Gorivo koje se koristi u modernom automobilu, bilo benzin, dizel ili čak LPG (tečni naftni gas), mora zadovoljiti visoke standarde čistoće ako želimo da motor automobila radi nesmetano.
Moderna goriva moraju biti dovoljno hlapljiva da se brzo zapale, čak i pod nepovoljnim uvjetima, i moraju imati ispravnu mješavinu ugljovodonika da bi ravnomjerno sagorijevali da razviju korisnu snagu u motoru s unutrašnjim sagorijevanjem. Gorivo također mora imati odgovarajuću oktansku vrijednost kako bi se spriječilo ružičasto (prerano detoniranje) koje može uzrokovati oštećenje motora.
Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem su skrojeni da rade na određenom razredu goriva i podešeni da rade prilično blizu granica koje to gorivo može da podrži, tako da je dosljedan kvalitet važan za moderna goriva.
I benzin i dizel se dobijaju od sirove nafte, koja je složena mješavina stotina različitih ugljovodonika, kao i drugih proizvoda koje je potrebno ukloniti tokom rafiniranja. Sirova ulja variraju od izvora do izvora; uglavnom sadrže lake isparljive tečnosti, između ostalog i benzin, kao i mnogo teže, gotovo čvrste sastojke, kao što je bitumen.
Odvajanje i prečišćavanje benzina i dizela iz sirove nafte zahtijeva složene procese koji se provode u rafineriji nafte.
Rafiniranje ulja
Ulje se rafinira u svoje sastojke postupkom koji se naziva frakcijska destilacija. Ovo razdvaja različite sastojke sirove nafte koristeći činjenicu da ključaju i isparavaju na različitim temperaturama.
Prvi proces se izvodi u koloni za frakcionisanje, visokom cilindričnom tornju do 250 stopa (75 m) visokom, unutar kojeg se nalazi između 30 i 40 tacni zvanih frakcione tacne, naslagane jedna iznad druge. Dno kolone se održava veoma vrućim, ali temperatura opada što se više pomičete po stubu, tako da je svaki poslužavnik nešto hladniji od onog ispod njega.
Sirova nafta je prethodno zagrijana na između 315°C i 370°C tako da svi osim najtežih sastojaka ispare. Zatim se unosi prema dnu kolone za frakcioniranje kao mješavina plina i tekućine. Uljna para se diže u kolonu kroz uređaje, kao što su čepovi za mjehuriće, u posudama za frakcioniranje koji uzrokuju da se temeljito pomiješa s tekućinom koja je već tamo. Teže, još tečno ulje prolazi do dna kolone.
Kako se para diže, ona se hladi u skladu sa opadanjem temperature tacni. Kad god para prođe do posude u kojoj se nalazi tekućina čija temperatura odgovara tački ključanja jednog od sastojaka pare, taj se sastojak kondenzira na tacni. Ostale pare sa višom tačkom ključanja prenose se uz stub.
Frakcije
Na ovaj način, svaki sastojak u pari se susreće sa tacnom na kojoj se kondenzuje. Rezultat je niz odvojenih sastojaka, zvanih frakcije, koji se mogu izvući iz kolone kroz cijevi.
Postoji šest glavnih frakcija. Najlakši, koji je još uvijek plin kada dođe do vrha stuba, naziva se rafinerijski plin i koristi ga kao gorivo sama rafinerija.
Ostatak se dalje prerađuje u dodatnom pogonu. Najlakše od nastalih tečnih frakcija su vrlo isparljive i koriste se za miješanje u benzin.
Zatim dolaze benzin (koji se koristi za dalju preradu u petrokemikalije ili alternativno za miješanje u benzin), kerozin (koji je u osnovi parafin), dizel ulja i laka i teška ulja koja se koriste za industrijsko podmazivanje, a zatim najteža frakcija, bitumen, koji ostaje kao ostatak.
Pucanje
Osnovni proces frakcijske destilacije dijeli sirovu naftu na njene čiste hemijske ugljovodonike. Ali neki od ovih ugljikovodika su vrijedniji od drugih. Konkretno, potražnja za benzinom je mnogo veća nego za bitumenom, ili zaista za dizelom. Tako se neke od težih frakcija u rafineriji nafte pretvaraju u benzin. To se radi procesom koji se naziva “cracking” – pucanje.
Termičko pucanje koristi toplinu u procesu, dok katalitičko koristi kemijski katalizator.
U termičkom pucanju ugljovodonici se zagrijavaju na između 450°C i 540°C pod visokim pritiskom. Rezultat je gorivo niskog kvaliteta koje se zatim ponovo rafinira na višim temperaturama i pritiscima kako bi se dobio benzin dovoljno dobrog kvaliteta za upotrebu u motorima automobila.
Katalitičko pucanje je korisnije od termičkog jer daje veći prinos korisnih proizvoda. Dodavanjem katalizatora (obično aluminijum-silicijum praha) u ulje tokom faze prethodnog zagrijavanja, teške frakcije se mogu razbiti u mješavinu lakših, koje se zatim unose u kolonu za frakcionisanje da bi se odvojile.
Ove lake frakcije zatim prolaze dalje procese koji se nazivaju procesi konverzije kako bi se proizvela ispravna mješavina ugljikovodika.
Karakteristike benzina
Nakon ovih konverzija slijede faze tretmana u kojima se uvode odgovarajući aditivi kako bi miješani benzin bio pogodan za zimsku ili ljetnu upotrebu.
Da bi bio koristan za rad motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, benzin mora imati određena svojstva. Mora nesmetano da gori u motoru u širokom rasponu brzina i izlazne snage bez detonacije. Ovo se manifestuje ‘kucanjem’ i, ako se dozvoli da potraje, može dovesti do ozbiljnog oštećenja motora.
Benzin mora imati neke lako isparljive sastojke koji omogućavaju lako pokretanje motora po hladnom vremenu. Ali benzin ne smije biti toliko isparljiv da previše lako ispari i izazove blokadu u sistemu goriva, ili čak zaleđivanje karburatora.
Učinak benzina se mjeri prvenstveno njegovim oktanskim brojem. Da bi se ovo riješilo, benzin se poredi sa dva standardna goriva poznatih performansi koja se nazivaju n-heptan i izooktan, od kojih su oba ugljovodonici. N-heptan je loše gorivo za motore sa unutrašnjim sagorijevanjem i izaziva jaka kucanja; ima oktanski broj 0. Izooktan je suprotno, veoma kvalitetno gorivo, i ima oktanski broj 100.
Ako benzin ima oktanski broj 90, to znači da daje performanse ekvivalentne mješavini od 90 dijelova izo-oktana i 10 dijelova nheptana. Većina motora automobila zahtijeva benzin s oktanskim brojem između 90 i 100.
Kao dodatna mjera protiv detonacije, još uvijek je normalna praksa dodavanje male količine tetraetil ili tetra-metil olova u benzin. Međutim, to se stalno smanjuje zbog otrovne prirode olova.
Maksimalna dozvoljena količina olova u benzinu spuštena je sa 0,4 na 0,15 grama po litru 1986. godine, a bezolovni benzin počinje da se pojavljuje na evropskom tržištu. Ovo je benzin u koji nisu dodana olovna jedinjenja.
Dizel gorivo
Dizelsko gorivo je viskoznije i teže od benzina, manje je isparljivo i izlazi iz frakcionog stupca na nižem nivou.
Dizel gorivo nije klasifikovano po oktanskom broju kao benzin; umjesto toga daje mu se cetanska ocjena. Ovo je izvedeno poređenjem dizela sa dva druga ugljovodonika, cetanom i alfa-metilnaftalenom.
Visokokvalitetno dizel gorivo koje se koristi u cestovnim vozilima ima cetansku ocjenu od oko 50, dok sporiji motori poput onih koji se koriste na velikim brodovima mogu raditi na gorivo s nižim ocjenom cetana. Što je veći cetanski nivo, lakše je startovanje, sagorijevanje je uglađenije i niži je nivo ‘dizel kucanja’.
Neki dizeli niske kvalitete (tzv. plinsko ulje) koji se koristi za stacionarne ili terenske radove je obojen radi identifikacije i stoga je poznat kao crveni dizel. Na cesti se može legalno koristiti samo bijeli dizel, na koji je plaćena cestarina.
Dizel gorivo, kao i benzin, obično ima važne aditive. Sredstva protiv smrzavanja i depilacije moraju se dodati u dizel gorivo koje se koristi po hladnom vremenu kako bi se spriječilo začepljenje vodova za gorivo i injektora.
Gorivo se skladišti pod zemljom na benzinskim stanicama do prodaje, kada pumpe dižu benzin iz rezervoara na nivo iznad zemlje, istovremeno mjereći količinu prodanog goriva. Benzin i dizel se drže odvojeno jedan od drugog, kao i različiti razredi benzina. Velika pažnja je usmjerena na dizajn otvora za punjenje i ventilaciju koja spriječava da voda uđe u podzemne rezervoare i kontaminira gorivo.
