Η Βενζίνη

Παρά την αυστηρότητα της νομοθεσίας και την τάση για κατάργηση των πετρελαιοειδών στο μέλλον, παραμένει, ακόμη, το δημοφιλέστερο καύσιμο σε χρήση στα αυτοκίνητα.

Με τη λέξη «βενζίνη» ονομάζουμε οποιοδήποτε πτητικό πετρελαιοειδές, προοριζόμενο για τη λειτουργία κινητήρων εσωτερικής καύσης, με επιβαλλόμενη ανάφλεξη για την προώθηση οχημάτων.

Οι απαιτήσεις από μια βενζίνη που προορίζεται για χρήση σε αυτοκίνητα είναι:

1. Να εξασφαλίζει εύκολο ξεκίνημα του κινητήρα, ιδίως τον χειμώνα, να δίνει μεγάλες επιταχύνσεις και να μην προκαλεί το φαινόμενο της ατμόφραξης.
2. Να καίγεται στον κινητήρα κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να απο- φεύγεται ο «κτύπος» της μηχανής (τα γνωστά «πειράκια»).
3. Να μην παρουσιάζει διαβρωτικές ιδιότητες και να μην έχει την τάση να σχηματίζει εναποθέσεις στον κινητήρα
   κατά τη χρήση της.
4. Να μην υφίσταται, κατά την αποθήκευση, φυσικές ή χημικές μεταβολές, οι οποίες θα αλλοίωναν, ενδεχομένως, τις παραπάνω απαιτήσεις.
5. Να έχει τη μικρότερη δυνατή περιεκτικότητα σε ουσίες τοξικές και ρυπογόνες για το περιβάλλον.

Ως βενζίνη χαρακτηρίζεται το πτητικό μείγμα υδρογονανθράκων που λαμβάνεται από τη διύλιση του αργού πετρελαίου και προκύπτει από την ανάμιξη στο διυλιστήριο μίας ποικιλίας συστατικών. Η ακατέργαστη βενζίνη που προέρχεται από την απλή απόσταξη του αργού πετρελαίου δεν ικανοποιεί τις παραπάνω απαιτήσεις. Γι’ αυτό υφίσταται μία σειρά επεξεργασιών και αναμείξεων, όπως αποθείωση, καταλυτική αναμόρφωση (για την αύξηση του αριθμού οκτανίων), προσθήκη οξυγονούχων ενώσεων (για την τελική διόρθωση του αριθμού οκτανίων), προσθήκη υγραερίων (για ρύθμιση της πτητικότητας), ανάμειξη με βενζίνη προερχομένη από την καταλυτική πυρόλυση (έχει μεγάλο αριθμό οκτανίου) κλπ

Ιδιότητες

Οι ιδιότητες της βενζίνης εξαρτώνται από την ποιότητά της, που καθορίζεται με τις προδιαγραφές, δηλαδή με το σύνολο των τιμών και απαιτήσεων για τις ιδιότητες που ενδιαφέρουν το κάθε προϊόν. Σήμερα, στη χώρα μας οι προδιαγραφές είναι κοινές με όλες τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Σύμφωνα με το ΦΕΚ 410, τεύχος Β, του 2001 στο Παράρτημα ΙΙΙ της απόφασης ΑΧΣ αριθ. 291/2003, ορίζονται οι προδιαγραφές για καύσιμα του εμπορίου, που χρησιμοποιούνται από οχήματα με κινητήρες επιβαλλόμενης ανάφλεξης.

Οι σημαντικότερες από αυτές είναι:

1. Η πτητικότητα της βενζίνης
2. Η ποιότητα καύσης που εκφράζεται με την αντικροτικότητα και
3. Ο βαθμός καθαρότητας.

Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες προδιαγραφές, όπως η πυκνότητα, η περιεκτικότητα σε θείο, σε μόλυβδο, κλπ.

Οι προδιαγραφές τροποποιούνται, προσαρµόζονται και επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, όπως η εξέλιξη των κινητήρων, το κόστος, η προστασία του περιβάλλοντος, αλλά και η νοµοθεσία.

Πτητικότητα

Η ιδιότητα που εκφράζει το πόσο εύκολα ή δύσκολα εξατμίζεται συγκεκριμένη ποσότητα βενζίνης, υπό ορισμένες συνθήκες, λέγεται πτητικότητα. Η πτητικότητα ενός καυσίμου προσδιορίζεται στο εργαστήριο από τα στοιχεία απόσταξης και από την τάση των ατμών. Η πτητικότητα έχει μεγάλη σημασία για το κόστος παραγωγής του καυσίμου, την ασφάλεια στους χειρισμούς του, τις απώλειες λόγω της εξάτμισής του και, κυρίως, για τη λειτουργία του κινητήρα. Όσο αυξάνεται η πτητικότητα της βενζίνης τόσο ευκολότερα ξεκινά ο κινητήρας και τόσο ευκολότερα θερμαίνεται. Οι συνέπειες από τη χαμηλή πτητικότητα της βενζίνης είναι:

α) Δυσχέρεια στην εκκίνηση
β) Κακή προθέρμανση
γ) Μειωμένη επιτάχυνση
δ) Κακή διανομή του καυσίμου στους κυλίνδρους
ε) Ρύπανση του λαδιού με καύσιμο.

Και η υπερβολική αύξηση της πτητικότητας της βενζίνης είναι ανεπιθύμητη, γιατί έχει δυσάρεστες συνέπειες για τη λειτουργία του κινητήρα, από τις οποίες σημαντικότερες είναι:

• Μεγάλες απώλειες λόγω εξαέρωσης
• Κίνδυνος σχηματισμού πάγου
• Κίνδυνος ατμόφραξης (vapour lock), δηλαδή παραγωγής υπερβολικής ποσότητας ατμών βενζίνης, μ εαποτέλεσμα να παρεμποδίζεται η ροή του υγρούκαυσίμου και να σταματά η τροφοδοσία.

Με τον όρο «ατμόφραξη» καθορίζονται, επί της ουσίας,δύο φαινόμενα που, αν και είναι διαφορετικά μεταξύ τους, στην πράξη είναι γνωστά με το κοινό όνομα «μπούκωμα». Τα φαινόμενα αυτά περιγράφονται ως εξής:

1. Η ατμόφραξη οφείλεται στη μεγάλη ποσότητα των ατμών βενζίνης που συγκεντρώνεται στη σωλήνωση του καυσίμου, κυρίως μεταξύ του ρεζερβουάρ και της αντλίας βενζίνης, με αποτέλεσμα να σβήνει ο κινητήρας από την κακή τροφοδότηση καυσίμου.
2. Συνηθέστερο φαινόμενο είναι η δυσκολία ή η αδυναμία εκκίνησης του κινητήρα, ύστερα από μακρά και, μάλιστα, εντατική λειτουργία, που προκαλεί υψηλές θερμοκρασίες. Οι θερμοκρασίες αυτές αυξάνουν ακόμη περισσότερο την έκλυση ατμών βενζίνης.

Οι απαιτήσεις της πτητικότητας των βενζινών εξαρτώνται, βεβαίως, από τις κλιματολογικές συνθήκες.

Αριθμός οκτανίου

Η ποιότητα καύσης της βενζίνης καθορίζεται από την αντικροτική της ικανότητα, δηλαδή την αντοχή της βενζίνης σε συμπίεση. Είναι γνωστό ότι η θερμική απόδοση των βενζινομηχανών εξαρτάται από τον βαθμό συμπίεσης. Ο ανταγωνισμός των αυτοκινητοβιομηχανιών «ανάγκασε» τους κατασκευαστές κινητήρων να αυξήσουν τον βαθμό συμπίεσης για να αποδίδουν μεγάλη ισχύ, οπότε άρχισε να εμφανίζεται το φαινόμενο του κτυπήματος (knocking effect) και απαιτούν βενζίνη με μεγάλο αριθμό οκτανίου. Κανονικά, η έναυση του μίγματος αέρα-βενζίνης γίνεται από τον σπινθήρα στο μπουζί. Στις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που αναπτύσσονται στο τέλος της συμπίεσης, είναι δυνατόν να συμβούν:

1. ΠΡΟΑΝΑΦΛΕΞΗ, δηλαδή έκρηξη του μείγματος πριν από τον σπινθηρισμό, άρα πριν από το ΑΝΣ.
2. ΚΡΟΥΣΤΙΚΗ ΚΑΥΣΗ, δηλαδή τοπικές εκρήξεις μετά τον σπινθηρισμό. Προέρχονται από τοπικές εστίες οι οποίες δημιουργούνται σε διάφορα σημεία του άκαυστου μείγματος βενζίνης-αέρα. Τις εστίες αυτές δημιουργούν οι εναποθέσεις διαφόρων κατάλοιπων στο εσωτερικό των κυλίνδρων, που μπορεί να πυρακτώνονται από τις υψηλές θερμοκρασίες.

Όταν συμβαίνει αυτανάφλεξη του μείγματος λόγω της συμπίεσής του, δημιουργούνται μεγάλα κύματα πίεσης στον κινητήρα, που γίνονται αντιληπτά σαν κτύπος (τα «πειράκια»). Όταν μία βενζίνη, σε ορισμένη συμπίεση, αντέχει στην αυτανάφλεξη, λέμε ότι έχει μεγάλο αριθμό οκτανίου. Αντίθετα, όταν στην ίδια συμπίεση αυταναφλέγεται, τότε λέμε ότι έχει μικρό αριθμό οκτανίου.

Ο αριθμός οκτανίου των βενζινών εξαρτάται από τη χημική τους σύσταση. Βενζίνες με αυξημένο αριθμό οκτανίου μπορούν να παρασκευασθούν στα διυλιστήρια με δύο τρόπους:

1. Με χημικές επεξεργασίες, όπως η καταλυτική αναμόρφωση και η καταλυτική πυρόλυση
2. Με χρήση αντικροτικών πρόσθετων, όπως οργανομεταλλικές ενώσεις, για παράδειγμα ο μόλυβδος ή οι οξυγονούχες οργανικές ενώσεις (π.χ. ΜΤΒΕ).

Βέβαια, υπερβολική αύξηση του αριθμού οκτανίου των βενζινών δεν ενδείκνυται, διότι αφενός το κόστος παραγωγής θα αυξανόταν υπερβολικά, σημαντικά δε και οι εκπομπές καυσαερίων. Συγκεκριμένα, για κάθε αύξηση του αριθμού οκτανίου κατά μία μονάδα, έχουμε αύξηση των εκπομπών οξειδίων του αζώτου κατά 20%, περίπου.

Μέτρηση αριθµού οκτανίου

Για να βρούμε τον αριθμό οκτανίου μίας βενζίνης, πρέπει να τη συγκρίνουμε με δύο καύσιμα αναφοράς, σε μία πρότυπη μηχανή δοκιμής (CFR), κάτω από καθορισμένες συνθήκες λειτουργίας. Η κλίμακα του αριθμού οκτανίου καθιερώθηκε ως επίσημη μέθοδος, το 1929.

Ο αριθμός οκτανίου (octane number) βενζίνης είναι η κατά τον όγκο εκατοστιαία αναλογία ισοοκτανίου σε μείγμα με επτάνιο, που δείχνει την ίδια αντικροτικότητα με την υπό εξέταση βενζίνη σε ορισμένες συνθήκες δοκιμής. Η σύγκριση γίνεται σε πρότυπη μονοκύλινδρη βενζινομηχανή (CFR), που λειτουργεί με εντελώς καθορισμένες συνθήκες ως προς:

1. Τη θερμοκρασία του νερού ψύξης (100°C)
2. Τη θερμοκρασία του εισαγόμενου αέρα
3. Την προπορεία (avance) 13°.

Αυτή έχει εντελώς καθορισμένες διαστάσεις και ταχύτητα περιστροφής (600σ.α.λ.), ενώ ο βαθμός συμπίεσης μπορεί να μεταβάλλεται, ώσπου να επιτευχθεί έντονο κτύπημα, την παρουσία του οποίου δείχνει ειδικό όργανο (knockmeter).

Σαν καύσιμα αναφοράς χρησιμοποιούμε:

• Το κανονικό επτάνιο, που αυταναφλέγεται εύκολα και σε χαμηλές συμπιέσεις και του δίνουμε, αυθαίρετα, αριθμό οκτανίου 0, και,
• Το ισοοκτάνιο, που αντέχει στην αυτανάφλεξη και σε μεγάλες ακόμη συμπιέσεις (είναι, δηλαδή, ένα καλό καύσιμο) και του δίνουμε, αυθαίρετα, αριθμό οκτανίου 100.

Στην παραπάνω πρότυπη μονοκύλινδρη μηχανή, σε πρώτη φάση χρησιμοποιείται ως καύσιμο η βενζίνη που πρόκειται να μετρηθεί και καταγράφεται η ένδειξη του κτυπήματος. Κατόπιν, η μηχανή τροφοδοτείται διαδοχικά με μείγματα ισοοκτανίου και επτανίου σε γνωστές αναλογίες, ώσπου να βρεθεί η αναλογία με την οποία η μηχανή δίνει το κτύπημα που μετρήθηκε με την εξεταζόμενη βενζίνη.

Έτσι, δημιουργείται μία κλίμακα για την αξιολόγηση των βενζινών. Μία βενζίνη με αριθμό οκτανίου 96 σημαίνει ότι, όταν καίγεται στην πρότυπη μηχανή με ορισμένες συνθήκες λειτουργίας, μας δίνει την ίδια ένταση κτύπου, που μας δίνει ένα μείγμα από 96 μέρη όγκου από ισοοκτάνιο και 4 μέρη όγκου από επτάνιο.

RON, ΜΟΝ και ΑΚΙ

Για να μπορέσουν να εξαχθούν πιο αξιόπιστα συμπεράσματα ως προς την αντικροτικότητα των βενζινών, ο αριθμός οκτανίου μετριέται με δύο διαφορετικές μεθόδους (Research και Motor). Ανάλογα με τη μέτρηση, η τιμή χαρακτηρίζεται ως:

• Ερευνητικός αριθμός οκτανίου RON (Research Octane Number). Αντοχή σε χτυπήματα του κινητήρα, κατά τη διάρκεια λειτουργίας χαμηλού φορτίου. Χρησιμοποιείται στην πλειονότητα των χωρών, εκτός των Η.Π.Α. και του Καναδά, ως δημόσια αναρτημένη τιμή οκτανίων.
• Αριθμός οκτανίου κινητήρα MON (Motor Octane Number). Αντοχή σε χτυπήματα κινητήρα, κατά τη διάρκεια λειτουργίας υψηλού φορτίου.
• Αριθμός οκτανίου AKI (Anti-Knock Index) ή (RON + MON)/2. Ο μέσος όρος των RON + MON. Η δημοσιευμένη τιμή οκτανίων που χρησιμοποιείται κυρίως στις ΗΠΑ και τον Καναδά.

Ο αριθμός οκτανίου με την ερευνητική μέθοδο RON (Research Octane Number) σχετίζεται, καλύτερα, με ήπιες συνθήκες οδήγησης και χαμηλές στροφές, ενώ η μέθοδος κινητήρα ΜΟΝ με υψηλές στροφές και μεταβατικές συνθήκες λειτουργίας.

Ο ίδιος κινητήρας δοκιμής οκτανίων χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό τόσο του RON όσο και του MON, αλλά λειτουργεί σε διαφορετικές στροφές/λεπτό και θερμοκρασία αέρα εισαγωγής. Στις ΗΠΑ, το R+M/2 σημαίνει, απλώς, ότι υπολογίζουμε τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων RON και MON. Αυτό το R+M/2 ονομάζεται δείκτης Anti-Knock Index, ή απλά, AKI.

Οι περισσότερες ευρωπαϊκές και ασιατικές χώρες αναφέρουν μόνο την τιμή RON. Η Ευρώπη χρησιμοποιεί βενζίνη με υψηλότερα οκτάνια, αλλά η Regular 95 RON της Ευρώπης είναι παρόμοια με την 91 AKI Premium των ΗΠΑ.

Όπως αναφέρθηκε, ο μέσος όρος μεταξύ RON και MON είναι AKI, ενώ η διαφορά μεταξύ RON και MON ονομάζεται Ευαισθησία Οκτανίου (SI – Octane Sensitivity). Σήμερα, μία καλή βενζίνη μπορεί να παρέχει ένα SI μεγαλύτερο από 11 ή ακόμα και 12. Γνωρίζοντας ότι η αιθανόλη έχει SI 20, απλά προσθέτοντας 15-20% περισσότερη αιθανόλη στη σημερινή βενζίνη μπορούμε να ξεπεράσουμε σε SI το 12.

Βαθµός καθαρότητας – Πρόσθετα

Ο βαθμός καθαρότητας των βενζινών επηρεάζει, σημαντικά, την απόδοση και γενικά την κατάσταση του κινητήρα. Τα σημαντικότερα από τα ανεπιθύμητα συστατικά που επηρεάζουν τον βαθμό καθαρότητας των βενζινών είναι οι θειούχες και οι κομμιώδεις ουσίες. Η περιεκτικότητα τέτοιων ενώσεων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα ανώτατα όρια που καθορίζουν οι προδιαγραφές.

Εκτός των υδρογονανθράκων η βενζίνη περιέχει πρόσθετες ενώσεις για τη βελτίωση των ιδιοτήτων της, χρωστικές ουσίες και ιχνηθέτες.

Για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών ποιότητας της βενζίνης επιβάλλεται η χρήση πρόσθετων. Μπαίνουν στη βενζίνη σε συγκεκριμένη ποσότητα, με σκοπό να αποφεύγεται η μείωση της απόδοσης των κινητήρων, να αυξάνεται η διάρκεια ζωής τους και να ελέγχονται οι εκπομπές καυσαερίων. Η προσθήκη γίνεται με ευθύνη των εταιρειών εμπορίας πετρελαιοειδών, όσον αφορά την αποτελεσματικότητά τους για τον σκοπό που προορίζονται. Τα πρόσθετα που χρησιμοποιούνται πρέπει είναι αποδεκτά από τη νομοθεσία και να συμφωνούν με τις ανάλογες προδιαγραφές.

Αντικροτικά πρόσθετα

Τα χημικά αντικροτικά πρόσθετα (additives) είναι ουσίες που προστίθενται σε μικρή αναλογία και αυξάνουν, ως ένα σημείο με οικονομικό τρόπο, την αντικροτική ικανότητα, δηλαδή τον αριθμό οκτανίου, της βενζίνης.

Τα σημαντικότερα αντικροτικά πρόσθετα σήμερα είναι:

1. Αλκοόλες: Μεθανόλη (MeOH), αιθανόλη (EtOH), ισοπροπανόλη (IPA), τ-Βουτανόλη (ΤΒΑ).
2. Αιθέρες: Μεθυλο-τ-βουτυλαιθέρας (MTBE – Methyl, Tertiary-Butyl-Ether), που προστίθενται σε αναλογία μέχρι 10%, ταμυλμεθυλαιθέρας (TAME), Αιθυλο-τ-βουτυλαιθέρας (ΕΤΒΕ).

Οι περισσότερες οξυγονούχες ενώσεις έχουν υψηλό αριθμό οκτανίου και μπορούν, σε μικρή ποσότητα, να αυξήσουν τον αριθμό οκτανίου της βενζίνης κατά 3 με 5 μονάδες.

Οι τύποι των βενζινών

Στην ελληνική αγορά κυκλοφορούν 3 βασικοί τύποι βενζινών για χρήση σε οχήματα:

• Η απλή premium αμόλυβδη βενζίνη 95 οκτανίων (RON 95)
• Η σούπερ LRP (Lead Replacement Petrol) βενζίνη με υποκατάστατο μολύβδου (RON 96)
• Η σούπερ αμόλυβδη βενζίνη 100 οκτανίων (RON 100).

Του ΝΙκου ΒασιλΑκΗ