¿Por qué la gasolina “regular” es estándar en lugar de algo más resistente a los golpes?

El destilado de petróleo ligero estándar para motores de vehículos, "gasolina regular", es (o es equivalente a) una mezcla de heptano (C7) y octano (C8). Proporciones más altas de C8 son más resistentes a los golpes, lo que permite relaciones de compresión más altas y, por lo tanto, una utilización de energía más eficiente en motores de combustión interna.

¿Las refinerías modernas no producen prácticamente la mezcla de hidrocarburos que desean a través de combinaciones de destilación, craqueo y alquilación?

Si es así, ¿por qué se produce gasolina "regular" en tales cantidades y por qué se cobra una prima por mezclas más resistentes a los golpes ("mayor octanaje")? Por ejemplo, si una refinería tuviera que producir un solo destilado de combustible liviano, ¿no podría producir una mezcla de "100 octanos" tan fácil y barata como la actual "87 octanos"?

¿O es realmente más barato producir gasolina de "bajo octanaje"?

Tenga en cuenta que "100 octanos" no significa 100% de octanos, ya que el número de "octanos" de un hidrocarburo depende de sus isómeros, con más isómeros altamente ramificados que tienen más resistencia a los golpes . Por lo tanto, se puede producir combustible de 100 octanos con muchas mezclas de C7, C8 e incluso incluir hidrocarburos más ligeros y pesados.

Una caracterización de los componentes isoméricos del petróleo crudo podría responder a esta pregunta. Por ejemplo, si la materia prima cruda tiende a tener más isómeros lineales, entonces la energía tendría que ser puesta en isomerización para producir más destilados resistentes a los golpes.

Bueno, ante todo, los refinadores son un negocio, por lo que deben tomar las decisiones que les permitan obtener la mayor cantidad de dinero. Considerando esto, pensemos en el craqueo y la isomerización por catálisis. El refinador requerirá reactores adicionales, tuberías y bombeo, probablemente columnas de destilación adicionales, carga de catalizador, etc. La energía sola para hacer la destilación generalmente es muy onerosa y, si se trata de isomerización, es probable que se trate de productos químicos similares. que no se separan fácilmente (lo que significa una gran energía y, por lo tanto, costos operativos monetarios). Los catalizadores a menudo pueden ser baratos, pero generalmente están hechos de bases de zeolita dopadas con metales raros o pesados, y pueden costar entre $ 5 y miles de dólares por kilogramo, y no duran para siempre (sinterización, envenenamiento, etc.).

Entonces, incluso sin números, puede ver dónde podría estar muy involucrado para que una entidad produzca los materiales de mayor octanaje. Pero si pueden obtener una prima y ganar dinero, ¿lo harán bien (algunos lo hacen)? Aquí hay otro factor: los biocombustibles.

Los biocombustibles están obligados actualmente a través del Estándar de Combustible Renovable para integrarse en el suministro de combustible de los EE. UU. Esto incluye muchos diferentes combustibles renovables y biocombustibles, pero el más destacado es el etanol combustible (del almidón actualmente, celulósico más adelante). El siguiente enlace proporciona una descripción general del mandato de RFS. Es importante tener en cuenta que las partes obligadas a mezclar estos biocombustibles son refinadores e importadores de productos derivados del petróleo crudo o terminado .

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

Debido a que estas entidades están obligadas por ley (efectivamente bajo la ley de aire limpio) a mezclar estos combustibles, tiene más sentido utilizarlos de la mejor manera posible. El etanol proporciona una ventaja muy específica a las refinerías, ya que puede afectar drásticamente el RON final, el MON o el Número de octano combinado de combustibles de gasolina de menor calidad.

Por lo tanto, desde una perspectiva comercial, tiene el mayor sentido económico invertir poco o nada de capital o gastos operativos en equipos de proceso que mejoren el octano, cumplir con la obligación obligatoria y al mismo tiempo mezclar el etanol con cortes de combustible de menor calidad, pero aun así lograr el mismo grado de octanaje al estante para el distribuidor / consumidor.

Dependiendo de dónde se encuentre, el combustible para automóviles "regular" oscila entre 85 y 95. Sin embargo, una cantidad de, por ejemplo, 95, no significa que sea una mezcla de 95% de octano y 5% de heptano. Simplemente significa que el combustible tiene propiedades de resistencia al golpe similares a esta mezcla. La composición real puede ser cualquier mezcla de hidrocarburos isoméricos.

A medida que aumenta el número que indica la resistencia al golpe, la mezcla se vuelve progresivamente más costosa de fabricar.

También tenga en cuenta que la composición de combustible ideal para un motor de combustión interna dada está sujeta a variables. La presión del aire, por ejemplo, es un factor. Las mezclas ideales de combustible / aire varían para diferentes composiciones de combustible. A, digamos, una altitud de 6000 pies (que es donde vivo), varias mezclas de combustible funcionan de manera diferente al nivel del mar. Por lo tanto, las condiciones locales también pueden ser consideradas cuando se trata de formular mezclas de combustible.

Como se ha señalado; Cuesta dinero hacer "octanaje". Y debido a que hay muchos procesos para fabricar estos componentes de octano, hay muchos costos e "historias" diferentes. Una historia; Los xilenos son componentes de muy alto octanaje y clave en la materia prima de poliéster, por lo que su valor competitivo es muy alto. Segunda historia; El reformado produce muchos componentes de alto octanaje, pero debido a la alta presión de hidrógeno y la alta presión total y el catalizador del grupo del platino hacen de este un proceso costoso. Tal vez conseguir un libro sobre cómo funcionan las refinerías.

La respuesta simple es ganancias. Pueden cobrar más por los números más altos, incluso si el costo no es relativo al aumento. No puedo decirte cuánto más cuesta producir alto octanaje, pero estoy seguro de que hay un gasto adicional.

Las mezclas de invierno como se mencionó anteriormente son más para las tasas de evaporación. Si considera que una ciudad grande tiene muchos cientos de estaciones de servicio, la gasolina total evaporada de todos esos tanques es significativa. Dado que la tasa de evaporación del combustible se correlaciona directamente con la temperatura, pueden usar un combustible más evaporativo en el invierno que en el verano.

También tienen zonas donde tienen que usar la gasolina más pesada incluso en invierno debido a la concentración de estaciones de servicio allí.

Aprendí todo esto mientras trabajaba para una compañía de oleoductos que almacenaba y transfería combustible para las principales compañías petroleras desde sus refinerías hasta las terminales donde se cargaban en camiones. Curiosidades interesantes, la gasolina en mis tuberías tenía una clasificación de octanaje en los años 60 cuando la probamos. El índice de octano que ve en la bomba es del etanol que agregan en la terminal mientras cargan los camiones. Esto se debe principalmente al hecho de que no desea alcohol en tanques de almacenamiento a granel porque absorbería una enorme cantidad de agua de los tanques.

Otra razón que aún no se ha mencionado es el 'efecto de red'. Un estado de EE. UU. O un país europeo no puede aumentar sensiblemente sus requisitos de octano. La razón por la que desea mayores índices de octano es porque permite mayores relaciones de compresión en los motores, lo que aumenta la eficiencia del combustible. En la mayoría de los motores, la relación de compresión es fija y está optimizada para el combustible disponible en el área donde se vende el automóvil. (Las relaciones de compresión a veces difieren para las variantes de la UE y EE. UU. Del mismo automóvil, debido a las clasificaciones de combustible de octanaje más altas en la UE).

Si los requisitos de octano se incrementaran en alguna parte, eso solo permitiría que los autos nuevos vendidos allí utilicen el combustible de mayor octanaje al tener una mayor relación de compresión. Pero si solo un estado de EE. UU. O un país de la UE tuviera estos requisitos de octanaje más altos, los automóviles que usan una relación de compresión más alta correspondiente no funcionarían bien cuando se los condujera a otro estado / país que usara la clasificación de octanaje más baja, por lo que los fabricantes de automóviles no comenzarían a vender automóviles con un índice de octanaje más alto. relación de compresión a menos que un área grande (por ejemplo, los Estados Unidos o la UE) cambie su octanaje de combustible. Y los cambios que influyen en un continente son muy lentos con muchos interesados, si es que ocurren.

Entonces, una vez que se establecen las clasificaciones de octano, son difíciles de cambiar. Y el enfoque en la eficiencia del combustible es probablemente relativamente reciente (aunque no sé cuándo se estandarizaron estas clasificaciones de octano).