Sünteetiline bensiin: kirjeldus, omadused, jõudlus, tootmismeetodid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Teadus ja progress võimaldavad luua asju, mida pole kunagi varem nähtud ja millele paljud ei osanud mõeldagi. Võtame näiteks sellise suhteliselt uue arenduse nagu sünteetiline bensiin. Paljud inimesed teavad, et seda kütust saadakse naftast destilleerimisel. Kuid seda saab sünteesida ka kivisöest, puidust, maagaasist. Kuigi sünteetilise bensiini tootmine ei suuda täielikult asendada tavapärast tootmisviisi, väärib siiski uurimist. Seetõttu võetakse arvesse selle ajalugu ja selle hankimise viise.

Sissejuhatus

Kaasaegset tsivilisatsiooni on raske ette kujutada ilma mootorikütuseta – diislikütus, petrooleum, bensiin. Nende heaks töötavad autod, lennukid, raketid, veetransport. Kuid õli kogus soolestikus on piiratud. Mitte nii kaua aega tagasi usuti, et inimkonda ootab peagi paratamatult kütusepuudus. Aga selgus,see pole sugugi nii kurb. Raskesti taastatavate reservide kaevandamiseks töötatakse välja uusi tehnoloogiaid ja esile kerkivad alternatiivsed võimalused. Veel võib mainida rohelist energiat ja ressursikasutuse efektiivsuse tõstmist (tänapäevased väikeautod saavad kergesti hakkama 4-6 liitri kütusega sajale kilomeetrile, kuigi meie aastatuhande alguses vajasid nad umbes 10). Ja kvaliteetset kütust, nagu selgus, saab hankida erinevatest mitte-nafta toorainetest.

Kuidas see kõik alguse sai?

Alustama tuleb sündmustest, mis leidsid aset rohkem kui 150 aastat tagasi. Siis algas kaubanduslik õlitootmine. Sellest ajast peale on inimkond ära kasutanud üle poole nn kergest toorainest. Algselt kasutati naftat soojusenergia allikana. Meie ajal ei ole selline lähenemine majanduslikult tasuv. Kui saabus autoajastu, levisid õli fraktsioneerimise saadused mootorikütusena laialdaselt. Samal ajal, mida rohkem toorainet kahanes, seda tulusamaks muutus alternatiivi otsida.

Mis on nafta? See on süsivesinike ja täpsem alt tsükloalkaanide segu. Mis need on? Lihtsaim alkaan on paljudele tuntud metaangaasina. Lisaks on õlis lämmastikku ja väävlit sisaldavaid lisandeid. Ja kui seda õigesti töödelda, saate palju erinevaid materjale. Võtke näiteks tuntud bensiin. Mida ta esindab? Tegelikult on see madala keemistemperatuuriga õlifraktsioon, mille moodustavad lühikese ahelaga süsivesinikudaatomid viiest üheksani. Bensiin on nii sõiduautode kui ka väikelennukite põhikütus. Järgmine esile tõstetud tüüp on petrooleum. See on viskoossem ja raskem. See moodustub süsivesinikest, milles on 10 kuni 16 aatomit. Petrooleumi kasutatakse reaktiivlennukites ja mootorites. Veelgi raskem fraktsioon on gaasiõli. Seda kasutatakse diislikütuses, mis on segu petrooleumiga.

Teaduslik alternatiiviotsing

Kuigi põhifraktsioonid saadakse naftast, selgus, et selleks saab kasutada ka muid süsiniku tooraineid. Selle probleemi lahendasid keemikud juba 1926. aastal. Seejärel avastasid teadlased Fischer ja Tropsch süsinikmonooksiidi redutseerimisreaktsiooni atmosfäärirõhul. Leiti, et gaasisegust saab katalüsaatorite juuresolekul moodustada vedelaid ja tahkeid süsivesinikke. Oma keemilise koostise poolest olid nad lähedased naftast saadud toodetele. Keemiliste uuringute tulemust nimetati "sünteesgaasiks". See osutus üsna lihtsaks. Nii palju, et seda võib kodus korrata iga inimene, kes pole koolis keemiat ja füüsikat vahele jätnud. See saadi veeauru juhtimisel üle kivisöe (see on selle gaasistamine) või tavalise maagaasi muundamisel (see koosneb peamiselt metaanist). Teisel juhul kasutati lisaks metallkatalüsaatoreid. Tuleb märkida, et sünteesgaasi saab luua mitte ainult metaanist ja kivisöest. Paljutõotavaks suunaks peetakse nüüd tööd ensümaatiliste jataimse tooraine jäätmete termokeemiline töötlemine. Samuti ei tohiks unustada biogaasi, st orgaaniliste jäätmete lagunemisel saadavate lenduvate ainete muundamist.

Kuidas on rakendus arenenud?

Natsi-Saksamaa paistis selles osas silma. Teise maailmasõja ajal oli tal olulisi probleeme kütusega varustamise osas. Seetõttu loodi terved kompleksid, mis töötlesid kivisütt vedelkütuseks. Ja Kolmanda Reichi sünteetiline bensiin andis oma märkimisväärse panuse, lükates üsna tugev alt selle kohutava riigi langemise edasi. Seejärel kasutati söe keemilise veeldamise meetodit kuni pürolüüsikütuse saamiseni. Sõja lõpuks suutis Natsi-Saksamaa jõuda tasemele 100 000 barrelit sünteetilist naftat päevas. Tavalisem alt öeldes on see üle 130 tonni! Söe kasutamine on otstarbekas sarnase keemilise koostise tõttu. Seega on selles vesiniku sisaldus 8%, õlis aga 15%. Kui loote teatud temperatuurirežiimi ja küllastate kivisütt märkimisväärses mahus vesinikuga, läheb see vedelasse olekusse. Seda protsessi nimetatakse hüdrogeenimiseks. Lisaks saab seda kiirendada ja mahtu suurendada, kui kasutatakse katalüsaatoreid: raud, tina, nikkel, molübdeen, alumiinium ja paljud teised. Kõik see võimaldab eraldada erinevaid fraktsioone ja kasutada neid edasiseks töötlemiseks.

Sünteetilist bensiini toodetakse praegu Saksamaal. Pärast Teist maailmasõda järgis Lõuna-Aafrika eeskuju. SiisHiina, Austraalia ja USA hakkasid ühinema. Tuleb märkida, et meil on ka potentsiaali selle valdkonna arendamiseks.

Kukkumisest ja tõusmisest

Nõukogude Liidus otsiti juba enne Teise maailmasõja algust pruunsöest bensiini võimalikku kaevandamist. Kuid paraku ei olnud võimalik saada tööstuslikuks tootmiseks sobivaid tulemusi. Pärast konflikti lõppu nafta hind langes ja koos sellega kadus vajadus sünteetilise kütuse järele. Nüüd on see piirkond naftavarude vähenemise tõttu taassündimas. Sünteetilise bensiini tootmine on muutumas üha laiemaks, sageli ka riigi toetusel. Näiteks USA-s võivad selliste kütuste tootjad arvestada valitsuse toetustega. Kõigist eeldustest hoolimata toodetakse vedelkütuseid piiratud mahus. Fakt on see, et olemasolevate võimsuste laiendamist piirab kõrge hind, mis ületab oluliselt tavapärasest toorainest saadavat. Näiteks sünteetilist bensiini saab Saksamaal valmistada veest ja süsihappegaasist, kuid juba aasta pärast maksab see uue auto. Ja seda kõike paigalduse kõrge hinna tõttu. Töö põhisuunaks on majandustehniliste lahenduste otsimine. Näiteks on lahtine söe veeldamise rõhu vähendamise küsimus. Nüüd on vaja luua 300–700 atmosfääri ja otsing viiakse läbi, et saavutada väärtus 100 ja alla selle. Samuti on aktuaalsed generaatorite tootlikkuse tõstmise küsimused, uute katalüsaatorite väljatöötamine (efektiivsemad). Jah, ja me ei tohiks unustada, et kvaliteetset looduslikku kivisütt pole nii palju. Seetõttu peetakse paljutõotavamaks selle hankimist gaasist. Millised võimalused on siin?

Toodetud maagaasist

See kehtib eriti olemasolevate transpordiprobleemide tõttu. Seega, kui transpordite maagaasi, on selle maksumus 30–50% lõpptoote maksumusest. Seetõttu on selle töötlemine vahetult kaevandamiskoha lähedal kvaliteetseks bensiiniks ja diislikütuseks väga asjakohane. See seab paigaldiste kompaktsusele mitmeid nõudeid. Kui lõpp-produktid saadakse metanooliastme kaudu, siis on selline protsess mugav tänu sellele, et see toimub ühes reaktoris. Kuid energiat kulub palju, mistõttu on sünteetiline kütus kaks korda kallim kui nafta. Alternatiivi sellele levinud meetodile pakkus välja Venemaa Teaduste Akadeemia naftakeemia sünteesi instituut. See hõlmab töötamist teise vaheühendiga - dimetüüleetriga. Sel viisil töötamine pole keeruline, kui vingugaasi osakaalu tekkivas sünteesgaasis suurendatakse. Sünteetilise bensiini tootmine on sel juhul täiendav ja üsna keskkonnasõbralik kütus. Eriti hästi näitas see end külmade mootorite käivitamisel tänu kõrgele tsetaaniarvule. Ja bensiini tootmiseks pole see valik halb. Seega saate valmistada kütust oktaanarvuga 92. Maagaasist valmistatud sünteetilises bensiinis on samal ajal vähem kahjulikke lisandeid kui naftast valmistatud bensiinis. Venemaa Teaduste Akadeemia pakutud paigaldus pakub tööskeemi, mille kohaselt mida kõrgem on reaktsioonitemperatuur, seda rohkemjõudlus.

Kas saate seda kõike ise teha?

Hoolimata asjaolust, et alternatiivenergiat peetakse suhteliselt nooreks teaduseks, ei ole probleem selle saavutusi ühe leibkonna piires korrata. Seetõttu, jah, on täiesti võimalik oma kätega sünteetilist bensiini luua. Veelgi enam, arvestades eksisteerimise tingimuste eripära, on võimalik tugineda puidule, kivisöele ja biogaasile. Millist neist kodus eelistada - igaüks otsustab ise.

Kõige lihtsamana on kõige aktuaalsem küsimus, kuidas oma kätega puidust sünteetilist bensiini hankida. Paljud peavad seda ainult ehitusmaterjaliks või mänguasjade tooraineks. Kuid tasub meeles pidada vähem alt puidupiiritust ja saab selgeks, et potentsiaal on olemas. Kuidas sel juhul sünteesgaasi saada? Tuleb võtta puit (või selle jäätmed, mis täpselt pole oluline). Kodus saate valmistada seadme kolmest osast, millest igaüks täidab oma funktsiooni. Esialgu on vaja tagada nende kuivatamine ja kuumutamine temperatuurini 250-300 kraadi Celsiuse järgi. Siis tuleb pürolüüsi kord. Siin peaks temperatuur tõusma 700 kraadini. Ja viimane etapp on gaasi tootmine. See alustab auru reformimist. Protsess toimub temperatuuril 700-1000 kraadi. Tulemuseks on väga puhas sünteesgaas. Täiendav sekkumine pole vajalik. Järgmiseks kasutame katalüsaatoreid ja sünteetiline bensiin on valmis!

Söest valmistamine

Ja veel üks väike punkt, mida varem ei mainitud - kodus töötades osutuvad installatsioonid kindlasti üsna mahukaks. Seetõttu ei ole soovitatav neid korterisse paigutada. Kuid nende loomine oma kodus või selle läheduses on väga reaalne.

Sünteetilist bensiini saab söest saada auru mõjul. Selle gaasistamine on kodutingimustes kõige lihtsam ja teostatavam viis. Nii et alustame. Esialgu tuleb suurema tõhususe ja protsessi kiiruse suurendamiseks kivisüsi purustada. Seejärel küllastatakse see vesinikuga. Siis on vaja luua temperatuur 400-500 kraadi Celsiuse järgi ja rõhk 50-300 kg/cm2. Ja me ootame vedelasse olekusse ülemineku hetke. Kui lahustit ei kasutata, muutub selleks vaid 5-8% söe kogumassist. Siis tuleb katalüsaatorite kord. Sobib kivisöele: molübdeen, nikkel, koob alt, tina, alumiinium, raud, aga ka nende ühendid. Gaasistamiseks võib kasutada mis tahes toorainet. Pruun, kivi - kõik sobib. Kuigi selle kvaliteet mõjutab konversiooni efektiivsust. Varem märgiti süsiniku kogust ja seda arvu nimetati 8%. See pole täiesti tõsi. Sõltuv alt kaubamärgist ja kvaliteedist võib väärtus olla vahemikus 4% kuni 8%. Ja bensiini järgneva töötlemise ja eraldamise minimaalse sobivuse tagamiseks on vaja saavutada väärtus 11% (parem kui 15%). Esialgu mitte seda, et kõik saab korda. Eriti kui jätsid füüsika tunnid vahele jakeemia. Sellegipoolest saab söest sünteetilist bensiini eduk alt valmistada ja kasutada.

Töö biogaasiga

See on üsna ebatavaline ja ekstravagantne lähenemine, kuid see toimib. Selle ilu seisneb ka selles, et kütusena on sellel laiem kasutusala kui lihts alt sünteetiline bensiin. Tõsi, see võtab palju ruumi. Nii näiteks võrdub üks kuupmeeter biogaasi 0,6 liitri bensiiniga. Kui kasutate seda mitte kokkusurutuna, siis isegi veoautol silmapiirile võttes ei saa te sõita üle saja-kahe kilomeetri. Seega, kuidas sellest soovitud bensiini sünteesida? See on võimalik tänu sellele, et tegelikult on see väikeste lisanditega metaan. See on praktiliselt see, mida vajate. Süntees on aga problemaatiline. Midagi uut ja samas lihtsat pole ju siin välja mõeldud. See tähendab, et peame töötama sünteesgaasi loomise ja sellest bensiini moodustumise kallal. Seda tehakse (kõige tavalisema skeemi järgi) metanooli kaudu. Kuigi saate töötada läbi dimetüüleetri. Metanooli puhul peaksite alati meeles pidama, et see on äärmiselt ohtlik. Olukorra teeb keeruliseks asjaolu, et sellel on alkoholilõhn ja keemistemperatuur on 65 kraadi Celsiuse järgi. Üldiselt ei ole kütuse sünteesiga töötamine lapsemäng. Seetõttu ei ole keemia ja füüsika õppimine üleliigne, kui need teadmised puuduvad. Lühid alt öeldes saadakse sünteetiline bensiin gaasi ja kondensaatori destilleerimisel. See meetod ei ole kiire, kuid hea teoreetilise tausta olemasolul pole see keeruline. Kuid ilma teadmisteta on võimatu töötadasoovitatav. Puhas metanool on ju kõrgeima oktaanarvuga kütus ja seetõttu ohtlik. Ja tavalise auto mootor seda ei “seedi” – see pole selleks loodud.

Järeldus

Nii saate sünteetilist kütust. Tuleb märkida, et need ei ole mänguasjad, vaid tuleohtlik tegevus. Seetõttu ei tohiks ilma korraliku teoreetilise ettevalmistuseta sellise asjaga tegeleda. See oleks ju otsene ohutusreeglite rikkumine. Ja need, tuleb meeles pidada, on alati verega kirjutatud.