السيارات وقود الحفري

وقود السيارات، الجازولين أو البترول هو خليط سائل صاف قابل للاشتعال مشتق من النفط يتكون في الأساس من الهيدروكربونات. يستخدم بشكل أساسي كوقود في معظم محركات الاحتراق الداخلي التي تشتعل بالشرر. يتكون في الغالب من مركبات عضوية يتم الحصول عليها عن طريق التقطير الجزئي للبترول، ومعزز بمجموعة متنوعة من المواد المضافة (additives). في المتوسط يمكن أن يُنتِج برميل نفط خام سعة 160 لتراً (42 جالوناً أمريكياً) ما يصل إلى حوالي 72 لتراً (19 جالوناً أمريكياً) من البنزين بعد المعالجة في مصفاة لتكرير النفط، اعتماداً على اختبار النفط الخام (crude oil assay) وعلى المنتجات المكررة التي يتم استخلاصها أيضاً.وهناك خاصية مزيج غازولين معين لمقاومة الاشتعال مبكراً (الذي يتسبب في الطرق ويقلل من الكفاءة في المحركات الترددية) من خلال رقم الأوكتان الخاص به، والذي يتم إنتاجه في عدة درجات. كانت تستعمل بشكل واسع لزيادة رقم الأوكتان ورباعي إيثيل الرصاص ومركبات رصاص أخرى، ولم تعد تستعمل في معظم المجالات (لكن لا تزال تستخدم في الطيران وسباق السيارات). في كثير من الأحيان تضاف بعض المواد الكيميائية الأخرى إلى الغازولين لتحسين الاستقرار الكميائي وخصائص الأداء والسيطرة على التآكل وتوفير تنظيف لنظام الوقود. وقد يحتوي الغازولين على مواد كيميائية تحتوي على أوكسوجين مثل الإيثانول، ميثيل ثالثي بوتيل الإيثر (MTBE) أو إيثيل ثالثي بوتيل الإيثر (ETBE) لكي تحسن عملية الإحتراق.

يستخدم مصطلح الجازولين كثيرا في مجال صناعة البترول، وحتى بين الشركات التي لا تعمل في الولايات المتحدة. و"جاز" هو اختصار دارج للمصطلح جازولين. كما أن "موجاز" هو أيضا اختصار دارج للمصطلح "موتورجازولين"، للتفرقة بينه وبين المصطلح "أفجاز" غاز طائرة الذي يستخدم في الطائرات الخفيفة. ولا يجب الخلط بينه وبين أنواع الوقود الغازي الأخرى الذي تستخدم في محركات الاحتراق الداخلي مثل البروبان.

وتستهلك الولايات المتحدة 360 مليون جالون (1360 مليون لتر) من هذا الوقود كل يوم. كما أن الدول الغربية من أكثر المناطق استهلاكا للبنزين. وقد كان لوضع الضرائب على البنزين في بعض الدول في أوروبا أثر كبير على تطور صناعة السيارات لإنتاج سيارات أقل استهلاكا للوقود.

وبسبب التسرب والمناولة الحاصلين أثناء الإنتاج والنقل والتسليم على سبيل المثال: من صهاريج التخزين والانسكابات وما إلى ذلك، يمكن للجازولين أن يدخل البيئة غير محترق (كسائل وكبخار على حد سواء). وكمثال على الجهود المبذولة للسيطرة على هذا التسرب، يتوجب على العديد من صهاريج التخزين تحت الأرض اتخاذ تدابير مكثفة للكشف عن مثل هذه التسريبات ومنعها. يحتوي الجازولين على البنزين وغيره من المواد المسرطنة المعروفة.

أصل الكلمة

البنزين "Gasoline" هي كلمة إنجليزية تشير إلى وقود السيارات. يرجع تاريخ أول استخدام مسجل له في قاموس أوكسفورد الإنجليزي إلى عام 1863، عندها كانت تكتب "gasolene". استخدم مصطلح "البنزين (gasoline)" لأول مرة في أمريكا الشمالية عام 1864. الكلمة مشتقة من كلمة "غاز" واللواحق الكيميائية "ـول -ol" و"ـين (-ine)" أو "(-ene)".

ومع ذلك ربما تأثر المصطلح أيضًا بالعلامة التجارية "Cazeline" أو "Gazeline". في 27 نوفمبر 1862، قام الناشر البريطاني وتاجر القهوة والناشط الاجتماعي جون كاسيل (John Cassell) بنشر في جريدة ذا تايمز من لندن:

«The Patent Cazeline Oil, safe, economical, and brilliant … possesses all the requisites which have so long been desired as a means of powerful artificial light.»

زيت الكازولين الحاصل على براءة الاختراع هو آمن واقتصادي ورائع... يمتلك جميع المتطلبات التي لطالما كانت مرغوبة كوسيلة للضوء الاصطناعي القوي.

هذا كان أول ظهور للكلمة تم العثور عليه. اكتشف كاسيل أن صاحب متجر في دبلن يدعى صموئيل بويد كان يبيع كازولين مزيف وكتب إليه ليطلب منه إيقاف البيع. لم يستجب بويد وقام بتغيير كل "C" إلى "G"، وهكذا تمت صياغة كلمة "gazeline". 

في معظم دول الكومنولث يُطلق على المُنتَج بترول بدلاً من البنزين(جازولين). تم استخدام "البترول" لأول مرة في حوالي عام 1870، كاسم لمنتج بترولي مكرر، تم بيعه من قبل تاجر الجملة البريطاني شركة كارلس -كابل وليونارد- (Carless ، Capel & Leonard) والذي قامت بتسويقه كمذيب. عندما وَجَدَ المُنتَج لاحقاً استخداماً جديداً كوقود للمحرك، اقترح فريدريك سيمز ( Frederick Simms) أحد شركاء غوتليب دايملر، على كارلس أن يسجلوا العلامة التجارية بترول.لكن بحلول ذلك الوقت كانت الكلمة بالفعل مستخدمة بشكل عام، ربما مستوحاة من الكلمة الفرنسية (pétrole) ولم يُسمح لهم بالتسجيل. ثم سجلت كارلس عدداً من الأسماء البديلة للمُنتَج، ولكن مع ذلك أصبح مصطلح "بترول" هو المصطلح الشائع للوقود في الكومنولث البريطاني.

تحليل البنزين الكيميائي وتصنيعه

وقود الطائرات هو من الوقود الأقل كثافة بين أنواع الوقود المختلفة وهو نوع معدل من أنواع البنزين. ينتج البنزين في مصافي الزيت. وهذه الأيام يتم فصله بسهولة من الزيت الخام عن طريق التقطير، ويسمى بنزين طبيعي، ولكنه لا يكون له المواصفات المطلوبة (بالتحديد رقم الأوكتان، شاهد بالأسفل) بالنسبة للمحركات الجديدة، ولكن يمكن أن يكون جزء من المخلوط الذي يستخدم لها.

أغلبية البنزين القياسي تتكون من هيدروكربونات تتراوح أطوال سلاسلها من 5 إلى 12 ذرة كربون في الجزيء.

وتنتج المصافي المختلفة مكونات لها تركيب متفاوت، وعند خلطها فإنها تنتج بنزين بخصائص مختلفة. ومن أهم هذه المكونات:

• "المصلحات"، والتي تنتج عن طريق المصلح الحفزي، ولها رقم أوكتان عالي ونسبة مكونات أروماتية عالية، ونسبة قليلة من الألكينات.
• البنزين المتكسر حفزيا أو النافثا المتكسرة حفزيا، وينتج من التكسير الحفزي، وله رقم أوكتان متوسط، ونسبة عالية من الأولفينات (الألكينات)، ومستوى متوسط من الأروماتيات.
• البنزين الطبيعي (له عديد من الأسماء)، يتم الحصول عليه من الزيت الخام مباشرة وله رقم أوكتان منخفض، وقليل من المكونات الأروماتية (اعتمادا على نوع الزيت الخام، وبعض النافثانات (ألكانات حلقية) ولا يحتوى على أولفينات (ألكينات).
• ألكيلات، وتنتنج في وحدة الألكلة، ولها رقم أوكتان عالي وهي من البارافينات (ألكان) النقية، وغالبا ما تكون سلاسل متفرعة.
• المتزامرات (ولها أسماء عديدة) ويتم الحصول عليها من عملية أزمرة البنزين الطبيعي لزيادة رقم الأوكتان له، وتحتوى على نسبة مركبات أروماتية وحلقات بنزين قليلة. (المصطلحات المستخدمة ليست كلها المصطلحات الصحيحة كيميائيا. وهي مصطلحات قديمة، ولكنها تستخدم حتى الآن في مجال صناعة البترول. ومعناها الفني يختلف من شركة بترول لأخرى أيضا من بلد لأخرى)

وعموما فإن البنزين العادي يتكون من خليط من البرافينات (ألكانات)، النافثات (ألكان حلقي)، المركبات أروماتية، الأولفينات (ألكينات). وتعتمد نسبة كل منها على:

• مصفاة الزيت التي أنتجت البنزين، حيث أن عدد الوحدات الموجودة بكل مصفاة يختلف من واحدة لأخرى.
• نوع الزيت الخام المستخدم.
• درجة البنزين بالنسبة إلى رقم الأوكتان.

وحاليا فإن الوقود المستخدم في كثير من الدول له حدود معينة لنسبة المكونات الأروماتية بشكل عام، وبخاصة البنزين الحلقي، وكذلك نسبة المكونات الأولفينية (الألكينات). وهذا يزيد الطلب على البرافينات العالية الأوكتان، مثل الألكيلات، ويجبر المصافي لإضافة وحدات تنقية أخرى للتخلص من البنزين (حلقة البنزين).

كما أن البنزين يمكن أن يحتوي على مركبات عضوية أخرى مثل: الإيثر العضوي بالإضافة إلى كميات قليلة من الشوائب، وبالتحديد ميركبتانات الكبريت، سلفيد الهيدروجين والتي يجب أن تزال من البنزين لأن لها تسبب تآكل المحركات.

التطايرية

يتطاير البنزين أكثر من الديزل أو الكيروسين، وليس فقط بسبب ترتيبه أثناء التقطير، ولكن بسبب الإضافات التي توضع إليه. والمتحكم النهائي في التطاير هو غالبًا البيوتان. كما أن نسبة التطاير تعتمد على درجة الحرارة المحيطة، فكلما زادت درجة الحرارة زاد التطاير. وفي بعض المناطق مثل أستراليا هناك تغير شهري في معدلات التطاير، ولكن في معظم البلاد هناك حدود للتطاير تبعا لفصل الصيف والشتاء، وحد آخر وسيط بينهما.

وقد تم تقليل حدود التطاير للبنزين في معظم الدول في الوقت الحالي لتقليل الانبعاثات التي تحدث أثناء عمليات ملء السيارات بالبنزين.

رقم الأوكتان

"لمزيد من المعلومات عن هذه النقطة راجع رقم الأوكتان"

أهم الخصائص للبنزين هو رقم الأوكتان، وهو مقياس لمقدرة البنزين على مقاومة الاحتراق المبكر (طرقات المحرك). وهذا الرقم يقاس بالنسبة إلى خليط من ( 4,2,2-ثلاثي ميثيل بينتان ) (أحد متزامرات (isomer) الأوكتان) وإن- هيبتان. فمثلا 87 أوكتان تعني أن البنزين له كفاءة تشغيل مثل خليط من 87% أيزو أوكتان، 13% إن-هيبتان. وهذا النظام تم عمله بواسطة روسل ماركر.