Syntetisk benzin: beskrivelse, egenskaber, ydeevne, produktionsmetoder

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Videnskab og fremskridt giver dig mulighed for at skabe ting, der aldrig er set før, som mange ikke engang kunne tænke på. Tag for eksempel en sådan relativt ny udvikling som syntetisk benzin. Mange mennesker ved, at dette brændstof opnås ved destillation fra olie. Men det kan også syntetiseres fra kul, træ, naturgas. Produktionen af syntetisk benzin, selv om den ikke fuldt ud kan erstatte den konventionelle produktionsvej, fortjener stadig at blive undersøgt. Derfor vil dens historie blive overvejet, såvel som måder at opnå den på.

Introduktion

Det er svært at forestille sig en moderne civilisation uden motorbrændstof - diesel, petroleum, benzin. Biler, fly, raketter, vandtransport fungerer for dem. Men mængden af olie i tarmene er begrænset. For ikke så længe siden troede man, at menneskeheden snart uundgåeligt ville stå over for en mangel på brændstof. Men det viste sig,det er ikke så trist. Nye teknologier udvikles til at udvinde reserver, der er svære at indvinde, og alternative muligheder dukker op. Vi kan også nævne grøn energi og øge effektiviteten af ressourceforbruget (moderne små biler klarer nemt 4-6 liter brændstof pr. hundrede kilometer, selvom de i begyndelsen af vores årtusinde krævede omkring 10). Og brændstof af høj kvalitet, som det viste sig, kan fås fra forskellige råmaterialer, der ikke er petroleumsprodukter.

Hvordan startede det hele?

Vi er nødt til at starte med begivenheder, der fandt sted for mere end 150 år siden. Det var dengang, at kommerciel olieproduktion begyndte. Siden da har menneskeheden brugt mere end halvdelen af de såkaldte lette råvarer. Oprindeligt blev olie brugt som en kilde til termisk energi. I vores tid er denne tilgang ikke økonomisk bæredygtig. Da biltiden kom, blev produkterne fra oliefraktionering udbredt i rollen som motorbrændstof. Samtidig blev det jo mere rentabelt at se sig om efter et alternativ, jo flere råvarer der blev opbrugt.

Hvad er olie? Dette er en blanding af kulbrinter og mere specifikt cycloalkaner. Hvad er de? Den enkleste alkan er kendt af mange som metangas. Derudover er der nitrogen- og svovlholdige urenheder i olie. Og hvis det er behandlet korrekt, så kan du få en masse forskellige materialer. Tag for eksempel den velkendte benzin. Hvad repræsenterer han? Faktisk er dette en lavtkogende oliefraktion dannet af kortkædede kulbrinter med en mængdeatomer fra fem til ni. Benzin er hovedbrændstoffet til såvel personbiler som små fly. Den næste fremhævede type er petroleum. Den er mere tyktflydende og tung. Det er dannet af kulbrinter, hvori der er fra 10 til 16 atomer. Petroleum bruges i jetfly og motorer. En endnu tungere fraktion er gasolie. Det bruges i dieselbrændstof, som er en blanding med petroleum.

Videnskabelig søgning efter et alternativ

Selv om hovedfraktionerne er opnået fra olie, viste det sig, at andre kulstofråmaterialer også kan bruges til dette formål. Dette problem blev løst af kemikere så tidligt som i 1926. Så opdagede forskerne Fischer og Tropsch reduktionsreaktionen af kulilte under atmosfærisk tryk. Det blev fundet, at flydende og faste carbonhydrider kan dannes ud fra en gasblanding i nærvær af katalysatorer. Med hensyn til deres kemiske sammensætning lå de tæt på produkter opnået fra olie. Resultatet af kemisk forskning blev kaldt "syntesegas". Det viste sig ret nemt. Så meget, at det kan gentages derhjemme af enhver person, der ikke har sprunget kemi og fysik over i skolen. Det blev opnået ved at lede vanddamp over kul (dette er dets forgasning) eller ved at omdanne almindelig naturgas (den består hovedsageligt af metan). I det andet tilfælde blev der yderligere anvendt metalkatalysatorer. Det skal bemærkes, at syntesegas ikke kun kan skabes fra metan og kul. En lovende retning anses nu for at være arbejde med enzymatiske ogtermokemisk behandling af vegetabilsk råvareaffald. Vi bør heller ikke glemme omdannelsen af biogas, det vil sige flygtige stoffer opnået ved nedbrydning af organisk affald.

Hvordan har applikationen udviklet sig?

Nazi-Tyskland udmærkede sig i denne henseende. Under Anden Verdenskrig havde hun betydelige problemer med hensyn til brændstofforsyningen. Derfor blev der skabt hele komplekser, der forarbejdede kul til flydende brændsel. Og det tredje riges syntetiske benzin ydede sit betydelige bidrag, og udsatte ganske kraftigt faldet af denne forfærdelige stat. Derefter blev metoden til kemisk fortætning af kul brugt, indtil pyrolysebrændstof blev opnået. Ved slutningen af krigen formåede Nazityskland at nå niveauet på 100.000 tønder syntetisk olie om dagen. I mere sædvanlige termer er det mere end 130 tons! Brugen af kul er hensigtsmæssig på grund af den lignende kemiske sammensætning. Så i det er brintindholdet 8%, mens det i olie er 15%. Hvis du opretter et bestemt temperaturregime og mætter kullet med brint i et betydeligt volumen, vil det gå i flydende tilstand. Denne proces kaldes hydrogenering. Derudover kan det accelereres og øges i volumen, hvis der anvendes katalysatorer: jern, tin, nikkel, molybdæn, aluminium og mange andre. Alt dette gør det muligt at isolere forskellige fraktioner og bruge dem til videre behandling.

Syntetisk benzin produceres i Tyskland nu. Efter Anden Verdenskrig fulgte Sydafrika trop. DerefterKina, Australien og USA begyndte at tilslutte sig. Det skal bemærkes, at vi også har potentialet for udvikling af dette område.

Om faldende og stigende

I Sovjetunionen, selv før begyndelsen af Anden Verdenskrig, var der eftersøgninger efter en mulig udvinding af benzin fra brunkul. Men desværre var det ikke muligt at opnå resultater egnet til industriel produktion. Efter konfliktens afslutning faldt olieprisen, og dermed forsvandt behovet for syntetisk brændstof. Nu, på grund af faldet i oliereserverne, oplever dette område en genfødsel. Produktionen af syntetisk benzin bliver mere og mere udbredt og møder ofte støtte fra staten. For eksempel kan producenter af sådanne brændstoffer i USA regne med statsstøtte. På trods af alle forudsætninger produceres flydende brændstoffer i begrænset omfang. Faktum er, at udvidelsen af eksisterende kapacitet er begrænset af de høje omkostninger, som væsentligt overstiger, hvad der opnås fra konventionelle råvarer. For eksempel kan syntetisk benzin i Tyskland laves af vand og kuldioxid, men om blot et år koster det en ny bil. Og alt sammen på grund af de høje installationsomkostninger. Hovedretningen for arbejdet er søgen efter økonomiske tekniske løsninger. For eksempel er spørgsmålet om trykreduktion for fortætning af kul åbent. Nu er det nødvendigt at skabe 300-700 atmosfærer, og søgningen udføres for at opnå en værdi på 100 og derunder. Også relevante er spørgsmålene om at øge produktiviteten af generatorer, udvikling af nye katalysatorer (mere effektiv). Ja, og vi bør ikke glemme, at der ikke er så meget naturligt kul af høj kvalitet. Derfor anses det for at være mere lovende at få det fra gas. Hvad er mulighederne her?

Produceret af naturgas

Dette gælder især på grund af eksisterende transportproblemer. Så hvis du transporterer naturgas, vil omkostningerne ved dette være 30-50% af omkostningerne ved det endelige produkt. Derfor er dens forarbejdning umiddelbart nær udvindingsstedet til højkvalitetsbenzin og dieselbrændstof meget relevant. Dette stiller en række krav til installationernes kompakthed. Hvis slutprodukter opnås gennem methanolstadiet, er en sådan proces praktisk på grund af det faktum, at den finder sted i en enkelt reaktor. Men der skal meget energi til, og derfor er syntetisk brændstof dobbelt så dyrt som olie. Et alternativ til denne almindelige metode blev foreslået af Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences. Det involverer at arbejde med et andet mellemprodukt - dimethylether. Det er ikke svært at arbejde på denne måde, hvis andelen af kulilte i den resulterende syntesegas øges. Produktionen af syntetisk benzin er i dette tilfælde et ekstra og ret miljøvenligt brændstof. Især viste den sig godt ved start af kolde motorer på grund af dens høje cetantal. Og til produktion af benzin er denne mulighed ikke dårlig. Så du kan lave brændstof med et oktantal på 92. Syntetisk benzin fra naturgas har samtidig færre skadelige urenheder end dem, der kan findes i dem, der er lavet af olie. Installationen foreslået af det russiske videnskabsakademi tilbyder et driftsskema, ifølge hvilket jo højere reaktionstemperaturen er, jo mereydeevne.

Kan du gøre det hele selv?

På trods af at alternativ energi betragtes som en relativt ung videnskab, er det ikke et problem at gentage dens resultater inden for én husstand. Derfor, ja, det er helt muligt at skabe syntetisk benzin med dine egne hænder. Desuden er det muligt at stole på træ, kul og biogas i betragtning af de særlige forhold, som man skal eksistere under. Hvilken af dem der skal foretrækkes derhjemme - alle bestemmer selv.

Som det enkleste er det mest relevante spørgsmålet om, hvordan man får syntetisk benzin fra træ med egne hænder. Mange betragter det udelukkende som byggemateriale eller råmateriale til legetøj. Men det er værd at huske i det mindste træsprit, og det bliver tydeligt, at potentialet eksisterer. Hvordan får man syntesegas i dette tilfælde? Det er nødvendigt at tage træ (eller dets affald, hvad der præcist er ikke vigtigt). Derhjemme kan du lave en enhed af tre dele, som hver vil udføre sin funktion. I første omgang er det nødvendigt at sikre deres tørring og opvarmning til en temperatur på 250-300 grader Celsius. Så kommer turen til pyrolysen. Her skal temperaturen stige til 700 grader. Og den sidste fase er gasproduktion. Det begynder at dampreformere. Processen foregår ved en temperatur på 700-1000 grader. Resultatet er en meget ren syntesegas. Yderligere indgreb er ikke påkrævet. Dernæst bruger vi katalysatorer, og syntetisk benzin er klar!

Lave af kul

Og endnu et lille punkt, som ikke var nævnt før - når man arbejder hjemme, vil installationerne helt sikkert vise sig at være ret store. Derfor anbefales det ikke at placere dem i en lejlighed. Men at skabe dem i dit eget hjem eller i nærheden af det er en meget ægte ting.

Syntetisk benzin kan fås fra kul gennem påvirkning af damp. Dens forgasning er den nemmeste og mest gennemførlige måde for hjemmeforhold. Så lad os komme i gang. I første omgang, for større effektivitet og en stigning i processens hastighed, skal kul knuses. Derefter er det mættet med brint. Så er det nødvendigt at skabe en temperatur på 400-500 grader Celsius og et tryk på 50-300 kg/cm2. Og vi venter på overgangen til den flydende tilstand. Hvis der ikke bruges opløsningsmiddel, vil kun 5-8 % af den samlede masse af kul blive det. Så kommer turen til katalysatorer. Velegnet til kul: molybdæn, nikkel, kobolt, tin, aluminium, jern samt deres forbindelser. Enhver form for råmateriale kan bruges til forgasning. Brun, sten - alt vil gøre. Selvom dens kvalitet påvirker konverteringseffektiviteten. Tidligere var betegnelsen for mængden af kulstof givet og tallet blev kaldt 8%. Dette er ikke helt rigtigt. Afhængigt af mærke og kvalitet kan værdien variere fra 4 % til 8 %. Og for den mindste egnethed til efterfølgende behandling og adskillelse af benzin er det nødvendigt at opnå en værdi på 11% (bedre end 15%). I første omgang ikke det faktum, at alt vil fungere. Især hvis du sprang lektioner i fysik ogkemi. Ikke desto mindre kan syntetisk benzin fra kul fremstilles og bruges med succes.

Arbejde med biogas

Dette er en ret usædvanlig og ekstravagant tilgang, men den virker. Dens skønhed ligger også i, at den som brændstof har en bredere anvendelse end blot syntetisk benzin. Sandt nok fylder det meget. Så for eksempel svarer en kubikmeter biogas til 0,6 liter benzin. Hvis du ikke bruger det i en komprimeret tilstand, så selv at tage det til øjnene på en lastbil, vil du ikke være i stand til at køre mere end hundrede eller to kilometer. Derfor, hvordan syntetiserer man den ønskede benzin fra den? Dette er muligt på grund af det faktum, at det faktisk er metan med små urenheder. Det er praktisk t alt, hvad du har brug for. Syntese er imidlertid problematisk. Der er trods alt ikke opfundet noget nyt og samtidig simpelt her. Det vil sige, vi er nødt til at arbejde på skabelsen af syntesegas, og ud fra det for at sikre dannelsen af benzin. Dette gøres (ifølge det mest almindelige skema) gennem methanol. Selvom du kan arbejde gennem dimethylether. Når det kommer til methanol, skal du altid huske, at det er ekstremt farligt. Situationen kompliceres af, at den lugter af alkohol, og kogepunktet er 65 grader Celsius. Generelt er arbejdet med brændstofsyntese ikke en barneleg. Derfor vil det ikke være overflødigt at lære kemi og fysik, hvis denne viden ikke er tilgængelig. Kort sagt opnås syntetisk benzin ved destillation af gas og en kondensator. Denne metode er ikke hurtig, men hvis der er en god teoretisk baggrund, er det ikke svært. Men uden viden er det umuligt at arbejdeanbefalede. Når alt kommer til alt, er ren methanol det højeste oktan brændstof, og derfor farligt. Og motoren i en almindelig bil vil ikke "fordøje" den - den er ikke designet til dette.

Konklusion

Sådan får du syntetisk brændstof. Det skal bemærkes, at dette ikke er legetøj, men en brandfarlig aktivitet. Uden ordentlig teoretisk forberedelse bør man derfor ikke beskæftige sig med en sådan sag. Dette ville trods alt være en direkte overtrædelse af sikkerhedsreglerne. Og de, skal det huskes, er altid skrevet med blod.