نبذة تاريخية
--------------------------------------------------------------------------------
البترول أحد أهم أنواع الوقود المستخدم في النقل، إذ يُستخدم معظم البترول في محركات السيارات والشاحنات، والمركبات، والآلات الأخرى، كالطائرات، والزوارق الآلية، والجرّارات، وجزّازات العشب. ويطلق على البترول في بعض الأحيان اسم الجازولين.
استخدم البترول على نطاق واسع في الأعوام الأولى من القرن العشرين، خاصة عندما بدأ الإنتاج الكبير للسيارات. فقد مكنّت السيارات التي تعمل بالبترول الناس من الانتقال بسهولة أكبر. فلم يعد الناس يقيمون بالقرب من أعمالهم. واستطاعوا الوصول إلى الأماكن البعيدة لقضاء العطلات بسرعة أكبر. كما مكنت الآلات الزراعية التي تعمل بالبترول، الناس من زيادة إنتاج المحاصيل.
أدى ازدياد استخدام البترول مع مرور السنين إلى قيام صناعات عملاقة تُوظّف ملايين الناس. ولكن استخدام البترول سبّب مشكلات خطيرة. فمثلا، يسهم نقل النفط وتصنيع البترول واستهلاكه في تلوث الهواء والماء إلى حد كبير.
كيف يُصنَّع البترول
يُصنّع البترول عن طريق فصل المركَّبّات المختلفة الموجودة في النفط وتغييرها كيميائيا. وتسمى هذه العملية التكرير. ولمزيد من المعلومات عن تكرير النفط، انظر: النفط.
يُمكن الحصول على كميات من البترول من الغاز الطبيعي الموجود مع النفط. يقوم مصنعو البترول بإزالة هذا البترول الطبيعي من الغاز الطبيعي. ويمزج المكرّرون بعد ذلك البترول الطبيعي ببترول آخر. ويمكن صنع البترول بطرق عدة من أي شيء يحتوي على عنصري الكربون والهيدروجين. لذا فإن أحد أكثر مصادر البترول وعدا في المستقبل ينطوي على معالجة الزيت الموجود في الصخر الطَفْلي، إلا أن المكرّرين لم يلجأوا إلى هذا المصدر بعد لارتفاع تكلفته.
درجات الأوكتان في البترول
البترول مزيج من مئات المركَّبات الكيميائية التي تدعى الهيدروكربونات. وتشكل نحو 25 مركَّبا منها معظم هذا المزيج. ويحترق كل هيدروكربون في البترول بشكل مختلف داخل المحرك. انظر: الهيدروكربون.
ُتَصَّنع أنواع البترول من توليفات مختلفة من الهيدروكربونات إذ لا تستطيع جميع المحركات الدوران بسلاسة على التوليفة نفسها. وتختلف المحركات باختلاف قدراتها على ضغط خليط الهواء وبخار البترول داخل أُسطواناتها. فمحركات الضغط المرتفع تكبس الوقود والهواء أكثر من محركات الضغط المنخفض. وعندما يضغط المحرك البترول والهواء، ترتفع درجة حرارة الخليط. وارتفاع درجة الحرارة قد يُشعل البترول قبل أن يكون المكبس مستعداً لتلقي الدفع من البترول المشتعل. وتسمى هذه العملية الاشتعال الذاتي أو الاشتعال المتقدم. ويجوز أيضا أن ينفجر خليط البترول فجأة قبل أن تتّقد شمعات الاشتعال. وتؤدي هذه العمليات إلى هدر الطاقة ويمكن أن تُلحق الضرر بالمحرك. كما تحدث صوت طرق (خبط) أو طنيناً. لذا يحتاج محرك الضغط المرتفع ـ لكي يعمل بسلاسة ـ إلى بترول مقاوم للخبط أكثر مما يحتاجه محرك الضغط المنخفض.
تسمى قدرة البترول على مقاومة الخبط بخاصية مضاد الخبط. ويشير رقم الأوكتان في البترول إلى نوعية مضاد الخبط فيه كوقود. ويحدّد المهندسون رقم الأوكتان في البترول بمقارنة مقاومته للخبط بأداء مضاد الخبط في وقود قياسي. والوقود القياسي خليط من هيدروكربونين يسميان الآيسوأوكتان والهبتين العادي.
يساوي رقم أوكتان البترول النسبة المئوية للآيسوأوكتان في وقود قياسي له نفس نوعية مضاد الخبط في البترول. فمثلاً إذا كانت نوعية الخبط في البترول هو نفس نوعية الخبط لوقود قياسي يحتوي على آيسوأوكتان بنسبة 90% فإن رقم أوكتان يساوي 90. وللبترول الذي له خاصية مضاد خبط أفضل من الآيسوأوكتان النقي، رقم أوكتان أكبر من 100. وتقاس هذه الأرقام باستخدام وقود قياسي يحتوي على الآيسوأوكتان النقي ومركبات كيميائية مانعة للخبط مثل رابع إيثيل الرصاص. انظر: رابع إثيل الرصاص. وكلما زاد عمر محركات السيارات، تكونت رواسب مجهرية داخل المحرك. وتجعل هذه الرواسب المحرك بحاجة إلى بترول ذي رقم أوكتان أعلى، من أجل تشغيل خالٍ من الخبط. وهكذا فإن السيارات الأقدم تحتاج إلى أنواع وقود ذي أوكتان أعلى.
يقيس مهندسو السيارات رقم الأوكتان بثلاث طرق. لذا فإن لكل بترول ثلاثة أرقام أوكتان 1- رقم أوكتان التجربة 2- رقم أوكتان المحرك 3- رقم أوكتان الطريق. ويُقاس رقم أوكتان التجربة في المختبر باستعمال محرك خاص ذي أُسطوانة واحدة. ويقاس رقم أوكتان المحرك في محرك اختبار أيضا ولكن تحت ظروف شبيهة أكثر بتلك الموجودة داخل محرك اعتيادي. ويقاس رقم أوكتان الطريق بمقارنة البترول مع عدة أنواع وقود قياسية في سيارة متحركة. ويستخدم الناس عموما، إما رقم أوكتان التجربة أو متوسط رقم أوكتان التجربة، ورقم أوكتان المحرك لتحديد خاصية مضاد الخبط لبترول ما.
ورقم أوكتان التجربة هو أعلى رقم أوكتان، ورقم أوكتان المحرك يكون أقل منه بست إلى عشر درجات، ويقع رقم أوكتان الطريق بينهما. فمثلا قد يكون لبترول رقم أوكتان التجربة 95، ورقم أوكتان محرك 87، ورقم أوكتان طريق 90. ورقم الأوكتان الموضَّح على المضخة في محطة البترول عادة ما يكون متوسط رقم أوكتان التجربة ورقم أوكتان المحرك.
مضافات البترول
يحتوي البترول المرصص على نسبة مئوية عالية من الهيدروكربونات غير المضادة للخبط. لذلك يحتاج إلى رابع إيثيل الرصاص لمقاومة الخبط. يحتوي البترول غير المرصص على نسبة أكبر من الهيدروكربونات المضادة للخبط. ولايحتاج إلى رابع إيثيل الرصاص لكي يحترق بسلاسة.
يُنتج مصنّعو البترول نوعين من وقود السيارات ـ الأول مرصَّص (به رصاص) والثاني غير مرصَّص. وتحتوي أنواع البترول المرصص على كمية صغيرة من مركب رابع إيثيل الرصاص المضاد للخبط. أما أنواع البترول غير المرصص فلا تحتوي على رابع إيثيل الرصاص.
وعلى الرغم من أن رابع إيثيل الرصاص يعمل بمثابة مادة مقاومة للخبط إلا أنه يلوث الهواء بمركبات الرصاص السامة عندما يحترق داخل المحرك. كما أن الرصاص الموجود في عادم السيارة يمنع الاستعمال الفعّال لأجهزة خاصة تدعى المحولات الحفازية، والتي يمكن أن تقلّل ملوّثات الهواء الأخرى في العادم.
ويمكن للمحركات التي تدفع الكثير من السيارات اليوم استخدام أنواع من الوقود ذات أرقام أوكتان منخفضة، إذ يسمح تصميمها باستخدام بترول خالٍ من مركبات الرصاص مما يمكّن بدوره المحركات من العمل بفاعلية. وتصنع أنواع البترول غير المرصص هذه من هيدروكربونات لها خصائص مقاومة للخبط عالية.كما يضيف بعض المكرّرين كيميائيات خاصة تحتوي على الأكسجين إلى هذه الأنواع من الوقود، لزيادة أرقام أوكتانها.
وتحتوي أنواع البترول أيضا على عدد من المضافات الأخرى. فتمنع مضادات التأكسد البترول من أن يصبح صمغيا. وتمنع مضادات الصدأ الخزانات وأنابيب الوقود من الصدأ. وتقوم المنظفات و معدّلات الرواسب بتنظيفها أو منع تكوينها بسبب احتراق البترول. أما مثبطات الفلزات فتمنع الكميات الصغيرة من الشوائب الفلزية من أن تغير خصائص البترول.
تركيبات البترول
--------------------------------------------------------------------------------
يدل رقم أوكتان البترول على مقدار السلاسة
التي يحترق بها في المحرك. ويبين الجدول أدناه متوسط
رقم أوكتان التجربة للدرجات الثلاثة المختلفة من
بترول المملكة المتحدة.
--------------------------------------------------------------------------------
الدرجة رقم الأوكتان
ممتاز مرصص 97
ممتاز غير مرصص 98
عادي غير مرصص 95
لكل صنف من البترول تركيبة من هيدروكربونات مختلفة، وتتغير التركيبة يوميا حسب ظروف المصفاة بحيث يكون للبترول رقم أوكتان ثابت. ويمزج المصنّعون أيضا أنواعا مختلفة من البترول، لجعل المحركات تعمل بصورة أفضل على ارتفاعات متنوعة، وفي ظروف مناخية مختلفة، وخلال فصول مختلفة. ففي الصيف مثلا أو في المناخ الحار يُعدُّ مكررو البترول تركيبات تحتوي على قليل من الهيدروكربونات تغلي في درجات الحرارة المنخفضة. فالحرارة تحوّل هذه الهيدروكربونات إلى بخار. وإذا احتوى البترول على كثير من هذه الهيدروكربونات فإن البخار الناتج يمكن أن يحدث عائقا بخاريا يوقف تدفق البترول في المحرك. ويحتوي البترول ـ الذي يمزج من أجـــل الشتــاء أو المناخ البارد ـ على بعض الهيدروكربونات التي تتبخَّر في درجة حرارة منخفضة مما يمكّن المحرك البارد من الدوران بسهولة.
نبذة تاريخية
كان البرافين في الأيام الأولى لصناعة النفط في أواخر القرن التاسع عشر يُصنف إلى حد بعيد على أنه المنتج الرئيسي للمصافي. واعتبر المكررون البترول منتجا ثانــويا لا نفع له. وفي تكرير البرافين من الزيت الخام، كانت الصناعة تنتج من البترول أكثر مما يمكن استخدامه. لذا كانت معامل التكرير تتخلّص من معظم البترول، وكان الناس يستخدمون كميات صغيرة من البترول الذي سُمي آنذاك نفث المواقد في أوعية للطبخ صنعت لحرقه.
ولكن إنتاج السيارات على نطاق واسع، والذي بدأ عام 1908م زاد من الطلب على البترول إلى حد كبير. وفي عام 1913م ابتكر المكررون عملية تؤدي إلى تكسير الهيدروكربونات الثقيلة وتحويلها إلى هيدروكربونات أخف تستعمل في البترول.
وفي أوائل سبعينيات القرن العشرين الميلادي واجه مكررو النفط صعوبة في تلبية الطلب على البترول. فقد أدت الحروب وبعض الاضطرابات في الشرق الأوسط إلى خفض إنتاج النفط وقلّصت العديد من البلدان حدود السرعة كما شُجّع الناس على استخدام وسائل النقل العام لتوفير البترول.
وأدت إمدادات العالم المحدودة من النفط إلى تكثيف الجهود للاقتصاد في البترول بما في ذلك إنتاج سيارات أصغر ومزودة بمحركات اقتصادية. وأدت مثل تلك الجهود أخيراً إلى خفض الطلب على البترول مما ساعد في إزالة النقص الحاد الذي حدث خلال السبعينيات من القرن العشرين
