Pourquoi l'essence est-elle «régulière» au lieu de quelque chose de plus résistant aux chocs?

Le distillat de pétrole léger standard pour les moteurs de véhicules, «l'essence ordinaire», est (ou est équivalent à) un mélange d'heptane (C7) et d'octane (C8). Des proportions plus élevées de C8 sont plus résistantes aux chocs, ce qui permet des taux de compression plus élevés et donc une utilisation plus efficace de l'énergie dans les moteurs à combustion interne.

Les raffineries modernes ne produisent-elles pas à peu près le mélange d'hydrocarbures qu'elles souhaitent grâce à des combinaisons de distillation, de craquage et d'alkylation?

Dans l'affirmative, pourquoi produit-on de l'essence «régulière» en de telles quantités et pourquoi une prime est-elle facturée pour les mélanges plus résistants aux chocs («indice d'octane plus élevé»)? Par exemple, si une raffinerie devait produire un seul distillat de carburant léger, ne pourrait-elle pas produire aussi facilement et à moindre coût un mélange "100 octane" que l'actuel "87 octane"?

Ou est-ce réellement moins cher de produire de l'essence "à faible indice d'octane"?

Notez que "100 octane" ne signifie pas 100% d'octane, car le nombre "d'octane" d'un hydrocarbure dépend de ses isomères, avec des isomères plus fortement ramifiés ayant plus de résistance aux chocs . Ainsi, du carburant à 100 octanes peut être produit avec de nombreux mélanges de C7, C8, et même des hydrocarbures plus légers et plus lourds.

Une caractérisation des constituants isomères du pétrole brut pourrait répondre à cette question. Par exemple, si la matière première brute a tendance à avoir plus d'isomères linéaires, alors de l'énergie devrait être mise en isomérisation pour produire des distillats plus résistants aux chocs.

Eh bien, les raffineurs sont avant tout une entreprise, ils doivent donc prendre les décisions qui leur rapportent le plus d'argent. Considérant cela, pensons à la fissuration et à l'isomérisation par catalyse. Le raffineur va avoir besoin de réacteurs, de tuyauterie et de pompage supplémentaires, probablement de colonnes de distillation supplémentaires, de chargement de catalyseur, etc. L'énergie seule pour faire la distillation est généralement très lourde et si vous avez affaire à l'isomérisation, vous pourriez probablement avoir affaire à des produits chimiques similaires qui ne se séparent pas facilement (ce qui signifie une énorme énergie et donc des coûts d'exploitation monétaires). Les catalyseurs peuvent souvent être bon marché, mais sont généralement fabriqués à partir de bases de zéolite dopées avec des métaux rares ou lourds, et peuvent coûter de 5 $ à des milliers de dollars par kilogramme, et ils ne durent pas éternellement (frittage, empoisonnement, etc.).

Ainsi, même sans chiffres, vous pouvez voir où cela pourrait devenir très impliqué pour une entité de produire des matériaux à indice d'octane plus élevé. Mais s'ils peuvent obtenir une prime pour cela et gagner de l'argent, ils le feront bien (certains le font)? Voici un autre facteur: les biocarburants.

Les biocarburants sont actuellement mandatés par la norme sur les carburants renouvelables pour être intégrés dans l'approvisionnement américain en carburant. Cela comprend de nombreux carburants renouvelables et biocarburants différents, mais le plus important est l'éthanol-carburant (à partir de l'amidon actuellement, cellulosique plus tard). Le lien ci-dessous donne un aperçu du mandat de RFS. Il est important de noter que les parties tenues de mélanger ces biocarburants sont les raffineurs et les importateurs de produits pétroliers bruts ou finis .

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

Étant donné que ces entités sont tenues par la loi (effectivement en vertu de la loi sur la qualité de l'air) de mélanger ces carburants, il est plus logique de les utiliser de la meilleure façon possible. L'éthanol fournit un avantage très spécifique aux raffineurs, car il peut avoir un impact considérable sur le RON final, le MON ou l'indice d'octane combiné des carburants à essence de qualité inférieure.

Donc, d'un point de vue commercial, il est plus économique d'investir peu ou pas de dépenses en capital ou d'exploitation dans l'équipement de traitement améliorant l'octane, de respecter l'obligation prescrite et en même temps de mélanger l'éthanol avec des coupes de carburant de qualité inférieure tout en même indice d'octane par rapport au rack pour le distributeur / consommateur.

Selon l'endroit où vous vous trouvez, le carburant automobile «ordinaire» se situe entre 85 et 95. Cependant, un certain nombre, disons 95, ne signifie pas qu'il s'agit d'un mélange de 95% d'octane et de 5% d'heptane. Cela signifie simplement que le carburant a des propriétés de résistance aux chocs similaires à ce mélange. La composition réelle peut être n'importe quel mélange d'hydrocarbures isomères.

Au fur et à mesure que le nombre qui dénote la résistance aux chocs augmente, le mélange devient progressivement plus cher à fabriquer.

Notez également que la composition idéale du carburant pour un moteur à combustion interne donné est soumise à des variables. La pression atmosphérique, par exemple, est un facteur. Les mélanges air / carburant idéaux varient pour différentes compositions de carburant. À, disons, à une altitude de 6000 pieds (où je vis), divers mélanges de carburant fonctionnent différemment qu'au niveau de la mer. Les conditions locales peuvent donc également être prises en compte lors de la formulation de mélanges de carburants.

Comme cela a été noté; Faire de l '"octane" coûte de l'argent. Et parce qu'il existe de nombreux processus pour fabriquer ces nombreux composants d'octane, il existe de nombreux coûts et "histoires" différents. Une histoire; Les xlyènes sont un indice d'octane très élevé et des composants clés en matière première polyester, donc une valeur concurrentielle très élevée. Deuxième histoire; le reformage produit de nombreux composants à indice d'octane élevé, mais en raison de la pression d'hydrogène élevée et de la pression totale élevée et du catalyseur du groupe du platine, ce procédé est coûteux. Peut-être obtenir un livre sur le fonctionnement des raffineries.

La réponse simple est le profit. Ils peuvent facturer plus pour les nombres plus élevés même si le coût n'est pas relatif à l'augmentation. Je ne peux pas vous dire combien cela coûte de plus pour produire un indice d'octane élevé, mais je suis convaincu qu'il y a des dépenses supplémentaires.

Les mélanges d'hiver comme mentionné ci-dessus sont plus pour les taux d'évaporation. Si vous considérez qu'une grande ville a plusieurs centaines de stations-service, l'essence totale évaporée de tous ces réservoirs est importante. Étant donné que le taux d'évaporation du carburant est directement lié à la température, ils peuvent utiliser un carburant plus évaporatif en hiver qu'en été.

Ils ont également des zones où ils doivent utiliser de l'essence plus lourde même en hiver en raison de la concentration des stations-service.

J'ai appris tout cela en travaillant pour une société pipelinière qui stockait et transférait le carburant de toutes les grandes sociétés pétrolières de leurs raffineries aux terminaux où elles étaient chargées sur des camions. Anecdote intéressante, l'essence dans mes pipelines avait un indice d'octane dans les années 60 lorsque nous l'avons testé. L'indice d'octane que vous voyez à la pompe provient de l'éthanol qu'ils ajoutent au terminal lors du chargement des camions. Cela est principalement dû au fait que vous ne voulez pas d'alcool dans les réservoirs de stockage en vrac, car il absorberait une énorme quantité d'eau des réservoirs.

Une autre raison qui n'a pas encore été mentionnée est «l'effet réseau». Un État américain ou un pays européen ne peut pas augmenter sensiblement ses besoins en octane. La raison pour laquelle vous souhaitez un indice d'octane plus élevé est qu'il permet des taux de compression plus élevés dans les moteurs, ce qui augmente l'efficacité énergétique. Dans la plupart des moteurs, le taux de compression est fixe et est optimisé pour le carburant disponible dans la zone où la voiture est vendue. (Les taux de compression diffèrent parfois pour les variantes EU et US de la même voiture, en raison des indices d'octane plus élevés du carburant dans l'UE.)

Si les exigences d'octane étaient augmentées quelque part, cela ne permettrait aux voitures neuves vendues là-bas d'utiliser le carburant à indice d'octane plus élevé en ayant un taux de compression plus élevé. Mais si un seul État américain ou pays de l'UE avait ces exigences d'octane plus élevées, les voitures utilisant un taux de compression plus élevé correspondant ne fonctionneraient pas bien lorsqu'elles seraient conduites vers un autre État / pays utilisant l'indice d'octane inférieur, de sorte que les constructeurs automobiles ne commenceraient pas à vendre des voitures avec un indice d'octane plus élevé. taux de compression, sauf si une grande surface (par exemple l'ensemble des États-Unis ou de l'UE) changerait son octane de carburant. Et les changements qui influencent un continent sont très lents avec beaucoup de parties prenantes, s'ils se produisent.

Ainsi, une fois les indices d'octane définis, ils sont difficiles à modifier. Et l'accent mis sur l'efficacité énergétique est probablement relativement récent (même si je ne sais pas quand ces indices d'octane ont été normalisés).