Besseres Benzin durch Reformieren

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.

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 entsteht elementarer Schwefel, der einen erheblichen Teil des Rohstoffbedarfs zur Herstellung von Schwefelsäure deckt.

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.

Superbenzin hat eine Oktanzahl von 95, Super Plus von 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 ${\text{Pb(C}}_{\text{2}}{\text{H}}_{\text{5}}{\text{)}}_{\text{4}}$).
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) und Ethyl-tert-butylether dem Kraftstoff zugemischt.

Benzin mit Ethanolzusatz
Durch Zumischen von Ethanol zum Benzin versucht man, einerseits den Verbrauch an Erdöl zu verringern und zum anderen den Anstieg der Kohlenstoffdioxid-Emission zu vermindern, da Ethanol als Biokraftstoff eine günstigere Kohlenstoffdioxid-Bilanz aufweist.

Ein Ethanolzusatz bis zu 5 % ist ohne Weiteres möglich und wird seit einiger Zeit auch beim Superbenzin schon gehandhabt. Wird mehr Ethanol beigemischt, kann es aber Probleme geben. Einerseits sinkt die Motorleistung etwas, was einen Mehrverbrauch zur Folge hat. Zum anderen müssen für Ethanol geeignete Werkstoffe für den Motor verwendet werden, sodass ältere Automodelle meist solche Kraftstoffe wie „Super E 10“ mit 10 % Ethanol nicht benutzen können.