虽然成天呆在钢筋丛林里的我们更喜欢蓝天白云、绿草清水的大自然,但我们不能否认的是科技的进步让我们生存状态大大改善。而让这个现代化社会正常运作的一大功臣就是汽油,它就如同血液之于人体这么重要。如果没了汽油,这个世界就会像没油的汽车一样停止运转。今天就来说说汽油的故事?
汽油“他妈”
心系全球经济的同学们应该经常听到下面这话:“国际原油价格大跌××美元”。没错,汽油它妈就是原油,也就是我们通常所说的石油。石油包含了多种碳氢化合物。原油中的碳原子以长度不一的链的形式链接在一起,而长度不同的碳氢化合物分子具有不同的属性。
例如,只有一个碳原子(CH4)的链是最轻的链,也就是我们所说的甲烷。甲烷是一种气体,它的质量很轻。随着链变长,它们会变得越来越重,在C5、C6和C7范围内的碳链都是非常轻、极易蒸发的清澈液体,称为石脑油。它们将用作溶液,如干洗液就可以用它来制造,还可以将其制成油漆溶剂和其他快干产品。从C7H16到C11H24的碳链混合在一起,可用作汽油。所有这些碳链的蒸发温度都低于水的沸点。这就是为什么当我们将汽油洒在地上时,它便会快速蒸发的原因。煤油在C12到C15的范围内,后面紧跟着的是柴油(碳原子长度不超过C22)。这些看上去毫不相关的物质都是原油里含有的,它们唯一的不同就是碳链长度,而沸点会随碳链长度变长而升高。
分馏
所有这些不同的物质都来自原油,我们要通过石油精炼将每种组分都分离出来。由于这些物质唯一的区别只是碳链的长度不同,而碳链越长,沸点就越高,所以将原油中各种成分离出来的最古老、最常用方法是利用沸点的不同来实现,也就是分馏。
分馏最基本的方法是对原油进行加热,使其蒸发之后再对蒸汽进行液化,分馏过程包括以下几个步骤:首先利用高压蒸气将温度升至摄氏度左右。原油开始沸腾,形成蒸汽并导入蒸馏塔底部。蒸馏塔内具有许多塔盘(它是一个具有孔洞的金属板,能让原油蒸汽通过的同时与蒸馏塔接触面积增大,并且能让塔内部上下具有温差)。原油蒸汽在塔内上升,在蒸汽上升过程中,当蒸汽内的物质到达一定高度(该高度的柱内温度与该物质的沸点相同)时,它就会液化形成液体(沸点最低的物质将在柱子的最顶端发生液化;沸点较高的物质则将在柱子的较低部分发生液化)。塔盘将收集到的各种不同液体通过冷凝器进一步冷却后输入储油罐。
化学加工
这么看来似乎生产汽油很简单,其实不然。由于分馏只能得到约40%的汽油,生产效率相当低下,因此还得用化学方法对分馏产物进一步加工(还有一种提高分馏产率的方法是对蒸馏塔进行多塔串联形成复合塔,原油可以回流进行精度分馏)。化学加工的核心思想是将没用的分馏产物转化成有用的物质(例如汽油)。这一过程主要有裂化(将较长的碳链断裂)、联合(将较小的碳链连接在一起)、重组(对碳氢链重新排列组合)三种方式。裂化中最重要的过程就是焦化,通过焦化装置还能将蒸馏后的废油裂化为重油、汽油和石脑油。而重油又能通过催化裂化后生成柴油和汽油;联合主要是用催化剂将低分子量的石脑油转化为芳香烃,芳香烃可用于化学品制造和汽油混合。重组是对分子结构进行重新排列,从而得到另一种物质。它一般是靠烷化装置来实现的。而烷化的产物就是和汽油息息相关的高辛烷值的烃。
洗洗更干净
没错,就算是油也需要清洁。这是因为原油里还有许多杂质,前面两个步骤并没有把它们清除出去。这些杂质包含有硫、氮、氧、水分、溶解金属和无机盐的有机化合物等成分。因此处理过程也需要多个装置共同完成。比如使用硫酸柱去除不饱和烃、含氮化合物、含氧化合物和残余固体(焦油、沥青);用干燥剂去除水分;用硫化处理和氢化硫洗涤器去除硫和含硫化合物。处理完杂质之后,就要将这些化合物进行冷却,然后再添加其它物质以得到各种产品。
混合汽油
如果你学过中学物理,应该对汽车引擎的工作原理还有印象。在四冲程汽油发动机中,有一个冲程是压缩冲程,此过程中发动机将满缸的可燃混合气压缩到非常小的体积,然后用火花塞将其点燃,当汽油因压缩而不是火花塞的火花而点燃时,将导致发动机中出现爆震。爆震是一种不正常的燃烧现象,它会让发动机受到损害,对驾驶人员来说最直观的感受莫过于汽车没有动力。如果引擎在高负荷高转速的情况下连续严重爆震,那么轻则烧毁火花塞和活塞,重则毁掉发动机缸体。而汽油常见组成部分中(庚烷和辛烷),只有辛烷能经得起高压。为了避免爆震的产生,只有提高汽油中辛烷的含量。人们将汽油中辛烷值的含量作为抗爆性的指标,像常见的93号汽油就是指包含93%辛烷和7%庚烷的汽油。那么这些不同标号的汽油是怎么生产的呢?如果以理想的方式,应该全部使用原油炼制后的产物进行勾兑,可这么做会使得汽油成本居高不下。不就是要提高辛烷值嘛,找东西替代吧。于是往汽油添加化学试剂的勾当产生了,并且一做就是近百年。
人们最早尝试在汽油中添加其它物质来提高辛烷值,早在第一次世界大战期间,人们就发现在汽油中添加四乙铅的化学物质可以提高汽油的辛烷值,将低级汽油变为用途广泛的高级汽油,从而节省了开支。从此,“乙基”和“含铅”汽油便流行起来。不过,铅可是有毒的,因此含铅汽油被禁止了。在铅之后,人们选择甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油的添加剂(国内多采用环戊二烯三羰基锰作为添加剂),它不仅可以像铅一样能提高汽油的辛烷值,还能燃烧时释放氧气,在理想状态下,它的这项特性可以减少废气中未燃烧的碳氢化合物以及一氧化碳的含量。不过随着科技的发展,人们又发现甲基叔丁基醚是一种致癌物质,因此未来人们准备使用乙醇作为新的汽油添加剂(目前乙醇汽油已经在部分地区开始试用了)。所以说汽油是一种用石油分离后得到化合物,通过混合一系列添加剂后所得到的东西。
关于汽油使用的几个疑问
通过调查中咱们可以发现,基本上欧美系汽车的加油口都在车的右侧,而日系汽车的加油口几乎都在车的左侧。那是不是加油口设置的位置取决于靠哪侧行驶呢?欧洲国家大多采用的是靠右行驶(大多数欧洲人就日不落帝国不算欧洲这一观点达成了广泛的共识),而日本这个变态的国家采用的则是靠左行驶。这样的结论看上去似乎很有道理,可是Geek在这里虽然不忍心,但是也只能对这些不明真相的群众进行当头棒喝—你们错了!事实上也有日系汽车的加油口也在车的右侧,比如日产出的大多数车就是这样的。
看到这里不知道各位发现问题没有——其实从原油里炼出来的汽油都一个样子,市面上97号汽油和93号汽油的区别不过是添加剂含量不同。那么就让咱们来算笔账,看看如果要开个加油站该怎么做生意。我们可以用这个公式来计算:利润率=(97号汽油每升单价-93号汽油每升单价)×/每吨汽油添加剂价格成本。以国内93号与97号汽油为例,97号油价格为6.77元/L,93号油价格为6.25元/L,那么每吨汽油的差价我们就很容易计算(乘以是因为1吨汽油约为升)。如果采用国内常用的环戊二烯三羰基锰作为添加剂,这玩意儿的价格约为,元/吨,而将每一吨汽油从93号提升到97号,需要添加万分之五也就是克左右的添加剂就能将辛烷值提高3~5个单位,意思就是需要×/1=30元。那么套入公式我们就能得到利润率=(6.77-6.25)×/30=%。按马克思的说法,一旦有适当的利润,资本就胆大起来。如果有10%的利润,它就保证被到处使用;有20%的利润,它就活跃起来;有50%的利润,它就铤而走险;为了%的利润,它就敢践踏一切人间法律;有%的利润它就敢犯任何罪行,甚至冒着绞首的危险。那么有2%以上的利润呢?GEEK也不多说了。