Benzină sintetică: descriere, caracteristici, performanță, metode de producție

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Știința și progresul vă permit să creați lucruri care nu au mai fost văzute până acum, la care mulți nici nu s-au putut gândi. Luați, de exemplu, o astfel de dezvoltare relativ nouă precum benzina sintetică. Mulți oameni știu că acest combustibil este obținut prin distilare din petrol. Dar poate fi sintetizat și din cărbune, lemn, gaz natural. Producția de benzină sintetică, deși nu poate înlocui pe deplin calea convențională de producție, merită totuși studiată. Prin urmare, se va lua în considerare istoricul său, precum și modalitățile de obținere.

Introducere

Este greu de imaginat civilizația modernă fără combustibil pentru motor - motorină, kerosen, benzină. Pentru ei lucrează mașini, avioane, rachete, transport pe apă. Dar cantitatea de ulei din intestine este limitată. Nu cu mult timp în urmă, se credea că omenirea se va confrunta în curând cu o lipsă de combustibil. Dar s-a dovedit,nu e chiar atât de trist. Sunt dezvoltate noi tehnologii pentru a extrage rezerve greu de recuperat și apar opțiuni alternative. Mai putem aminti de energia verde și creșterea eficienței utilizării resurselor (mașinile moderne de mici dimensiuni gestionează cu ușurință 4-6 litri de combustibil la suta de kilometri, deși la începutul mileniului nostru necesitau aproximativ 10). Iar combustibilul de în altă calitate, după cum sa dovedit, poate fi obținut din diverse materii prime non-petroliere.

Cum a început totul?

Trebuie să începem cu evenimente care au avut loc acum mai bine de 150 de ani. Atunci a început producția comercială de petrol. De atunci, omenirea a consumat mai mult de jumătate din așa-numitele materii prime ușoare. Inițial, petrolul a fost folosit ca sursă de energie termică. În vremea noastră, această abordare nu este viabilă din punct de vedere economic. Când a venit era automobilelor, produsele fracționării petrolului au devenit larg răspândite în rolul combustibilului pentru motor. În același timp, cu cât se epuizau mai multe materii prime, cu atât devenea mai profitabilă căutarea unei alternative.

Ce este uleiul? Acesta este un amestec de hidrocarburi și, mai precis, de cicloalcani. Ce sunt ei? Cel mai simplu alcan este cunoscut de mulți drept gaz metan. În plus, în ulei există impurități azotate și sulfuroase. Și dacă este procesat corect, atunci puteți obține o mulțime de materiale diferite. De exemplu, luați binecunoscuta benzină. Ce reprezintă el? De fapt, aceasta este o fracțiune de ulei cu punct de fierbere scăzut, formată din hidrocarburi cu lanț scurt, cu o cantitateatomi de la cinci la nouă. Benzina este principalul combustibil pentru mașinile de pasageri, precum și pentru aeronavele mici. Următorul tip evidențiat este kerosenul. Este mai vâscos și mai greu. Este format din hidrocarburi în care sunt de la 10 la 16 atomi. Kerosenul este utilizat în avioane cu reacție și în motoare. O fracție și mai grea este motorina. Este folosit în motorină, care este un amestec cu kerosen.

Căutare științifică pentru o alternativă

Deși principalele fracții sunt obținute din petrol, s-a dovedit că și alte materii prime de carbon pot fi folosite în acest scop. Această problemă a fost rezolvată de chimiști încă din 1926. Apoi, oamenii de știință Fischer și Tropsch au descoperit reacția de reducere a monoxidului de carbon sub presiunea atmosferică. S-a descoperit că hidrocarburile lichide și solide pot fi formate dintr-un amestec de gaze în prezența catalizatorilor. În ceea ce privește compoziția lor chimică, erau aproape de produsele obținute din petrol. Rezultatul cercetărilor chimice a fost numit „gaz de sinteză”. S-a dovedit destul de ușor. Atât de mult încât poate fi repetat acasă de orice persoană care nu a sărit peste chimie și fizică la școală. A fost obținut prin trecerea vaporilor de apă peste cărbune (aceasta este gazeificarea acestuia) sau prin transformarea gazului natural obișnuit (este format în principal din metan). În al doilea caz, au fost utilizați suplimentar catalizatori metalici. Trebuie remarcat faptul că gazul de sinteză poate fi creat nu numai din metan și cărbune. O direcție promițătoare este acum considerată a fi munca pe enzimatică șiprelucrarea termochimică a deşeurilor de materii prime vegetale. Nu trebuie să uităm nici de conversia biogazului, adică a substanțelor volatile obținute din descompunerea deșeurilor organice.

Cum a evoluat aplicația?

Germania nazistă a excelat în acest sens. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, ea a avut probleme semnificative în ceea ce privește alimentarea cu combustibil. Prin urmare, au fost create complexe întregi care transformau cărbunele în combustibil lichid. Și benzina sintetică a celui de-al treilea Reich și-a adus contribuția semnificativă, amânând destul de puternic căderea acestei stări teribile. Apoi s-a folosit metoda de lichefiere chimică a cărbunelui până la obținerea combustibilului de piroliză. Până la sfârșitul războiului, Germania nazistă a reușit să atingă nivelul de 100.000 de barili de petrol sintetic pe zi. În termeni mai uzuali, aceasta este mai mult de 130 de tone! Utilizarea cărbunelui este oportună datorită compoziției chimice similare. Deci, în el conținutul de hidrogen este de 8%, în timp ce în ulei este de 15%. Dacă creați un anumit regim de temperatură și saturați cărbunele cu hidrogen într-un volum semnificativ, atunci acesta va intra într-o stare lichidă. Acest proces se numește hidrogenare. În plus, poate fi accelerat și mărit în volum dacă se folosesc catalizatori: fier, staniu, nichel, molibden, aluminiu și multe altele. Toate acestea fac posibilă izolarea diferitelor fracții și utilizarea lor pentru procesarea ulterioară.

Bezinina sintetică este produsă acum în Germania. După al Doilea Război Mondial, Africa de Sud a urmat exemplul. ApoiChina, Australia și Statele Unite au început să se alăture. Trebuie remarcat faptul că avem și potențialul de dezvoltare a acestei zone.

Despre cădere și creștere

În Uniunea Sovietică, chiar înainte de începerea celui de-al Doilea Război Mondial, au fost căutări pentru o posibilă extragere a benzinei din cărbune brun. Dar, din păcate, nu a fost posibil să se obțină rezultate adecvate producției industriale. După încheierea conflictului, prețul petrolului a scăzut și, odată cu acesta, a dispărut și nevoia de combustibil sintetic. Acum, din cauza scăderii rezervelor de petrol, această zonă se confruntă cu o renaștere. Producția de benzină sintetică devine din ce în ce mai răspândită, întâlnindu-se adesea cu sprijinul statului. De exemplu, în Statele Unite, producătorii de astfel de combustibili pot conta pe subvenții guvernamentale. În ciuda tuturor condițiilor prealabile, combustibilii lichizi sunt produși la scară limitată. Cert este că extinderea capacităților existente este limitată de costul ridicat, care depășește semnificativ ceea ce se obține din materii prime convenționale. De exemplu, benzina sintetică din Germania poate fi făcută din apă și dioxid de carbon, dar în doar un an va costa o mașină nouă. Și totul din cauza costului ridicat de instalare. Direcția principală de lucru este căutarea soluțiilor tehnice economice. De exemplu, problema reducerii presiunii pentru lichefierea cărbunelui este deschisă. Acum este necesar să se creeze 300-700 de atmosfere, iar căutarea se efectuează pentru a obține o valoare de 100 și mai mică. De asemenea, relevante sunt problemele creșterii productivității generatoarelor, dezvoltarea de noi catalizatori (mai eficienți). Da, și nu ar trebui să uităm că nu există atât de mult cărbune natural de în altă calitate. Prin urmare, este considerat mai promițător să-l obțineți din gaz. Care sunt oportunitățile aici?

Produs din gaze naturale

Acest lucru este valabil mai ales din cauza problemelor existente de transport. Deci, dacă transportați gaze naturale, atunci costul acestuia va fi de 30-50% din costul produsului final. Prin urmare, prelucrarea sa imediat în apropierea locului de extracție în benzină și motorină de în altă calitate este foarte relevantă. Aceasta propune o serie de cerințe pentru compactitatea instalațiilor. Dacă produsele finite sunt obținute prin etapa de metanol, atunci un astfel de proces este convenabil datorită faptului că are loc într-un singur reactor. Dar este nevoie de multă energie, motiv pentru care combustibilul sintetic este de două ori mai scump decât petrolul. O alternativă la această metodă comună a fost propusă de Institutul de Sinteză Petrochimică al Academiei Ruse de Științe. Implică lucrul cu un alt intermediar - dimetil eter. Nu este dificil să lucrezi în acest mod dacă proporția de monoxid de carbon din gazul de sinteză rezultat este crescută. Producția de benzină sintetică în acest caz este un combustibil suplimentar și destul de prietenos cu mediul. Mai ales s-a arătat bine la pornirea motoarelor reci datorită numărului său mare de cetan. Și pentru producția de benzină, această opțiune nu este rea. Așadar, puteți face combustibil cu un octan de 92. Benzina sintetică din gaz natural are în același timp mai puține impurități nocive decât cele care se găsesc în cele fabricate din petrol. Instalația propusă de Academia Rusă de Științe oferă o schemă de funcționare, conform căreia, cu cât temperatura de reacție este mai mare, cu atât este mai mare.performanță.

Poți să faci totul singur?

În ciuda faptului că energia alternativă este considerată o știință relativ tânără, nu este o problemă să-și repeți realizările într-o singură gospodărie. Prin urmare, da, este foarte posibil să creați benzină sintetică cu propriile mâini. Mai mult, având în vedere specificul condițiilor în care trebuie să existe, este posibil să se bazeze pe lemn, cărbune și biogaz. Care dintre ele să-i acorde preferință acasă - fiecare decide singur.

Ca cea mai simplă, cea mai relevantă este întrebarea cum să obțineți benzină sintetică din lemn cu propriile mâini. Mulți îl consideră doar un material de construcție sau materie primă pentru jucării. Dar merită să ne amintim cel puțin alcoolul din lemn și devine clar că potențialul există. Cum să obțineți gaz de sinteză în acest caz? Este necesar să luați lemn (sau deșeurile sale, ceea ce anume nu este important). Acasă, puteți face un dispozitiv din trei părți, fiecare dintre ele își va îndeplini funcția. Inițial, este necesar să se asigure uscarea și încălzirea acestora la o temperatură de 250-300 de grade Celsius. Apoi vine rândul pirolizei. Aici temperatura ar trebui să crească la 700 de grade. Iar etapa finală este generarea de gaz. Începe reformarea cu abur. Procesul are loc la o temperatură de 700-1000 de grade. Rezultatul este un gaz de sinteză foarte pur. Nu este necesară intervenția suplimentară. În continuare, folosim catalizatori, iar benzina sintetică este gata!

Fă din cărbune

Și încă un mic punct care nu a fost menționat înainte - când se lucrează acasă, instalațiile, cu siguranță, se vor dovedi destul de mari. Prin urmare, nu este recomandat să le plasați într-un apartament. Dar să le creezi în propria casă sau în apropierea ei este un lucru foarte real.

Bezinina sintetică poate fi obținută din cărbune prin influența aburului. Gazeificarea sa este cea mai ușoară și mai fezabilă cale pentru condițiile casnice. Deci sa începem. Inițial, pentru o mai mare eficiență și o creștere a vitezei procesului, cărbunele trebuie zdrobit. Apoi este saturat cu hidrogen. Apoi este necesar să se creeze o temperatură de 400-500 de grade Celsius și o presiune de 50-300 kg/cm2. Și așteptăm momentul trecerii la starea lichidă. Dacă nu se utilizează solvent, atunci doar 5-8% din masa totală de cărbune va deveni astfel. Apoi vine rândul catalizatorilor. Potrivit pentru cărbune: molibden, nichel, cob alt, staniu, aluminiu, fier, precum și compușii acestora. Pentru gazificare se poate folosi orice fel de materie primă. Maro, piatră - totul va merge. Deși calitatea sa afectează eficiența conversiei. Anterior, a fost dată denumirea cantității de carbon și cifra a fost numită 8%. Acest lucru nu este în întregime adevărat. În funcție de marcă și calitate, valoarea poate varia de la 4% la 8%. Și pentru adecvarea minimă a prelucrării și separării ulterioare a benzinei, este necesar să se obțină o valoare de 11% (mai bună de 15%). Inițial, nu faptul că totul va funcționa. Mai ales dacă ai sărit peste lecțiile de fizică șichimie. Cu toate acestea, benzina sintetică din cărbune poate fi produsă și utilizată cu succes.

Lucrul cu biogaz

Aceasta este o abordare destul de neobișnuită și extravagantă, dar funcționează. Frumusețea sa constă și în faptul că, ca combustibil, are o aplicație mai largă decât doar benzina sintetică. Adevărat, ocupă mult spațiu. Deci, de exemplu, un metru cub de biogaz este echivalent cu 0,6 litri de benzină. Dacă îl folosiți nu într-o stare comprimată, atunci chiar și luând-o la ochi pe un camion, nu veți putea conduce mai mult de o sută sau doi kilometri. Prin urmare, cum să sintetizezi benzina dorită din ea? Acest lucru este posibil datorită faptului că, de fapt, este metan cu impurități mici. Practic de asta ai nevoie. Sinteza este însă problematică. La urma urmei, aici nu a fost inventat ceva nou și în același timp simplu. Adică, trebuie să lucrăm la crearea gazului de sinteză și din acesta să asigurăm formarea benzinei. Acest lucru se face (după cea mai comună schemă) prin metanol. Deși puteți lucra prin dimetil eter. Când vine vorba de metanol, trebuie să vă amintiți întotdeauna că este extrem de periculos. Situația este complicată de faptul că are miros de alcool, iar punctul de fierbere este de 65 de grade Celsius. În general, lucrul cu sinteza combustibilului nu este o joacă de copii. Prin urmare, nu va fi de prisos să înveți chimia și fizica dacă aceste cunoștințe nu sunt disponibile. Pe scurt, benzina sintetică se obține prin distilarea gazului și a unui condensator. Această metodă nu este rapidă, dar dacă există un fundal teoretic bun, nu este dificilă. Dar fără cunoștințe este imposibil să lucrezirecomandat. La urma urmei, metanolul pur este combustibilul cu cel mai mare octan și, prin urmare, periculos. Și motorul unei mașini obișnuite nu o va „digera” - nu este conceput pentru asta.

Concluzie

Așa se obține combustibil sintetic. Trebuie menționat că acestea nu sunt jucării, ci o activitate inflamabilă. Prin urmare, fără o pregătire teoretică adecvată, nu ar trebui să se angajeze într-o astfel de chestiune. La urma urmei, aceasta ar fi o încălcare directă a regulilor de siguranță. Și ele, trebuie amintit, sunt întotdeauna scrise cu sânge.