Benzin

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Hintergrund

Benzin ist eine flüchtige, brennbare Flüssigkeit, die aus der Raffination von Erdöl oder Rohöl gewonnen wird. Es wurde ursprünglich als Nebenprodukt der Kerosinproduktion entsorgt, aber seine Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen, machte es zu einem nützlichen Kraftstoff für viele Maschinen. Die erste Ölquelle in den Vereinigten Staaten wurde 1859 von Edwin L. Drake in der Nähe von Titusville, Pennsylvania, in einer Tiefe von fast 21 m niedergebracht. Mit der Entwicklung des Viertakt-Verbrennungsmotors durch Nikolaus Otto im Jahr 1876 wurde Benzin für die Automobilindustrie unverzichtbar. Heutzutage wird fast das gesamte Benzin zum Betanken von Autos verwendet, wobei ein sehr geringer Prozentsatz zum Antrieb von landwirtschaftlichen Geräten und Flugzeugen verwendet wird.

Erdöl, ein fossiler Brennstoff, liefert der Welt heute mehr Energie als jede andere Quelle. Die Vereinigten Staaten sind der weltweit führende Erdölverbraucher; 1994 verbrauchten die Amerikaner 7.587.000 Barrel Öl pro Tag. Erdöl entsteht aus den Überresten von Pflanzen und Tieren, die seit Jahrmillionen unter enormem Druck stehen. Normalerweise würde sich diese organische Substanz mit Hilfe von Aasfressern und aeroben Bakterien vollständig zersetzen, aber Erdöl wird in einer anaeroben Umgebung ohne Anwesenheit von Sauerstoff hergestellt. Mehr als die Hälfte des weltweit bekannten Rohöls konzentriert sich im Becken des Persischen Golfs. Weitere wichtige Gebiete sind die Küsten Alaskas und der Golf von Mexiko.

Erdölprodukte, einschließlich Benzin, sind in erster Linie ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen (Moleküle, die Wasserstoff- und Kohlenstoffmoleküle enthalten) mit geringen Mengen anderer Stoffe. Rohöl besteht aus unterschiedlich langen Kohlenwasserstoffketten, mit einigen kurzen Ketten und einigen sehr langen Ketten. Je nachdem, wie stark das Öl abgebaut oder raffiniert wird, können daraus beliebig viele Produkte werden. Im Allgemeinen gilt:Je kleiner das Molekül, desto niedriger der Siedepunkt. Daher siedet Gas mit sehr kleinen Ketten von einem bis fünf Kohlenstoffen bei einer sehr niedrigen Temperatur. Benzin mit 6-10 Kohlenstoffen siedet bei einer etwas höheren Temperatur. Die schwersten Öle können bis zu 25 Kohlenstoffatome enthalten und erreichen ihren Siedepunkt erst bei 761 ° F (405 ° C).

Rohstoffe

Benzin ist eines der Produkte, die beim Destillieren und Raffinieren von Erdöl gewonnen werden. Verbindungen von organischem Blei wurden in der Vergangenheit Benzin zugesetzt, um das Klopfen von Motoren zu reduzieren, aber aus Umweltgründen ist dies nicht mehr üblich. Dem Benzin werden auch andere Chemikalien zugesetzt, um es weiter zu stabilisieren und seine Farbe und seinen Geruch in einem als "Süßen" bezeichneten Prozess zu verbessern.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Erkundung

• 1 Der erste Schritt bei der Herstellung von Benzin besteht darin, den Ausgangsstoff Erdöl zu finden. Rohöl wird in Bereichen von porösem Gestein oder Reservoirgestein eingeschlossen, nachdem es aus seinem Ursprungsgebiet dorthin gewandert ist. Mögliche Bereiche mit Ölkonzentrationen können lokalisiert werden, indem nach Gesteinsarten gesucht wird, die in diesen Bereichen häufig vorkommen. Entdecker können die Oberflächenmerkmale des Landes untersuchen und analysieren, wie Schallwellen abprallen Benzin ist eine flüchtige, brennbare Flüssigkeit, die aus der Raffination von Erdöl oder Rohöl gewonnen wird. das Gestein oder verwenden Sie einen Schwerkraftmesser, um geringfügige Unterschiede in den Gesteinsformationen zu erkennen.
• 2 Nachdem ein möglicher Ölvorrat gefunden wurde, muss der Bereich Probe gebohrt werden. Aus Testbohrungen werden Kernproben entnommen, um Gesteinsformationen zu bestätigen, und die Proben werden chemisch analysiert, um festzustellen, ob weitere Bohrungen gerechtfertigt sind. Obwohl die heute verwendeten Methoden fortschrittlicher sind als in der Vergangenheit, gibt es immer noch keine Gewissheit bei der Ölexploration.

Bohren

• 3 Rohöl wird durch Bohrlöcher gewonnen, die über 1.000 Fuß (305 m) in das Gestein reichen können. Die Löcher werden von Rotationsbohrern hergestellt, die mit einem Bohrer ein Loch in den Boden bohren, wenn Wasser hinzugefügt wird. Das Wasser und der Boden bilden einen dicken Schlamm, der das Öl zurückhält und verhindert, dass es aufgrund des im Lagerstättengestein enthaltenen Innendrucks "sprudelt". Wenn das Reservoir erreicht ist, hält der Schlamm das Öl weiterhin zurück, während der Bohrer entfernt und ein Rohr eingeführt wird.

Wiederherstellung

• 4 Zur Gewinnung des Öls wird ein kompliziertes Rohr- und Ventilsystem direkt in das Bohrloch eingebaut. Der natürliche Druck des Lagerstättengesteins bringt das Öl aus der Bohrung und in die Rohre. Diese sind mit einem Rückgewinnungssystem verbunden, das aus einer Reihe größerer Rohre besteht, die das Rohöl über einen Öl- (Flüssigkeits-) und Gas-(Nicht-Flüssigkeits-)Abscheider zur Raffinerie führen. Dieses Verfahren ermöglicht die Rückgewinnung des Öls mit einem Minimum an Abfall.
• 5 Schließlich wird der natürliche Druck des Bohrlochs aufgebraucht, obwohl noch große Mengen Öl im Gestein verbleiben können. Um einen größeren Anteil des Öls zu gewinnen, sind nun sekundäre Gewinnungsmethoden erforderlich. Der Druck wird entweder durch Injektion von Gas in die Tasche über dem Öl oder durch Fluten von Wasser in das Bohrloch wiederhergestellt, was viel häufiger vorkommt. Bei diesem Prozess werden vier Löcher um den Umfang des Brunnens gebohrt und Wasser hinzugefügt. Das Erdöl schwimmt auf dem Wasser und kommt an die Oberfläche.

Fraktionierte Destillation

• 6 Rohöl ist kein guter Brennstoff, da es nicht flüssig ist und zum Verbrennen eine sehr hohe Temperatur erfordert. Die langen Molekülketten im Rohöl müssen in einer Erdölraffinerie von den kleineren Ketten raffinierter Kraftstoffe, einschließlich Benzin, getrennt werden. Dieses Verfahren wird als fraktionierte Destillation bezeichnet.

  Ein fraktionierter Destillationsturm ist eine riesige Einheit, die bis zu 200.000 Barrel Rohöl fassen kann. Das Öl wird zuerst in einen Ofen gepumpt und auf über 600 °F (316 °C) erhitzt, wodurch alle bis auf die größten Moleküle verdampfen. Die Dämpfe steigen in die Fraktionierkolonne, die bis zu 46 m hoch sein kann. Die Dämpfe kühlen beim Aufsteigen durch die Kolonne ab. Da die Siedepunkte aller Verbindungen unterschiedlich sind, kondensieren die größeren, schwereren Moleküle zuerst im Turm und die kürzeren, leichteren Moleküle höher im Turm. Im oberen Bereich werden Erdgas, Benzin und Kerosin freigesetzt. Schwerere Verbindungen, die bei der Herstellung von Kunststoffen und Schmierstoffen verwendet werden, werden weiter unten im Turm entfernt.

  Die fraktionierte Destillation selbst produziert kein Benzin aus Rohöl, sie entfernt nur das Benzin von anderen Verbindungen im Rohöl. Zur Verbesserung der Brennstoffqualität werden nun weitere Raffinationsverfahren eingesetzt.

Raffinieren von Erdöl

• 7 Das katalytische Cracken ist einer der wichtigsten Prozesse in der Ölraffination. Dieser Prozess verwendet einen Katalysator, eine hohe Temperatur und einen erhöhten Druck, um chemische Veränderungen im Erdöl zu bewirken. Dem Erdöl werden Katalysatoren wie Aluminium, Platin, verarbeiteter Ton und Säuren zugesetzt, um größere Moleküle abzubauen, damit es die gewünschten Benzinverbindungen besitzt.

  Ein weiteres Raffinationsverfahren ist die Polymerisation. Dies ist das Gegenteil von Cracken, da es die kleineren Moleküle leichterer Gase zu größeren kombiniert, die als flüssige Brennstoffe verwendet werden können.

  

Zusatzstoffe

• 8 Sobald Benzin raffiniert ist, werden Chemikalien hinzugefügt. Einige sind Antiklopfverbindungen, die mit den Chemikalien im Benzin reagieren, die zu schnell verbrennen, um das "Motorklopfen" zu verhindern. In verbleitem Benzin ist Tetraethylblei das Antiklopfadditiv. (Bleifreies Benzin wird weiter raffiniert, so dass der Bedarf an Antiklopfadditiven minimal ist.) Andere Additive (Antioxidantien) werden hinzugefügt, um die Bildung von Gummi im Motor zu verhindern. Gummi ist ein in Benzin gebildetes Harz, das die Innenteile des Motors beschichten und den Verschleiß erhöhen kann.

Benzinbewertung

• 9 Benzin ist in erster Linie eine Mischung aus zwei flüchtigen Flüssigkeiten, Heptan und Isooctan. Reines Heptan, ein leichterer Kraftstoff, verbrennt so schnell, dass es im Motor viel Klopfen verursacht. Reines Isooctan verdampft langsam und erzeugt praktisch kein Klopfen. Das Verhältnis von Heptan zu Isooctan wird durch die Oktanzahl gemessen. Je höher der Isooktananteil, desto weniger Klopfen und desto höher die Oktanzahl. Beispielsweise ist eine Oktanzahl von 87 vergleichbar mit einer Mischung aus 87% Isooctan und 13% Heptan.

Nebenprodukte/Abfälle

Im Durchschnitt werden 44,4% des Erdöls zu Benzin. Es gibt wirklich keine Abfallprodukte aus Erdöl. Die leichteren Chemikalien sind Erdgas, Flüssiggas (LPG), Kerosin und Kerosin. Die schwereren Produkte werden zur Herstellung von Schmierstoffen, Kunststoffen und Asphalt verwendet. Darüber hinaus können viele weniger wertvolle Produkte chemisch in verkaufsfähigere Verbindungen umgewandelt werden.

Die Zukunft

Obwohl Benzin heute in vielen Anwendungen weit verbreitet ist, ist es dazu bestimmt, ein Kraftstoff der Vergangenheit zu werden, da Erdöl eine nicht erneuerbare Ressource ist. Die aktuelle Technologie konzentriert sich darauf, die verbleibenden Erdölvorkommen optimal zu nutzen und alternative Energiequellen zu erkunden. Neue Methoden zur genauen Bestimmung des Umfangs von Öllagerstätten, automatisierte Systeme zur Kontrolle der Ölförderung und Möglichkeiten, es Arbeitern zu ermöglichen, mehr Öl aus bekannten Lagerstätten zu gewinnen, werden alle untersucht, um die heute verfügbaren Öllager vollständig zu nutzen.

Die neuesten Methoden der Ölfeldexploration messen die physikalische Größe der Lagerstätte und ihr Ölvolumen. Häufig wird der Druck im Bohrloch über einen bestimmten Zeitraum gemessen, während das Öl gefördert wird. Anhand dieser Daten können Wissenschaftler die Größe des Reservoirs und seine Durchlässigkeit bestimmen. Ein Echometer, das Schallwellen von den Seiten des Reservoirs abprallt, kann auch verwendet werden, um die Eigenschaften des Brunnens zu entdecken.

Moderne Ölgewinnungsverfahren werden meistens, zumindest teilweise, durch computergestützte Systeme gesteuert. SCADA (Systems for Supervisory Control of Data Acquisitions) verwendet eine spezielle Software, um den Betrieb über ein oder mehrere Master-Terminals und mehrere Remote-Terminals zu überwachen. Diese Systeme steigern die Effizienz, helfen, umweltschädliche Pannen zu vermeiden und reduzieren die Zahl der Arbeiter bei erhöhter Sicherheit.

Verbesserte Ölgewinnungsmethoden erhöhen den Prozentsatz an Öl, der aus einer Lagerstätte gewonnen werden kann. In der Vergangenheit konnten Arbeiter weniger als die Hälfte des in einer Lagerstätte enthaltenen Öls fördern. Neue Methoden beinhalten das Injizieren von Gasen oder Schäumen in das Bohrloch, um das Öl herauszupressen, horizontales Bohren in das Bohrloch und die Verwendung weiterer geophysikalischer Informationen, um die Eigenschaften der Lagerstätte genau vorherzusagen.

Da Benzin aus einem begrenzten Erdölvorrat hergestellt wird, suchen Wissenschaftler nach sauberen, erneuerbaren Energiequellen, um Maschinen der Zukunft anzutreiben. Dampfkraft, die in den Dampfschiffen der Vergangenheit verwendet wurde, ist eine Energiequelle, die neue Aufmerksamkeit erfährt. Elektrofahrzeuge wurden entwickelt und auch Solar- und Windenergie treiben Autos und Häuser an.