Почему «обычный» бензиновый стандарт вместо чего-то более устойчивого к ударам?

Стандартный легкий нефтяной дистиллят для автомобильных двигателей, «обычный бензин», представляет собой (или эквивалентен) некоторую смесь гептана (C7) и октана (C8). Более высокие пропорции C8 более устойчивы к детонации, что обеспечивает более высокие коэффициенты сжатия и, следовательно, более эффективное использование энергии в двигателях внутреннего сгорания.

Разве современные нефтеперерабатывающие заводы не производят в значительной степени какую-либо смесь углеводородов, которую они хотят, используя комбинации дистилляции, крекинга и алкилирования?

Если это так, то почему «обычный» бензин производится в таких количествах и почему за более устойчивые к детонации («с более высоким октановым числом») смеси взимается дополнительная плата? Например, если бы нефтеперерабатывающий завод должен был производить только один легкий дистиллят топлива, не мог бы он так же легко и дешево производить смесь «100 октанов», как нынешний «87 октан»?

Или на самом деле дешевле производить бензин с более низким октановым числом?

Обратите внимание, что «100 октан» не означает 100% октана, так как «октановое» число углеводорода зависит от его изомеров, причем более высокоразветвленные изомеры обладают большей устойчивостью к детонации . Таким образом, 100-октановое топливо может быть произведено со многими смесями C7, C8 и даже включать более легкие и более тяжелые углеводороды.

Характеристика изомерных составляющих сырой нефти может ответить на этот вопрос. Например, если сырое сырье имеет тенденцию иметь больше линейных изомеров, тогда энергия должна быть направлена ​​на изомеризацию, чтобы получить более устойчивые к детонации дистилляты.

Ну, во-первых, переработчики - это бизнес, поэтому они должны принимать решения, которые приносят им наибольшую прибыль. Учитывая это, давайте подумаем о крекинге и изомеризации с помощью катализа. Для рафинера потребуются дополнительные реакторы, трубопроводы и насосы, скорее всего, дополнительные ректификационные колонны, загрузка катализатора и т. Д. Одна только энергия для проведения дистилляции, как правило, очень обременительна, и если вы имеете дело с изомеризацией, вы, вероятно, имеете дело с подобными химическими веществами. которые не разделяются легко (имея в виду огромную энергию и, следовательно, денежные эксплуатационные расходы). Катализаторы часто бывают дешевыми, но обычно изготавливаются из цеолитных оснований, легированных редкими или тяжелыми металлами, и могут стоить от 5 до тысяч долларов за килограмм, и они не вечны (спекание, отравление и т. Д.).

Таким образом, даже без чисел, вы можете увидеть, где сущность может очень сильно влиять на производство материалов с более высоким октановым числом. Но если они могут получить премию за это и заработать деньги, они сделают это правильно (некоторые делают)? Вот еще один фактор: биотопливо.

Биотопливо в настоящее время обязано в соответствии со стандартом возобновляемого топлива для смешивания с поставками топлива в США. Это включает в себя много различных возобновляемых и биотоплива, но наиболее выдающимся является топливный этанол (из крахмала в настоящее время, целлюлозный позже). Ссылка ниже предоставляет обзор мандата RFS. Важно отметить, что сторонами, которые обязаны смешивать эти виды биотоплива, являются переработчики и импортеры неочищенных или готовых нефтепродуктов .

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

Поскольку эти объекты обязаны по закону (фактически в соответствии с законом о чистом воздухе) смешивать эти виды топлива, имеет смысл использовать их наилучшим образом. Этанол дает очень специфическое преимущество для нефтеперерабатывающих заводов, поскольку он может радикально повлиять на конечное RON, MON или комбинированное октановое число бензина более низкого качества.

Таким образом, с точки зрения бизнеса, наиболее экономически целесообразно инвестировать мало или вообще не вкладывать средства или эксплуатационные расходы в технологическое оборудование, улучшающее октановое число, выполнять обязательные обязательства и в то же время смешивать этанол с более низкими качественными фракциями топлива, но при этом делать тот же октановый класс для стойки для дистрибьютора / потребителя.

В зависимости от того, где вы находитесь, «обычное» автомобильное топливо может варьироваться от 85 до 95. Однако, скажем, 95, это не означает, что это смесь 95% октана и 5% гептана. Это просто означает, что топливо обладает свойствами сопротивления детонации, подобными этой смеси. Фактический состав может представлять собой любую смесь изомерных углеводородов.

По мере того, как число, обозначающее сопротивление детонации, возрастает, смесь становится все более дорогой в производстве.

Также обратите внимание, что идеальный состав топлива для данного двигателя внутреннего сгорания зависит от переменных. Давление воздуха, например, является фактором. Идеальные топливно-воздушные смеси различаются для разных топливных композиций. Скажем, на высоте 6000 футов (где я живу) различные топливные смеси работают иначе, чем на уровне моря. Таким образом, местные условия также могут учитываться при составлении топливных смесей.

Как было отмечено; Изготовление "октана" стоит денег. И поскольку существует множество процессов для изготовления этих многих октановых компонентов, существует много разных затрат и «историй». Одна история; Ксилины являются очень высокооктановыми и ключевыми компонентами в полиэфирном сырье, поэтому очень высокая конкурентная ценность. Вторая история; риформинг производит много высокооктановых компонентов, но из-за высокого давления водорода и высокого общего давления и катализатора платиновой группы делают этот процесс дорогостоящим. Может быть, получить книгу о том, как работают нефтеперерабатывающие заводы.

Простой ответ - прибыль. Они могут брать больше за более высокие цифры, даже если стоимость не связана с увеличением. Я не могу сказать вам, сколько стоит производство высокооктана, но я уверен, что есть дополнительные расходы.

Зимние смеси, как упомянуто выше, больше для скорости испарения. Если вы считаете, что в большом городе много сотен автозаправочных станций, общий бензин, испаряемый из всех этих резервуаров, значителен. Поскольку скорость испарения топлива напрямую зависит от температуры, они могут использовать более испаряющееся топливо зимой, чем летом.

У них также есть зоны, где они вынуждены использовать более тяжелый бензин даже зимой из-за концентрации бензозаправочных станций.

Я узнал все это, работая в трубопроводной компании, которая хранила и переправляла топливо для всех крупных нефтяных компаний со своих нефтеперерабатывающих заводов на терминалы, где их загружали на грузовики. Интересно, что бензин в моих трубопроводах имел октановое число в 60-х годах, когда мы тестировали его. Уровень октанового числа, который вы видите на насосе, основан на этаноле, который они добавляют на терминале при загрузке грузовиков. Это в основном из-за того, что вы не хотите алкоголь в резервуарах для массового хранения, потому что он впитал бы огромное количество воды из резервуаров.

Еще одна причина, которая еще не была упомянута, - это «сетевой эффект». Одно государство США или европейская страна не может ощутимо повысить свои требования по октановому числу. Причина, по которой вы хотите получить более высокие значения октанового числа, заключается в том, что он позволяет повысить степень сжатия в двигателях, что повышает эффективность использования топлива. В большинстве двигателей степень сжатия является фиксированной и оптимизирована для топлива, имеющегося в районе продажи автомобиля. (Коэффициенты сжатия иногда различаются для вариантов одного и того же автомобиля в ЕС и США из-за более высоких значений октанового числа топлива в ЕС.)

Если бы где-то были увеличены требования к октану, это позволило бы только новым автомобилям, проданным там, использовать более высокооктановое топливо, имея более высокую степень сжатия. Но если бы только один штат США или страна ЕС имели такие более высокие октановые требования, автомобили, использующие соответствующую более высокую степень сжатия, не будут работать хорошо, если их перевезут в другой штат / страну с более низким октановым числом, поэтому производители автомобилей не начнут продавать автомобили с более высоким степень сжатия, если большая площадь (например, весь США или ЕС) не изменит свой топливный октан. И изменения, которые влияют на континент, очень медленны с большим количеством заинтересованных сторон, если они вообще происходят.

Поэтому, как только октановые рейтинги установлены, их трудно изменить. И внимание к эффективности использования топлива, вероятно, относительно недавно (хотя я не знаю, когда были стандартизированы эти оценки октанового числа).