Framställning av bensin

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Raffinering
Det första steget vid framställningen av bensin är raffinering av råolja. Vid raffineringen destilleras råoljan så att olika fraktioner som består av ämnen som har ungefär samma kokpunkt erhålls. Att separera råoljan så att varje ämne erhålls för sig är i praktiken omöjligt då råoljan består av över 500 olika ämnen som har en kokpunkt under 200oC. I figuren nedan finns kokpunkterna och de vanligast användningsområdena för de olika fraktionerna angivna.

Figur 3 - Destillering av råolja samt de erhållna fraktionernas användningsområden och kokpunkt
Krackning
Då efterfrågan på bensin är större än vad som kan tillgodoses genom raffinering av råolja har det utvecklats en process som kallas för katalytisk krackning där en konvertering av kolväten från andra fraktioner till bensin sker. Processen går ut på att delar av brännolje fraktionen i frånvaro av syre och i närvaro av lämpliga katalysatorer hettas upp så att molekylerna bryts ner och ombildas till mindre och mer grenade kolväten. Processen kan även ske utan närvaro av katalysatorer och kallas då för termisk krackning. Nackdelen med termisk krackning är att produkterna oftast har ogrenade kolkedjor vilket medför att bensinen får ett mycket lågt oktantal. Även sk. vätekrackning används för att framställa bensin. Fördelen med vätekrackning är att det sker en minskning av andelen alkener i bensinen vilket är bra ur hälsosynpunkt då dessa är skadligare än de alkaner som bildas vid vätekrackningen. Nackdelen är att alkanerna som bildas har lägre oktantal än alkenerna (se tabell 1) vilket medför att oktantalet måste höjas på annat sätt.

Oktantalshöjande åtgärder
Isomerisering
Isomerisering eller omlagring är en metod för att överföra lågoktaniga raka kolväten till grenade och på så sätt höja oktantalet (se tabell 1). Metoden får allt större betydelse eftersom de naturliga kolvätena är raka och därmed har låga oktantal.
Alkylering
Alkylering är en process vid vilken man överför små molekyler som erhållits som en biprodukt vid krackning till större och mer grenade högoktaniga molekyler. De framställda grenade molekylerna är utmärkta att använda som motorbränsle tillskillnad från de små molekylerna som har låga oktantal.

Aromatisering
Vid aromatisering överförs ogrenade alkaner och alkener som är tillräckligt långa till cykliska molekyler som sedan dehydrogeneras (väteatomer tas bort ur molekylen) så att de bildar aromatiska kolväten som har höga oktantal. På detta sätt kan t.ex. toluen framställas ur 1­heptan. Nackdelen med denna metod för att höja oktantalet i bensin är att många av de aromatiska kolvätena är farliga för hälsan.

Oktantalshöjande tillsatser
Organiska blyföreningar
De viktigaste antiknackmedlen har under lång tid varit olika organiska blyföreningar som tetraetylbly (TEL) och tetrametylbly (TML) som redan vid små tillsatser ger en märkbar höjning av oktantalet. För att blyet som bildas när dessa ämnen förbränns inte skall stanna kvar i motorn tillsätts även dibrometan och dikloretan som reagerar med blyet och bildar blybromid och blyklorid som förs bort med avgaserna. Blyföreningarna har även en annan effekt genom att de sätter sig på motorns ventiler och utloppskanaler. I äldre bilar var denna avsättning nödvändig för att skydda vissa motordelar men i moderna bilar används andra material som ej behöver dessa avsättningar. På grund av de skador som bly orsakar på miljön har man under lång tid försökt minska andelen bly i bensinen och på senare år har blyet ersatts av olika metallorganiska natrium och kalium föreningar som skyddar motorn på samma sätt som blyet tidigare gjorde och numera säljs i stort sett ingen blyad bensin i Sverige.

MTBE - Metyltertiärbutyleter
Metyltertiärbutyleter (MTBE) framställs genom en reaktion mellan isobuten och metanol. MTBE började tillsättas i bensin 1979 för att öka oktantalet och användningen kom sedan att öka kraftigt (se diagram 1) när blyet i bensinen började ersättas. På senare år har det även upptäckts att MTBE minskar mängden kolmonoxid och oförbrända kolväten i avgaserna. Detta beror på att ämnet i och med att det har en syre atom bunden till sig ökar andelen syre i bensinen och ger en mer fullständig förbränning i motorn. Detta har lett till att MTBE har börjat tillsättas i ännu större utsträckning för att minska de skadliga utsläppen. Det har dock ifrågasatts hur stor nytta en ökning av MTBE i bensinen gör då moderna bilar med katalysator har sensorer (-sonder) som automatiskt reglerar mängden luft som tillförs motorn. En ökning av MTBE i bensinen kan dessutom leda till ökade utsläpp av olika karbonylföreningar som t.ex. formaldehyd (metanal), aceton (propanon), ättika och myrsyra från bilar som saknar katalysator. MTBE innehåller dessutom mindre energi än den bensin den ersätter vilket resulterar i att bränsleförbrukningen tenderar att öka med upp till 3%. MTBE ger även bensinen en starkare doft som av vissa uppfattas som obehaglig.

Figur 4 - MTBEs struktur
På grund av den stora ökningen av användandet av MTBE i bensin har flera undersökningar gjorts för att se hur MTBE påverkar hälsan. I undersökningarna har det kommit fram att MTBE är i stort sett ofarligt för hälsan. I en studie där en grupp personer utsattes för 30 gånger högre koncentrationer under 26 gånger längre tid än vad som är normalt vid tankning visade sig endast svaga effekter såsom irritation i näsan på försökspersonerna. Effekterna gick dock snabbt över när försökspersonerna inte längre utsattes för ämnet.
Även andra etrar som t.ex. etyltertiärbutyleter (ETBE) och
tertiäramylmetyleter (TAME) kan användas för att öka oktantalet och andelen syre i bensinen.

Diagram 1 - Produktion av MTBE
Etanol
Etanol har tillsats i bensin för att det liksom MTBE ger en mer fullständig förbränning i och med den syreatom som finns bunden till molekylen samtidigt som det ger en oktantalshöjande effekt. Nackdelen med etanol är att den är svårare att lösa i bensin än MTBE och att den löser sig i vatten vilket inte MTBE gör. Då det oftast förekommer små mängder vatten i pipelines kommer alkoholen kommer att lösa sig dessa vilket leder till att bensinen blir oanvändbar.
Även metanol (träsprit) kan användas som tillsats och har i stort sett samma egenskaper som etanol.

Övriga tillsatser
Utöver de oktantalshöjande tillsatserna sätter olika bensintillverkare till andra ämnen för att bensinen skall få de egenskaper som önskas. Dessa tillsatser skiljer sig mellan olika tillverkare och olika bensin märken kan därför vara olika bra.

Antioxidanter
Antioxidanter tillsätts i bensin för att förhindra oxidation av alkener (omättade kolväten). De minskar också risken för att det skall bildas gummi i bränslet. Vanligt förekommande antioxidanter är fenyldiaminer och vissa fenoler.
Metalldeaktivatorer
För att förhindra att olika metaller som t.ex. koppar påskyndar oxidationen av alkenerna i bensinen till gummi tillsätts sk. metalldeaktivatorer som t.ex. N,N´­disalicyldiene­1,2­propandiamin.
Korrosionshämmande medel
Korrosionshämmande medel tillsätts som namnet antyder för att ...