vpravo|náhled|Benzín ve sklenici Benzín (též benzin) je kapalina ropného původu používaná hlavně jako palivo v zážehových spalovacích motorech, ale i jako rozpouštědlo, zejména pro ředění nátěrových hmot.
Skládá se především z alifatických uhlovodíků získávaných frakční destilací ropy, s přídavkem isooktanu nebo aromatických uhlovodíků toluenu a benzenu ke zvýšení oktanového čísla. Běžně se přidávají také malá množství různých aditiv, například pro zlepšení výkonu motorů a snížení škodlivých emisí. Některé směsi mohou obsahovat významné množství ethanolu jakožto částečně alternativního paliva.
Vlastnosti a výroba náhled|Benzin se vyrábí v ropných rafineriích náhled|Pumpa pro těžbu ropy, USA náhled|upright|Ropná plošina v Mexickém zálivu
Benzin se vyrábí v ropných rafineriích. Materiál, který se získá oddělením ze surové ropy destilací, nazývaný „panenský“ nebo přímý benzin (přímý ropný destilát), nesplňuje požadavky pro moderní motory (zvláště oktanové číslo), používá se jako součást směsi.
Základ typického benzinu je tvořen uhlovodíky se čtyřmi až dvanácti atomy uhlíku v molekule.
Mnoho uhlovodíků se považuje za nebezpečné látky a podléhá proto regulaci. Bezpečnostní list bezolovnatého benzinu ukazuje nejméně patnáct nebezpečných chemikálií v různých množstvích – včetně benzenu (až 5 % objemově), toluenu (až 35 %), naftalenu (až 1 %), trimethylbenzenu (až 7 %), MTBE (v některých státech až 18 %) a asi deseti dalších.Material safety data sheet Tesoro Petroleum Companies, Inc., U.S., 8 February 2003
Každá ze složek, které se při výrobě benzinu mísí dohromady, má jiné charakteristiky. Mezi důležité složky patří: reformát – vyrábí se v katalytickém reformátoru, má vysoké oktanové číslo, vysoký obsah arenů a málo alkenů katalyticky krakovaný benzin nebo katalyticky krakovaná nafta – vyrábí se v katalytickém krakeru, má menší oktanové číslo, vysoký obsah alkenů a mírný obsah arenů hydrokrakát (těžký, střední a lehký) – vyrábí se v hydrokrakeru, má střední až nízké oktanové číslo a mírný obsah aromatických uhlovodíků panenský čili přímý naftový destilát – destiluje se přímo ze surové ropy, má nízké oktanové číslo, nízký obsah arenů (v závislosti na složení surové ropy), obsahuje určité množství naftenů (cykloalkanů) a žádné olefiny (alkeny) alkylát – vyrábí se v alkylační jednotce, má vysoké oktanové číslo a jedná se o čisté alkany, především s rozvětvenými řetězci izomerát (různých názvů) – získává se izomerizací pentanu a hexanu v lehkém přímém destilátu, s cílem získat vysokooktanové izomery.
(Uvedené termíny se používají v naftařské hantýrce. Přesná terminologie se liší podle rafinerie a státu.)
Celkově je typický benzin především směsí parafinů (alkanů), naftenů (cykloalkanů) a olefinů (alkenů). Přesné poměry závisí na: rafinerii, která benzin vyrábí; různé rafinerie mají různé výrobní jednotky surové ropě použité pro výrobu cílové třídě benzinu, zvláště oktanovém čísle.
V současné době mnoho zemí určuje limity celkového obsahu arenů (zvláště benzenu) a alkenů. Takové regulace vedly k preferenci vysokooktanových alkanových složek, například alkylátů, a nutí rafinerie přidávat procesní jednotky ke snižování obsahu benzenu.
Benzin může obsahovat i další organické sloučeniny, například ethery (přidávané úmyslně), a malá množství různých kontaminantů, zejména sloučenin síry, například disulfidů a thiofenů. Některé kontaminanty, hlavně thioly a sulfan, se musí odstraňovat, protože způsobují korozi motorů. Sloučeniny síry se obvykle odstraňují převodem na sulfan, které lze poté transformovat na elementární síru pomocí Clausova procesu.
Hustota Hustota benzinu se pohybuje od 0,64 do 0,77 g/cm3, přičemž vyšší hustota značí větší podíl arenů. Kvalita benzinu je nepřímo úměrná hustotě. Benzin plave na vodě; vodu proto nelze použít k hašení benzinového ohně, není-li rozprašována ve formě jemné mlhy.
Teplota varu Bod varu benzinu se pohybuje mezi 60–120 °C. Za kvalitnější je považován benzín s nižší teplotou varu.
Těkavost Benzin je těkavější než nafta nebo letecká paliva, a to nejen kvůli hlavním složkám, ale i kvůli přidávaným aditivům. Závěrečné ovládání těkavosti se často provádí přidáváním butanu. Pro zjištění těkavosti se používá měření Reidova tlaku par (RVP). Požadovaná těkavost závisí na okolní teplotě: v horkém podnebí se používají složky s vyšší molární hmotností a tedy s nižší těkavostí. V chladném prostředí vede příliš nízká těkavost k problémům se startováním motorů. Naopak v horku působí nadměrná těkavost problémy tím, že se palivo vypařuje již v potrubí a může zabránit podávacímu čerpadlu v jeho účinném čerpání. (Toto nastává hlavně u čerpadel, která jsou poháněna přímo od motoru a nemají návratové potrubí. U motorů se vstřikováním paliva je třeba, aby mělo palivo dostatečný tlak. Protože při startování jsou otáčky velmi malé, používají se u těchto vozidel elektrická čerpadla umístěná na palivové nádrži a palivo může současně chladit čerpadlo. Regulace tlaku se dosahuje návratem nevyužitého paliva zpět do nádrže. U takových vozidel proto problém s předčasným vypařováním paliva prakticky nikdy nenastává.)
V USA je těkavost v centrech velkých měst regulována, aby se omezily emise nespálených uhlovodíků. Ve velkých městech je povinný tzv. reformulovaný benzin, který je kromě jiného méně náchylný na vypařování. V Austrálii jsou limity na těkavost benzinu v létě omezovány vládami jednotlivých států (mohou se vzájemně lišit). Mnoho zemí má prostě letní, zimní a případně přechodné limity.
Standardy pro těkavost mohou být uvolněny (takže se může do atmosféry vypařit větší množství složek benzinu) během nouzových situací, kdy je benzinu nedostatek. Například 31. srpna 2005 bylo kvůli hurikánu Katrina ve Spojených státech povoleno prodávat v některých městských oblastech nereformovaný benzin, což efektivně umožnilo brzy přejít z letního na zimní benzin. Podle Stephena L. Johnsona z americké Agentury pro ochranu životního prostředí platil tento krok s účinností od 15. září 2005.
Kromě snižování těkavosti paliva pro omezování emisí nespálených uhlovodíků existují a používají se i jiné způsoby. Všechna vozidla prodávaná v USA (přinejmenším od 80. let 20. století, ale pravděpodobně již od 70. let nebo dříve) musí mít palivový systém uzpůsoben tak, že v době, kdy motor neběží, zachycuje rozpínající se páry paliva z nádrže v zásobníku s dřevěným uhlím. Poté za běhu motoru (obvykle až po dosažení normální pracovní teploty) uvolňuje zachycené páry (přes "čisticí ventil") do sacího potrubí, aby byly spáleny v motoru. Systém musí mít také utěsněný uzávěr nádrže bránící vypařování plnicím hrdlem. Moderní vozidla s diagnostickým systémem OBD-II indikují jako poruchový stav, pokud uzávěr chybí nebo nedostatečně těsní (obecným účelem tohoto indikátoru je vyjádření, že kterákoli část systému pro omezení emisí nepracuje správně).
Oktanové číslo náhled|Plastový kanystr na benzin
Důležitou charakteristikou benzinu je jeho oktanové číslo, které označuje, jak je benzin odolný proti předčasnému detonačnímu zážehu (tzv. klepání motoru). Normálním typem spalování v motoru je deflagrace. Oktanové číslo se měří podle směsi 2,2,4-trimethylpentanu (isooktan, izomer oktanu) a n-heptanu. Existuje řada různých konvencí pro vyjadřování oktanového čísla; proto stejné palivo může být označováno různými čísly, podle použitého systému. Například v Česku se používá výzkumná metoda a motorová metoda; oktanové číslo zjištěné motorovou metodou bývá nižší.Slovník pojmů na Auto.cz: oktanové číslo
Oktanové číslo nabylo důležitosti při hledání způsobu zvýšení výkonu u leteckých motorů koncem 30. a ve 40. letech 20. století. Vyšší oktanové číslo umožňuje použít vyšší kompresní poměr a dosáhnout tak vyššího výkonu.
Energetický obsah (výhřevnost) Benzin obsahuje cca 32 MJ/l, resp. 46,4 MJ/kg energie, tedy jinak vyjádřeno 8,89 kWh/l, resp. 12,9 kWh/kg (pro snazší porovnání s bateriemi). Jedná se o průměrnou hodnotu; různé směsi se mohou lišit, konkrétní energetický obsah se podle americké Agentury pro ochranu životního prostředí liší sezónu od sezóny, mezi různými výrobními sériemi atd., o až 4 % oproti průměru. Z jednoho barelu surové ropy (cca 160 l) se získá asi 74 litrů benzinu, tedy zhruba 46 % objemových procent. Zbývající část ropy jsou další produkty, například asfalt nebo nafta.
Aditiva O aditivaci benzinu a o výhodách provozu benzinového motoru ošetřovaného aditivy pojednává článek Aditiva do paliv.
Olovo Směs známá jako benzin, použije-li se ve spalovacím motoru s vysokou kompresí, má tendenci k samozápalům (detonacím, tzv. klepání), které poškozují motor. Časné výzkumy tohoto jevu vedli A. H. Gibson a Harry Ricardo v Anglii a Thomas Midgley a Thomas Boyd v USA. Objev, že olovnatá aditiva toto chování mění, vedl k širokému přijetí jejich používání ve 20. letech 20. století a tím i k motorům s vyšším kompresním poměrem a vyšším výkonem. Nejpopulárnějším aditivem bylo tetraethylolovo. Ovšem objev škodlivých účinků olova na životní prostředí a zdraví, a také nekompatibilita olova s katalytickými konvertory, které jsou instalovány skoro na všechny americké automobily od roku 1975, znamenaly v 80. letech ústup od jeho používání (tím spíš, že mnohé státy zavedly různé zdanění na paliva s olovem a bez něho). Většina států olovnatá paliva zakázala; olovo bylo nahrazeno jinými aditivy. Mezi nejpopulárnější patří aromatické uhlovodíky, ethery a alkoholy (obvykle ethanol nebo methanol).
V USA, kde se olovo přidávalo do benzinu (především pro zvýšení oktanového čísla) od počátku 20. let, byly standardy na odstranění olovnatého benzinu poprvé implementovány v roce 1973, z podstatné části kvůli studiím vedeným Philipem J. Landriganem. V roce 1995 tvořila olovnatá paliva již jen 0,6 % celkového prodeje benzinu, resp. méně než 1814 tun olova ročně. Od 1. ledna 1996 byl prodej olova pro použití v silničních vozidlech zakázán. Za vlastnictví a používání olovnatého benzinu v běžném silničním vozidle se nyní v USA ukládá pokuta až 10 000 USD. Paliva s obsahem olova se však smějí dál prodávat pro použití mimo silnice, například pro letadla, závodní automobily, zemědělské stroje a lodní motory. Zákaz olovnatých paliv zabránil uvolnění tisíců tun olova z automobilů do ovzduší. Podobné zákazy v různých zemích vedly ke snížení hladiny olova v krvi lidí.
Vedlejším účinkem olovnatých aditiv byla ochrana sedel ventilů před korozí. Mnoho motorů klasických automobilů muselo být modifikováno, aby byly schopny pracovat na bezolovnatá paliva. Vyrábějí se ovšem i náhrady olova, které jsou k dispozici v obchodech s autodíly, u čerpacích stanic nebo přímo jako součást prodávaného benzinu (v Česku bylo takové aditivum součástí benzinu Special 91). Tato náhradní aditiva byla vědecky testována a v roce 1999 schválena Federací britských klubů historických vozidel při britské Výzkumné asociaci motorového průmyslu (MIRA).
V některých částech Jižní Ameriky, Asie, východní Evropy a Středního východu se olovnatý benzin stále používá. V subsaharské Africe byl zakázán od 1. ledna 2006. Stále více zemí navrhlo v blízké budoucnosti olovnatý benzin zakázat. Ovšem v Británii nyní existuje rostoucí trh pro olovnatý benzin Four Star používaný v historických automobilech a motocyklech. Jediný prodejce, Bayford Group, má oprávnění Evropské unie k distribuci olovnatých paliv – tato se prodávají ve vybraných prodejnách po Velké Británii. Nejsou však ve všech hrabstvích a cena tohoto paliva je zhruba dvakrát vyšší než u bezolovnatého benzinu.
MMT Methylcyklopentadienylmangantrikarbonyl (MMT) se používá mnoho let v Kanadě a v poslední době také v Austrálii ke zvýšení oktanového čísla. Působí i jako ochrana ventilových sedel u starších vozů navržených pro olovnatý benzin.