Palivo používané v moderních automobilech, ať už jde o benzín, naftu nebo dokonce LPG (LiquidPetroleum Gas), musí splňovat vysoké standardy čistoty, pokud motor automobilu běží hladce.
Těžba paliva z ropy
Moderní paliva musí být dostatečně těkavá, aby se rychle vznítila, a to i za nepříznivých podmínek, a musí mít správnou směs uhlovodíků, aby hořela dostatečně rovnoměrně a vyvinula užitečný výkon ve spalovacím motoru. Palivo musí mít také správné oktanové číslo, aby se zabránilo zrůžovění. (detonuje příliš brzy), což může způsobit poškození motoru.
Spalovací motory jsou přizpůsobeny pro provoz na palivo určité třídy a jsou vyladěny tak, aby běžely docela blízko limitům, které toto palivo může podporovat, takže u moderních paliv je důležitá stálá kvalita.
Benzín i nafta jsou odvozeny ze surové ropy, která je složitou směsí mnoha stovek různých uhlovodíků a také dalších produktů, které je třeba během rafinace odstranit. Surové oleje se liší zdroj od zdroje; obecně obsahují lehké těkavé kapaliny, mimo jiné benzín, a také mnohem těžší, téměř pevné složky, jako je bitumen.
Oddělování a čištění benzínu a nafty z ropy vyžaduje složité procesy, které se provádějí v ropné rafinérii.
Olej se rafinuje na své složky procesem zvaným frakční destilace. To odděluje různé složky ropy tím, že se využívá skutečnosti, že se vaří a vypařují při různých teplotách.
První proces se provádí ve frakcionační koloně, válcovité věži vysoké až 250 stop (75 m), uvnitř které je mezi 30 a 40 patry nazývanými frakcionační patra, naskládaných nad sebou. Spodní část kolony je udržována velmi horká, ale teplota klesá, čím dále se pohybujete kolonou, takže každý zásobník je o něco chladnější než ten pod ním.
Surová ropa se předehřeje na teplotu mezi 315 °C a 370 °C, takže se všechny složky kromě nejtěžších odpaří. Potom se přivádí ke dnu frakcionační kolony jako směs plynu a kapaliny. Olejová pára stoupá vzhůru kolonou přes zařízení, jako jsou bublinkové uzávěry, ve frakcionačních patrech, které způsobují, že se důkladně promísí s kapalinou, která tam již je. Těžší, ještě kapalný olej prochází dolů na dno kolony.
Jak pára stoupá, ochlazuje se v souladu s klesající teplotou táců. Kdykoli pára prochází nahoru a probublává přes tác obsahující kapalinu, jejíž teplota odpovídá bodu varu jedné ze složek páry, tato složka kondenzuje na míse. Druhé páry s vyšším bodem varu pokračují dále kolonou.
Tímto způsobem se každá složka v páře setkává s patrem, na kterém kondenzuje. Výsledkem je řada oddělených složek, nazývaných frakce, které lze z kolony odebírat potrubím.
Existuje šest hlavních zlomků. Nejlehčí, který je stále plynem, když dosáhne vrcholu kolony, se nazývá rafinérský plyn a používá ho jako palivo samotná rafinerie.
Zbytek se dále zpracovává v doplňkovém závodě. Nejlehčí z výsledných kapalných frakcí jsou velmi těkavé a používají se k přimíchávání do benzínu.
Pak přichází nafta (používá se k dalšímu zpracování na petrochemické produkty nebo alternativně k přimíchávání do benzínu), petrolej (což je v podstatě parafín), motorová nafta a lehké a těžké oleje používané pro průmyslové mazání a pak nejtěžší frakce, bitumen, který zůstává jako zbytek.
Základní frakční destilační proces rozděluje ropu na její čisté chemické uhlovodíky. Ale některé z těchto uhlovodíků jsou cennější než jiné. Zejména poptávka po benzínu je mnohem větší než po bitumenu, nebo dokonce po naftě. Některé z těžších frakcí se tedy v ropné rafinerii přeměňují na benzín. To se provádí procesem zvaným cracking.
Tepelné krakování využívá v procesu teplo, zatímco katalytické krakování využívá achemický katalyzátor.
Při tepelném krakování se uhlovodíky zahřívají na vysoký tlak mezi 450 °C a 540 °C. Výsledkem je palivo nízké kvality, které se poté znovu rafinuje při vyšších teplotách a tlacích, aby se vyrobil benzin dostatečně kvalitní kvality pro použití v motorech automobilů.
Katalytické krakování je užitečnější než tepelné krakování, protože poskytuje vyšší výtěžek užitečných produktů. Přidáním katalyzátoru (obvykle hlinito-křemičitý prášek) do oleje během předehřívací fáze lze těžké frakce rozbít na směs lehčích frakcí, které jsou pak vedeny do frakcionační kolony k oddělení.
Tyto lehké frakce pak podstupují další procesy zvané konverzní procesy k výrobě správné směsi uhlovodíků.
Po těchto přeměnách následují stupně úpravy, ve kterých se přidávají vhodná aditiva, aby byl směsný benzín vhodný pro zimní nebo letní použití.
Aby byl benzín užitečný pro provoz spalovacích motorů, musí mít určité vlastnosti. Musí plynule hořet v motoru v širokém rozsahu otáček a výkonů bez detonace. To se projevuje „klepáním“, a pokud se nechá přetrvávat, může vést k vážnému poškození motoru.
Benzín musí obsahovat některé snadno těkavé složky, které umožňují snadné nastartování motoru za chladného počasí. Benzín ale nesmí být tak těkavý, aby se příliš snadno vypařoval a způsoboval zablokování palivového systému nebo dokonce námrazu karburátoru (viz vedlejší čára vpravo).
Výkon benzínu se měří především jeho oktanovým číslem. Za tímto účelem se benzin porovnává se dvěma standardními palivy známého výkonu nazývanými n-heptan a iso-oktan, přičemž obě jsou uhlovodíky. N-heptan je špatné palivo pro spalovací motory a způsobuje silné klepání; má oktanové číslo 0. Izooktan je opakem, velmi kvalitní palivo a má oktanové číslo 100.
Pokud má benzín oktanové číslo 90, znamená to, že dává výkon ekvivalentní směsi 90 dílů isooktanu na 10 dílů nheptanu. Většina karginů vyžaduje benzín s oktanovým číslem mezi 90 a 100.
Jako další antidetonační opatření je stále běžnou praxí přidávat do benzínu malé množství tetraethyl- nebo tetra-methylolova. Toto je však neustále omezováno kvůli jedovaté povaze olova.
Maximální povolené množství olova v benzínu bylo v roce 1986 sníženo z 0,4 na 0,15 gramu na litr a na evropském trhu se začíná objevovat bezolovnatý benzín. Jedná se o benzín, do kterého nebyly přidány žádné sloučeniny olova.
Motorová nafta je viskóznější a těžší než benzín, je méně těkavá a vystupuje z frakcionační kolony na nižší úrovni.
Motorová nafta není klasifikována podle oktanového čísla jako benzín; místo toho má cetanové číslo. To je odvozeno porovnáním nafty se dvěma dalšími uhlovodíky, cetanem a alfa-methylnaftalenem.
Vysoce kvalitní motorová nafta používaná v silničních vozidlech má cetanové číslo asi 50, zatímco pomalejší motory, jako jsou motory používané ve velkých lodích, mohou běžet na palivo s nižším cetanovým číslem. Čím vyšší cetanové číslo, tím snazší startování, hladší spalování a nižší úroveň 'dieselknock'.
Některá nekvalitní nafta (nazývaná plynový olej) používaná pro stacionární nebo terénní práce je pro identifikaci obarvena a je proto známá jako červená nafta. Na silnici lze legálně používat pouze bílou naftu, na kterou byla zaplacena silniční daň.
Motorová nafta, stejně jako benzín, má obvykle důležité přísady. Do motorové nafty používané v chladném počasí je třeba přidávat nemrznoucí a protivoskové látky, aby se zabránilo ucpávání palivového potrubí a vstřikovačů.
Z ropné rafinerie se benzin a nafta přepravují do jejich garáží a čerpacích stanic po silnici nebo železnici ve speciálně navržených tankerech.
Paliva jsou obvykle skladována v podzemních nádržích pod nádvořím v místě prodeje - čerpací stanici. Benzín a motorová nafta se skladují v oddělených nádržích, stejně jako různé druhy benzinu, dokud nejsou zvednuty nad úroveň země a pumpami odměřeny k prodeji.
Benzínová čerpadla mohou normálně čerpat palivo z kterékoli z podzemních nádrží a mísit je tak, aby uživatelům dodávala potřebnou jakost. Olovnatý a bezolovnatý benzín se však nesmí míchat, takže potřebují samostatné nádrže a čerpadla, která musí být jasně označena, aby bylo vidět, co obsahují.
