Sintetični bencin: opis, značilnosti, zmogljivost, metode proizvodnje

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Znanost in napredek vam omogočata ustvarjanje stvari, ki jih še nikoli niste videli, na kar si mnogi niti pomisliti niso mogli. Vzemimo na primer tako relativno nov razvoj, kot je sintetični bencin. Mnogi ljudje vedo, da se to gorivo pridobiva z destilacijo olja. Lahko pa se sintetizira tudi iz premoga, lesa, zemeljskega plina. Proizvodnja sintetičnega bencina, čeprav ne more v celoti nadomestiti konvencionalne poti proizvodnje, si še vedno zasluži raziskovanje. Zato bo upoštevana njegova zgodovina, pa tudi načini za pridobitev.

Uvod

Sodobno civilizacijo si je težko predstavljati brez motornega goriva - dizelskega goriva, kerozina, bencina. Zanje delajo avtomobili, letala, rakete, vodni transport. Toda količina olja v črevesju je omejena. Ne tako dolgo nazaj je veljalo, da se bo človeštvo kmalu soočilo s pomanjkanjem goriva. Toda izkazalo se je,ni vse tako žalostno. Razvijajo se nove tehnologije za pridobivanje težko izterljivih zalog, pojavljajo pa se tudi alternativne možnosti. Omenimo lahko tudi zeleno energijo in povečanje učinkovitosti rabe virov (sodobni majhni avtomobili zlahka upravljajo 4-6 litrov goriva na sto kilometrov, čeprav so jih na začetku našega tisočletja zahtevali približno 10). In visokokakovostno gorivo, kot se je izkazalo, je mogoče dobiti iz različnih nenaftnih surovin.

Kako se je vse začelo?

Začeti moramo z dogodki, ki so se zgodili pred več kot 150 leti. Takrat se je začela komercialna proizvodnja nafte. Od takrat je človeštvo porabilo več kot polovico tako imenovanih lahkih surovin. Sprva je bilo olje uporabljeno kot vir toplotne energije. V našem času ta pristop ni ekonomsko upravičen. Ko je prišla doba avtomobilov, so se produkti frakcioniranja nafte razširili v vlogi motornega goriva. Hkrati pa je bilo več surovin izčrpanih, bolj donosno je bilo iskati alternativo.

Kaj je olje? To je mešanica ogljikovodikov in natančneje cikloalkanov. Kaj so oni? Najpreprostejši alkan je mnogim znan kot plin metan. Poleg tega so v olju dušikove in žveplove nečistoče. In če je pravilno obdelana, lahko dobite veliko različnih materialov. Na primer, vzemite dobro znani bencin. Kaj on predstavlja? Pravzaprav je to frakcija olja z nizkim vreliščem, ki jo tvorijo kratkoverižni ogljikovodiki s količinoatomov od pet do devet. Bencin je glavno gorivo za osebna vozila in manjša letala. Naslednja poudarjena vrsta je kerozin. Je bolj viskozen in težek. Nastane iz ogljikovodikov, v katerih je od 10 do 16 atomov. Kerozin se uporablja v reaktivnih letalih in motorjih. Še težja frakcija je plinsko olje. Uporablja se v dizelskem gorivu, ki je mešanica s kerozinom.

Znanstveno iskanje alternative

Čeprav so glavne frakcije pridobljene iz nafte, se je izkazalo, da se za ta namen lahko uporabijo tudi druge ogljikove surovine. Ta problem so kemiki rešili že leta 1926. Nato sta znanstvenika Fischer in Tropsch odkrila reakcijo redukcije ogljikovega monoksida pod atmosferskim tlakom. Ugotovljeno je bilo, da se tekoči in trdni ogljikovodiki lahko tvorijo iz zmesi plinov v prisotnosti katalizatorjev. Po kemični sestavi so bili blizu izdelkom, pridobljenim iz nafte. Rezultat kemijskih raziskav so poimenovali "sintezni plin". Izkazalo se je precej enostavno. Toliko, da jo lahko doma ponovi vsak, ki ni preskočil kemije in fizike v šoli. Dobili so ga s prehajanjem vodne pare čez premog (to je njegovo uplinjanje) ali s pretvorbo navadnega zemeljskega plina (sestavljen je predvsem iz metana). V drugem primeru so bili dodatno uporabljeni kovinski katalizatorji. Treba je opozoriti, da je sintezni plin mogoče ustvariti ne samo iz metana in premoga. Obetavna smer se zdaj šteje za delo na encimskih intermokemična obdelava odpadkov rastlinskih surovin. Ne smemo pozabiti tudi na pretvorbo bioplina, torej hlapnih snovi, pridobljenih z razgradnjo organskih odpadkov.

Kako se je aplikacija razvila?

Nacistična Nemčija se je v tem pogledu izkazala. Med drugo svetovno vojno je imela precejšnje težave z oskrbo z gorivom. Zato so nastali celotni kompleksi, ki so premog predelovali v tekoče gorivo. In sintetični bencin Tretjega rajha je pomembno prispeval, kar je precej odložilo padec te strašne države. Nato je bila uporabljena metoda kemičnega utekočinjanja premoga, dokler ni bilo pridobljeno gorivo za pirolizo. Do konca vojne je nacistični Nemčiji uspelo doseči raven 100.000 sodčkov sintetične nafte na dan. V bolj običajnih terminih je to več kot 130 ton! Uporaba premoga je smiselna zaradi podobne kemične sestave. Torej je v njem vsebnost vodika 8%, medtem ko je v olju 15%. Če ustvarite določen temperaturni režim in nasičite premog z vodikom v znatni količini, bo prešel v tekoče stanje. Ta proces se imenuje hidrogenacija. Poleg tega ga je mogoče pospešiti in povečati v prostornini, če uporabimo katalizatorje: železo, kositer, nikelj, molibden, aluminij in številne druge. Vse to omogoča izolacijo različnih frakcij in njihovo uporabo za nadaljnjo obdelavo.

Sintetični bencin se zdaj proizvaja v Nemčiji. Po drugi svetovni vojni je temu sledila Južna Afrika. PotemZačele so se pridružiti Kitajska, Avstralija in ZDA. Treba je opozoriti, da imamo tudi potencial za razvoj tega področja.

O padanju in dvigovanju

V Sovjetski zvezi so se že pred začetkom druge svetovne vojne iskali možni pridobivanje bencina iz rjavega premoga. Toda, žal, ni bilo mogoče dobiti rezultatov, primernih za industrijsko proizvodnjo. Po koncu konflikta je cena nafte padla, s tem pa je izginila tudi potreba po sintetičnem gorivu. Zdaj, zaradi zmanjšanja zalog nafte, to območje doživlja preporod. Proizvodnja sintetičnega bencina postaja vse bolj razširjena, pogosto naleti na podporo države. Na primer, v Združenih državah Amerike lahko proizvajalci takšnih goriv računajo na državne subvencije. Kljub vsem predpogojem se tekoča goriva proizvajajo v omejenem obsegu. Dejstvo je, da je širitev obstoječih zmogljivosti omejena z visokimi stroški, ki bistveno presegajo tiste, ki jih dobimo iz običajnih surovin. Na primer, sintetični bencin v Nemčiji je mogoče izdelati iz vode in ogljikovega dioksida, vendar bo v samo enem letu stal nov avto. In vse zaradi visokih stroškov namestitve. Glavna smer dela je iskanje ekonomskih tehničnih rešitev. Na primer, odprto je vprašanje zmanjšanja tlaka za utekočinjanje premoga. Zdaj je treba ustvariti 300-700 atmosfer, iskanje pa se izvede, da se doseže vrednost 100 in manj. Pomembna so tudi vprašanja povečanja produktivnosti generatorjev, razvoja novih katalizatorjev (bolj učinkovitih). Da, in ne smemo pozabiti, da ni toliko visokokakovostnega naravnega premoga. Zato se šteje, da je bolj obetavno pridobivanje iz plina. Kakšne so priložnosti tukaj?

Proizvedeno iz zemeljskega plina

To še posebej velja zaradi obstoječih težav s transportom. Torej, če prevažate zemeljski plin, bodo stroški tega 30-50% stroškov končnega izdelka. Zato je njegova predelava neposredno v bližini kraja pridobivanja v visokokakovosten bencin in dizelsko gorivo zelo pomembna. To postavlja številne zahteve za kompaktnost inštalacij. Če se končni produkti pridobijo v metanolni fazi, je tak postopek priročen zaradi dejstva, da poteka v enem samem reaktorju. Vendar je potrebno veliko energije, zato je sintetično gorivo dvakrat dražje od nafte. Alternativo tej običajni metodi je predlagal Inštitut za petrokemično sintezo Ruske akademije znanosti. Vključuje delo z drugim intermediatom - dimetil etrom. Na ta način ni težko delati, če se poveča delež ogljikovega monoksida v nastalem sinteznem plinu. Proizvodnja sintetičnega bencina je v tem primeru dodatno in okolju prijazno gorivo. Še posebej se je dobro izkazal pri zagonu hladnih motorjev zaradi visokega cetanskega števila. In za proizvodnjo bencina ta možnost ni slaba. Torej lahko naredite gorivo z oktanskim številom 92. Sintetični bencin iz zemeljskega plina ima hkrati manj škodljivih nečistoč kot tiste, ki jih najdemo v tistih iz nafte. Namestitev, ki jo je predlagala Ruska akademija znanosti, ponuja shemo delovanja, po kateri višja kot je reakcijska temperatura, večuspešnost.

Ali lahko vse narediš sam?

Kljub temu, da alternativna energija velja za relativno mlado znanost, ni problem ponoviti njenih dosežkov znotraj enega gospodinjstva. Zato je povsem mogoče ustvariti sintetični bencin z lastnimi rokami. Poleg tega se je glede na posebnosti pogojev, v katerih je treba obstajati, mogoče zanesti na les, premog in bioplin. Kateremu od njih dati prednost doma - vsak se odloči sam.

Kot najpreprostejše je najbolj relevantno vprašanje, kako z lastnimi rokami dobiti sintetični bencin iz lesa. Mnogi ga menijo le kot gradbeni material ali surovino za igrače. Vendar se je vredno spomniti vsaj lesnega alkohola in postane jasno, da potencial obstaja. Kako v tem primeru dobiti sintezni plin? Treba je vzeti les (ali njegove odpadke, kaj točno ni pomembno). Doma lahko naredite napravo iz treh delov, od katerih bo vsak opravljal svojo funkcijo. Na začetku je treba zagotoviti njihovo sušenje in segrevanje na temperaturo 250-300 stopinj Celzija. Nato pride na vrsto piroliza. Tukaj naj se temperatura dvigne na 700 stopinj. In zadnja faza je proizvodnja plina. Začne se parna reforma. Postopek poteka pri temperaturi 700-1000 stopinj. Rezultat je zelo čist sintezni plin. Dodaten poseg ni potreben. Nato uporabimo katalizatorje in sintetični bencin je pripravljen!

Naredi iz premoga

In še ena majhna točka, ki je prej ni bilo omenjeno - pri delu doma se bodo instalacije zagotovo izkazale za precej velike. Zato jih ni priporočljivo postavljati v stanovanje. Toda ustvariti jih v svojem domu ali v njegovi bližini je zelo resnična stvar.

Sintetični bencin je mogoče pridobiti iz premoga z vplivom pare. Njegovo uplinjanje je najlažji in najbolj izvedljiv način za domače razmere. Pa začnimo. Na začetku je treba za večjo učinkovitost in povečanje hitrosti procesa drobiti premog. Nato je nasičen z vodikom. Nato je potrebno ustvariti temperaturo 400-500 stopinj Celzija in tlak 50-300 kg/cm2. In čakamo na trenutek prehoda v tekoče stanje. Če se topilo ne uporablja, bo tako postalo le 5-8% celotne mase premoga. Potem pridejo na vrsto katalizatorji. Primerno za premog: molibden, nikelj, kob alt, kositer, aluminij, železo, pa tudi njihove spojine. Za uplinjanje se lahko uporabi katera koli surovina. Rjava, kamen - vse bo naredilo. Čeprav njegova kakovost vpliva na učinkovitost pretvorbe. Prej je bila dana oznaka količine ogljika in številka se je imenovala 8%. To ni povsem res. Odvisno od znamke in kakovosti se lahko vrednost giblje od 4 % do 8 %. In za minimalno primernost naknadne predelave in ločevanja bencina je treba doseči vrednost 11 % (boljša od 15 %). Na začetku ni dejstvo, da se bo vse izšlo. Še posebej, če ste preskočili lekcije fizike inkemija. Kljub temu je sintetični bencin iz premoga mogoče uspešno izdelati in uporabiti.

Delo z bioplinom

To je precej nenavaden in ekstravaganten pristop, vendar deluje. Njegova lepota je tudi v tem, da ima kot gorivo širšo uporabo kot le sintetični bencin. Res je, da zavzame veliko prostora. Tako je na primer en kubični meter bioplina enak 0,6 litra bencina. Če ga ne uporabljate v stisnjenem stanju, potem tudi če ga vzamete v zrkla na tovornjaku, ne boste mogli prevoziti več kot sto ali dve kilometri. Kako torej iz njega sintetizirati želeni bencin? To je mogoče zaradi dejstva, da je v resnici metan z majhnimi nečistočami. To je praktično tisto, kar potrebujete. Sinteza pa je problematična. Konec koncev, nekaj novega in hkrati preprostega tukaj ni bilo izumljeno. To pomeni, da moramo delati na ustvarjanju sinteznega plina in iz njega zagotoviti nastanek bencina. To se naredi (po najpogostejši shemi) prek metanola. Čeprav lahko delate skozi dimetil eter. Ko gre za metanol, se morate vedno spomniti, da je izredno nevaren. Položaj je zapleten zaradi dejstva, da ima vonj po alkoholu, vrelišče pa je 65 stopinj Celzija. Na splošno delo s sintezo goriva ni otroška igra. Zato ne bo odveč učenje kemije in fizike, če tega znanja ni na voljo. Skratka, sintetični bencin dobimo z destilacijo plina in kondenzatorja. Ta metoda ni hitra, a če obstaja dobro teoretično ozadje, ni težko. Toda brez znanja je nemogoče delatipriporočamo. Konec koncev je čisti metanol gorivo z najvišjim oktanskim številom in zato nevarno. In motor navadnega avtomobila ga ne bo "prebavil" - za to ni zasnovan.

Sklep

Tako dobite sintetično gorivo. Treba je opozoriti, da to niso igrače, ampak vnetljiva dejavnost. Zato se brez ustrezne teoretične priprave ne bi smeli ukvarjati s takšno zadevo. Navsezadnje bi bila to neposredna kršitev varnostnih pravil. In ne smemo pozabiti, da so vedno napisani s krvjo.