ガソリン
背景
ガソリンは、石油または原油の精製から得られる揮発性で可燃性の液体です。もともと灯油製造の副産物として廃棄されていましたが、低温で気化するため、多くの機械で有用な燃料となりました。米国で最初の油井は、1859年にペンシルベニア州タイタスビルの近くのエドウィンL.ドレークによって約70フィート（21 m）の深さで打たれました。 1876年にニコラウスオットーが4ストローク内燃エンジンを開発したことで、ガソリンは自動車産業に不可欠になりました。今日、ほとんどすべてのガソリンが自動車の燃料に使用されており、農業機械や航空機に電力を供給するために使用される割合はごくわずかです。
化石燃料である石油は、今日、他のどの供給源よりも多くのエネルギーを世界に供給しています。米国は世界有数の石油消費国です。 1994年、アメリカ人は1日あたり7,587,000バレルの石油を使用しました。石油は、何百万年もの間、途方もない圧力にさらされてきた動植物の残骸から形成されています。通常、この有機物はスカベンジャーと好気性細菌の助けを借りて完全に分解しますが、石油は酸素の存在なしに嫌気性環境で生成されます。世界で知られている原油の半分以上がペルシャ湾流域に集中しています。他の主要な地域には、アラスカの海岸とメキシコ湾が含まれます。
ガソリンを含む石油製品は、主に炭化水素（水素と炭素分子を含む分子）と少量の他の物質の混合物です。原油はさまざまな長さの炭化水素鎖で構成されており、いくつかの短い鎖といくつかの非常に長い鎖があります。オイルがどれだけ分解または精製されるかに応じて、それは任意の数の製品になる可能性があります。一般に、分子が小さいほど、沸点は低くなります。したがって、1〜5個の炭素の非常に小さな鎖を持つガスは、非常に低い温度で沸騰します。炭素数が6〜10のガソリンは、わずかに高い温度で沸騰します。最も重いオイルには最大25個の炭素原子が含まれている可能性があり、761°F（405°C）まで沸点に達しません。
原材料
ガソリンは、石油の蒸留と精製から得られる製品の1つです。有機鉛の化合物 エンジンのノッキングを減らすために過去にガソリンに追加されましたが、環境問題のため、これはもはや一般的ではありません。他の化学物質もガソリンに添加され、ガソリンをさらに安定させ、「甘味料」と呼ばれるプロセスでガソリンの色と香りを改善します。
製造
プロセス
探索
- 1ガソリン製造の最初のステップは、その親成分である石油を見つけることです。原油は、その起源の地域からそこに移動した後、多孔質岩または貯留岩の地域に閉じ込められます。石油濃度の可能性のある領域は、それらの領域で一般的に見られる岩の種類を探すことによって特定することができます。探検家は、土地の表面の特徴を調べ、音波がどのように跳ね返るかを分析することができます
ガソリンは、石油または原油の精製から得られる揮発性で可燃性の液体です。岩、または重力計を使用して岩の形成のわずかな違いを検出します。 - 2可能性のある石油貯留層が見つかったら、そのエリアを試掘する必要があります。コアサンプルは、岩石の形成を確認するためにテストウェルから採取され、さらに掘削が正当化されるかどうかを判断するためにサンプルが化学的に分析されます。現在使用されている方法は過去のどの方法よりも進んでいますが、石油探査にはまだ確実性がありません。
ドリル
- 3原油は、岩石に1,000フィート（305 m）以上達する可能性のある井戸から回収されます。穴はロータリードリラーによって作られ、水が追加されると地面に穴を開けるためにビットを使用します。水と土は厚い泥を作り、石油を抑制し、貯留岩に含まれる内圧によって石油が「噴出」するのを防ぎます。貯水池に到達すると、ドリルが取り外されてパイプが挿入されている間、泥は油を抑え続けます。
回復
- 4油を回収するために、パイプとバルブの複雑なシステムが掘削井に直接設置されています。貯留岩の自然な圧力により、油は井戸からパイプに運ばれます。これらは回収システムに接続されています。回収システムは、原油を石油（液体）およびガス（非液体）分離器を介して製油所に運ぶ一連のより大きなパイプで構成されています。この方法により、最小限の廃棄物でオイルを回収できます。
- 5最終的には、井戸の自然な圧力が消費されますが、岩石にはまだ大量の油が残っている可能性があります。現在、より多くの割合の油を入手するには、二次回収方法が必要です。圧力は、石油の上のポケットにガスを注入するか、井戸に水を氾濫させることによって回復します。これははるかに一般的です。このプロセスでは、井戸の周囲に4つの穴が開けられ、水が追加されます。石油は水に浮き、水面に浮かびます。
分別蒸留
- 6原油は流動性がなく、燃焼するのに非常に高い温度を必要とするため、良い燃料ではありません。原油中の分子の長い鎖は、石油精製所でガソリンを含む精製燃料の小さな鎖から分離する必要があります。このプロセスは分別蒸留と呼ばれます。
分別蒸留塔は、最大20万バレルの原油を収容できる巨大なユニットです。オイルは最初に炉にポンプで送られ、600°F（316°C）以上に加熱され、最大の分子を除くすべてが蒸発します。蒸気は分留塔に上昇します。分留塔の高さは150フィート（46 m）にもなります。蒸気は、カラムを通って上昇するときに冷却されます。すべての化合物の沸点が異なるため、大きくて重い分子は最初に塔の中で凝縮し、短くて軽い分子は塔の中で凝縮します。天然ガス、ガソリン、灯油は上部近くに放出されます。プラスチックや潤滑剤の製造に使用されるより重い化合物は、塔の下部で除去されます。
分別蒸留自体は原油からガソリンを生成するのではなく、原油中の他の化合物からガソリンを除去するだけです。現在、燃料の品質を向上させるために、さらなる精製プロセスが使用されています。
石油精製
- 7接触分解は、石油精製における最も重要なプロセスの1つです。このプロセスでは、触媒、高温、および高圧を使用して、石油の化学変化に影響を与えます。アルミニウム、白金、加工粘土、酸などの触媒を石油に添加して、より大きな分子を分解し、ガソリンの目的の化合物を保有するようにします。
別の精製プロセスは重合です。これは、軽いガスの小さな分子を液体燃料として使用できる大きな分子に結合するという点で、クラッキングの反対です。
添加剤
- 8ガソリンが精製されたら、化学薬品を追加します。いくつかはアンチノック化合物であり、ガソリン中の化学物質と反応して燃焼が速すぎて「エンジンノック」を防ぎます。有鉛ガソリンでは、テトラエチル鉛がアンチノック添加剤です。 （無鉛ガソリンはさらに精製されるため、アンチノック添加剤の必要性は最小限に抑えられます。）エンジンでのガムの形成を防ぐために、他の添加剤（酸化防止剤）が追加されます。ガムはガソリンで形成された樹脂で、エンジンの内部をコーティングして摩耗を増やすことができます。
ガソリンの評価
- 9ガソリンは、主に2つの揮発性液体、ヘプタンとイソオクタンの混合物です。軽い燃料である純粋なヘプタンは非常に速く燃焼するため、エンジンに大量のノッキングが発生します。純粋なイソオクタンはゆっくりと蒸発し、実質的にノッキングを発生させません。ヘプタンとイソオクタンの比率は、オクタン価によって測定されます。イソオクタンの割合が高いほど、ノッキングが少なくなり、オクタン価が高くなります。たとえば、87のオクタン価は、87％のイソオクタンと13％のヘプタンの混合物に相当します。
副産物/廃棄物
平均して、石油の44.4％がガソリンになります。石油からの廃棄物は本当にありません。より軽い化学物質は、天然ガス、液化石油ガス（LPG）、ジェット燃料、および灯油です。より重い製品は、潤滑剤、プラスチック、およびアスファルトの製造に使用されます。 さらに、価値の低い多くの製品を化学的に販売可能な化合物に変換することができます。
未来
ガソリンは今日多くの用途で広く使用されていますが、石油は再生不可能な資源であるため、過去の燃料になる運命にあります。現在の技術は、残りの石油貯留層を最大限に活用し、代替エネルギー源を探索することに重点を置いています。石油貯留層の範囲を正確に判断する新しい方法、石油回収を制御する自動システム、および労働者が既知の貯留層からより多くの石油を回収できるようにする方法はすべて、現在利用可能な石油貯蔵所を十分に活用するために調査されています。
油田探査の最新の方法では、貯留層の物理的なサイズとその石油の量を測定します。多くの場合、油が回収されるときに、井戸内の圧力が一定期間にわたって測定されます。このデータを使用して、科学者は貯留層のサイズとその浸透率を決定できます。音波を貯留層の側面で跳ね返すエコーメーターを使用して、井戸の特性を検出することもできます。
最新の石油回収方法は、ほとんどの場合、少なくとも部分的にはコンピューター化されたシステムによって制御されています。 SCADA（データ取得の監視制御システム）は、専用のソフトウェアを使用して、1つ以上のマスター端末と複数のリモート端末を介して操作を監視します。これらのシステムは、効率を高め、環境に害を及ぼす可能性のある事故を防ぎ、安全性を高めて労働者の数を減らすのに役立ちます。
石油増進回収法は、貯留層から得られる石油の割合を増やします。過去には、労働者は貯留層に含まれる油の半分未満しか抽出できませんでした。新しい方法では、ガスまたは泡を坑井に注入して油を押し出し、坑井に水平に掘削し、より多くの地球物理学的情報を使用して貯留層の特性を正確に予測します。
ガソリンは限られた量の石油から生産されているため、科学者たちは将来の機械に電力を供給するためのクリーンで再生可能なエネルギー源を探しています。過去の蒸気船で使用されていた蒸気動力は、新たな注目を集めているエネルギー源です。電気自動車が開発され、太陽エネルギーと風力エネルギーも自動車や家庭に電力を供給しています。
製造プロセス