Benzin

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, a szaga a petróleuméra emlékeztet. Vízben oldhatatlan, kétfázisú heterogén rendszert alkot, ellenben borszeszben meglehetősen jól oldódik. Elegyíthető éterrel, kloroformmal és különféle zsírokkal. Nagyon gyúlékony, levegővel keveredve majd meggyújtva robbanása erőteljes.

A magyar nyelvben benzinnek nevezünk több, egymástól kémiailag különböző (bár felületesen szemlélve fizikailag hasonló), eltérő felhasználási területű folyadékot:

• benzinnek nevezzük a kőolaj atmoszferikus desztillációjánál kapott legkönnyebb frakciókat;
• benzin (vagy petroléter) a fenti folyadék tisztításával nyert oldószer (pl. lakkbenzin); orvosi tisztaságú változata a sebbenzin (Benzinum medicinale); főképp nyíltláncú, telített szénhidrogénekből, pentánból, hexánból (C₆H₁₄) és heptánból (C₇H₁₆) áll;
• motorbenzin a belsőégésű Otto-motorok üzemanyagaként felhasznált folyadék; a paraffinokon túl több, mint 400 féle alkotóból áll (olefinek, ciklohexán, benzol, toluol, orto-, meta- és para-xilolok és egyéb vegyületek.

A benzin elnevezés a benzolból ered.

Motorbenzinek

Tulajdonságai

Az európai szabványoknak megfelelő motorbenzin színezetlen, jellegzetes szagú, látható szennyeződésektől mentes hígan folyó folyadék. Vizet nem tartalmazhat. Kémiailag nem agresszív, a vele érintkező alkatrészeket nem oldja, nem korrodálja. Alkalmas karburátoros és közvetlen befecskendezéses négyütemű Otto-motorok, valamint adalékolással kétütemű motorok üzemeltetésére is.

Fizikai tulajdonságok

Forráspontja a 60 és 200 °C közé esik. Mivel különböző anyagok keverékéről van szó, nem jellemezhető egyetlen forrásponttal. A motorbenzin is, mint a kőolaj származéka, frakciókra desztillálható, és az egyes frakciók arányát határozzák meg. A 70 °C-ig átdesztilláló rész például nem lehet több 50%-nál.

Gőznyomása 45 és 90 kPa között változhat, a télen forgalmazott üzemanyagnak engednek meg nagyobb értéket.

Sűrűsége 0,720-0,775 g/cm³ között változik.

Kémiai tulajdonságok

A motorbenzin nem lehet oxidáló hatású, a rézlemez-próba negatív (a forró benzinbe mártott rézlemez 5 óra után sem mutat oxidációt, azaz elszíneződést).

Az olefintartalom miatt oxidálódik, azaz a levegő oxigénjét megköti, de ennek a reakciónak kellően lassúnak kell lennie.

Ezeket a vizsgálatokat magyar és EU-s szabványok írják elő, mint ahogy az alábbi komponensek maximális értékét is:

• Ólomtartalom: 5 ppm. Az ólom-tetraetil használatának betiltása óta a benzin gyakorlatilag nem tartalmaz ólmot.
• Kéntartalom: 10 ppm (gyakorlatilag kénmentes üzemanyag). A korábbi előírások sokkal magasabb értékeket is megengedtek, a szigorítás a környezetvédelem egyik jelentős eredménye.

A motorbenzin jelentős arányban tartalmaz aromás szénhidrogéneket, ezen belül benzolt is. Szintén szigorítás következménye ezek arányának csökkentése (35, ill. 1 tf%-ra).

A benzingyártás folyamán keletkező telítetlen szénhidrogének aránya 18% lehet. A magas olefintartalom az oxidációt és a gyantaképződést segíti elő, ami káros a minőségre.

Oktánszám, kopogás, kompressziótűrés

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. Az oktánszám a benzin nagy sűrítés melletti öngyulladásra való hajlamosságát mérő szám.

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. A megállapodás szerint a 7 szénatomos tiszta heptán oktánszáma 0, a tiszta izooktán tartalmú üzemanyag oktánszáma 100 (a 95-ös benzin kompressziótűrése megegyezik a 95% izooktánt és 5% heptánt tartalmazó keverékével).

Az izooktán 8 szénatomos, elágazó láncú, telített szénhidrogén, 2,2,4 trimetil-pentán. A 2,2,4 számok a metilgyökök kapcsolódási pontjai, annak a szénatomnak a láncbeli elhelyezkedési sorszáma, ahol a láncsorban a megadott sorszámú szénatomnál a metilgyök bekapcsolódik a láncba.

Az elágazó láncú szénhidrogén jobban tűri a sűrítést és kevésbé hajlamos a robbanásszerű, kopogásos égésre. Az oka az, hogy a hosszabb, elágazás nélküli nyíltláncú, egyenes 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. A többszörösen elágazó lánc már nem tud akkora darabokra szakadni, így az égése lágyabb.

Szintén magas az oktánszámuk az aromás és gyűrűs szénhidrogéneknek, valamint a metanolnak és etanolnak is.

Motorhajtóanyagként keverték régebben a sűríthetőség növelése céljából ólom-tetraetillel Pb(C₂H₅)₄. Ez rendkívül mérgező folyadék. Újabban nem (vagy kevésbé) mérgező anyagokkal (ETBE, MTBE) javítják az oktánszámot.

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 motorokba kell tölteni (erről a gyártó mindig nyilatkozik). A magasabb oktánszám az égés lassulását jelenti, tehát alkalmanként teljesítménycsökkenést is okozhat.

Egyéb anyagok a motorbenzinben

A kopogásgátló anyagok mellett a benzineket egyéb adalékokkal is kezelik. Ezek többsége a minőségi követelmények elérése miatt kerül bele (pl. oxidációt lassítják, reakcióképességet csökkentik), valamint a gépjármű üzemanyag-ellátó rendszerét és a motort kímélik (surlódáscsökkentő, lerakódásgátló adalékok). Újabban - elsősorban környezetvédelmi megfontolásokból - etanolt (etil-alkoholt, bioalkoholt) is kevernek a motorbenzinbe. Az EU-s szabályozások kötelezővé teszik a 10% bioetanolt tartalmazó (E10) üzemanyag forgalmazását, de létezik 85% alkoholtartalmú (E85) üzemanyag is. (Ez utóbbihoz már szükséges a jármű üzemanyag-ellátó rendszerének átépítése.) Az etanolnak jelentős az oktánszám-növelő hatása.

Előállítása

A motorbenzint a mai napig alapvetően a kőolaj frakcionált desztillációjával nyerik. Ez az eljárás azonban önmagában sem mennyiségileg, se minőségileg nem ad megfelelő eredményt. A nyersolaj benzinné desztillálható frakciója viszonylag kicsi, az eredmény az olaj származási helyétől is függ. Ezért ezt az eljárást az alábbiakkal egészítik ki:

• Fluid katalitikus krakkolás (FCC), amely az előzetesen kénmentesített hosszú szénláncú szénhidrogéneket tartalmazó frakciókat alakítja át értékesebb, kisebb szénatomszámú termékekké.

A krakkolással jelentősen növelhető a kőolajból előállítható motorhajtó anyagok mennyisége.

• Katalitikus benzinreformálás. A kénmentesített benzinpárlatok oktánszámának növelésére szolgáló eljárás, amely segítségével az alacsonyabb oktánszámú párlatokból az aromás tartalom növelésével állítanak elő magas oktánszámú

értékes benzinkomponenst.

• Az alkilezés során izobutánt olefinekkel egyesítik hidrogén-fluorid katalizátor jelenlétében.

Az eljárás végterméke magas oktánszámú és kis szenzibilitású motorbenzin-komponens.

• Izomerizálással a kis oktánszámú n-paraffinokban dús frakciókat alakítják át magas oktánszámú izoparaffinokká. (Elágazó láncú szénhidrogénekké.)

A benzingyártás utolsó műveleti lépése a komponensek keverése és adalékolása, amelynek során állítják elő az előírásoknak és a piac igényeinek megfelelő minőségű motorbenzineket.

• Szintetikus módszerrel (többnyire Fischer–Tropsch-eljárással) készült motorhajtó anyagok. Egyes gyártók kínálnak már teljesen szintetikus üzemanyagokat is (pl. Shell V-Power). Mivel az alapanyagok különfélék lehetnek (eredetileg széngázból gyártották kőolajhiány esetén, de bármilyen szerves, széntartalmú anyag lehet forrás), ezért a jövőben várható a szintetikus benzinek elterjedése (bővebben: biobenzin).

Benzinek egyéb alkalmazási területei

Napjainkban elsősorban motorok hajtására alkalmazzák, mindaddig, ameddig a motorok szén-dioxid-kibocsátása nincs 100%-ban betiltva globálisan. 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 gépkocsi-gyártó benzinkályhát alkalmazott fűtésre (pl. Zaporozsec). A XX. század elején világítási célokra is használták.

Források

• A Pallas nagy lexikona. Budapest, Pallas Rt, 1893. III. kötet/Benzin cikk

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Benzin témájú médiaállományokat.

• A jövő energiahordozói
• http://holtankoljak.hu/