Syntetisk bensin: beskrivning, egenskaper, prestanda, produktionsmetoder

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Vetenskap och framsteg gör att du kan skapa saker som aldrig har setts förut, som många inte ens kunde tänka på. Ta till exempel en sådan relativt ny utveckling som syntetisk bensin. Många vet att detta bränsle erhålls genom destillation från olja. Men det kan också syntetiseras från kol, trä, naturgas. Produktionen av syntetisk bensin, även om den inte helt kan ersätta den konventionella produktionsvägen, förtjänar fortfarande att studeras. Därför kommer dess historia att övervägas, liksom sätt att få den.

Introduktion

Det är svårt att föreställa sig en modern civilisation utan motorbränsle - diesel, fotogen, bensin. Bilar, flygplan, raketer, vattentransporter fungerar för dem. Men mängden olja i tarmarna är begränsad. För inte så länge sedan trodde man att mänskligheten snart oundvikligen skulle möta en brist på bränsle. Men det visade sig,det är inte så sorgligt. Ny teknik utvecklas för att utvinna svåråtervinnade reserver och alternativa alternativ dyker upp. Vi kan också nämna grön energi och ökad effektivitet i resursanvändningen (moderna småbilar klarar lätt 4-6 liter bränsle per hundra kilometer, även om de i början av vårt årtusende krävde cirka 10). Och högkvalitativt bränsle, som det visade sig, kan erhållas från olika icke-petroleumråvaror.

Hur började det hela?

Vi måste börja med händelser som ägde rum för mer än 150 år sedan. Det var då som kommersiell oljeproduktion började. Sedan dess har mänskligheten förbrukat mer än hälften av de så kallade lätta råvarorna. Ursprungligen användes olja som en källa för termisk energi. I vår tid är detta tillvägagångssätt inte ekonomiskt lönsamt. När biltiden kom blev produkterna från oljefraktionering utbredda i rollen som motorbränsle. Samtidigt, ju mer råvaror som togs ut, desto mer lönsamt blev det att leta efter ett alternativ.

Vad är olja? Detta är en blandning av kolväten och mer specifikt cykloalkaner. Vad är dem? Den enklaste alkanen är känd för många som metangas. Dessutom finns det kväve- och svavelh altiga föroreningar i olja. Och om det bearbetas korrekt kan du få många olika material. Ta till exempel den välkända bensinen. Vad representerar han? I själva verket är detta en lågkokande oljefraktion bildad av kortkedjiga kolväten med en mängdatomer från fem till nio. Bensin är huvudbränslet för såväl personbilar som små flygplan. Nästa markerade typ är fotogen. Den är mer trögflytande och tung. Det bildas av kolväten i vilka det finns från 10 till 16 atomer. Fotogen används i jetflygplan och motorer. En ännu tyngre fraktion är gasolja. Det används i dieselbränsle, som är en blandning med fotogen.

Vetenskaplig sökning efter ett alternativ

Även om huvudfraktionerna erhålls från olja, visade det sig att andra kolråvaror också kan användas för detta ändamål. Detta problem löstes av kemister redan 1926. Sedan upptäckte forskarna Fischer och Tropsch reduktionsreaktionen av kolmonoxid under atmosfärstryck. Det visade sig att flytande och fasta kolväten kan bildas från en gasblandning i närvaro av katalysatorer. När det gäller deras kemiska sammansättning låg de nära produkter erhållna från olja. Resultatet av kemisk forskning kallades "syntesgas". Det blev ganska lätt. Så mycket att det kan upprepas hemma av alla som inte har hoppat över kemi och fysik i skolan. Den erhölls genom att leda vattenånga över kol (detta är dess förgasning) eller genom att omvandla vanlig naturgas (den består huvudsakligen av metan). I det andra fallet användes dessutom metallkatalysatorer. Det bör noteras att syntesgas kan skapas inte bara från metan och kol. En lovande riktning anses nu vara arbetet med enzymatiska ochtermokemisk bearbetning av vegetabiliskt råvaruavfall. Vi bör inte heller glömma omvandlingen av biogas, det vill säga flyktiga ämnen som erhålls från nedbrytning av organiskt avfall.

Hur har applikationen utvecklats?

Nazityskland utmärkte sig i detta avseende. Under andra världskriget hade hon betydande problem vad gäller bränsleförsörjningen. Därför skapades hela komplex som förädlade kol till flytande bränsle. Och den syntetiska bensinen från det tredje riket gjorde sitt betydande bidrag och skjuter ganska starkt upp fallet av denna fruktansvärda stat. Sedan användes metoden för kemisk kondensering av kol tills pyrolysbränsle erhölls. I slutet av kriget lyckades Nazityskland nå nivån på 100 000 fat syntetisk olja per dag. I mer vanliga termer är det mer än 130 ton! Användningen av kol är ändamålsenlig på grund av den liknande kemiska sammansättningen. Så i den är väteh alten 8%, medan den i olja är 15%. Om du skapar en viss temperaturregim och mättar kolet med väte i en betydande volym, kommer det att gå i flytande tillstånd. Denna process kallas hydrering. Dessutom kan den accelereras och ökas i volym om katalysatorer används: järn, tenn, nickel, molybden, aluminium och många andra. Allt detta gör det möjligt att isolera olika fraktioner och använda dem för vidare bearbetning.

Syntetisk bensin tillverkas i Tyskland nu. Efter andra världskriget följde Sydafrika efter. SedanKina, Australien och USA började ansluta sig. Det bör noteras att vi också har potential för utveckling av detta område.

Om att falla och stiga

I Sovjetunionen, redan innan andra världskriget började, sökte man efter en möjlig utvinning av bensin från brunkol. Men tyvärr var det inte möjligt att få resultat lämpliga för industriell produktion. Efter konfliktens slut sjönk oljepriset och därmed försvann behovet av syntetiskt bränsle. Nu, på grund av minskade oljereserver, upplever detta område en återfödelse. Tillverkningen av syntetisk bensin blir mer och mer utbredd och möter ofta stöd från staten. Till exempel i USA kan tillverkare av sådana bränslen räkna med statliga subventioner. Trots alla förutsättningar produceras flytande bränslen i begränsad skala. Faktum är att utbyggnaden av befintlig kapacitet begränsas av den höga kostnaden, som avsevärt överstiger vad som erhålls från konventionella råvaror. Till exempel kan syntetisk bensin i Tyskland tillverkas av vatten och koldioxid, men om bara ett år kommer det att kosta en ny bil. Och allt på grund av den höga installationskostnaden. Huvudinriktningen av arbetet är sökandet efter ekonomiska tekniska lösningar. Till exempel är frågan om tryckminskning för flytande av kol öppen. Nu är det nödvändigt att skapa 300-700 atmosfärer, och sökningen utförs för att uppnå ett värde på 100 och lägre. Också relevanta är frågorna om att öka produktiviteten hos generatorer, utveckling av nya katalysatorer (mer effektiv). Ja, och vi bör inte glömma att det inte finns så mycket högkvalitativt naturligt kol. Därför anses det vara mer lovande att få det från gas. Vilka möjligheter finns här?

Producerad av naturgas

Detta är särskilt sant på grund av befintliga transportproblem. Så om du transporterar naturgas kommer kostnaden för detta att vara 30-50% av kostnaden för slutprodukten. Därför är dess bearbetning omedelbart nära utvinningsplatsen till högkvalitativ bensin och diesel mycket relevant. Detta ställer ett antal krav på installationernas kompakthet. Om slutprodukter erhålls genom metanolsteget, är en sådan process bekväm på grund av det faktum att den äger rum i en enda reaktor. Men det krävs mycket energi, varför syntetiskt bränsle är dubbelt så dyrt som olja. Ett alternativ till denna vanliga metod föreslogs av Institute of Petrochemical Synthesis vid den ryska vetenskapsakademin. Det handlar om att arbeta med en annan mellanprodukt - dimetyleter. Det är inte svårt att arbeta på detta sätt om andelen kolmonoxid i den resulterande syntesgasen ökar. Produktionen av syntetisk bensin är i detta fall ett extra och ganska miljövänligt bränsle. Speciellt visade den sig väl vid start av kalla motorer på grund av dess höga cetantal. Och för produktion av bensin är det här alternativet inte dåligt. Så du kan göra bränsle med ett oktantal på 92. Syntetisk bensin från naturgas har samtidigt färre skadliga föroreningar än de som kan hittas i de som är gjorda av olja. Installationen som föreslås av den ryska vetenskapsakademin erbjuder ett driftschema, enligt vilket ju högre reaktionstemperaturen är, desto merprestanda.

Kan du göra allt själv?

Trots att alternativ energi anses vara en relativt ung vetenskap, är det inte ett problem att upprepa sina prestationer inom ett hushåll. Därför, ja, det är fullt möjligt att skapa syntetisk bensin med dina egna händer. Dessutom är det möjligt att lita på ved, kol och biogas. Vilken av dem man ska föredra hemma - var och en bestämmer själv.

Som den enklaste är den mest relevanta frågan om hur man får syntetisk bensin från trä med egna händer. Många betraktar det enbart som ett byggmaterial eller råvara för leksaker. Men det är värt att komma ihåg åtminstone träsprit, och det blir tydligt att potentialen finns. Hur får man fram syntesgas i det här fallet? Det är nödvändigt att ta trä (eller dess avfall, vad exakt är inte viktigt). Hemma kan du göra en enhet av tre delar, som var och en kommer att utföra sin funktion. Inledningsvis är det nödvändigt att säkerställa deras torkning och uppvärmning till en temperatur på 250-300 grader Celsius. Sedan kommer pyrolysens tur. Här ska temperaturen stiga till 700 grader. Och det sista steget är gasgenerering. Det börjar ångreformera. Processen sker vid en temperatur på 700-1000 grader. Resultatet är en mycket ren syntesgas. Ytterligare ingrepp krävs inte. Därefter använder vi katalysatorer och syntetisk bensin är klar!

Tillverka av kol

Och en liten punkt till som inte nämndes tidigare - när man jobbar hemma kommer installationerna, förvisso, att visa sig vara ganska stora. Därför rekommenderas det inte att placera dem i en lägenhet. Men att skapa dem i ditt eget hem eller nära det är en väldigt verklig sak.

Syntetisk bensin kan erhållas från kol genom inverkan av ånga. Dess förgasning är det enklaste och mest genomförbara sättet för hemförhållanden. Så låt oss börja. Inledningsvis, för större effektivitet och en ökning av processens hastighet, måste kol krossas. Sedan är den mättad med väte. Då är det nödvändigt att skapa en temperatur på 400-500 grader Celsius och ett tryck på 50-300 kg/cm2. Och vi väntar på ögonblicket för övergången till flytande tillstånd. Om inget lösningsmedel används blir det bara 5-8 % av den totala massan av kol. Sedan kommer katalysatorernas tur. Lämplig för kol: molybden, nickel, kobolt, tenn, aluminium, järn, såväl som deras föreningar. Alla typer av råmaterial kan användas för förgasning. Brun, sten - allt duger. Även om dess kvalitet påverkar konverteringseffektiviteten. Tidigare gavs beteckningen på mängden kol och siffran kallades 8 %. Detta är inte helt sant. Beroende på märke och kvalitet kan värdet variera från 4 % till 8 %. Och för minsta lämplighet för efterföljande bearbetning och separation av bensin är det nödvändigt att uppnå ett värde på 11% (bättre än 15%). Till en början inte det faktum att allt kommer att lösa sig. Speciellt om du hoppade över lektioner i fysik ochkemi. Ändå kan syntetisk bensin från kol tillverkas och användas med framgång.

Arbeta med biogas

Det här är ett ganska ovanligt och extravagant tillvägagångssätt, men det fungerar. Dess skönhet ligger också i det faktum att det som bränsle har en bredare tillämpning än bara syntetisk bensin. Det är sant att det tar mycket plats. Så till exempel en kubikmeter biogas motsvarar 0,6 liter bensin. Om du inte använder den i ett komprimerat tillstånd, och till och med tar det till ögongloberna på en lastbil, kommer du inte att kunna köra mer än hundra eller två kilometer. Därför, hur syntetiserar man den önskade bensinen från den? Detta är möjligt på grund av det faktum att det faktiskt är metan med små föroreningar. Det är praktiskt taget vad du behöver. Syntes är dock problematisk. Något nytt och samtidigt enkelt har trots allt inte uppfunnits här. Det vill säga, vi måste arbeta med skapandet av syntesgas, och från det för att säkerställa bildandet av bensin. Detta görs (enligt det vanligaste schemat) genom metanol. Även om du kan arbeta genom dimetyleter. När det kommer till metanol ska du alltid komma ihåg att det är extremt farligt. Situationen kompliceras av det faktum att den luktar alkohol, och kokpunkten är 65 grader Celsius. I allmänhet är det ingen barnlek att arbeta med bränslesyntes. Därför kommer det inte att vara överflödigt att lära sig kemi och fysik om denna kunskap inte finns tillgänglig. Kort sagt, syntetisk bensin erhålls genom destillation av gas och en kondensor. Denna metod är inte snabb, men om det finns en bra teoretisk bakgrund är det inte svårt. Men utan kunskap är det omöjligt att arbetarekommenderad. När allt kommer omkring är ren metanol det högsta oktantalet bränslet, och därför farligt. Och motorn i en vanlig bil kommer inte att "smälta" den - den är inte konstruerad för detta.

Slutsats

Det är så man får syntetiskt bränsle. Det bör noteras att dessa inte är leksaker, utan en brandfarlig aktivitet. Utan ordentlig teoretisk förberedelse bör man därför inte ägna sig åt en sådan fråga. Detta skulle trots allt vara ett direkt brott mot säkerhetsreglerna. Och de, ska man komma ihåg, är alltid skrivna med blod.