البنزين هو سائل متطاير وقابل للاشتعال يتم الحصول عليه من تكرير البترول أو النفط الخام، تم التخلص منه في الأصل كمنتج ثانوي لإنتاج الكيروسين لكن قدرته على التبخير في درجات حرارة منخفضة جعلته وقود مفيد للعديد من الآلات، تم ضرب أول بئر نفط في الولايات المتحدة من قبل إدوين إل دريك بالقرب من تيتوسفيل في عام 1859 على عمق حوالي 70 قدم.
تاريخ صناعة البنزين:
مع تطوّر محرك الاحتراق الداخلي بسبب نيكولاس أوتو في عام 1876، أصبح البنزين مهم لصناعة السيارات، اليوم يستخدم كل البنزين تقريباً في وقود السيارات مع نسبة صغيرة جداً تستخدم لتشغيل المعدات الزراعية والطائرات، البنزين وقود أحفوري يوفر طاقة للعالم اليوم أكثر من أي مصدر آخر، الولايات المتحدة هي المستهلك الأول للبنزين في العالم، في عام 1994 استخدم الأمريكيون 7587000 برميل من النفط باليوم.
يتكون البنزين من بقايا النباتات والحيوانات التي ظلت تحت ضغط هائل لملايين السنين، عادة تتحلل هذه المادة العضوية بمساعدة الزبالين والبكتيريا الهوائية، ولكن يتم إنشاء البنزين في بيئة لاهوائية دون وجود الأكسجين، يتركز أكثر من نصف النفط الخام المعروف في العالم في حوض الخليج الفارسي، تشمل المناطق الرئيسية الأخرى سواحل ألاسكا وخليج المكسيك.
المنتجات البترولية بما في ذلك البنزين هي في الأساس خليط من الهيدروكربونات مع كميات صغيرة من المواد الأخرى، يتشكّل النفط الخام من أطوال مختلفة من سلاسل الهيدروكربون مع بعض السلاسل القصيرة وبعض السلاسل الطويلة جداً، اعتماداً على مقدار الزيت الذي يتم تكسيره أو تكريره قد يصبح أي عدد من المنتجات، بشكل عام كلما كان الجزيء أصغر انخفضت نقطة الغليان.
مواد أولية لصناعة البنزين:
البنزين هو أحد المنتجات المشتقة من تقطير وتكرير البترول، تمت إضافة مركبات الرصاص العضوي إلى البنزين في الماضي لتقليل طرق الطرق في المحركات ولكن نظراً للمخاوف البيئية، لم يعد هذا شائع، كما يتم إضافة مواد كيميائية أخرى إلى البنزين لزيادة استقراره وتحسين لونه ورائحته في عملية تسمى “التحلية”.
كيفية تصنيع البنزين:
عملية الاستكشاف:
الخطوة الأولى في صناعة البنزين هي العثور على المكون الأصلي البترول، حيث يُحبس النفط الخام في مناطق الصخور المسامية أو صخور الخزان بعد أن هاجر إليها من منطقة منشأه، يمكن تحديد المناطق المحتملة حتى يتركّز الزيت عن طريق البحث عن أنواع الصخور التي توجد غالباً في تلك المناطق، قد يقوم المستكشفون بعمل فحوصات على السمات السطحية للأرض وتحليل ارتداد الموجات الصوتية للبنزين.
بعد العثور على خزان نفط محتمل يجب اختبار المنطقة، يتم أخذ العينات الأساسية من آبار الاختبار لتأكيد التكوينات الصخرية ويتم تحليل العينات كيميائياً لتحديد ما إذا كان هناك ما يبرر إجراء المزيد من الحفر، على الرغم من أنّ الأساليب المستخدمة اليوم أكثر تقدم من أي من الماضي، إلا أنّه لا يوجد حتى الآن يقين في التنقيب عن النفط.
عملية الحفر:
يُستخرج النفط الخام من خلال الآبار التي يمكن أن تصل إلى أكثر من 1000 قدم في الصخر، يتم عمل الثقوب بواسطة مثقاب دوار والذي يستخدم قليلاً لحفر حفرة في الأرض مع إضافة الماء، يخلق الماء والتربة طين كثيف يساعد على منع الزيت من التدفق بسبب الضغط الداخلي الموجود في صخر الخزان، عندما يتم الوصول إلى الخزان يستمر الطين في كبح النفط أثناء إزالة المثقاب وإدخال الأنبوب.
استعادة النفط:
لاستعادة النفط يتم تثبيت نظام معقد من الأنابيب والصمامات مباشرة في بئر الحفر، يؤدي الضغط الطبيعي لصخور الخزان إلى إخراج النفط من البئر إلى الأنابيب، ترتبط هذه بنظام الاسترداد والذي يتكون من سلسلة من الأنابيب الكبيرة التي تنقل النفط الخام إلى المصفاة عبر فاصل الزيت (السائل) والغاز (غير السائل)، تسمح هذه الطريقة باستعادة الزيت بأقل قدر من النفايات.
في النهاية يتم إنفاق الضغط الطبيعي للبئر على الرغم من بقاء كميات كبيرة من النفط في الصخر، طرق الاسترداد الثانوية مطلوبة الآن للحصول على نسبة أكبر من النفط، يتم استعادة الضغط إما عن طريق حقن الغاز في الجيب فوق الزيت أو عن طريق غمر المياه في البئر وهو أمر أكثر شيوعاً، في هذه العملية يتم حفر أربعة ثقوب حول محيط البئر وإضافة الماء.
التقطير التجزيئي:
لا يعتبر الزيت الخام وقود جيد؛ لأنه ليس سائلاً ويتطلب درجة حرارة عالية جداً لحرقه، يجب فصل السلاسل الطويلة من الجزيئات في النفط الخام عن السلاسل الأصغر للوقود المكرر، بما في ذلك البنزين في مصفاة البترول، هذه العملية تسمى التقطير التجزيئي، برج التقطير التجزيئي هو وحدة ضخمة يمكن أن تستوعب ما يصل إلى 200000 برميل من النفط الخام.
يُضخ الزيت أولاً في الفرن ويُسخن إلى أكثر من 600 درجة فهرنهايت، مما يتسبب في تبخر جميع الجزيئات باستثناء أكبرها، ترتفع الأبخرة إلى عمود التجزئة الذي قد يصل ارتفاعه إلى 150 قدم، تبرد الأبخرة أثناء صعودها عبر العمود، نظراً لاختلاف نقاط الغليان لجميع المركبات، فإن الجزيئات الأكبر والأثقل سوف تتكثف أولاً في الجزء السفلي من البرج، بينما تتكثف الجزيئات الأقصر والأخف وزن أعلى في البرج.
تُطلق الغازات الطبيعية والبنزين والكيروسين بالقرب من القمة، تتم إزالة المركبات الأثقل المستخدمة في تصنيع المواد البلاستيكية ومواد التشحيم من أسفل البرج، لا ينتج التقطير التجزيئي نفسه البنزين من النفط الخام بل يزيل البنزين من المركبات الأخرى في النفط الخام، تُستخدم الآن عمليات تكرير إضافية لتحسين جودة الوقود.
تكرير النزين:
يعتبر التكسير التحفيزي من أهم العمليات في تكرير النفط، تستخدم هذه العملية محفز ودرجة حرارة عالية وضغط متزايد للتأثير على التغيرات الكيميائية في البنزين، تضاف المحفزات مثل الألومنيوم والبلاتين والطين المعالج والأحماض إلى البترول لتفكيك الجزيئات الكبيرة بحيث تمتلك المركبات المرغوبة من البنزين.
عملية تكرير أخرى هي البلمرة، هذا هو عكس التكسير لأنّه يجمع الجزيئات الأصغر من الغازات الأخف في الجزيئات الأكبر التي يمكن استخدامها كوقود سائل، بمجرد تكرير البنزين تتم إضافة المواد الكيميائية، بعضها عبارة عن مركبات مضادة للطرق والتي تتفاعل مع المواد الكيميائية الموجودة في البنزين، والتي تحترق بسرعة كبيرة وذلك لمنع دق المحرك.
في البنزين المحتوي على الرصاص يعتبر رباعي إيثيل الرصاص مادة مضافة مضادة للخبط، يتم تكرير البنزين الخالي من الرصاص بشكل أكبر بحيث تكون الحاجة إلى المواد المضافة المضادة للطرق قليلة، تمت إضافة مواد مضافة أخرى (مضادات الأكسدة) لمنع تكون العلكة في المحرك، العلكة عبارة عن مادة راتنجية تتكون في البنزين يمكنها تغطية الأجزاء الداخلية للمحرك وزيادة التآكل.
