Ребята, я тут решил написать сборный пост про бензин. От скважины до бензоколонки.
Сам я к нефти имею такое же отношение, как и к бензину - а ровно никакого. Вся информация собрана с помощью гугления интернетов, и совсем не претендует на истину в последней инстанции.
С радостью приму ваши замечания и исправления в комментариях.
Приятного прочтения;)


UPD: Добавил про изомеризацию и каталитический риформинг.
UPD2: Добавил исправления от @Svobodniy. Спасибо ему!)

Итак, как все знают, все начинается с нефти, которая является сырьем для производства бензина. Существует 3 теории образования нефти:
1 — Органическая — дерево-болото-торф–гумус=нефть. ( В нее верят 90% геологов)
2 — Неорганическая — углерод+тепло+вода=нефть (В нее верил Меделеев)
3 — Космическая, нефть образовалась при образовании земли (в нее верят параноики)
В целом ни одна теория, не подтверждается.
Википедия говорит, что нефть образовалась из остатков морских водорослей и зоопланктона в пермский период (298,9 - 252,2 млн. лет назад).
Основные современные залежи нефти расположены на глубинах от 800 м. до 2.5 км. Но они уже исчерпываются и многие месторождения в мире уже имеют гулбины 5-6 км. Есть и 8 км. Самая глубокая в мире скважина - геологоразведочная Кольская сверхглубокая скважина - почти 11,3 км.

Бурение

Для начала, чтобы добраться до заветной массы, нужно пробурить скважину с помощью бура. Бурят долотами с 2-3 крутящимися шарошками, на которых обычно впаяны зубцы из твердых сплавов, типа корунда. Алмазные долота используются для выбуривания керна. Для охлаждения, а так же для создания противодавления на забой (нижняя точка скважины, там где бурится), чтобы при вскрытии каких либо флюидосодержащих пластов не было выброса бурильной головки, в трубу постоянно закачивается буровой раствор под высоким давлением. Этот же раствор перебрасывает буровой шлам на поверхность в виде буровой мути. Во время бурения трубу постоянно наращивают, тем самым углубляясь в недры. Скорость бурения сильно зависит от применяемых технологий, от пород, от глубины и т.д. По одной российской компании, за январь коммерческая скорость проходки составила примерно 2700 м станко-месяц. Т.е. в среднем 1 станок проходил 2700 метров. 2700 / 31 / 24 = 3,6 м. Но сюда входят подготовительные работы, различные остановки, аварии и т.д. Чистая скорость бурения долота, на вскидку, 10 метров в час, а то и больше.
Есть технологии "беспрерывного" бурения, например, колтьюбинг. Там скорость проходки в разы выше.

Добыча

Существует несколько способов добычи «черного золота» - фонтанный, компрессорный (газлифтный) и насосный.
Фонтанный способ применяется при начальной эксплуатации скважины, когда пластовое давление залежи достаточно велико, и нефть сама лупит струей из-под земли. Когда давления перестает хватать, а нефти в скважине еще огого - требуется ее от-туда выкачивать.



При компрессорном, или газлифтном, методе в скважину компрессором закачивают газ, который смешивается с нефтью. Плотность нефти снижается, забойное давление становится ниже пластового, что вызывает движение жидкости к поверхности земли. Закачивается очищенный сухой газ (не воздух и с воздухом он никак не смешивается). Давно уже есть технологии по отделению и повторной очистке этого газа для последующей закачки. И никакой коррозии. Точнее она не из-за этого метода, а из-за того, что в нефти есть вода и зачастую сероводород. Газлифтный метод применяется на месторождениях Западной Сибири, Туркмении, Западного Казахстана.

Насосный способ предполагает наличие насоса, который спускают на определенную глубину.
Больше всего в мире ЭЦНов (электроцентробежных насосов) - спускаемый в скважину двигатель с надетыми на его вал десятками-сотнями насосных ступеней. И он выталкивает нефть как бы снизу. Штанговые глубинные насосы (ШГН) – качающие головой ослы являются вторыми по популярности. Круговое движение вращающегося махового колеса преобразуется в вертикальное, и оно, подобно гигантскому металлическому шприцу, вытягивает нефть на поверхность.

Переработка

Нефть, поступающая из недр на поверхность земли, содержит попутный газ, воду, минеральные соли и механические примеси. Перед транспортировкой и подачей на переработку газы, механические примеси, основная часть воды и солей должны быть удалены из нефти.
Сырая нефть состоит из смеси углеводородов, каждый из которых имеет разное количество атомов углерода. У них различный вес. Самый легкий – пропан, а самый тяжелый используется для изготовления асфальта.

При переработке нефть нагревают до температуры свыше 370° C и закачивают в основание башни сепаратора. В результате поднимается пар. При тепловой обработке конденсируются молекулы, сначала самые тяжелые – битумные(в основании). Более легкие молекулы, входящие в бензин и керосин продолжают подниматься, пока тоже не обратятся в жидкость, и их можно будет откачать. Трудность такого процесса состоит в том, что теперь бензин становится чрезвычайно взрывоопасным.
Методом выпаривания легких фракций из нефти мы получаем бензин, октановое число которого составляет около 60. Дальше топливо проходит последующие ступени крекинга и различных видов очистки (физических и химических). И в зависимости от всех этих ступеней мы получим октановое число 90 и выше. Конечно, чем больше ступеней и их технологичность, тем дороже топливо. В основном получают 92-95 бензины. А вот до 98 догоняют присадками. Для отдельных отраслей получают и 98 бензины без присадок... но дорого.




4,2% выход бензина нет даже из самой плохой тяжелой нефти... минимум 10% и то при прямой перегонке. А кому хочется терять дорогое топливо? Поэтому придумали еще различные последующие обработки... в основном крекинг (он тоже бывает различных типов). Итого выход бензина из средней нефти составляет 40-50%. Из хорошей легкой до 80-85%...

Сортность бензина (антидетонационная стойкость)

Скорость горения бензина в цилиндре - около 30-40 метров в секунду. Скорость детонации - не менее полутора километров в секунду. Взрыв, обращенный навстречу двигающемуся поршню, запросто поломает кольца и много еще чего натворит. Поверхность цилиндра в таком случае полностью невредимой остается редко.

В 1926 году американский химик Грэхэм Эдгар предложил способность бензина противостоять детонации измерять октановым числом по предложенной им шкале. В основу он положил очень низкие антидетонационные свойства гептана (октановое число 0) и очень высокие - изооктана (октановое число 100), двух углеводородов, входящих в состав бензина. Например, октановое число 93 означает, что бензин детонирует при тех же условиях, что и смесь из 93% гептана и 7% изооктана. В те годы, максимальное октановое число, которое удавалось получить колебалось от 40 до 60.

Существует два метода определения сортности бензина - исследовательский и моторный. Исследовательский тестируют на малых оборотах. Именно его мы покупаем на заправках (АИ-92, АИ-95)
Моторный же разогревают до 149 градусов и тестируют на повышенных оборотах, тем самым увеличивая вероятность детонации. Разница между моторным и исследовательским методами в абсолютных числах составляет не более 10 единиц. Т.е. АИ-95 соответствует А-85.

Как писалось выше, октановое число, полученного выпариванием нефти, бензина - около 60. Далеко на нем мы не уедем.

Для увеличения ОЧ применяются такие процессы как изомеризация и каталитический риформинг.
Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. Большинство действующих, проектируемых и строя­щихся в России установок изомериза­ции основано на технологиях компа­нии UOP, которая ведет их разработку с 60-х годов X века. В соответствии с технологией октановое число изомеризата до 85-86 пунктов может быть полу­чено в режиме рециркуляции нормаль­ных парафинов, которые выделяются из реакционной смеси фракционирова­нием с дальнейшей экстракцией и адсорбцией на молекулярных ситах. Сочетание процессов Репех (изомери­зации) и Mole (селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах) фирмы UOP позволяет за счет увеличе­ния конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина. Про­цесс ТИП также представляет собой комбинированную технологию, соче­тающую процессы изомеризации, выделения и рециркуляции н-парафинов.
Процесс изомеризации является одним из самых легко встраиваемых звеньев для получения высокооктановых компонентов бензинов. Сырьем для него главным образом служат легкие фракции прямогонных, газовых бензинов, а также бензинов риформинга и гидрокрекинга, имеющие низкое октановое число — от 69 до 85 пунктов. В процессе изомеризации, получают так называемый изомеризат, октановое число кото­рого в результате увеличивается и находится в интервале 85-90 пунк­тов, причем выход продукта из сырья очень высокий и составляет 98%.

Процесс каталитического риформинга бензиновых фракций (от англ. Reforming - переделывать, улучшать) - это промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти.
До 30-х годов 20 века риформинг представлял собой разновидность термического крекинга и проводился при 5400 С для получения бензина с октановым числом 70-72.
С 40-х годов риформинг - каталитический процесс, научные основы которого разработаны Н.Д. Зелинским, а также В.И. Каржевым, Б.Л. Молдавским. Впервые этот процесс был осуществлен в 1940 г в США.
Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов при t 350-5200 С, в присутствии различных катализаторов: платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом, риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. В результате риформинга бензиновых фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым числом 90-95, 1-2% водорода и остальное количество газообразных углеводородов. Из трубчатой печи под давлением нефть подается в реакционную камеру, где и находится катализатор, отсюда она идет в ректификационную колонну, где разделяется на продукты

Присадки

В 1921 году General Motors впервые открыли и начали применять тетраэтилсвинец, который, даже при небольших дозах, способен увеличить октановое число на 20 единиц. Тетраэтилсвинец - сильнейший и опаснейший яд, вызывающий поражения нервной системы. В чистом виде не применялся, а смешивался с этиловой жидкостью. Такой бензин назывался этилированным. Мощность двигателей существенно возросла, благодаря высокой степени сжатия. Через 30 лет в США таки заметили, что травят народ свинцом. В 1986 году, в США, этилированный бензин был вытеснен с продажи. В России ТЭС запретили в 2002.

После этого, в качестве антидетонатора бензина начали использовать ферроцен, который во многом безопаснее, экологичнее и проще в применении. Добавление 160-180 грамм на тонну бензина способно повысить октановое число на 4-5 единиц. Побочный эффект ферроцена - ярко красный токопроводящий налет на свечах и катализаторе.



В последнее время, для увеличение октанового числа используется метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). При добавлении 10 - 20 % повышает октановое число от 6 - 15 единиц в зависимости от качества топлива. Бензины с добавкой МТБЭ обладает меньшим нагарообразованием, пониженной токсичностью, высокой детанационной стойкостью и стабильностью. Октановое число МТБЭ - от 115 до 135 по исследовательскому методу или от 98 до 100 — по моторному. При испытаниях отмечено, что применение МТБЭ ведет лишь к незначительному увеличению расхода бензина. Температура кипения МТБЭ составляет 55° C, что в некоторых случаях ограничивает его применение в летний период.


Спасибо, что дочитали до конца:)


Источники:
http://bmwservice.livejournal.com/
http://engs1.blogspot.ru/2011/06/48.html
http://www.ngpedia.ru/
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/97567/Компрессия
http://auto.lafa.kz/info/news/8681/etot-den-v-istorii
http://akteon.livejournal.com/97723.html
http://www.ngpedia.ru/id418192p1.html
http://e-him.ru/
http://www.phas.ru
http://www.indpg.ru/nik/2008/04/2929.html
http://www.nefthim.ru/manual/slot1/
http://oils.himdetail.ru/oil12.php