汽油

背景

汽油是从石油或原油提炼中获得的挥发性、易燃液体。它最初作为煤油生产的副产品被丢弃，但它在低温下蒸发的能力使其成为许多机器的有用燃料。美国第一口油井由 Edwin L. Drake 于 1859 年在宾夕法尼亚州泰特斯维尔附近开采，深度接近 70 英尺 (21 m)。随着尼古拉斯·奥托 (Nikolaus Otto) 于 1876 年开发出四冲程内燃机，汽油成为汽车工业的必需品。今天，几乎所有的汽油都用于为汽车提供燃料，只有很少一部分用于为农业设备和飞机提供动力。

石油是一种化石燃料，如今为世界提供的能源比任何其他来源都要多。美国是世界上最大的石油消费国； 1994 年，美国人每天使用 7,587,000 桶石油。石油是由数百万年来承受巨大压力的动植物遗骸形成的。通常，这种有机物会在清除剂和好氧细菌的帮助下完全分解，但石油是在厌氧环境中产生的，没有氧气存在。世界已知原油的一半以上集中在波斯湾盆地。其他主要地区包括阿拉斯加海岸和墨西哥湾。

石油产品，包括汽油，主要是碳氢化合物（含有氢和碳分子的分子）与少量其他物质的混合物。原油由不同长度的烃链组成，有一些短链和一些非常长的链。根据油的分解或精炼程度，它可能会变成任意数量的产品。一般来说，分子越小，沸点越低。因此，具有一到五个碳的非常小的链的气体在非常低的温度下沸腾。具有 6-10 个碳原子的汽油在稍高的温度下沸腾。最重的油可能含有多达 25 个碳原子，并且要到 761°F (405°C) 才能达到沸点。

原材料

汽油是从石油蒸馏和精炼中获得的产品之一。有机铅化合物 过去添加到汽油中以减少发动机爆震，但由于环境问题，这不再常见。其他化学物质也被添加到汽油中，以在称为“甜味”的过程中进一步稳定它并改善其颜色和气味。

制造
过程

探索

• 1 制造汽油的第一步是找到其母体成分石油。原油从其起源区域迁移到多孔岩石或储集岩区域后，被困在该区域。可以通过寻找这些区域中常见的岩石类型来确定可能的石油集中区域。探险家可以检查土地的表面特征，分析声波如何反弹 汽油是一种从石油或原油提炼中获得的挥发性、易燃液体。岩石，或使用重力计检测岩层的细微差异。
• 2 发现可能的油藏后，必须对该区域进行试钻。从测试井中取出岩心样品以确认岩层，并对样品进行化学分析以确定是否有理由进行更多钻探。尽管今天使用的方法比过去任何方法都更先进，但石油勘探仍然没有确定性。

钻孔

• 3 原油是通过可深入岩石 1,000 英尺 (305 m) 的井回收的。这些孔是由旋转钻机制成的，当加水时，旋转钻机使用钻头在地面上钻孔。水和土壤会形成厚厚的泥浆，有助于阻止油并防止其因储层岩石中的内部压力而“喷涌”。当到达油藏时，泥浆继续阻止石油，同时移除钻头并插入管道。

恢复

• 4 为了回收石油，将复杂的管道和阀门系统直接安装到钻井中。储层岩石的自然压力将油从井中带出并进入管道。它们连接到回收系统，该系统由一系列较大的管道​​组成，通过油（液体）和气体（非液体）分离器将原油输送到炼油厂。这种方法允许以最少的废物回收油。
• 5 最终，油井的自然压力会被消耗掉，尽管大量石油可能仍留在岩石中。现在需要二次开采方法来获得更大百分比的石油。通过将气体注入油层上方的气穴或将水注入井中来恢复压力，这种情况更为常见。在这个过程中，在井的周边钻四个孔并加水。石油将漂浮在水面上并浮出水面。

分馏

• 6 原油不是一种好的燃料，因为它不是流体并且需要非常高的温度才能燃烧。在炼油厂中，原油中的长分子链必须与精炼燃料（包括汽油）的较小分子链分开。这个过程称为分馏。

  分馏塔是一个巨大的装置，最多可容纳 200,000 桶原油。油首先被泵入熔炉并加热到 600°F (316°C) 以上，导致除最大分子之外的所有分子蒸发。蒸气上升到分馏塔中，分馏塔可能高达 150 英尺 (46 m)。蒸汽在通过柱子上升时冷却。由于所有化合物的沸点不同，较大、较重的分子将首先在塔中较低处冷凝，而较短、较轻的分子将在塔中较高处冷凝。天然气、汽油和煤油在顶部附近释放。用于制造塑料和润滑剂的较重的化合物在塔的下部被去除。

  分馏本身并不从原油中生产汽油，它只是从原油中的其他化合物中去除汽油。现在使用进一步的精炼过程来提高燃料的质量。

炼油

• 7 催化裂化是炼油中最重要的过程之一。该过程使用催化剂、高温和高压来影响石油的化学变化。将铝、铂、加工粘土和酸等催化剂添加到石油中以分解较大的分子，使其具有所需的汽油化合物。

  另一种精炼过程是聚合。这与裂解相反，因为它将较小的较轻气体分子组合成可用作液体燃料的较大分子。

  

添加剂

• 8 汽油精炼后，会添加化学品。有些是抗爆化合物，它与汽油中燃烧过快的化学物质发生反应，以防止“发动机爆震”。在含铅汽油中，四乙基铅是抗爆添加剂。 （无铅汽油经过进一步精炼，因此对抗爆添加剂的需求最小。）添加其他添加剂（抗氧化剂）以防止在发动机中形成胶质。口香糖是在汽油中形成的树脂，可以涂在发动机的内部部件上并增加磨损。

汽油评级

• 9 汽油主要是两种挥发性液体（庚烷和异辛烷）的混合物。纯庚烷是一种较轻的燃料，燃烧速度非常快，会在发动机中产生大量爆震。纯异辛烷蒸发缓慢，几乎不产生爆震。庚烷与异辛烷的比率通过辛烷值来衡量。异辛烷的百分比越大，爆震越少，辛烷值越高。例如，87 的辛烷值相当于 87% 异辛烷和 13% 庚烷的混合物。

副产品/废物

平均而言，44.4% 的石油变成了汽油。石油真的没有废品。较轻的化学品是天然气、液化石油气 (LPG)、喷气燃料和煤油。较重的产品用于制造润滑剂、塑料和 沥青。 此外，许多价值较低的产品可以通过化学方式转化为更畅销的化合物。

未来

汽油，虽然​​今天广泛用于许多应用，但注定要成为过去的燃料，因为石油是不可再生资源。当前的技术集中在充分利用剩余的油藏和探索替代能源上。准确确定油藏范围的新方法、控制石油采收率的自动化系统以及使工人能够从已知油藏中开采更多石油的方法都在研究中，以充分利用当今可用的油库。

油田勘探的最新方法是测量油藏的物理尺寸和油量。通常，随着油的回收，在一段时间内测量井内的压力。使用这些数据，科学家可以确定储层的大小及其渗透率。回声计可以从储层侧面反射声波，也可用于发现井的特征。

现代石油回收方法通常至少部分由计算机化系统控制。 SCADA（数据采集监控系统）使用专用软件通过一个或多个主终端和多个远程终端监控操作。这些系统提高了效率，有助于防止可能危害环境的事故，并在安全性提高的情况下减少工人数量。

提高石油采收率方法增加了可以从油藏中获得的石油的百分比。过去，工人只能提取不到油藏中一半的石油。新方法包括将气体或泡沫注入井中以压出油，水平钻入井中，并使用更多的地球物理信息来准确预测储层的特征。

由于汽油是从有限的石油供应中生产出来的，科学家们正在寻找清洁、可再生的能源来为未来的机器提供动力。过去用于汽船的蒸汽动力是一种重新受到关注的能源。电动汽车已经开发出来，太阳能和风能也为汽车和家庭提供动力。