Sintetički benzin: opis, karakteristike, performanse, metode proizvodnje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Nauka i napredak vam omogućavaju da kreirate stvari koje nikada ranije nisu viđene, a na koje mnogi nisu mogli ni pomisliti. Uzmimo, na primjer, tako relativno nov razvoj kao što je sintetički benzin. Mnogi ljudi znaju da se ovo gorivo dobiva destilacijom iz nafte. Ali može se sintetizirati i iz uglja, drveta, prirodnog plina. Proizvodnja sintetičkog benzina, iako ne može u potpunosti zamijeniti konvencionalni način proizvodnje, ipak zaslužuje da se prouči. Stoga će se razmotriti njegova istorija, kao i načini da se dođe do njega.

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 ispostavilo se,nije sve tako tužno. Razvijaju se nove tehnologije za izvlačenje teško nadoknadivih rezervi, a pojavljuju se i alternativne opcije. Možemo spomenuti i zelenu energiju i povećanje efikasnosti korištenja resursa (moderni mali automobili lako upravljaju 4-6 litara goriva na stotinu kilometara, iako im je na početku našeg milenijuma bilo potrebno oko 10). A visokokvalitetno gorivo, kako se ispostavilo, može se dobiti iz raznih ne-naftnih sirovina.

Kako je sve počelo?

Moramo početi sa događajima koji su se odigrali prije više od 150 godina. Tada je počela komercijalna proizvodnja nafte. Od tada, čovječanstvo je potrošilo više od polovine takozvanih lakih sirovina. U početku se nafta koristila kao izvor toplinske energije. U naše vrijeme ovaj pristup nije ekonomski isplativ. Kada je nastupila era automobila, proizvodi frakcioniranja nafte postali su široko rasprostranjeni u ulozi motornog goriva. Istovremeno, što je više sirovina bilo iscrpljeno, to je postajalo isplativije tražiti alternativu.

Šta je ulje? Ovo je mješavina ugljikovodika, tačnije, cikloalkana. Šta su oni? Najjednostavniji alkan je mnogima poznat kao gas metan. Osim toga, u ulju postoje dušične i sumporne nečistoće. A ako se pravilno obradi, onda možete dobiti mnogo različitih materijala. Na primjer, uzmite dobro poznati benzin. Šta on predstavlja? Zapravo, ovo je frakcija ulja niskog ključanja formirana od ugljovodonika kratkog lanca s određenom količinomatoma od pet do devet. Benzin je glavno gorivo za putničke automobile, kao i za male avione. 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 avionima i motorima. Još teža frakcija je plinsko ulje. Koristi se u dizel gorivu, koje je mješavina sa kerozinom.

Naučna potraga za alternativom

Iako se glavne frakcije dobijaju iz nafte, pokazalo se da se u tu svrhu mogu koristiti i druge ugljenične sirovine. Ovaj problem su hemičari riješili još 1926. godine. Tada su naučnici Fischer i Tropsch otkrili reakciju redukcije ugljičnog monoksida pod atmosferskim pritiskom. Utvrđeno je da se tekući i čvrsti ugljovodonici mogu formirati iz mješavine plina u prisustvu katalizatora. Po svom hemijskom sastavu bili su bliski proizvodima dobijenim od nafte. Rezultat hemijskog istraživanja nazvan je "sintetski gas". Ispalo je prilično lako. Toliko da ga kod kuće može ponoviti svaka osoba koja nije preskočila hemiju i fiziku u školi. Dobija se propuštanjem vodene pare preko uglja (ovo je njegova gasifikacija) ili pretvaranjem običnog prirodnog gasa (sastoji se uglavnom od metana). U drugom slučaju dodatno su korišteni metalni katalizatori. Treba napomenuti da se sintetski gas može stvoriti ne samo iz metana i uglja. Obećavajući pravac sada se smatra rad na enzimskom itermohemijska prerada otpada biljnih sirovina. Ne treba zaboraviti ni konverziju biogasa, odnosno isparljivih supstanci dobivenih razgradnjom organskog otpada.

Kako je evoluirala aplikacija?

Nacistička Njemačka je briljirala u tom pogledu. Tokom Drugog svetskog rata imala je značajnih problema u pogledu snabdevanja gorivom. Stoga su stvoreni čitavi kompleksi koji su prerađivali ugalj u tečno gorivo. I sintetički benzin Trećeg Rajha dao je svoj značajan doprinos, prilično snažno odgodivši pad ove strašne države. Zatim je korišćena metoda hemijskog ukapljivanja uglja do dobijanja piroliznog goriva. Do kraja rata, nacistička Njemačka uspjela je dostići nivo od 100.000 barela sintetičke nafte dnevno. Uobičajenije rečeno, to je više od 130 tona! Upotreba uglja je svrsishodna zbog sličnog hemijskog sastava. Dakle, u njemu je sadržaj vodonika 8%, dok je u ulju 15%. Ako stvorite određeni temperaturni režim i zasitite ugljen vodonikom u značajnoj količini, tada će preći u tekuće stanje. Ovaj proces se naziva hidrogenacija. Osim toga, može se ubrzati i povećati u volumenu ako se koriste katalizatori: željezo, kalaj, nikl, molibden, aluminij i mnogi drugi. Sve ovo omogućava da se izoluju različite frakcije i koriste za dalju obradu.

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

O padu i dizanju

U Sovjetskom Savezu, čak i prije početka Drugog svjetskog rata, tragalo se za mogućim vađenjem benzina iz mrkog uglja. Ali, nažalost, nije bilo moguće dobiti rezultate pogodne za industrijsku proizvodnju. Nakon završetka sukoba cijena nafte je pala, a sa 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 podršku države. Na primjer, u Sjedinjenim Državama proizvođači takvih goriva mogu računati na državne subvencije. Unatoč svim preduvjetima, tečna goriva se proizvode u ograničenom obimu. Činjenica je da je proširenje postojećih kapaciteta ograničeno visokim troškovima, koji znatno premašuju ono što se dobija od konvencionalnih sirovina. Na primjer, sintetički benzin u Njemačkoj može se napraviti od vode i ugljičnog dioksida, ali će za samo godinu dana koštati novi automobil. A sve zbog visoke cijene instalacije. Glavni pravac rada je traženje ekonomskih tehničkih rješenja. Na primjer, otvoreno je pitanje smanjenja pritiska za ukapljivanje uglja. Sada je potrebno stvoriti 300-700 atmosfera, a pretraga se vrši kako bi se postigla vrijednost od 100 i ispod. Takođe su relevantna pitanja povećanja produktivnosti generatora, razvoja novih katalizatora (efikasnijih). Da, i ne treba zaboraviti da nema toliko kvalitetnog prirodnog uglja. Stoga se smatra perspektivnijim dobiti ga iz plina. Koje su prilike ovdje?

Proizveden od prirodnog gasa

Ovo je posebno tačno zbog postojećih problema sa transportom. Dakle, ako transportirate prirodni plin, onda će trošak toga biti 30-50% cijene konačnog proizvoda. Stoga je vrlo relevantna njegova prerada neposredno u blizini mjesta vađenja u visokokvalitetni benzin i dizel gorivo. Ovo postavlja niz zahtjeva za kompaktnost instalacija. Ako se krajnji proizvodi dobijaju kroz fazu metanola, onda je takav proces pogodan zbog činjenice da se odvija u jednom reaktoru. Ali potrebno je mnogo energije, zbog čega je sintetičko gorivo dvostruko skuplje od nafte. Alternativu ovoj uobičajenoj metodi predložio je Institut za petrohemijsku sintezu Ruske akademije nauka. Uključuje rad sa drugim intermedijerom - dimetil eterom. Nije teško raditi na ovaj način ako se poveća udio ugljičnog monoksida u nastalom sintetskom plinu. Proizvodnja sintetičkog benzina u ovom slučaju je dodatno i prilično ekološki prihvatljivo gorivo. Posebno se dobro pokazao pri paljenju hladnih motora zbog visokog cetanskog broja. A za proizvodnju benzina ova opcija nije loša. Dakle, možete napraviti gorivo sa oktanskim brojem 92. Sintetički benzin od prirodnog gasa istovremeno ima manje štetnih nečistoća od onih koje se mogu naći u onima napravljenim od nafte. Instalacija koju je predložila Ruska akademija nauka nudi shemu rada, prema kojoj, što je viša temperatura reakcije, to je višeperformanse.

Možete li sve sami?

Uprkos činjenici da se alternativna energija smatra relativno mladom naukom, nije problem ponoviti njena dostignuća u jednom domaćinstvu. Stoga, da, sasvim je moguće stvoriti sintetički benzin vlastitim rukama. Štaviše, s obzirom na specifičnosti uslova u kojima se mora postojati, moguće je osloniti se na drvo, ugalj i biogas. Kome od njih dati prednost kod kuće - svako odlučuje za sebe.

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

Napravi od uglja

I još jedna mala stvar koja ranije nije spomenuta - kada radite kod kuće, instalacije će se sigurno pokazati prilično velikim. Zbog toga se ne preporučuje njihovo postavljanje u stan. Ali kreirati ih u vlastitom domu ili blizu njega je vrlo stvarna stvar.

Sintetički benzin se može dobiti iz uglja uticajem pare. Njegova gasifikacija je najlakši i najizvodljiviji način za kućne uslove. Pa počnimo. U početku, za veću efikasnost i povećanje brzine procesa, ugalj se mora drobiti. Zatim je zasićen vodonikom. Tada je potrebno stvoriti temperaturu od 400-500 stepeni Celzijusa i pritisak od 50-300 kg/cm2. I čekamo trenutak prelaska u tečno stanje. Ako se ne koristi rastvarač, tada će to postati samo 5-8% ukupne mase uglja. Zatim dolazi red na katalizatore. Pogodno za ugalj: molibden, nikl, kob alt, kalaj, aluminijum, gvožđe, kao i njihova jedinjenja. Za gasifikaciju se može koristiti bilo koja vrsta sirovina. Braon, kamen - sve će biti u redu. Iako njegov kvalitet utiče na efikasnost konverzije. Ranije je data oznaka količine ugljika i broj se zvao 8%. Ovo nije sasvim tačno. Ovisno o marki i kvaliteti, vrijednost se može kretati od 4% do 8%. A za minimalnu pogodnost 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 ihemija. Ipak, sintetički benzin od uglja može se uspješno napraviti i koristiti.

Rad sa biogasom

Ovo je prilično neobičan i ekstravagantan pristup, ali funkcionira. Njegova ljepota je i u tome što kao gorivo ima širu primjenu od sintetičkog benzina. Istina, zauzima puno prostora. Tako je, na primjer, jedan kubni metar biogasa ekvivalentan 0,6 litara benzina. Ako ga koristite ne u komprimiranom stanju, pa čak i da ga odnesete u očne jabučice na kamionu, nećete moći voziti više od sto-dva kilometara. Dakle, kako iz njega sintetizirati željeni benzin? To je moguće zbog činjenice da je u stvari metan sa malim nečistoćama. To je praktično 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 komplikuje činjenica da ima miris alkohola, a tačka ključanja je 65 stepeni Celzijusa. Općenito, rad sa sintezom goriva nije dječja igra. Stoga neće biti suvišno učiti hemiju i fiziku ako to znanje nije dostupno. Ukratko, sintetički benzin se dobija destilacijom gasa i kondenzatorom. Ova metoda nije brza, ali ako postoji dobra teorijska podloga, nije teško. Ali bez znanja je nemoguće raditipreporučeno. Na kraju krajeva, čisti metanol je gorivo sa najvećim oktanom, a samim tim i opasno. A motor običnog automobila ga neće "svariti" - nije dizajniran za to.

Zaključak

Tako se dolazi do sintetičkog goriva. Treba napomenuti da ovo nisu igračke, već zapaljiva aktivnost. Stoga se bez odgovarajuće teorijske pripreme ne treba baviti takvom stvari. Na kraju krajeva, ovo bi bilo direktno kršenje sigurnosnih pravila. A oni su, treba zapamtiti, uvijek ispisani krvlju.