Sintetički benzin: opis, karakteristike, performanse, metode proizvodnje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Znanost i napredak omogućuju vam stvaranje stvari koje nikada prije niste vidjeli, a na koje mnogi nisu mogli ni pomisliti. Uzmimo, na primjer, takav relativno novi razvoj kao što je sintetički benzin. Mnogi ljudi znaju da se ovo gorivo dobiva destilacijom iz nafte. Ali može se sintetizirati i iz ugljena, drva, prirodnog plina. Proizvodnja sintetičkog benzina, iako ne može u potpunosti zamijeniti konvencionalni način proizvodnje, ipak zaslužuje proučavanje. Stoga će se razmotriti njegova povijest, kao i načini za dobivanje.

Uvod

Teško je zamisliti modernu civilizaciju bez motornog goriva - dizela, kerozina, benzina. Za njih rade automobili, avioni, rakete, vodeni transport. Ali količina ulja u crijevima je ograničena. Ne tako davno vjerovalo se da će se čovječanstvo uskoro neizbježno suočiti s nedostatkom goriva. Ali pokazalo se,nije sve tako tužno. Razvijaju se nove tehnologije za izvlačenje teško povratnih rezervi, a pojavljuju se i alternativne opcije. Možemo spomenuti i zelenu energiju i povećanje učinkovitosti korištenja resursa (suvremeni mali automobili lako upravljaju 4-6 litara goriva na stotinjak kilometara, iako su na početku našeg tisućljeća trebali oko 10). A visokokvalitetno gorivo, kako se pokazalo, može se dobiti iz raznih nenaftnih sirovina.

Kako je sve počelo?

Moramo početi s događajima koji su se zbili prije više od 150 godina. Tada je počela komercijalna proizvodnja nafte. Od tada je čovječanstvo potrošilo više od polovice takozvanih lakih sirovina. U početku se nafta koristila kao izvor toplinske energije. U naše vrijeme ovaj pristup nije ekonomski isplativ. Kada je došlo automobilsko doba, proizvodi frakcioniranja nafte postali su rašireni u ulozi motornog goriva. U isto vrijeme, što je više sirovina bilo iscrpljeno, to je postajalo isplativije tražiti alternativu.

Što je ulje? Ovo je mješavina ugljikovodika, točnije, cikloalkana. Što su oni? Najjednostavniji alkan mnogima je poznat kao plin metan. Osim toga, u ulju postoje dušične i sumporne nečistoće. A ako se pravilno obrađuje, onda možete dobiti mnogo različitih materijala. Na primjer, uzmite dobro poznati benzin. Što on predstavlja? Zapravo, ovo je frakcija ulja niskog vrenja koju čine ugljikovodici kratkog lanca s određenom količinomatoma od pet do devet. Benzin je glavno gorivo za osobne automobile, kao i za male zrakoplove. Sljedeća istaknuta vrsta je kerozin. Viskozniji je i teži. Nastaje od ugljikovodika u kojima ima od 10 do 16 atoma. Kerozin se koristi u mlaznim zrakoplovima i motorima. Još teža frakcija je plinsko ulje. Koristi se u dizel gorivu, koje je mješavina s kerozinom.

Znanstvena potraga za alternativom

Iako se glavne frakcije dobivaju iz nafte, pokazalo se da se u tu svrhu mogu koristiti i druge ugljične sirovine. Ovaj problem kemičari su riješili još 1926. godine. Tada su znanstvenici Fischer i Tropsch otkrili reakciju redukcije ugljičnog monoksida pod atmosferskim tlakom. Utvrđeno je da se tekući i čvrsti ugljikovodici mogu formirati iz mješavine plina u prisutnosti katalizatora. Po svom kemijskom sastavu bili su bliski proizvodima dobivenim iz nafte. Rezultat kemijskog istraživanja nazvan je "sintetski plin". Ispalo je prilično lako. Toliko da ga kod kuće može ponoviti svaka osoba koja nije preskočila kemiju i fiziku u školi. Dobiva se propuštanjem vodene pare preko ugljena (to je njegova rasplinjavanje) ili pretvaranjem običnog prirodnog plina (sastoji se uglavnom od metana). U drugom slučaju dodatno su korišteni metalni katalizatori. Treba napomenuti da se sintetski plin može stvoriti ne samo iz metana i ugljena. Obećavajući smjer sada se smatra rad na enzimskom itermokemijska obrada otpada biljnih sirovina. Ne treba zaboraviti ni pretvorbu bioplina, odnosno hlapivih tvari dobivenih razgradnjom organskog otpada.

Kako je aplikacija evoluirala?

Nacistička Njemačka briljirala je u tom pogledu. Tijekom Drugog svjetskog rata imala je značajnih problema u pogledu opskrbe gorivom. Stoga su nastali cijeli kompleksi koji su prerađivali ugljen u tekuće gorivo. I sintetički benzin Trećeg Reicha dao je svoj značajan doprinos, prilično snažno odgodivši pad ove strašne države. Zatim je korištena metoda kemijskog ukapljivanja ugljena dok se ne dobije gorivo za pirolizu. Do kraja rata, nacistička Njemačka uspjela je dosegnuti razinu od 100.000 barela sintetičke nafte dnevno. Uobičajenije rečeno, to je više od 130 tona! Korištenje ugljena je svrsishodno zbog sličnog kemijskog sastava. Dakle, u njemu je sadržaj vodika 8%, dok je u ulju 15%. Ako stvorite određeni temperaturni režim i zasitite ugljen vodikom u značajnom volumenu, tada će preći u tekuće stanje. Taj se proces naziva hidrogenacija. Osim toga, može se ubrzati i povećati u volumenu ako se koriste katalizatori: željezo, kositar, nikal, molibden, aluminij i mnogi drugi. Sve to omogućuje izolaciju različitih frakcija i njihovo korištenje za daljnju obradu.

Sintetički benzin se sada proizvodi u Njemačkoj. Nakon Drugog svjetskog rata, Južna Afrika je slijedila njihov primjer. ZatimPočele su se pridruživati Kina, Australija i Sjedinjene Države. Valja napomenuti da imamo i potencijala za razvoj ovog područja.

O padu i dizanju

U Sovjetskom Savezu, još prije početka Drugog svjetskog rata, tragalo se za mogućim vađenjem benzina iz mrkog ugljena. Ali, nažalost, nije bilo moguće dobiti rezultate prikladne za industrijsku proizvodnju. Nakon završetka sukoba cijena nafte je pala, a s njom je nestala i potreba za sintetičkim gorivom. Sada, zbog smanjenja rezervi nafte, ovo područje doživljava preporod. Proizvodnja sintetičkog benzina postaje sve raširenija i često nailazi na potporu države. Primjerice, u Sjedinjenim Državama proizvođači takvih goriva mogu računati na državne subvencije. Unatoč svim preduvjetima, tekuća goriva se proizvode u ograničenom opsegu. Činjenica je da je proširenje postojećih kapaciteta ograničeno visokim troškovima, koji znatno premašuju ono što se dobiva od konvencionalnih sirovina. Primjerice, sintetički benzin u Njemačkoj može se napraviti od vode i ugljičnog dioksida, ali za samo godinu dana koštat će novi automobil. A sve zbog visoke cijene instalacije. Glavni smjer rada je potraga za ekonomskim tehničkim rješenjima. Na primjer, otvoreno je pitanje smanjenja tlaka za ukapljivanje ugljena. Sada je potrebno stvoriti 300-700 atmosfera, a pretraga se provodi kako bi se postigla vrijednost od 100 i niže. Također su relevantna pitanja povećanja produktivnosti generatora, razvoja novih katalizatora (učinkovitijih). Da, i ne treba zaboraviti da nema toliko visokokvalitetnog prirodnog ugljena. Stoga se smatra perspektivnijim dobiti ga iz plina. Koje su prilike ovdje?

Proizvedeno iz prirodnog plina

Ovo je osobito istinito zbog postojećih problema s transportom. Dakle, ako transportirate prirodni plin, tada će trošak toga biti 30-50% cijene konačnog proizvoda. Stoga je vrlo relevantna njegova prerada neposredno u blizini mjesta vađenja u visokokvalitetni benzin i dizelsko gorivo. To postavlja niz zahtjeva za kompaktnost instalacija. Ako se krajnji proizvodi dobivaju u fazi metanola, tada je takav proces prikladan zbog činjenice da se odvija u jednom reaktoru. Ali potrebno je puno energije, zbog čega je sintetičko gorivo dvostruko skuplje od nafte. Alternativu ovoj uobičajenoj metodi predložio je Institut za petrokemijsku sintezu Ruske akademije znanosti. Uključuje rad s drugim međuproduktom - dimetil eterom. Na ovaj način nije teško raditi ako se poveća udio ugljičnog monoksida u nastalom sinteznom plinu. Proizvodnja sintetičkog benzina u ovom slučaju je dodatno i prilično ekološki prihvatljivo gorivo. Posebno se dobro pokazao pri pokretanju hladnih motora zbog visokog cetanskog broja. A za proizvodnju benzina ova opcija nije loša. Dakle, možete napraviti gorivo s oktanskim brojem 92. Sintetski benzin od prirodnog plina istovremeno ima manje štetnih nečistoća od onih koje se mogu naći u onima napravljenim od nafte. Instalacija koju je predložila Ruska akademija znanosti nudi shemu rada, prema kojoj, što je viša temperatura reakcije, to je višeizvedba.

Možete li sve sami?

Unatoč činjenici da se alternativna energija smatra relativno mladom znanošću, nije problem ponoviti njezina postignuća unutar jednog kućanstva. Stoga, da, sasvim je moguće stvoriti sintetički benzin vlastitim rukama. Štoviše, s obzirom na specifičnosti uvjeta u kojima se mora postojati, moguće je osloniti se na drvo, ugljen i bioplin. Kome od njih dati prednost kod kuće - svatko odlučuje za sebe.

Kao najjednostavnije, najrelevantnije je pitanje kako vlastitim rukama dobiti sintetički benzin iz drva. Mnogi ga smatraju isključivo građevinskim materijalom ili sirovinom za igračke. Ali vrijedi zapamtiti barem drveni alkohol i postaje jasno da potencijal postoji. Kako u ovom slučaju dobiti sintetski plin? Potrebno je uzeti drvo (ili njegov otpad, što točno nije važno). Kod kuće možete napraviti uređaj iz tri dijela, od kojih će svaki obavljati svoju funkciju. U početku je potrebno osigurati njihovo sušenje i zagrijavanje na temperaturu od 250-300 stupnjeva Celzija. Zatim dolazi red na pirolize. Ovdje bi temperatura trebala porasti na 700 stupnjeva. A zadnja faza je proizvodnja plina. Počinje reformiranje pare. Proces se odvija na temperaturi od 700-1000 stupnjeva. Rezultat je vrlo čisti sintezni plin. Dodatna intervencija nije potrebna. Zatim koristimo katalizatore i sintetički benzin je spreman!

Napravi od ugljena

I još jedna mala točka koja prije nije spomenuta - kada radite kod kuće, instalacije će se sigurno pokazati prilično velikim. Stoga se ne preporuča smjestiti ih u stan. Ali stvoriti ih u vlastitom domu ili blizu njega vrlo je stvarna stvar.

Sintetski benzin može se dobiti iz ugljena utjecajem pare. Njegova plinifikacija je najlakši i najizvediviji način za kućne uvjete. Pa počnimo. U početku, za veću učinkovitost i povećanje brzine procesa, ugljen se mora drobiti. Zatim je zasićen vodikom. Tada je potrebno stvoriti temperaturu od 400-500 stupnjeva Celzija i tlak od 50-300 kg/cm2. I čekamo trenutak prijelaza u tekuće stanje. Ako se ne koristi otapalo, tada će to postati samo 5-8% ukupne mase ugljena. Zatim dolazi red na katalizatore. Pogodno za ugljen: molibden, nikal, kob alt, kositar, aluminij, željezo, kao i njihovi spojevi. Za rasplinjavanje se može koristiti bilo koja vrsta sirovina. Smeđa, kamena - sve će učiniti. Iako njegova kvaliteta utječe na učinkovitost pretvorbe. Prije je dana oznaka količine ugljika, a brojka se zvala 8%. Ovo nije sasvim točno. Ovisno o marki i kvaliteti, vrijednost se može kretati od 4% do 8%. A za minimalnu prikladnost naknadne obrade i odvajanja benzina potrebno je postići vrijednost od 11% (bolje od 15%). U početku, nije činjenica da će sve uspjeti. Pogotovo ako ste preskočili lekcije iz fizike ikemija. Ipak, sintetički benzin od ugljena može se uspješno proizvoditi i koristiti.

Rad s bioplinom

Ovo je prilično neobičan i ekstravagantan pristup, ali funkcionira. Njegova ljepota je i u tome što kao gorivo ima širu primjenu od samog sintetičkog benzina. Istina, zauzima puno prostora. Tako je, na primjer, jedan kubični metar bioplina ekvivalentan 0,6 litara benzina. Ako ga ne koristite u komprimiranom stanju, čak i ako ga odnesete u očne jabučice na kamionu, nećete moći voziti više od sto-dva kilometara. Stoga, kako iz njega sintetizirati željeni benzin? To je moguće zbog činjenice da je, zapravo, metan s malim nečistoćama. To je praktički ono što vam treba. Sinteza je, međutim, problematična. Uostalom, ovdje nije izmišljeno nešto novo i istovremeno jednostavno. Odnosno, moramo raditi na stvaranju sintetskog plina, a iz njega osigurati stvaranje benzina. To se radi (prema najčešćoj shemi) putem metanola. Iako možete raditi kroz dimetil eter. Kada je u pitanju metanol, uvijek treba imati na umu da je izuzetno opasan. Situaciju komplicira činjenica da ima miris alkohola, a vrelište je 65 stupnjeva Celzija. Općenito, rad sa sintezom goriva nije dječja igra. Stoga neće biti suvišno učiti kemiju i fiziku ako to znanje nije dostupno. Ukratko, sintetički benzin se dobiva destilacijom plina i kondenzatorom. Ova metoda nije brza, ali ako postoji dobra teorijska podloga, nije teško. Ali bez znanja je nemoguće raditipreporučeno. Naposljetku, čisti metanol je gorivo s najvećim oktanom i stoga opasno. A motor običnog automobila ga neće "probaviti" - nije dizajniran za to.

Zaključak

Tako se dolazi do sintetičkog goriva. Valja napomenuti da to nisu igračke, već zapaljiva aktivnost. Stoga se bez odgovarajuće teorijske pripreme ne treba baviti takvom stvari. Uostalom, to bi bilo izravno kršenje sigurnosnih pravila. A oni su, valja zapamtiti, uvijek ispisani krvlju.