Por que o padrão de gasolina é "regular" em vez de algo mais resistente a batidas?

O destilado de petróleo leve padrão para motores de veículos, "gasolina comum", é (ou é equivalente a) uma mistura de heptano (C7) e octano (C8). Proporções mais altas de C8 são mais resistentes a batidas, o que permite taxas de compressão mais altas e, portanto, uma utilização mais eficiente da energia em motores de combustão interna.

As refinarias modernas não produzem praticamente qualquer mistura de hidrocarbonetos que desejam através de combinações de destilação, craqueamento e alquilação?

Se sim, por que a gasolina "regular" é produzida em quantidades tão grandes e por que é cobrado um prêmio por misturas mais resistentes a batidas ("octanas altas")? Por exemplo, se uma refinaria tivesse que produzir apenas um destilado de combustível leve, não poderia produzir de maneira tão fácil e barata uma mistura de "100 octanas" como a atual "87 octanas"?

Ou é realmente mais barato produzir gasolina com "menor octanagem"?

Observe que "100 octanas" não significa 100% de octanas, já que o número de "octanas" de um hidrocarboneto depende de seus isômeros, com mais isômeros altamente ramificados tendo mais resistência a batidas . Assim, o combustível de 100 octanas pode ser produzido com muitas misturas de C7, C8 e até incluir hidrocarbonetos mais leves e pesados.

Uma caracterização dos constituintes isoméricos do petróleo bruto pode responder a essa pergunta. Por exemplo, se a matéria-prima bruta tende a ter isômeros mais lineares, então a energia teria que ser colocada na isomerização para produzir destilados mais resistentes a batidas.

Bem, acima de tudo, as refinarias são um negócio, por isso devem tomar as decisões que lhes dão mais dinheiro. Considerando isso, vamos pensar em rachaduras e isomerização via catálise. O refinador exigirá reatores adicionais, tubulações e bombeamentos, provavelmente colunas adicionais de destilação, carregamento de catalisador etc. A energia necessária para a destilação é geralmente muito onerosa e, se você estiver lidando com isomerização, provavelmente estará lidando com produtos químicos semelhantes que não se separam facilmente (significando energia enorme e, portanto, custos operacionais monetários). Os catalisadores geralmente podem ser baratos, mas geralmente são feitos de bases de zeólita dopadas com metais raros ou pesados, e podem custar de US $ 5 a milhares de dólares por quilograma, e não duram para sempre (sinterização, envenenamento, etc.).

Portanto, mesmo sem números, você pode ver onde isso pode se tornar muito envolvido para uma entidade produzir os materiais com maior octanagem. Mas se eles conseguirem um prêmio por isso e ganharem dinheiro, farão o que é certo (alguns fazem)? Aqui está outro fator: biocombustíveis.

Atualmente, os biocombustíveis são obrigados por meio do Padrão de Combustível Renovável a incorporar-se ao suprimento de combustível nos EUA. Isso inclui muitos renováveis ​​e biocombustíveis, mas o mais proeminente é o etanol combustível (a partir do amido atualmente, celulósico posteriormente). O link abaixo fornece uma visão geral do mandato da RFS. É importante observar que as partes obrigadas a misturar esses biocombustíveis são refinadoras e importadoras de produtos brutos ou acabados de combustível de petróleo .

https://www.epa.gov/renewable-fuel-standard-program/final-renewable-fuel-standards-2017-and-biomass-based-diesel-volume

Como essas entidades são obrigadas por lei (de acordo com a lei do ar limpo) a misturar esses combustíveis, faz mais sentido utilizá-los da melhor maneira possível. O etanol fornece uma vantagem muito específica para as refinarias, pois pode afetar drasticamente o número final de RON, MON ou octano combinado de combustíveis de gasolina de menor qualidade.

Portanto, do ponto de vista comercial, faz mais sentido econômico investir pouco ou nenhum capital ou despesa operacional em equipamentos de processo para melhorar a octanagem, cumprir a obrigação obrigatória e, ao mesmo tempo, misturar o etanol com cortes de combustível de menor qualidade, mas ainda assim mesma classe de octanagem do rack para o distribuidor / consumidor.

Dependendo de onde você estiver, o combustível automotivo "regular" varia entre 85 e 95. No entanto, vários, digamos, 95, não significam que seja uma mistura de 95% de octanagem e 5% de heptano. Significa apenas que o combustível possui propriedades de resistência à batida semelhantes a esta mistura. A composição real pode ser qualquer mistura de hidrocarbonetos isoméricos.

À medida que o número que denota a resistência à batida aumenta, a mistura se torna progressivamente mais cara de fabricar.

Observe também que a composição ideal de combustível para um determinado motor de combustão interna está sujeita a variáveis. A pressão do ar, por exemplo, é um fator. As misturas ideais de combustível / ar variam para diferentes composições de combustível. A, digamos, altitude de 6000 pés (onde eu moro), várias misturas de combustível têm desempenho diferente do que no nível do mar. Portanto, as condições locais também podem ser consideradas quando se trata de formular misturas de combustível.

Como foi observado; Custa dinheiro para fazer "octanagem". E como existem muitos processos para produzir esses muitos componentes de octanagem, existem muitos custos e "histórias" diferentes. Uma história; xlyenes são octanagem muito alta e componentes-chave na matéria-prima de poliéster, portanto, um valor competitivo muito alto. Segunda história; a reforma produz muitos componentes de alta octanagem, mas devido à alta pressão de hidrogênio e à alta pressão total e ao catalisador do grupo da platina, esse processo é caro. Talvez consiga um livro sobre como as refinarias funcionam.

A resposta simples é lucro. Eles podem cobrar mais pelos números mais altos, mesmo que o custo não seja relativo ao aumento. Não sei dizer quanto custa para produzir alta octanagem, mas estou confiante de que há despesas adicionais.

As misturas de inverno, como mencionado acima, são mais para taxas de evaporação. Se você considera uma cidade grande com muitas centenas de postos de gasolina, o total de gasolina evaporada de todos esses tanques é significativo. Como a taxa de evaporação do combustível se correlaciona diretamente com a temperatura, eles podem usar um combustível mais evaporativo no inverno do que no verão.

Eles também têm zonas onde precisam usar a gasolina mais pesada, mesmo no inverno, devido à concentração de postos de gasolina no local.

Aprendi tudo isso enquanto trabalhava para uma empresa de oleodutos que armazenava e transferia combustível para todas as principais empresas de petróleo de suas refinarias para os terminais onde eram carregadas em caminhões. Curiosidades interessantes, a gasolina em meus oleodutos tinha uma classificação de octanagem nos anos 60 quando a testamos. A classificação de octanagem que você vê na bomba é do etanol adicionado no terminal durante o carregamento dos caminhões. Isso se deve principalmente ao fato de você não querer álcool em tanques de armazenamento a granel, pois consumiria uma quantidade enorme de água dos tanques.

Outro motivo que ainda não foi mencionado é o 'efeito de rede'. Um estado dos EUA ou país europeu não pode aumentar sensivelmente seus requisitos de octanagem. A razão pela qual você deseja classificações mais altas de octanas é porque permite taxas de compressão mais altas nos motores, o que aumenta a eficiência de combustível. Na maioria dos motores, a taxa de compressão é fixa e otimizada para o combustível disponível na área em que o carro é vendido. (Às vezes, as taxas de compressão diferem para as variantes da UE e dos EUA do mesmo carro, devido às classificações mais altas de octanas de combustível na UE.)

Se os requisitos de octanas fossem aumentados em algum lugar, isso só permitiria que os carros novos vendidos lá utilizassem o combustível de octanas mais alto por ter uma taxa de compressão mais alta. Mas se apenas um estado dos EUA ou um país da UE tivesse esses requisitos de octanagem mais altos, os carros com uma taxa de compressão mais alta correspondente não funcionariam bem quando conduzidos para outro estado / país usando a classificação de octanas mais baixa, para que os fabricantes de automóveis não começassem a vender carros com uma maior taxa de compressão, a menos que uma grande área (por exemplo, EUA ou UE inteira) altere sua octanagem de combustível. E as mudanças que influenciam um continente são muito lentas com muitas partes interessadas, se é que acontecem.

Portanto, uma vez definidas as classificações de octanas, elas são difíceis de mudar. E o foco na eficiência de combustível é provavelmente relativamente recente (embora eu não saiba quando essas classificações de octanas foram padronizadas).