Benzyna syntetyczna: opis, charakterystyka, wydajność, metody produkcji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Nauka i postęp pozwalają tworzyć rzeczy, których nigdy wcześniej nie widziano, o których wielu nie mogło nawet pomyśleć. Weźmy na przykład tak stosunkowo nowy produkt, jak benzyna syntetyczna. Wiele osób wie, że to paliwo pozyskiwane jest przez destylację ropy naftowej. Ale można go również zsyntetyzować z węgla, drewna, gazu ziemnego. Produkcja benzyny syntetycznej, choć nie może w pełni zastąpić konwencjonalnej drogi produkcji, nadal zasługuje na zbadanie. W związku z tym zostanie rozważona jego historia, a także sposoby jej uzyskania.

Wprowadzenie

Trudno wyobrazić sobie współczesną cywilizację bez paliwa silnikowego – oleju napędowego, nafty, benzyny. Pracują dla nich samochody, samoloty, rakiety, transport wodny. Ale ilość oleju w jelitach jest ograniczona. Nie tak dawno temu wierzono, że ludzkość wkrótce nieuchronnie stanie w obliczu braku paliwa. Ale okazało się,to nie jest takie smutne. Opracowywane są nowe technologie w celu wydobycia trudnych do odzyskania rezerw i pojawiają się alternatywne opcje. Możemy również wspomnieć o zielonej energii i zwiększeniu efektywności wykorzystania zasobów (nowoczesne małe samochody bez problemu radzą sobie z 4-6 litrami paliwa na sto kilometrów, choć na początku naszego tysiąclecia wymagały około 10). A wysokiej jakości paliwo, jak się okazało, można uzyskać z różnych surowców nienaftowych.

Jak to się wszystko zaczęło?

Musimy zacząć od wydarzeń, które miały miejsce ponad 150 lat temu. Wtedy też rozpoczęła się komercyjna produkcja ropy naftowej. Od tego czasu ludzkość zużyła ponad połowę tak zwanych lekkich surowców. Początkowo jako źródło energii cieplnej wykorzystywano olej. W naszych czasach takie podejście nie jest ekonomicznie opłacalne. Kiedy nadeszła era samochodów, produkty frakcjonowania ropy naftowej stały się szeroko rozpowszechnione w roli paliwa silnikowego. Jednocześnie im więcej surowców się wyczerpywało, tym bardziej opłacalne stało się szukanie alternatywy.

Co to jest olej? Jest to mieszanina węglowodorów, a dokładniej cykloalkanów. Czym oni są? Najprostszy alkan jest znany wielu jako metan. Ponadto w oleju znajdują się zanieczyszczenia azotowe i siarkowe. A jeśli zostanie prawidłowo przetworzony, możesz uzyskać wiele różnych materiałów. Weźmy na przykład dobrze znaną benzynę. Co on reprezentuje? W rzeczywistości jest to niskowrząca frakcja oleju utworzona przez krótkołańcuchowe węglowodory o ilościatomy od pięciu do dziewięciu. Benzyna jest głównym paliwem do samochodów osobowych oraz małych samolotów. Kolejnym wyróżnionym typem jest nafta. Jest bardziej lepki i cięższy. Powstaje z węglowodorów, w których występuje od 10 do 16 atomów. Nafta jest stosowana w samolotach i silnikach odrzutowych. Jeszcze cięższą frakcją jest olej napędowy. Jest stosowany w oleju napędowym, który jest mieszanką z naftą.

Naukowe wyszukiwanie alternatywy

Chociaż główne frakcje pozyskiwane są z ropy naftowej, okazało się, że można do tego celu wykorzystać również inne surowce węglowe. Problem ten rozwiązali chemicy już w 1926 roku. Następnie naukowcy Fischer i Tropsch odkryli reakcję redukcji tlenku węgla pod ciśnieniem atmosferycznym. Stwierdzono, że ciekłe i stałe węglowodory mogą powstawać z mieszaniny gazów w obecności katalizatorów. Pod względem składu chemicznego zbliżały się do produktów otrzymywanych z ropy. Wynik badań chemicznych nazwano „gazem syntezowym”. Okazało się to całkiem proste. Do tego stopnia, że może ją powtórzyć w domu każda osoba, która w szkole nie ominęła chemii i fizyki. Uzyskiwany jest przez przepuszczanie pary wodnej nad węglem (jest to jego zgazowanie) lub przez przekształcenie zwykłego gazu ziemnego (składa się on głównie z metanu). W drugim przypadku dodatkowo zastosowano katalizatory metaliczne. Należy zauważyć, że gaz syntezowy można wytwarzać nie tylko z metanu i węgla. Obecnie uważa się, że obiecującym kierunkiem są prace nad enzymatycznymi itermochemiczne przetwarzanie odpadów surowców roślinnych. Nie należy również zapominać o konwersji biogazu, czyli lotnych substancji otrzymywanych z rozkładu odpadów organicznych.

Jak ewoluowała aplikacja?

Nazistowskie Niemcy wyróżniały się pod tym względem. W czasie II wojny światowej miała spore problemy z zaopatrzeniem w paliwo. Dlatego powstały całe kompleksy przetwarzające węgiel na paliwo płynne. A syntetyczna benzyna III Rzeszy wniosła znaczący wkład, dość mocno opóźniając upadek tego strasznego stanu. Następnie stosowano metodę chemicznego upłynniania węgla aż do uzyskania paliwa do pirolizy. Pod koniec wojny hitlerowskim Niemcom udało się osiągnąć poziom 100 000 baryłek oleju syntetycznego dziennie. Zwykle jest to ponad 130 ton! Stosowanie węgla jest celowe ze względu na podobny skład chemiczny. Tak więc w nim zawartość wodoru wynosi 8%, podczas gdy w oleju 15%. Jeśli stworzysz określony reżim temperaturowy i nasycisz węgiel wodorem w znacznej objętości, przejdzie on w stan ciekły. Ten proces nazywa się uwodornianiem. Ponadto można ją przyspieszyć i zwiększyć objętość, jeśli zastosuje się katalizatory: żelazo, cynę, nikiel, molibden, aluminium i wiele innych. Wszystko to umożliwia wyizolowanie różnych frakcji i wykorzystanie ich do dalszej obróbki.

Benzyna syntetyczna jest obecnie produkowana w Niemczech. Po II wojnie światowej Afryka Południowa poszła w ich ślady. NastępnieChiny, Australia i Stany Zjednoczone zaczęły do niej dołączać. Należy zauważyć, że mamy również potencjał do rozwoju tego obszaru.

O upadkach i wznoszeniu

W Związku Radzieckim, jeszcze przed wybuchem II wojny światowej, poszukiwano możliwości wydobycia benzyny z węgla brunatnego. Niestety, nie udało się uzyskać wyników odpowiednich do produkcji przemysłowej. Po zakończeniu konfliktu cena ropy spadła, a wraz z nią zniknęło zapotrzebowanie na paliwo syntetyczne. Teraz, w związku ze zmniejszaniem się rezerw ropy, obszar ten przeżywa odrodzenie. Produkcja benzyny syntetycznej staje się coraz bardziej powszechna, często spotykając się ze wsparciem państwa. Na przykład w Stanach Zjednoczonych producenci takich paliw mogą liczyć na dotacje rządowe. Pomimo wszystkich przesłanek, paliwa płynne produkowane są w ograniczonej skali. Faktem jest, że rozbudowę istniejących mocy ogranicza wysoki koszt, który znacznie przewyższa to, co uzyskuje się z konwencjonalnych surowców. Na przykład benzyna syntetyczna w Niemczech może być wytwarzana z wody i dwutlenku węgla, ale już za rok będzie kosztować nowy samochód. A wszystko ze względu na wysoki koszt instalacji. Głównym kierunkiem prac jest poszukiwanie ekonomicznych rozwiązań technicznych. Otwarta jest na przykład kwestia obniżenia ciśnienia przy upłynnianiu węgla. Teraz konieczne jest stworzenie 300-700 atmosfer, a poszukiwania są prowadzone do osiągnięcia wartości 100 i poniżej. Istotne są również kwestie zwiększenia wydajności generatorów, opracowania nowych katalizatorów (bardziej wydajnych). Tak, i nie powinniśmy zapominać, że nie ma tak dużo wysokiej jakości węgla naturalnego. Dlatego uważa się, że bardziej obiecujące jest pozyskiwanie go z gazu. Jakie są tu możliwości?

Wytwarzany z gazu ziemnego

Dotyczy to zwłaszcza istniejących problemów transportowych. Tak więc, jeśli transportujesz gaz ziemny, koszt tego wyniesie 30-50% kosztu produktu końcowego. Dlatego bardzo istotne jest jego przetwarzanie bezpośrednio w pobliżu miejsca wydobycia na wysokiej jakości benzynę i olej napędowy. Stawia to szereg wymagań dotyczących zwartości instalacji. Jeżeli produkty końcowe uzyskuje się na etapie metanolowym, to taki proces jest wygodny ze względu na to, że odbywa się w jednym reaktorze. Ale potrzeba dużo energii, dlatego paliwo syntetyczne jest dwa razy droższe niż olej. Alternatywę dla tej powszechnej metody zaproponował Instytut Syntezy Petrochemicznej Rosyjskiej Akademii Nauk. Polega na pracy z innym półproduktem - eterem dimetylowym. Praca w ten sposób nie jest trudna, jeśli wzrasta udział tlenku węgla w otrzymanym gazie syntezowym. Produkcja benzyny syntetycznej jest w tym przypadku paliwem dodatkowym i raczej przyjaznym dla środowiska. Szczególnie dobrze sprawdzał się podczas uruchamiania zimnych silników ze względu na wysoką liczbę cetanową. A do produkcji benzyny ta opcja nie jest zła. Można więc wyprodukować paliwo o liczbie oktanowej 92. Syntetyczna benzyna z gazu ziemnego ma jednocześnie mniej szkodliwych zanieczyszczeń niż te, które można znaleźć w tych wyprodukowanych z oleju. Instalacja zaproponowana przez Rosyjską Akademię Nauk oferuje schemat działania, zgodnie z którym im wyższa temperatura reakcji, tym więcejwydajność.

Czy możesz to wszystko zrobić sam?

Pomimo tego, że energia alternatywna jest uważana za stosunkowo młodą naukę, nie ma problemu z powtórzeniem jej osiągnięć w obrębie jednego gospodarstwa domowego. Dlatego tak, całkiem możliwe jest stworzenie syntetycznej benzyny własnymi rękami. Co więcej, biorąc pod uwagę specyfikę warunków, w jakich trzeba egzystować, można polegać na drewnie, węglu i biogazie. Którą z nich preferować w domu - każdy sam decyduje.

Jako najprostsze, najistotniejsze jest pytanie, jak własnoręcznie uzyskać syntetyczną benzynę z drewna. Wielu uważa to wyłącznie za materiał budowlany lub surowiec do zabawek. Ale warto pamiętać chociażby o alkoholu drzewnym i staje się jasne, że potencjał istnieje. Jak w takim przypadku zdobyć gaz syntezowy? Konieczne jest zabranie drewna (lub jego odpadów, co właściwie nie jest ważne). W domu możesz zrobić urządzenie z trzech części, z których każda będzie spełniać swoją funkcję. Początkowo konieczne jest zapewnienie ich suszenia i podgrzania do temperatury 250-300 stopni Celsjusza. Potem przychodzi kolej na pirolizę. Tutaj temperatura powinna wzrosnąć do 700 stopni. Ostatnim etapem jest wytwarzanie gazu. Rozpoczyna reformowanie pary. Proces odbywa się w temperaturze 700-1000 stopni. Rezultatem jest bardzo czysty gaz syntezowy. Dodatkowa interwencja nie jest wymagana. Następnie używamy katalizatorów i benzyna syntetyczna jest gotowa!

Zrób z węgla

I jeszcze jeden mały punkt, o którym wcześniej nie wspominałem - podczas pracy w domu instalacje na pewno okażą się dość duże. Dlatego nie zaleca się umieszczania ich w mieszkaniu. Ale tworzenie ich we własnym domu lub w jego pobliżu to bardzo realna sprawa.

Benzynę syntetyczną można uzyskać z węgla pod wpływem pary. Jego zgazowanie jest najłatwiejszym i najbardziej realnym sposobem w warunkach domowych. Więc zacznijmy. Początkowo, dla większej wydajności i zwiększenia szybkości procesu, węgiel musi zostać rozdrobniony. Następnie jest nasycony wodorem. Następnie należy wytworzyć temperaturę 400-500 stopni Celsjusza i ciśnienie 50-300 kg/cm2. I czekamy na moment przejścia do stanu płynnego. Jeśli nie zostanie użyty rozpuszczalnik, stanie się nim tylko 5-8% całkowitej masy węgla. Potem przychodzi kolej na katalizatory. Nadaje się do węgla: molibdenu, niklu, kob altu, cyny, aluminium, żelaza, a także ich związków. Do zgazowania można użyć dowolnego rodzaju surowca. Brązowy, kamienny - wszystko się nada. Chociaż jego jakość wpływa na wydajność konwersji. Wcześniej podawano oznaczenie ilości węgla i liczbę tę nazywano 8%. To nie do końca prawda. W zależności od marki i jakości wartość może wynosić od 4% do 8%. A dla minimalnej przydatności późniejszej obróbki i separacji benzyny konieczne jest osiągnięcie wartości 11% (lepiej niż 15%). Początkowo nie to, że wszystko się ułoży. Zwłaszcza jeśli pominąłeś lekcje fizyki ichemia. Niemniej jednak benzyna syntetyczna z węgla może być z powodzeniem wytwarzana i stosowana.

Praca z biogazem

To dość nietypowe i ekstrawaganckie podejście, ale działa. Jej piękno polega również na tym, że jako paliwo ma szersze zastosowanie niż tylko benzyna syntetyczna. To prawda, że zajmuje dużo miejsca. Na przykład jeden metr sześcienny biogazu odpowiada 0,6 litra benzyny. Jeśli użyjesz go nie w stanie skompresowanym, a nawet zabierając go do gałek ocznych na ciężarówce, nie będziesz w stanie przejechać więcej niż sto, dwa kilometry. Jak zatem zsyntetyzować z niego pożądaną benzynę? Jest to możliwe dzięki temu, że w rzeczywistości jest to metan z niewielkimi zanieczyszczeniami. To jest praktycznie to, czego potrzebujesz. Synteza jest jednak problematyczna. W końcu nie wymyślono tutaj czegoś nowego, a jednocześnie prostego. Oznacza to, że musimy pracować nad wytworzeniem gazu syntezowego, az niego, aby zapewnić powstawanie benzyny. Odbywa się to (zgodnie z najczęstszym schematem) za pomocą metanolu. Chociaż możesz pracować przez eter dimetylowy. Jeśli chodzi o metanol, zawsze należy pamiętać, że jest on niezwykle niebezpieczny. Sytuację komplikuje fakt, że pachnie alkoholem, a temperatura wrzenia to 65 stopni Celsjusza. Ogólnie praca z syntezą paliw nie jest dziecinnie prosta. Dlatego nauka chemii i fizyki nie będzie zbyteczna, jeśli ta wiedza nie będzie dostępna. Krótko mówiąc, benzynę syntetyczną otrzymuje się przez destylację gazu i skraplacza. Ta metoda nie jest szybka, ale jeśli istnieje dobre zaplecze teoretyczne, nie jest trudna. Ale bez wiedzy nie da się pracowaćZalecana. W końcu czysty metanol jest paliwem o najwyższej liczbie oktanowej, a przez to niebezpiecznym. A silnik zwykłego samochodu nie „przetrawi” go - nie jest do tego przeznaczony.

Wniosek

W ten sposób można uzyskać paliwo syntetyczne. Należy zauważyć, że nie są to zabawki, ale czynność łatwopalna. Dlatego bez odpowiedniego przygotowania teoretycznego nie należy angażować się w taką sprawę. W końcu byłoby to bezpośrednie naruszenie zasad bezpieczeństwa. I należy pamiętać, że zawsze są napisane krwią.