Reformieren von Benzin
Die Benzine, die bei der Rohöldestillation gewonnen werden, eignen sich nur eingeschränkt als Vergaserkraftstoffe, da sie nur geringe Klopffestigkeit aufweisen. Beim Klopfen entzündet sich das Benzin-Luft-Gemisch im Motor vorzeitig, es entstehen örtlich hohe Drücke und es ist ein metallisches Geräusch zu hören, von dem das Klopfen seinen Namen hat. Da es hierbei zu Schäden am Motor kommen kann, muss das Klopfen verhindert werden, das Benzin muss also entsprechend veredelt werden.
Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen ist die Klopffestigkeit stark von der Struktur der im Benzin enthaltenen Kohlenwasserstoffe abhängig, durch Strukturumwandlung kann sie daher erhöht werden. Zum anderen werden dem Benzin Antiklopfmittel zugesetzt, die die vorzeitige Entzündung verhindern.
Reformieren
Das Reformieren hat das Ziel, durch Strukturumwandlungen der Kohlenwasserstoffe im Benzin die Klopffestigkeit des Benzins zu erhöhen. Beim Reformieren ändert sich die Molekülgröße der Kohlenwasserstoffe kaum.
Beim Reformieren laufen verschiedene Reaktionen neben- und nacheinander ab, die wichtigsten sind:
Da die Dehydrierung ein stark endothermer Prozess ist, muss das Reaktionsgemisch vor den einzelnen Reaktoren immer wieder auf Reaktionstemperatur aufgeheizt werden.
Der Prozess wird bei 450-550 °C und ca. 1 MPa Druck unter Zusatz von Wasserstoff an einem Katalysator aus fein verteiltem Platin (0,3 bis 1 %) auf Aluminiumoxid durchgeführt, wobei das Platin die Dehydrierung und das Aluminiumoxid die Isomerisierung und Cyclisierung katalysiert. Der Katalysator ist meist in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren angeordnet. Aufgrund des Katalysatormaterials wird der Prozess auch Platforming genannt, was eine Kombination aus Platin und Reforming darstellt.
Ein hoher Wasserstoffüberschuss soll die unerwünschte Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Abscheidung von Ruß, der den Katalysator deaktiviert, weitgehend verhindern.
Da sich die Bildung von Ruß aber nicht ganz vermeiden lässt, muss der Katalysator nach einer Laufzeit von mehreren Monaten reaktiviert werden, indem in einem Regenerator durch Überleiten von Luft der Ruß abgebrannt wird.
Reforming
Entschwefelung von Erdöldestillaten
Die meisten Rohölsorten enthalten 0,3 bis 2 % organisch gebundenen Schwefel. Weil dieser einerseits bei Verwendung der entsprechenden Erdölfraktionen als Treibstoff zu umweltschädlichem Schwefeldioxid reagiert und andererseits den Katalysator deaktiviert, der beim Reformieren verwendet wird, muss er katalytisch entfernt werden. Bei der Entschwefelung erhält man elementaren Schwefel, der einen erheblichen Teil des Rohstoffbedarfs zur Herstellung von Schwefelsäure deckt.
Entschwefelung von Erdöldestillaten in den Jahren 1995 bis 2008
Die Oktanzahl
Die Oktanzahl ist eine Maßzahl für die Klopffestigkeit von Vergaserkraftstoff.
Die Kohlenwasserstoffe unterscheiden sich in ihrer Klopffestigkeit: n-Alkane haben eine geringe Klopffestigkeit, iso-Alkane, Cycloalkane und Aromaten eine hohe. Man hat dem n-Heptan willkürlich eine Oktanzahl von Null zugeordnet, dem 2,2',4-Trimethylpentan (Isooctan) die Oktanzahl von Hundert. Ein Gemisch aus 30 % n-Heptan und 70 % Isooctan hat also eine Oktanzahl von 70. Ein beliebiges Benzin, das sich in einem Testmotor genauso verhält wie dieses Gemisch, hat auch eine Oktanzahl von 70.
Oktanzahlen von Kohlenwasserstoff
Normalbenzin an der Tankstelle hat eine Oktanzahl von 91, Superbenzin hat 95, Super Plus 98. Die Rohbenzine der Erdöldestillation haben nur Oktanzahlen von 60 bis 75. Durch Reformieren des Rohbenzins werden die n-Alkane in Verbindungen mit höherer Klopffestigkeit umgewandelt, das entstehende Reformat-Benzin erfüllt die Anforderungen moderner Motoren bezüglich der Klopffestigkeit des Kraftstoffs.
Die im Reformat-Benzin enthaltenen Aromaten werden zu einem gewissen Anteil durch Extraktion mit bestimmten Lösungsmitteln herausgelöst und dann als Rohstoffe zur Herstellung von Chemiefasern, organischen Polymeren, Waschmitteln, Farbstoffen usw. eingesetzt. Auf diese Art wird in Deutschland derzeit etwa 70 % des Bedarfs an Aromaten gedeckt.
Zur Verhinderung des Klopfens und damit zur Erhöhung der Oktanzahl werden dem Benzin außerdem Antiklopfmittel zugemischt.
Antiklopfmittel
Die Antiklopfwirkung der Substanzen, die als Antiklopfmittel wirken, beruht auf dem Abfangen von freien Radikalen, die für die explosionsartige Selbstentzündung verantwortlich sind.
Die wirksamsten Antiklopfmittel sind organische Bleiverbindungen (z. B. Tetraethylblei ).
Wegen der Umweltbelastung durch giftiges Blei und seine Verbindungen wurde früher der zulässige Bleigehalt im Benzin begrenzt, heute sind Bleiverbindungen als Antiklopfmittel in der BRD nicht mehr zugelassen. In verschiedenen anderen Ländern Europas wird aber noch bleihaltiges Benzin verwendet. Autos, die mit einem Katalysator für die Abgasreinigung ausgestattet sind, können kein bleihaltiges Benzin verwenden, da das Blei sich im Katalysator ablagert und diesen schädigt.
Zur Erhöhung der Oktanzahl und zur Verbesserung der Klopffestigkeit werden heute andere Verbindungen wie z. B. Methyl-tert-butylether (MTBE) dem Kraftstoff zugemischt.
Die Folge ist, dass MTBE zunehmend in die Umwelt gelangt. In den USA wurde die Verbindung bereits in verschiedenen Quellwässern gefunden. Ob daraus möglicherweise ein Umweltrisiko resultieren könnte, ist noch nicht endgültig geklärt. Daher ist in den USA die Verbindung aus Vorsorge nicht mehr als Antiklopfmittel gestattet, in Deutschland gibt es aber kein Verbot.
Zusammensetzung von Benzinen in %
Antiklopfmittel Klopffestigkeit Methyl-tert-Butylether Isomerisierung Benzin Tetraethylblei Rohbenzin Dehydrierung Oktanzahl Bleitetraethyl Reforming Klopfen Octanzahl Entschwefelung Tetraäthylblei Cyclisierung Reformieren Platforming Katalysator MTBE Kraftstoff
Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.
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