6c8c1257be500438ac3…

Американские производители топлива и нефтехимии – Процесс переработки,
https://www.afpm .org/the-refinery-process/

Американские производители топлива и нефтехимии – за что потребители платят на заправке 101,
http://education.afpm.org/refining/factors-affecting-gas-prices/

Американский институт нефти
http://www.api.org/

Chevron – Технический обзор автомобильных бензинов,
http://www.chevronwithtechron.ca/products/documents/69083_MotorGas_Tech_Review.pdf

Нефтеперерабатывающий завод Chevron Pascagoula – переработка и переработка сырой нефти,
http://pascagoula.chevron.com/abouttherefinery/whatwedo/processingandrefining.aspx

Колорадский университет в Боулдере, Межгорный нефтегазовый проект BMP – Процесс разработки,
http://www. oilandgasbmps.org/resources/development.php

Примечания

¹ Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, История бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_history

² Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, Использование бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_use

³ Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, Использование бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_use

⁴ Управление энергетической информации США, Чистый импорт сырой нефти и нефтепродуктов в США,
https://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=pet&s=mttntus2&f=a

⁵ Ассоциация американских железных дорог, What We Haul, Crude Oil by Rail,
https://www.aar.org/todays-railroads/what-we-haul/crude-oil-by-rail

⁶ Управление энергетической информации США, Экспорт готового автомобильного бензина в США,
https://www. eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=MGFEXUS1&f=M

⁷ Американские производители топлива и нефтехимии, Сводка списка фирменных видов топлива EPS,
https://www.afpm.org/uploadedFiles/Content/Policy_Positions/Fuels…

Центр данных по альтернативным видам топлива: основы использования природного газа

Подобно природному газу, полученному из ископаемых источников, возобновляемый природный газ, получаемый из разлагающихся органических материалов, необходимо сжимать или сжижать для использования в качестве транспортного топлива.

Природный газ представляет собой газообразную смесь углеводородов без запаха, состоящую преимущественно из метана (Ch5). На его долю приходится около 30% энергии, используемой в Соединенных Штатах. Около 40% топлива идет на производство электроэнергии, а оставшаяся часть распределяется между жилыми и коммерческими объектами, такими как отопление и приготовление пищи, а также на промышленные нужды. Хотя природный газ является проверенным, надежным альтернативным топливом, которое уже давно используется для питания транспортных средств, работающих на природном газе, только около двух десятых 1% используется для транспортного топлива.

Подавляющее большинство природного газа в Соединенных Штатах считается ископаемым топливом, потому что он производится из источников, образовавшихся в течение миллионов лет под действием тепла и давления на органические материалы. В качестве альтернативы, возобновляемый природный газ (RNG), также известный как биометан, является транспортным топливом трубопроводного качества. Он производится путем очистки биогаза, который образуется в результате анаэробного сбраживания органических материалов, таких как отходы со свалок и домашнего скота, или в результате термохимических процессов, таких как газификация. RNG квалифицируется как усовершенствованное биотопливо в соответствии со стандартом возобновляемого топлива.

Поскольку RNG химически идентичен обычному природному газу, полученному из ископаемых источников, он может использоваться в существующей системе распределения природного газа и должен быть сжат или сжижен для использования в транспортных средствах.

В настоящее время в транспортных средствах используются два вида природного газа: сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ). Оба производятся внутри страны, относительно недороги и доступны в продаже. Считающиеся альтернативными видами топлива в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года, КПГ и СПГ продаются в единицах эквивалента бензина или дизельного топлива (ГГЭ или ДГЭ) в зависимости от содержания энергии в галлоне бензина или дизельного топлива.

Сжатый природный газ

СПГ производится путем сжатия природного газа менее чем до 1% его объема при стандартном атмосферном давлении. Чтобы обеспечить достаточный запас хода, СПГ хранится на борту транспортного средства в сжатом газообразном состоянии при давлении до 3600 фунтов на квадратный дюйм.

CNG используется в легких, средних и тяжелых условиях эксплуатации. Автомобиль, работающий на сжатом природном газе, получает примерно такую ​​же экономию топлива, как и обычный бензиновый автомобиль на основе GGE. Один GGE равен примерно 5,66 фунтам СПГ.

Сжиженный природный газ

СПГ – это природный газ в жидкой форме. СПГ производится путем очистки природного газа и его переохлаждения до -260°F, чтобы превратить его в жидкость. Во время процесса, известного как сжижение, природный газ охлаждается ниже точки кипения, удаляя большую часть посторонних соединений, содержащихся в топливе. Остальной природный газ представляет собой в основном метан с небольшим количеством других углеводородов.

Из-за относительно высокой себестоимости производства СПГ, а также необходимости хранить его в дорогостоящих криогенных резервуарах использование этого топлива в коммерческих целях ограничено. СПГ должен храниться при низких температурах и храниться в сосудах высокого давления с двойными стенками и вакуумной изоляцией. СПГ подходит для грузовых автомобилей, которым требуется более длинная дистанция, поскольку жидкость плотнее газа и, следовательно, может хранить больше энергии по объему. СПГ обычно используется в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности. Один GGE равен примерно 1,5 галлонам СПГ.