Bränslet som används i en modern bil, oavsett om det är bensin, diesel eller till och med gasol (LiquidPetroleum Gas), måste uppfylla höga krav på renhet om bilens motor ska gå smidigt.
Utvinning av bränsle från råolja
Moderna bränslen måste vara tillräckligt flyktiga för att antändas snabbt, även under ogynnsamma förhållanden, och de måste ha rätt blandning av kolväten för att brinna tillräckligt jämnt för att utveckla användbar kraft i en förbränningsmotor. Bränslet måste också ha rätt oktanvärde för att förhindra pinning (detonerar för tidigt) vilket kan orsaka motorskador.
Förbränningsmotorer är skräddarsydda för att köras på en viss bränslekvalitet och inställda för att köra ganska nära de gränser som det bränslet kan stödja, så konsekvent kvalitet är viktigt i moderna bränslen.
Både bensin och diesel kommer från råolja, som är en komplex blandning av många hundra olika kolväten samt andra produkter som måste avlägsnas under raffineringen. Råoljor varierar från källa till källa; de innehåller i allmänhet lätta flyktiga vätskor, bensin bland annat, samt mycket tyngre, nästan fasta beståndsdelar, såsom bitumen.
Att separera och rena bensin och diesel från råolja kräver komplexa processer, som utförs i ett oljeraffinaderi.
Oljan raffineras till sina beståndsdelar genom en process som kallas fraktionerad destillation. Detta skiljer ut de olika beståndsdelarna i råolja genom att utnyttja det faktum att de kokar av och förångas vid olika temperaturer.
Den första processen utförs i en fraktioneringskolonn, ett högcylindriskt torn upp till 250 fot (75 m) högt, inuti vilket finns mellan 30 och 40 brickor som kallas fraktioneringsbrickor, staplade ovanpå varandra. Kolonnens botten hålls väldigt varm men temperaturen sjunker ju längre du går uppåt i kolonnen, så att varje bricka är något kallare än den under den.
Råoljan förvärms till mellan 315°C och 370°C så att alla utom de tyngsta beståndsdelarna förångas. Den matas sedan in mot botten av fraktioneringskolonnen som en blandning av gas och vätska. Oljeångan stiger upp i kolonnen genom anordningar, såsom bubbellock, i fraktioneringstrågen som gör att den blandas ordentligt med vätskan som redan finns där. Den tyngre, fortfarande flytande oljan passerar ner till botten av kolonnen.
När ångan stiger svalnar den i takt med den fallande temperaturen på brickorna. Närhelst ångan passerar upp till och bubblar genom en bricka som innehåller vätska vars temperatur motsvarar kokpunkten för en av ångans beståndsdelar, kondenserar den beståndsdelen ut på brickan. Andra ångor med högre kokpunkt fortsätter upp i kolonnen.
På detta sätt möter varje beståndsdel i ångan en bricka på vilken den kondenserar ut. Resultatet är en serie separerade beståndsdelar, kallade fraktioner, som kan dras av från kolonnen genom rör.
Det finns sex huvudfraktioner. Den lättaste, som fortfarande är en gas när den når toppen av kolonnen, kallas raffinaderigas och används som bränsle av själva raffinaderiet.
Resten bearbetas vidare i en extra anläggning. De lättaste av de resulterande vätskefraktionerna är mycket flyktiga och används för att blanda in bensin.
Sedan kommer nafta (används för vidare bearbetning till petrokemikalier eller alternativt för att blandas i bensin), fotogen (som i grunden är paraffin), dieseloljor och lätta och tunga oljor som används för industriell smörjning, och sedan den tyngsta fraktionen, bitumen, som lämnas kvar.
Den grundläggande fraktionerade destillationsprocessen delar upp råolja i sina renkemiska kolväten. Men vissa av dessa kolväten är mer värdefulla än andra. Framför allt är efterfrågan på bensin mycket större än på bitumen, eller faktiskt på diesel. Så en del av de tyngre fraktionerna omvandlas på oljeraffinaderiet till bensin. Detta görs genom en process som kallas cracking.
Termisk krackning använder värme i processen, medan katalytisk krackning använder en kemisk katalysator.
Vid termisk krackning värms kolvätena till mellan 450°C och 540°Cat högtryck. Resultatet är ett lågvärdigt bränsle som sedan raffineras igen vid högre temperaturer och tryck för att producera bensin av tillräckligt bra kvalitet för användning i bilmotorer.
Katalytisk krackning är mer användbar än termisk krackning eftersom den ger högre utbyte av användbara produkter. Genom att tillsätta en katalysator (vanligtvis analuminium-kiseldioxidpulver) till oljan under förvärmningsfasen, kan de tunga fraktionerna brytas upp till en blandning av lättare, som sedan matas in i en fraktioneringskolonn för att separeras.
Dessa lätta fraktioner genomgår sedan ytterligare processer som kallas omvandlingsprocesser för att producera den korrekta blandningen av kolväten.
Dessa omvandlingar följs av behandlingssteg där lämpliga tillsatser införs för att göra den blandade bensinen lämplig för vinter- eller sommaranvändning.
För att vara användbar för att driva förbränningsmotorer måste bensin ha vissa egenskaper. Det måste brinna mjukt i motorn över ett brett spektrum av hastigheter och uteffekter utan detonation. Detta visar sig genom att "knacka" och, om det tillåts fortsätta, kan det resultera i allvarliga motorskador.
Bensinen måste ha några lättflyktiga beståndsdelar som gör att motorn lätt kan starta i kallt väder. Men bensinen får inte vara så flyktig att den förångas för lätt och orsakar en låsning i bränslesystemet, eller till och med förgasarens isbildning (se sidlinjen, höger).
Bensinens prestanda mäts främst av dess oktantal. För att klara detta jämförs bensinen med två standardbränslen med känd prestanda som kallas n-heptan och iso-oktan, som båda är kolväten. N-heptan är ett dåligt bränsle för förbränningsmotorer och orsakar kraftiga knackningar; den har ett anoktantal på 0. Isooktan är motsatsen, ett bränsle av mycket hög kvalitet och har ett oktantal på 100.
Om bensin har ett oktantal på 90 betyder det att den ger en prestanda som motsvarar en blandning av 90 delar iso-oktan till 10 delar nheptan. De flesta motorer kräver bensin med ett oktantal på mellan 90 och 100.
Som ytterligare en åtgärd mot knackning är det fortfarande normal praxis att tillsätta en liten mängd tetraetyl- eller tetrametylbly till bensinen. Detta begränsas dock hela tiden på grund av blyets giftiga natur.
Den maximala mängden bly som tillåts i bensin sänktes från 0,4 till 0,15 gram per liter 1986, och blyfri bensin börjar dyka upp på den europeiska marknaden. Detta är bensin till vilken inga blyföreningar har tillsatts.
Dieselbränsle är mer trögflytande och tyngre än bensin, är mindre flyktigt och kommer från fraktioneringskolonnen på en lägre nivå.
Dieselbränsle graderas inte efter oktantal som bensin; istället ges den ett cetanvärde. Detta erhålls genom att jämföra diesel med två andra kolväten, cetan och alfa-metylnaftalen.
Högkvalitativt dieselbränsle som används i väggående fordon har ett cetantal på cirka 50, medan långsammare motorer som de som används i stora fartyg kan köras på bränsle med lägre cetantal. Ju högre cetanvärde, desto lättare är det att starta, desto mjukare förbränning och desto lägre nivå av "dieselknock".
En del lågvärdig diesel (kallad gasolja) som används för stationärt eller terrängarbete är färgad för identifiering och är därför känd som röd diesel. Endast vit diesel, som har fått vägskatt betald på den, kan lagligt användas på vägen.
Diesel, liksom bensin, har normalt viktiga tillsatser. Antifrysning och anti-vaxningsmedel måste tillsättas till dieselbränsle som används i kallt väder för att förhindra att det täpps till i bränsleledningar och insprutare.
Från oljeraffinaderiet transporteras bensinen och dieseln till deras garage och bensinstationer på väg eller järnväg i specialdesignade tankbilar.
Bränslen förvaras vanligtvis i underjordiska tankar under förgården vid försäljningsstället - tankstationen. Bensin och diesel förvaras i separata tankar, liksom olika sorters bensin, tills de lyfts över marknivån och mäts för försäljning av pumparna.
Bensinpumpar kan normalt hämta bränsle från vilken som helst av de underjordiska tankarna och blanda det för att förse användarna med vilken kvalitet som helst. Däremot får bly- och blyfri bensin inte blandas så de behöver separata tankar och pumpar som måste vara tydligt märkta för att visa vad de innehåller.
