Sintetinis benzinas: aprašymas, charakteristikos, veikimas, gamybos būdai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Mokslas ir pažanga leidžia sukurti dar nematytus dalykus, apie kuriuos daugelis net negalėjo pagalvoti. Paimkime, pavyzdžiui, tokią palyginti naują plėtrą kaip sintetinis benzinas. Daugelis žmonių žino, kad šis kuras gaunamas distiliuojant naftą. Bet jis gali būti sintetinamas ir iš anglies, medienos, gamtinių dujų. Sintetinio benzino gamyba, nors ir negali visiškai pakeisti įprasto gamybos būdo, vis tiek nusipelno ištirti. Todėl bus atsižvelgta į jo istoriją ir būdus, kaip jį gauti.

Įvadas

Sunku įsivaizduoti šiuolaikinę civilizaciją be variklių degalų – dyzelino, žibalo, benzino. Jiems dirba automobiliai, lėktuvai, raketos, vandens transportas. Tačiau aliejaus kiekis žarnyne yra ribotas. Dar ne taip seniai buvo manoma, kad netrukus žmonija neišvengiamai susidurs su degalų trūkumu. Bet paaiškėjo,ne viskas taip liūdna. Kuriamos naujos technologijos sunkiai atkuriamiems rezervams išgauti, atsiranda alternatyvių variantų. Galima paminėti ir žaliąją energiją bei resursų naudojimo efektyvumo didinimą (šiuolaikiniai mažieji automobiliai šimtui kilometrų nesunkiai susitvarko 4-6 litrus degalų, nors mūsų tūkstantmečio pradžioje jų prireikė apie 10). O kokybišką kurą, kaip paaiškėjo, galima gauti iš įvairių ne naftos žaliavų.

Kaip viskas prasidėjo?

Reikia pradėti nuo įvykių, kurie vyko daugiau nei prieš 150 metų. Tada prasidėjo komercinė naftos gavyba. Nuo tada žmonija sunaudojo daugiau nei pusę vadinamųjų lengvųjų žaliavų. Iš pradžių nafta buvo naudojama kaip šiluminės energijos š altinis. Mūsų laikais toks požiūris nėra ekonomiškai pagrįstas. Atėjus automobilių erai, alyvos frakcionavimo produktai tapo plačiai paplitę variklių degalų vaidmenyje. Tuo pačiu metu, kuo daugiau žaliavų buvo išeikvota, tuo pelningiau tapo ieškoti alternatyvos.

Kas yra nafta? Tai yra angliavandenilių, o tiksliau cikloalkanų, mišinys. Kas jie tokie? Paprasčiausias alkanas daugeliui žinomas kaip metano dujos. Be to, aliejuje yra azoto ir sieros priemaišų. Ir jei jis bus tinkamai apdorotas, galite gauti daug įvairių medžiagų. Pavyzdžiui, paimkite gerai žinomą benziną. Ką jis atstovauja? Tiesą sakant, tai žemos virimo temperatūros aliejaus frakcija, kurią sudaro trumpos grandinės angliavandeniliai, kurių kiekisatomų nuo penkių iki devynių. Benzinas yra pagrindinis lengvųjų automobilių, taip pat mažų lėktuvų kuras. Kitas paryškintas tipas yra žibalas. Jis yra klampesnis ir sunkesnis. Jis susidaro iš angliavandenilių, kuriuose yra nuo 10 iki 16 atomų. Žibalas naudojamas reaktyviniuose lėktuvuose ir varikliuose. Dar sunkesnė frakcija yra gazolis. Jis naudojamas dyzelinui, kuris yra mišinys su žibalu.

Mokslinė alternatyvos paieška

Nors pagrindinės frakcijos gaunamos iš naftos, paaiškėjo, kad šiam tikslui galima naudoti ir kitas anglies žaliavas. Šią problemą chemikai išsprendė dar 1926 m. Tada mokslininkai Fischeris ir Tropschas atrado anglies monoksido redukcijos reakciją esant atmosferos slėgiui. Nustatyta, kad iš dujų mišinio, esant katalizatoriams, gali susidaryti skysti ir kietieji angliavandeniliai. Pagal savo cheminę sudėtį jie buvo artimi produktams, gautiems iš naftos. Cheminių tyrimų rezultatas buvo vadinamas „sintezės dujomis“. Tai pasirodė gana lengva. Tiek, kad namuose gali kartoti bet kuris mokykloje chemijos ir fizikos nepraleidęs žmogus. Jis buvo gautas leidžiant vandens garus per anglį (tai yra jos dujinimas) arba konvertuojant įprastas gamtines dujas (jas daugiausia sudaro metanas). Antruoju atveju papildomai buvo naudojami metaliniai katalizatoriai. Pažymėtina, kad sintezės dujos gali būti sukurtos ne tik iš metano ir anglies. Daug žadančia kryptimi dabar laikomas darbas su fermentiniais iraugalinių žaliavų atliekų termocheminis apdorojimas. Taip pat neturėtume pamiršti apie biodujų, tai yra lakiųjų medžiagų, gaunamų skaidant organines atliekas, konversiją.

Kaip pasikeitė programa?

Nacistinė Vokietija šiuo atžvilgiu puikiai pasirodė. Antrojo pasaulinio karo metais ji turėjo didelių problemų dėl kuro tiekimo. Todėl buvo sukurti ištisi kompleksai, perdirbę anglį į skystą kurą. O sintetinis Trečiojo Reicho benzinas įnešė svarų indėlį, gana stipriai atidėdamas šios baisios valstybės žlugimą. Tada buvo naudojamas cheminio anglies suskystinimo metodas, kol buvo gautas pirolizės kuras. Iki karo pabaigos nacistinė Vokietija sugebėjo pasiekti 100 000 barelių sintetinės naftos per dieną lygį. Įprastesnėmis sąlygomis tai yra daugiau nei 130 tonų! Naudoti anglį tikslinga dėl panašios cheminės sudėties. Taigi jame vandenilio kiekis yra 8%, o aliejuje - 15%. Jei sukursite tam tikrą temperatūros režimą ir dideliu tūriu prisotinsite anglį vandeniliu, ji pateks į skystą būseną. Šis procesas vadinamas hidrinimas. Be to, jį galima pagreitinti ir padidinti, jei naudojami katalizatoriai: geležis, alavas, nikelis, molibdenas, aliuminis ir daugelis kitų. Visa tai leidžia išskirti įvairias frakcijas ir panaudoti jas tolesniam apdorojimui.

Dabar Vokietijoje gaminamas sintetinis benzinas. Po Antrojo pasaulinio karo Pietų Afrika pasekė pavyzdžiu. TadaKinija, Australija ir JAV pradėjo prisijungti. Reikėtų pažymėti, kad mes taip pat turime potencialą plėtoti šią sritį.

Apie kritimą ir kilimą

Sovietų Sąjungoje, dar prieš prasidedant Antrajam pasauliniam karui, buvo ieškoma galimo benzino išgavimo iš rusvųjų anglių. Tačiau, deja, nebuvo įmanoma gauti pramoninei gamybai tinkamų rezultatų. Pasibaigus konfliktui, naftos kaina krito, o kartu su ja išnyko ir sintetinio kuro poreikis. Dabar, sumažėjus naftos atsargoms, ši sritis atgimsta. Sintetinio benzino gamyba vis labiau plinta, dažnai sulaukiama valstybės paramos. Pavyzdžiui, JAV tokio kuro gamintojai gali tikėtis vyriausybės subsidijų. Nepaisant visų būtinų sąlygų, skystasis kuras gaminamas ribotu mastu. Faktas yra tas, kad esamų pajėgumų plėtrą riboja didelės sąnaudos, kurios gerokai viršija tai, kas gaunama iš įprastų žaliavų. Pavyzdžiui, sintetinį benziną Vokietijoje galima gaminti iš vandens ir anglies dvideginio, tačiau vos po metų jis kainuos naują automobilį. Ir viskas dėl didelių įrengimo išlaidų. Pagrindinė darbo kryptis – ekonominių techninių sprendimų paieška. Pavyzdžiui, yra atviras anglies skystinimo slėgio mažinimo klausimas. Dabar reikia sukurti 300-700 atmosferų, o paieška atliekama norint pasiekti 100 ir mažesnę vertę. Taip pat aktualūs generatorių našumo didinimo, naujų katalizatorių (efektyvesnių) kūrimo klausimai. Taip, ir neturėtume pamiršti, kad kokybiškos natūralios anglies nėra tiek daug. Todėl manoma, kad perspektyviau jį gauti iš dujų. Kokios čia galimybės?

Pagaminta iš gamtinių dujų

Tai ypač aktualu dėl esamų transporto problemų. Taigi, jei gabenate gamtines dujas, tai kaina bus 30-50% galutinio produkto kainos. Todėl jo perdirbimas iš karto šalia gavybos vietos į aukštos kokybės benziną ir dyzelinį kurą yra labai aktualus. Tai kelia daugybę reikalavimų įrenginių kompaktiškumui. Jei galutiniai produktai gaunami per metanolio stadiją, tai toks procesas patogus dėl to, kad vyksta viename reaktoriuje. Tačiau reikia daug energijos, todėl sintetinis kuras yra dvigubai brangesnis nei nafta. Alternatyvą šiam įprastam metodui pasiūlė Rusijos mokslų akademijos Naftos cheminės sintezės institutas. Tai apima darbą su kitu tarpiniu junginiu - dimetilo eteriu. Taip dirbti nesunku, jei susidarančiose sintezės dujose padidinama anglies monoksido dalis. Sintetinio benzino gamyba šiuo atveju yra papildomas ir gana ekologiškas kuras. Dėl didelio cetaninio skaičiaus jis ypač gerai pasirodė užvedant š altus variklius. O benzino gamybai ši galimybė nėra bloga. Taigi, galite gaminti kurą, kurio oktaninis skaičius yra 92. Sintetinis benzinas iš gamtinių dujų tuo pat metu turi mažiau kenksmingų priemaišų nei tie, kurių galima rasti pagamintuose iš naftos. Rusijos mokslų akademijos pasiūlyta instaliacija siūlo veikimo schemą, pagal kurią kuo aukštesnė reakcijos temperatūra, tuo daugiaunašumas.

Ar galite viską padaryti patys?

Nepaisant to, kad alternatyvioji energetika yra gana jaunas mokslas, nėra problemų pakartoti jos pasiekimus viename namų ūkyje. Todėl, taip, visiškai įmanoma sukurti sintetinį benziną savo rankomis. Be to, atsižvelgiant į sąlygų, kuriomis turi egzistuoti, specifiką, galima pasikliauti mediena, anglimi ir biodujomis. Kuriam iš jų teikti pirmenybę namuose – kiekvienas sprendžia pats.

Kaip paprasčiausias, aktualiausias yra klausimas, kaip savo rankomis iš medžio gauti sintetinį benziną. Daugelis mano, kad tai tik statybinė medžiaga arba žaliava žaislams. Tačiau verta prisiminti bent jau medžio spiritą, ir tampa aišku, kad potencialo yra. Kaip tokiu atveju gauti sintezės dujų? Būtina paimti medieną (ar jos atliekas, kas tiksliai nesvarbu). Namuose galite pagaminti įrenginį iš trijų dalių, kurių kiekviena atliks savo funkciją. Iš pradžių būtina užtikrinti jų džiovinimą ir kaitinimą iki 250-300 laipsnių Celsijaus temperatūros. Tada ateina pirolizės eilė. Čia temperatūra turėtų pakilti iki 700 laipsnių. Ir paskutinis etapas yra dujų generavimas. Jis pradeda garų reformą. Procesas vyksta 700-1000 laipsnių temperatūroje. Rezultatas yra labai grynos sintezės dujos. Papildoma intervencija nereikalinga. Tada naudojame katalizatorius, o sintetinis benzinas yra paruoštas!

Pagaminkite iš anglies

Ir dar vienas mažas dalykas, apie kurį anksčiau nebuvo paminėta - dirbant namuose, instaliacijos tikrai pasirodys gana didelės. Todėl nerekomenduojama jų dėti bute. Tačiau sukurti juos savo namuose ar šalia jų yra labai realu.

Sintetinį benziną galima gauti iš anglies, veikiant garams. Jo dujinimas yra lengviausias ir labiausiai įmanomas būdas namų sąlygomis. Taigi pradėkime. Iš pradžių, norint padidinti efektyvumą ir pagreitinti procesą, anglys turi būti susmulkintos. Tada jis prisotinamas vandeniliu. Tada reikia sukurti 400-500 laipsnių Celsijaus temperatūrą ir 50-300 kg/cm2 slėgį. Ir laukiame perėjimo į skystą būseną momento. Jei nenaudojamas tirpiklis, tokiu taps tik 5-8% visos anglies masės. Tada ateina katalizatorių eilė. Tinka anglims: molibdenas, nikelis, kob altas, alavas, aliuminis, geležis, taip pat jų junginiai. Dujofikavimui gali būti naudojama bet kokia žaliava. Ruda, akmuo – viskas tiks. Nors jo kokybė turi įtakos konversijos efektyvumui. Anksčiau buvo nurodytas anglies kiekis ir šis skaičius buvo vadinamas 8%. Tai nėra visiškai tiesa. Priklausomai nuo prekės ženklo ir kokybės, vertė gali svyruoti nuo 4% iki 8%. O tam, kad vėlesnis benzino apdorojimas ir atskyrimas būtų kuo mažiau tinkamas, būtina pasiekti 11% vertę (geriau nei 15%). Iš pradžių ne tai, kad viskas pavyks. Ypač jei praleidote fizikos pamokas irchemija. Nepaisant to, sintetinį benziną iš anglies galima sėkmingai gaminti ir naudoti.

Darbas su biodujomis

Tai gana neįprastas ir ekstravagantiškas metodas, tačiau jis veikia. Jo grožis taip pat slypi tame, kad kaip degalai jis turi platesnį pritaikymą nei tik sintetinis benzinas. Tiesa, užima daug vietos. Taigi, pavyzdžiui, vienas kubinis metras biodujų prilygsta 0,6 litro benzino. Jei naudosite jį ne suspaustą, net paėmę jį į akis ant sunkvežimio, negalėsite nuvažiuoti daugiau nei šimto ar dviejų kilometrų. Todėl kaip iš jo susintetinti norimą benziną? Tai įmanoma dėl to, kad iš tikrųjų tai yra metanas su mažomis priemaišomis. Tai praktiškai tai, ko jums reikia. Tačiau sintezė yra problemiška. Juk čia nesugalvota kažkas naujo ir kartu paprasto. Tai reiškia, kad turime dirbti kurdami sintezės dujas ir iš jų užtikrinti benzino susidarymą. Tai daroma (pagal labiausiai paplitusią schemą) per metanolį. Nors galite dirbti per dimetilo eterį. Kalbant apie metanolį, visada turėtumėte prisiminti, kad jis yra labai pavojingas. Situaciją apsunkina tai, kad jame yra alkoholio kvapas, o virimo temperatūra siekia 65 laipsnius šilumos. Apskritai darbas su degalų sinteze nėra vaikų žaidimas. Todėl nebus nereikalinga mokytis chemijos ir fizikos, jei šių žinių nėra. Trumpai tariant, sintetinis benzinas gaunamas distiliuojant dujas ir kondensatorių. Šis metodas nėra greitas, bet jei yra geras teorinis pagrindas, tai nėra sunku. Bet be žinių dirbti neįmanomaRekomenduojamas. Juk grynas metanolis yra didžiausio oktaninio skaičiaus kuras, todėl pavojingas. Ir paprasto automobilio variklis jo „nesuvirškins“– jis tam neskirtas.

Išvada

Štai kaip gauti sintetinio kuro. Reikia pažymėti, kad tai ne žaislai, o degi veikla. Todėl be tinkamo teorinio pasirengimo į tokį reikalą užsiimti nereikėtų. Juk tai būtų tiesioginis saugos taisyklių pažeidimas. Ir jie, reikia atsiminti, visada parašyti krauju.