Warum ist „normaler“ Benzinstandard anstelle von etwas klopfbeständigerem?

Das Standard-Leichtöldestillat für Fahrzeugmotoren, "Normalbenzin", ist (oder entspricht) einer Mischung aus Heptan (C7) und Oktan (C8). Höhere Anteile von C8 sind klopfbeständiger, was höhere Verdichtungsverhältnisse und damit eine effizientere Energienutzung in Verbrennungsmotoren ermöglicht.

Produzieren moderne Raffinerien nicht so ziemlich jede gewünschte Kohlenwasserstoffmischung durch Kombinationen von Destillation, Cracken und Alkylierung?

Wenn ja, warum wird dann "normales" Benzin in solchen Mengen hergestellt und warum wird eine Prämie für klopfbeständigere Mischungen ("höhere Oktanzahl") erhoben? Wenn beispielsweise eine Raffinerie nur ein leichtes Brennstoffdestillat produzieren müsste, könnte sie dann nicht genauso einfach und kostengünstig eine Mischung mit "100 Oktan" herstellen wie die derzeitige "87 Oktan"?

Oder ist es tatsächlich billiger, Benzin mit "niedrigerer Oktanzahl" herzustellen?

Es ist zu beachten, dass "100 Oktan" nicht 100% Oktan bedeutet, da die "Oktanzahl" eines Kohlenwasserstoffs von seinen Isomeren abhängt, wobei stärker verzweigte Isomere eine höhere Klopfbeständigkeit aufweisen . So kann 100-Oktan-Kraftstoff mit vielen Mischungen von C7, C8 und sogar leichteren und schwereren Kohlenwasserstoffen hergestellt werden.

Eine Charakterisierung der isomeren Bestandteile von Rohöl könnte diese Frage beantworten. Wenn beispielsweise Rohrohstoffe dazu neigen, mehr lineare Isomere zu haben, müsste Energie in die Isomerisierung gebracht werden, um klopfbeständigere Destillate herzustellen.

In erster Linie sind Raffinerien ein Geschäft, daher müssen sie die Entscheidungen treffen, mit denen sie das meiste Geld verdienen. Betrachten wir in Anbetracht dessen das Cracken und Isomerisieren durch Katalyse. Der Refiner benötigt zusätzliche Reaktoren, Rohrleitungen und Pumpen, höchstwahrscheinlich zusätzliche Destillationskolonnen, Katalysatorbeladung usw. Die Energie allein für die Destillation ist im Allgemeinen sehr belastend, und wenn Sie mit Isomerisierung zu tun haben, könnten Sie wahrscheinlich mit ähnlichen Chemikalien zu tun haben das lässt sich nicht leicht trennen (was enorme Energie und damit monetäre Betriebskosten bedeutet). Katalysatoren können oft billig sein, bestehen jedoch normalerweise aus Zeolithbasen, die mit seltenen oder schweren Metallen dotiert sind, und können zwischen 5 und Tausenden US-Dollar pro Kilogramm kosten. Sie halten nicht ewig (Sintern, Vergiften usw.).

Selbst ohne Zahlen können Sie also sehen, wo es für ein Unternehmen sehr wichtig sein kann, Materialien mit höherer Oktanzahl herzustellen. Aber wenn sie eine Prämie dafür bekommen und Geld verdienen können, werden sie es richtig machen (manche tun es)? Hier ist ein weiterer Faktor: Biokraftstoffe.

Biokraftstoffe werden derzeit durch den Renewable Fuel Standard zum Einmischen in die US-Kraftstoffversorgung vorgeschrieben. Dies schließt viele verschiedene erneuerbare Energien und Biokraftstoffe ein, aber der bekannteste ist Kraftstoffethanol (derzeit aus Stärke, später aus Zellulose). Der folgende Link bietet einen Überblick über das RFS-Mandat. Es ist wichtig anzumerken, dass die Parteien, die verpflichtet sind, diese Biokraftstoffe zu mischen, Raffinerien und Importeure von Rohöl- oder Fertigölprodukten sind .

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

Da diese Unternehmen gesetzlich verpflichtet sind (effektiv nach dem Gesetz über saubere Luft), diese Kraftstoffe zu mischen, ist es am sinnvollsten, sie bestmöglich zu nutzen. Ethanol bietet Raffinerien einen ganz besonderen Vorteil, da es die endgültige ROZ-, MON- oder kombinierte Oktanzahl von Benzinkraftstoffen geringerer Qualität drastisch beeinflussen kann.

Aus geschäftlicher Sicht ist es daher am wirtschaftlichsten, wenig bis gar kein Kapital oder Betriebskosten in Prozessanlagen zur Verbesserung der Oktanzahl zu investieren, die vorgeschriebene Verpflichtung zu erfüllen und gleichzeitig das Ethanol mit Kraftstoffeinsparungen von geringerer Qualität zu mischen, aber dennoch das zu machen gleiche Oktanzahl zum Rack für den Händler / Verbraucher.

Je nachdem, wo Sie sich befinden, liegt der "normale" Autokraftstoff zwischen 85 und 95. Eine Anzahl von beispielsweise 95 bedeutet jedoch nicht, dass es sich um eine Mischung aus 95% Oktan und 5% Heptan handelt. Dies bedeutet lediglich, dass der Kraftstoff ähnliche Klopfbeständigkeitseigenschaften wie dieses Gemisch aufweist. Die tatsächliche Zusammensetzung kann eine beliebige Mischung von isomeren Kohlenwasserstoffen sein.

Wenn die Zahl, die den Klopfwiderstand angibt, steigt, wird die Herstellung der Mischung zunehmend teurer.

Beachten Sie auch, dass die ideale Kraftstoffzusammensetzung für einen bestimmten Verbrennungsmotor Variablen unterliegt. Der Luftdruck ist zum Beispiel ein Faktor. Ideale Kraftstoff / Luft-Gemische variieren für unterschiedliche Kraftstoffzusammensetzungen. In einer Höhe von beispielsweise 6000 Fuß (wo ich wohne) verhalten sich verschiedene Kraftstoffgemische anders als auf Meereshöhe. Daher können auch lokale Bedingungen bei der Formulierung von Kraftstoffgemischen eine Rolle spielen.

Wie bemerkt wurde; Die Herstellung von "Oktan" kostet Geld. Und weil es viele Prozesse gibt, um diese vielen Oktankomponenten herzustellen, gibt es viele verschiedene Kosten und "Geschichten". Eine Geschichte; Xlyene sind sehr hochoktanige und Schlüsselkomponenten in Polyester-Rohstoffen, daher ein sehr hoher Konkurrenzwert. Zweite Geschichte; Das Reformieren erzeugt viele Komponenten mit hoher Oktanzahl, aber aufgrund des hohen Wasserstoffdrucks und des hohen Gesamtdrucks und des Katalysators der Platingruppe ist dies ein teures Verfahren. Vielleicht ein Buch darüber bekommen, wie Raffinerien funktionieren.

Die einfache Antwort lautet: Gewinn. Sie können mehr für die höheren Zahlen verlangen, auch wenn die Kosten nicht im Verhältnis zur Erhöhung stehen. Ich kann Ihnen nicht sagen, wie viel es kostet, eine hohe Oktanzahl herzustellen, aber ich bin zuversichtlich, dass zusätzliche Kosten anfallen.

Die oben erwähnten Wintermischungen sind eher für Verdunstungsraten. Wenn man bedenkt, dass eine Großstadt viele hundert Tankstellen hat, ist das gesamte aus all diesen Tanks verdampfte Benzin von Bedeutung. Da die Verdunstungsrate des Kraftstoffs direkt mit der Temperatur korreliert, können sie im Winter einen stärker verdunstenden Kraftstoff verwenden als im Sommer.

Sie haben auch Zonen, in denen sie aufgrund der Konzentration der Tankstellen auch im Winter das schwerere Benzin verwenden müssen.

All dies habe ich gelernt, als ich für ein Pipeline-Unternehmen gearbeitet habe, das Kraftstoff für alle großen Ölunternehmen von ihren Raffinerien zu den Terminals gelagert und transferiert hat, wo sie auf Lastwagen verladen wurden. Interessanterweise hatte das Benzin in meinen Pipelines in den 60er Jahren eine Oktanzahl, als wir es testeten. Die Oktanzahl, die Sie an der Pumpe sehen, ergibt sich aus dem Ethanol, das sie am Terminal beim Beladen der Lastwagen hinzufügen. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass Sie keinen Alkohol in Großlagertanks wünschen, da dieser eine enorme Menge Wasser aus den Tanks aufnehmen würde.

Ein weiterer Grund, der noch nicht erwähnt wurde, ist der "Netzwerkeffekt". Ein US-Bundesstaat oder ein europäisches Land kann seinen Oktanbedarf nicht sinnvoll erhöhen. Der Grund, warum Sie höhere Oktanzahl wünschen, liegt darin, dass höhere Verdichtungsverhältnisse in Motoren möglich sind, was die Kraftstoffeffizienz erhöht. Bei den meisten Motoren ist das Verdichtungsverhältnis fest und für den Kraftstoff optimiert, der in dem Bereich verfügbar ist, in dem das Auto verkauft wird. (Die Kompressionsverhältnisse unterscheiden sich manchmal für EU- und US-Varianten desselben Autos aufgrund der höheren Oktanzahl des Kraftstoffs in der EU.)

Wenn der Oktanbedarf irgendwo erhöht würde, könnten nur dort verkaufte Neuwagen den Kraftstoff mit höherer Oktanzahl durch ein höheres Verdichtungsverhältnis nutzen. Wenn jedoch nur ein US-Bundesstaat oder ein EU-Land diese höheren Oktanzahlanforderungen hätte, würden Autos mit einem entsprechend höheren Kompressionsverhältnis nicht gut funktionieren, wenn sie mit der niedrigeren Oktanzahl in einen anderen Staat / ein anderes Land gefahren würden, sodass die Autohersteller keine Autos mit einer höheren Oktanzahl verkaufen würden Kompressionsverhältnis, es sei denn, ein großes Gebiet (z. B. die gesamten USA oder die EU) würde seine Kraftstoffoktanzahl ändern. Und Veränderungen, die einen Kontinent beeinflussen, sind bei vielen Stakeholdern sehr langsam, wenn überhaupt.

Sobald die Oktanzahl festgelegt ist, ist es schwierig, sie zu ändern. Und der Fokus auf Kraftstoffeffizienz ist wahrscheinlich relativ neu (obwohl ich nicht weiß, wann diese Oktanzahl standardisiert wurde).