بنزین مایعی قابل اشتعال از مشتقات نفت خام است که بیشتر به‌عنوان سوخت در پیشرانه‌های درون‌سوز استفاده می‌شود. البته این ماده به خاطر قابلیت رقیق کردن رنگ به‌عنوان حلال هم مورداستفاده قرار می‌گیرد. بخش عمده‌ای از فرمول بنزین را مجموعه مواد آلی مثل هیدروکربن‌های سبک دارای ۴ تا ۱۲ اتم کربن تشکیل می‌دهند. این هیدروکربن‌ها از تقطیر جزءبه‌جزء نفت خام و ترکیب با ایزواکتان و هیدروکربن‌های آروماتیک بنزن و تولوئن به دست می‌آیند. هیدروکربن‌هایی مانند پارافین، نفتن و اولفین در بنزین موجود هستند. علاوه بر این‌ها معمولاً مقداری ناخالصی در بنزین وجود دارد و مواد دیگری مانند رنگ یا ترکیبات دارای اکسیژن مثل اتانول هم به دلایل مختلف به بنزین افزوده می‌شوند. بنابراین انواع رنگ بنزین نشان دهنده نوع آن می‌باشد.
به‌طورمعمول از یک بشکه ۱۶۰ لیتری نفت خام می‌توان تا ۷۲ لیتر بنزین تولید کرد. این میزان با توجه به نوع نفت خام مورداستفاده و نوع بنزین تولیدی متفاوت است. بنزین در دمای ۷۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد تقطیر می‌شود و فرمول شیمیایی بنزین C6H6 است. چگالی بنزین ۰٫۶۸۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و به همین دلیل همیشه بر روی آب شناور می‌ماند و بنابراین آب ابزار خوبی برای خاموش کردن آتش بنزین نیست.
تاریخچه و نام بنزین
پیش از اختراع موتورهای درون‌سوز در نیمه‌های قرن نوزدهم، بنزین در بطری‌های کوچک برای کشتن شپش و تخم آن عرضه می‌شد اما این روش به دلیل خطر شعله‌ور شدن و همین‌طور ایجاد حساسیت پوستی برای مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفت. این سوخت اولین بار در آلمان بنزین نامیده شد که این نام از ماده شیمیایی بنزن گرفته شده است.
بنزن مایعی بی‌رنگ و فرار متعلق به خانواده هیدروکربن‌هاست که هر مولکول آن ۶ اتم کربن و ۶ اتم هیدروژن دارد. بنزن سمی و سرطان‌زا است. افزودن بنزن به بنزین، عدد اکتان بنزین را افزایش و احتمال ناک زدن موتور را کاهش می‌دهد. به همین دلیل تا دهه ۱۹۵۰ بیشتر بنزین‌ها چندین درصد بنزن داشتند اما پس از آن برای افزایش اکتان از تترااتیل سرب استفاده شد. منسوخ شدن بنزین سرب‌دار باعث بازگشت بنزن به بنزین‌های برخی از کشورها شده است اما با توجه به اثرات منفی این ماده بر سلامتی انسان، مقررات سفت و سختی در مورد میزان بنزن در بنزین وضع شده است که معمولاً میزان آن را به کمتر از یک درصد محدود کرده است.
در بیشتر کشورهای مشترک‌المنافع بریتانیا به‌جز کانادا، از نام پترول برای بنزین استفاده می‌شود درحالی‌که در آمریکای شمالی به این سوخت گسولین (Gasoline) گفته می‌شود که معمولاً به‌صورت محاوره‌ای «گَس» (Gas) گفته می‌شود. واژه گسولین در سال ۱۸۶۵ از کلمه گاز گرفته شد و املای کنونی آن ابتدا در سال ۱۸۷۱ به کار رفت. کلمه پترول نیز اولین بار در سال ۱۸۹۲ به‌عنوان ماده پالایش‌شده مورداستفاده قرار گرفت. این کلمه قبلاً به معنای نفت پالایش نشده بود.
روشهای افزایش اکتان بنزین بدون سرب
تجزیه شیمیایی بنزین
در فرمول ساخت بنزین در پالایشگاه‌های نفت با تقطیر از نفت خام تولید می‌شود. البته این بنزین که به آن بنزین طبیعی گفته می‌شود، به دلایل مختلفی که اصلی‌ترین آن‌ها اکتان پایین است، قابلیت استفاده در پیشرانه خودروهای مدرن را ندارد و باید افزودنی‌هایی به آن اضافه شود. به‌طورکلی بنزینی که در پمپ‌بنزین‌ها عرضه می‌شود و ما در باک خودروها می‌ریزیم با توجه به فرمول بنزین مورد استفاده عمدتاً مخلوطی است از پارافین‌ها، آلکان‌ها، نفتن‌ها، سیکلو آلکان‌ها، آروماتیک‌ها و اولفین‌ها آلکن‌ها است. نسبت‌های دقیق این مواد به عواملی شامل پالایشگاه نفت که سازنده بنزین است، نفت خام مورداستفاده پالایشگاه و عدد اکتان بنزین بستگی دارد.
عدد اکتان بنزین
عدد اکتان مقیاسی برای نشان دادن مقاومت بنزین در برابر گرما، فشار و احتراق خودبه‌خود (بدون جرقه) است. هر چه عدد اکتان بیشتر باشد، بنزین در مقابل پدیده احتراق مخرب ناشی از فشار و گرما مقاوم‌تر خواهد بود و احتراق بهتری خواهد داشت.
درواقع عدد اکتان نشانگر میزان کیفیت و نحوه عملکرد بنزین است و هرچه این عدد بالاتر باشد موتور عملکرد و بهتری خواهد داشت. پیشرانه خودروهای مدرن به بنزینی با اکتان بالا نیاز دارد زیرا ضریب تراکم این پیشرانه‌ها بالا است و استفاده از بنزین اکتان پایین مشکلی که به آن ناک زدن گفته می‌شود را به دنبال خواهد داشت. بنزین با توجه به عدد اکتان معمولاً به دو دسته معمولی و سوپر تقسیم می‌شود که اکتان بنزین معمولی 87 و اکتان بنزین سوپر 95 است. استفاده از بنزین سوپر در موتورهای جدید و خصوصاً نمونه‌های توربوشارژ ضروری است اما در صورت در دسترس نبودن این نوع بنزین می‌توان با استفاده از مکمل بنزین، عدد اکتان بنزین معمولی را به سوپر نزدیک کرد.
تفاوت فرمول بنزین و گازوئیل
هرچند گازوئیل و بنزین هردو از نفت خام به دست می‌آیند اما روش تصفیه متفاوتی دارند. تصفیه گازوئیل نسبت به بنزین آسان‌تر انجام می‌شود ولی آلاینده‌های بیشتری تولید می‌کند.
بنزین نسبت به گازوئیل سبک‌تر بوده و آلودگی کمتری تولید می‌کند. گازوئیل از ترکیب آلکان‌ها و به‌صورت کلی زنجیره‌های کربنی تشکیل شده است. هر مولکول زنجیره‌ای کربنی به طول 12 اتم کربن در خود دارد. گازوئیل در مقایسه با بنزین، سوختی نسبتاً سنگین‌تر با گرانروی بیشتر و کمتر فرار است.
مواد فرمول بنزین و گازوئیل
بنزین اساساً از ترکیب هیدروکربن‌هایی با طول ۷ (هپتان) یا ۸ (تری متیل پنتان) درست می‌شود درحالی‌که گازوئیل ترکیبی از هیدروکربن‌های نفتی در بازه 8 (اکتان) تا ۲۱ (اوندو دکان) را شامل می‌شود. فرمول شیمیایی بنزین C8H18 و فرمول شیمیایی گازوئیل C12H23 است. به دلیل این‌که گازوئیل درصد بیشتری‌اتم کربن در هر مولکول دارد (تقریباً معادل ۱۳ درصد بیشتر از بنزین) CO2 یا دی‌اکسید کربن تولید می‌کند. بااین‌حال، از نظر محتوای انرژی گازوئیل در جایگاه بالاتری نسبت به بنزین قرار می‌گیرد. محتوای انرژی بنزین برابر با ۳۳.۷ مگاژول در هر کیلوگرم و گازوئیل برابر ۳۶.۷ مگاژول در هر کیلوگرم محاسبه می‌شود. درنتیجه سوخت گازوئیل به میزان ۱۶ درصد از بنزین در این زمینه جلوتر است.
با توجه به سبک‌تر بودن مولکول‌های بنزین و داشتن برخی افزودنی‌ها، این سوخت از گازوئیل فرارتر است. این یعنی در یک دمای ثابت تعداد بیشتری از مولکول‌های بنزین نسبت به گازوئیل تبخیر می‌شوند. به همین دلیل بنزین سریع‌تر آتش می‌گیرد. پیشرانه‌های بنزینی معمولاً دور موتور بالاتری دارند درحالی‌که موتورهای دیزلی گشتاور بیشتری تولید می‌کنند. از لحاظ اشتعال، بنزین بسیار خطرناک بوده و به دلیل فشار بخار بالا خیلی سریع مشتعل می‌شود. از سوی دیگر، به دلیل کمتر بودن فشار بخار گازوئیل، این سوخت دیرتر آتش می‌گیرد و در طی حادثه کم‌خطرتر است.
نقطه خود احتراقی بنزین در بازه‌ای بین 247 تا 280 درجه سانتی‌گراد است اما به‌منظور احتراق کامل سوخت و اکسیژن در موتور خودرو به جرقه خواهد بود. در سوی دیگر نقطه خود احتراقی گازوئیل برابر با ۲۱۰ درجه سانتی‌گراد است و نیاز به جرقه برای آتش‌گیری ندارد. در موتورهای دیزلی تنها از افزایش فشار سوخت برای ایجاد انفجار استفاده می‌شود.
این یعنی مخلوط سوخت و اکسیژن باهم دیگر فشرده می‌شود که دمای مخلوط را بالا می‌برد تا به نقطه انفجار برسد. درحالی‌که کیفیت بنزین را عدد اکتان نشان می‌دهد، در گازوئیل این کار با عدد ستان صورت می‌گیرد. سرعت احتراق گازوئیل به عدد ستان وابسته است و هر چه این عدد بیشتر باشد، سوخت سریع‌تر در فرایند افزایش فشار شعله‌ور می‌شود.