A benzin a nyers, természetes kőolajból desztillálás útján kapott folyadék. Nem egységes vegyület, hanem a paraffin (paraffin = parum affinis, latin) sorozatba tartozó szénhidrogének elegye. Színtelen, könnyen folyó, szaga a petróleuméra emlékeztető. Vízben oldhatatlan, kétfázisú heterogén rendszert alkot, ellenben borszeszben meglehetősen jól oldódik. Elegyíthető éterrel, kloroformmal és különféle zsírokkal. Az európai szabványoknak megfelelő motorbenzin színezetlen, jellegzetes szagú, hígan folyó, látható szennyeződésektől mentes folyadék. Vizet nem tartalmazhat. A benzin sűrűsége egy egyszerű, mégis lényeges paraméter, mely számos tulajdonságát meghatározza.
A Benzin Sűrűsége és a Szabványok
Az EN ISO 3675 szabvány szerint is megvizsgálható hivatalosan a benzin sűrűsége. Korlátok között tartja a benzin minőségét, energia tartalmát. A sûrûség által sok minden meg van határozva. Ha egy halmazból szűkítjük bizonyos jellemzőkkel a kört, akkor az alkotók arányát is részben meghatározzuk. Ez az, amivel a szabványok szerint is 0.720-0.775 gr/cm³ korlátok közé szorítjuk a benzint. Az alkotók aránya pedig utal az energia szintre is. A fajsúlyi korlátokon belül kell minél több rétegben elhelyezni úgy a vegyületeket, hogy a több-száz féle átlaga 720-775 kg/m³ között legyen! Ez egy úgynevezett keverékképzési tudomány.
Az Összetétel Komplexitása
A benzin molekulák színes kavalkádjából áll, hisz 420-500 féle alkotóból kell állnia! Heterogén a keverék és az ereje, ebben is létezik! Mindnek más az égési sebessége! Ez nagyon fontos! Ebből ered, hogy a levegő oxigénjével történő egyesülése nyújtott, és folyamatos idejű, sőt egymásba öltődő, ha csak a benzinben nincs túl sok egyforma molekula. Az alkotó atomoknak is jellemző súlya van, mely meghatározza az égési energiát. Példaként tudom mondani a hidrogén és a szén oxigénnel való egyesülési energiáját. Nyilván a szénnek magasabb, csak nem lehet annak arányát növelni a végtelenségig, hisz akkor már nem benzin jellemzőket mutatna, és nem lehetne ilyen típusú benzines motorokhoz használni! Általános, de nem mindig alkalmazható szabály, hogy a hidrogén atom száma legyen legalább kétszerese a szénnek. Valamint a folyadék fázist ne lépjük át gázzá, tehát rövid, egyszerű, kicsi, szénhidrogén molekulák nem lehetnek mint például a CH4 metán molekula. A motorbenzin is, mint a kőolaj származéka, frakciókra desztillálható, és benne az egyes frakciók arányát határozzák meg. C5-C10 között legyen molekulánként, míg a bitumenbe már C31 fölött van szénlánchossz. Magyarul a petróleum frakcióig bezárólag lehet szénláncféleségeket belekeverni a szikra gyújtású motorok üzemeltetésénél.
Minőségi Paraméterek és Adalékok
A benzin komoly minőségi követelményeknek kell megfeleljen. Kémiailag nem agresszív, a vele érintkező alkatrészeket nem oldja, nem korrodálja. Forráspontja 60 és 200 °C közé esik. Mivel különböző anyagok keverékéről van szó, nem jellemezhető egyetlen forrásponttal. Az ólomtartalom 5 ppm, a kéntartalom 10 ppm (gyakorlatilag kénmentes üzemanyag). A motorbenzin jelentős arányban tartalmaz aromás szénhidrogéneket, ezen belül benzolt is. Szintén szigorítás következménye ezek arányának csökkentése (35, ill. 1%). A benzingyártás folyamán keletkező telítetlen szénhidrogének aránya 18% lehet.
Nem alkalmas motorbenzinnek, melyet adalékolnak más kész anyagokkal. Ezt hívják fejadaléknak, mely aránylak jelentős részét képezi a kész benzinnek. Az olajtársaságok közötti különbséget, pedig a apró finomításokban rejlik! Ezek csak ezrelékes alkotók, mégis fontos tulajdonságokat módosítanak. A fajsúlyra nincs különösebb ráhatásuk, kis mennyiségüknél fogva! A kopogásgátló anyagok mellett a motorbenzineket egyéb adalékokkal is kezelik. Ezek többsége a minőségi követelmények elérése végett kerül bele (például az oxidációt lassítják, a reakcióképességet csökkentik), valamint a gépjármű üzemanyagellátó-rendszerét és a motort kímélik (surlódáscsökkentő, lerakódásgátló adalékok).
A Sűrűség Változása az Átalakítások Során
Egyes összetevőket hidrogéneznek, mely fajsúly könnyítéssel jár, vagy oxidálják, mely fajsúly növekedéssel jár. Más egyéb átalakításokat is végezhetnek, mely kivétel nélkül fajsúly változásával jár. Amikor az atomi összetétel és arányok változnak, akkor a fajsúly is változik. Ezért fontos figyelemmel kísérni ezt a benzin jellemzőt is. Nem lehet állást foglalni, hogy melyik érték a jó, hiszen az összetételtől függ. A magasabb határértéknél akkor jobb a benzin, ha az átlagosnál kevesebb benne az eloxidált molekula (oxigenát), és alacsonyabb egy kicsit a hidrogén arány. Nincs alulméretezve a szén aránya, mert ez adja a nagyobb részben felszabadítható kötési energiákat.
A Motorbenzin Főbb Jellemzői és Szabványos Értékei
| Jellemző | Szabványos Érték / Tartomány |
|---|---|
| Sűrűség (EN ISO 3675) | 0.720-0.775 gr/cm³ (720-775 kg/m³) |
| Forráspont | 60 és 200 °C között |
| Ólomtartalom | max. 5 ppm |
| Kéntartalom | max. 10 ppm |
| Aromás szénhidrogének | max. 35% |
| Benzoltartalom | max. 1% |
| Telítetlen szénhidrogének | max. 18% |
| Etanol tartalom (E10) | max. 10% |
| Szénlánc hossza | C5-C10 között |
Bioetanol a Benzinben
Újabban - elsősorban környezetvédelmi megfontolásokból - etanolt (etil-alkoholt, bioetanolt) is kevernek a motorbenzinbe. Az EU-s szabályozások kötelezővé teszik a 10% bioetanolt tartalmazó (E10) üzemanyag forgalmazását, de létezik 85% alkoholtartalmú (E85) üzemanyag is. Például ilyen a kötelező EU szabvány miatti 7% etanol. Az etanol fajsúlya nagyobb az átlagos benzinnél, hiszen majdnem 0.8 gr/cm³. Csak van egy bökkenő, már az oxidáció egy fázisa lezajlott az etanolban, mert oxigént tartalmaz és ennek nagy a fajsúlya a molekulán belül, nem pedig a széntöbbletnek. Tehát, nem minden nehéz molekulának van jó sok égési energiája. A fajsúly sem minden, csak egy fontos jellemző.
Benzingyártási Folyamatok
A motorbenzint a mai napig alapvetően a kőolaj frakcionált desztillációjával nyerik. Ez az eljárás azonban önmagában se mennyiségileg, se minőségileg nem ad megfelelő eredményt. Ezért további finomítási eljárásokra van szükség:
- Fluid katalitikus krakkolás (FCC), amely az előzetesen kénmentesített, hosszú szénláncú szénhidrogéneket tartalmazó frakciókat alakítja át értékesebb, kisebb szénatomszámú termékekké.
- Katalitikus benzinreformálás.
- Az alkilezés során izobutánt olefinekkel egyesítenek hidrogén-fluorid katalizátor jelenlétében.
- Szintetikus módszerrel (többnyire Fischer-Tropsch-eljárással) készült motorhajtó anyagok. Egyes gyártók kínálnak már teljesen szintetikus üzemanyagokat is.
Hogyan készül a benzin nyersolajból? A kőolajfinomítási folyamat leegyszerűsítve!
Az Oktánszám és a Motorok Működése
A robbanás és az égés közötti különbség a lángfront sebességében rejlik. Magas sűrítési viszony mellett a motorban az alacsonyabb oktánszámú benzin hajlamos az úgynevezett kopogásos égésre, amikor a benzin-levegő keverék még az elektromos gyújtási impulzus megjelenése előtt begyullad. Ez az öngyulladás, amikor a lángfront sebessége az égéstérben elérheti a 2000 m/s értéket. Normál égés során a lángfrontsebesség csak mintegy 40-50 m/s.
A benzin kompressziótűrését egy olyan keverékkel hasonlítják össze, melyet a heptán (7 szénatomos lánc) és az izooktán (8 szénatomos lánc) keverésével állítanak elő. Az oktánszám jelenti azt az oktán-komponens arányt, amelynél a keverék és a benzin kompressziótűrése megegyezik. Az izooktán 8 szénatomos, elágazó láncú, telített szénhidrogén, 2,2,4-trimetilpentán. Az elágazó láncú szénhidrogén jobban tűri a sűrítést, és kevésbé hajlamos a robbanásszerű, kopogásos égésre. Az oka az, hogy a hosszabb, elágazás nélküli, nyíltláncú szénhidrogén magas sűrítésen és nagy hőmérsékleten másképpen viselkedik. A hosszú, egyenes lánc több helyen szakad fel egyszerre a kémiai reakció során, így az égés jellege agresszív. Motorhajtóanyagként keverték régebben a sűríthetőség növelése céljából ólom-tetraetillel Pb(C2H5)4, amely rendkívül mérgező folyadék.
Gyakori tévedés, hogy a magas oktánszámú üzemanyag nagyobb motorteljesítményt, alacsonyabb fogyasztást eredményez. Valójában az oktánszám nincs arányban az üzemanyagból kinyerhető energiatartalommal, csak a kompressziótűrést jellemzi. Magas oktánszámú benzint csak különleges, magas kompresszióviszonyú motorokban kell használni (erről a gyártó mindig nyilatkozik).
Illékonyság és a Piaci Kínálat
A kis fajsúlyú, rövid és speciális szénhidrogén folyadékok illékonyak is, melyek 0.55-0.7 gr/cm³ körüli fajsúllyal hamar elpárolognak, ha például a betonra kiöntjük. Azt tapasztalja az egyszerű autós, hogy manapság nem szeret, csak soká elpárologni a motorbenzin. Régen a 95-ös benzin rögtön elillant! Pedig a fajsúly nagyjából ugyanennyi volt. Az összetétel viszont más. A széleskörű szabvány határokon belül, ezért minden benzin megfelel melyet árusítanak a benzinkutakon. Ezért is lehetnek, a benzinek eltérőek egymáshoz képest, és más viselkedésűek.
Egyéb Felhasználási Területek
Napjainkban elsősorban motorok hajtására alkalmazzák a benzint. Az ambuláns sebészet - steril változatát, a sebbenzint a lényegesen drágább sebészeti alkohol helyett - kis sebek esetén, ill. fokozott fertőzési veszély hiánya esetén a bőr fertőtlenítésére használja. Alkalmas zsírfoltok ruháról való eltávolítására. Sok gépkocsigyártó benzinkályhát alkalmazott az autó fűtésére (például: Zaporozsec).