Συνθετική βενζίνη: περιγραφή, χαρακτηριστικά, απόδοση, μέθοδοι παραγωγής

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η επιστήμη και η πρόοδος σάς επιτρέπουν να δημιουργείτε πράγματα που δεν έχετε ξαναδεί, τα οποία πολλοί δεν μπορούσαν καν να σκεφτούν. Πάρτε, για παράδειγμα, μια τέτοια σχετικά νέα εξέλιξη όπως η συνθετική βενζίνη. Πολλοί άνθρωποι γνωρίζουν ότι αυτό το καύσιμο λαμβάνεται με απόσταξη από λάδι. Μπορεί όμως να συντεθεί και από άνθρακα, ξύλο, φυσικό αέριο. Η παραγωγή συνθετικής βενζίνης, αν και δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως τη συμβατική οδό παραγωγής, εξακολουθεί να αξίζει να μελετηθεί. Επομένως, θα εξεταστεί το ιστορικό του, καθώς και οι τρόποι απόκτησής του.

Εισαγωγή

Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τον σύγχρονο πολιτισμό χωρίς καύσιμο κινητήρα - ντίζελ, κηροζίνη, βενζίνη. Αυτοκίνητα, αεροπλάνα, πύραυλοι, θαλάσσιες μεταφορές δουλεύουν για αυτούς. Όμως η ποσότητα του λαδιού στα έντερα είναι περιορισμένη. Όχι πολύ καιρό πριν, πίστευαν ότι η ανθρωπότητα σύντομα θα αντιμετώπιζε αναπόφευκτα έλλειψη καυσίμων. Αλλά αποδείχθηκε,δεν είναι τόσο λυπηρό. Αναπτύσσονται νέες τεχνολογίες για την εξόρυξη αποθεμάτων που είναι δύσκολο να ανακτηθούν και εμφανίζονται εναλλακτικές επιλογές. Μπορούμε επίσης να αναφέρουμε την πράσινη ενέργεια και την αύξηση της αποδοτικότητας της χρήσης των πόρων (τα σύγχρονα μικρά αυτοκίνητα διαχειρίζονται εύκολα 4-6 λίτρα καυσίμου ανά εκατό χιλιόμετρα, αν και στις αρχές της χιλιετίας μας απαιτούσαν περίπου 10). Και τα καύσιμα υψηλής ποιότητας, όπως αποδείχθηκε, μπορούν να ληφθούν από διάφορες μη πετρελαϊκές πρώτες ύλες.

Πώς ξεκίνησαν όλα;

Πρέπει να ξεκινήσουμε με γεγονότα που έλαβαν χώρα περισσότερα από 150 χρόνια πριν. Τότε ξεκίνησε η εμπορική παραγωγή λαδιού. Από τότε, η ανθρωπότητα έχει καταναλώσει περισσότερες από τις μισές από τις λεγόμενες ελαφριές πρώτες ύλες. Αρχικά το πετρέλαιο χρησιμοποιήθηκε ως πηγή θερμικής ενέργειας. Στην εποχή μας, αυτή η προσέγγιση δεν είναι οικονομικά βιώσιμη. Όταν ήρθε η εποχή του αυτοκινήτου, τα προϊόντα της κλασματοποίησης του λαδιού έγιναν ευρέως διαδεδομένα στο ρόλο του καυσίμου κινητήρα. Ταυτόχρονα, όσο περισσότερες πρώτες ύλες εξαντλούνταν, τόσο πιο κερδοφόρο γινόταν η αναζήτηση εναλλακτικής λύσης.

Τι είναι το λάδι; Πρόκειται για ένα μείγμα υδρογονανθράκων, και πιο συγκεκριμένα, κυκλοαλκανίων. Τι είναι? Το απλούστερο αλκάνιο είναι γνωστό σε πολλούς ως αέριο μεθάνιο. Επιπλέον, υπάρχουν αζωτούχες και θειούχες ακαθαρσίες στο λάδι. Και αν υποβληθεί σε σωστή επεξεργασία, τότε μπορείτε να πάρετε πολλά διαφορετικά υλικά. Για παράδειγμα, πάρτε τη γνωστή βενζίνη. Τι αντιπροσωπεύει; Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα κλάσμα ελαίου χαμηλού βρασμού που σχηματίζεται από υδρογονάνθρακες βραχείας αλυσίδας με μια ποσότηταάτομα από πέντε έως εννέα. Η βενζίνη είναι το κύριο καύσιμο για επιβατικά αυτοκίνητα καθώς και για μικρά αεροσκάφη. Ο επόμενος τύπος που τονίζεται είναι η κηροζίνη. Είναι πιο παχύρρευστο και βαρύ. Σχηματίζεται από υδρογονάνθρακες στους οποίους υπάρχουν από 10 έως 16 άτομα. Η κηροζίνη χρησιμοποιείται σε αεριωθούμενα αεροσκάφη και κινητήρες. Ένα ακόμη βαρύτερο κλάσμα είναι το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης. Χρησιμοποιείται στο καύσιμο ντίζελ, το οποίο είναι μείγμα με κηροζίνη.

Επιστημονική αναζήτηση για εναλλακτική

Αν και τα κύρια κλάσματα προέρχονται από λάδι, αποδείχθηκε ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες πρώτες ύλες άνθρακα για το σκοπό αυτό. Αυτό το πρόβλημα λύθηκε από χημικούς ήδη από το 1926. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες Fischer και Tropsch ανακάλυψαν την αντίδραση αναγωγής του μονοξειδίου του άνθρακα υπό ατμοσφαιρική πίεση. Διαπιστώθηκε ότι υγροί και στερεοί υδρογονάνθρακες μπορούν να σχηματιστούν από ένα μείγμα αερίων παρουσία καταλυτών. Ως προς τη χημική τους σύσταση, ήταν κοντά σε προϊόντα που προέρχονται από λάδι. Το αποτέλεσμα της χημικής έρευνας ονομάστηκε «αέριο σύνθεσης». Αποδείχθηκε αρκετά εύκολο. Τόσο που μπορεί να επαναληφθεί στο σπίτι από όποιον δεν έχει παραλείψει τη χημεία και τη φυσική στο σχολείο. Προέκυψε περνώντας υδρατμούς πάνω από άνθρακα (αυτή είναι η αεριοποίησή του) ή με μετατροπή του συνηθισμένου φυσικού αερίου (αποτελείται κυρίως από μεθάνιο). Στη δεύτερη περίπτωση, χρησιμοποιήθηκαν επιπλέον μεταλλικοί καταλύτες. Πρέπει να σημειωθεί ότι το αέριο σύνθεσης μπορεί να δημιουργηθεί όχι μόνο από μεθάνιο και άνθρακα. Μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση θεωρείται πλέον η εργασία για την ενζυματική καιθερμοχημική επεξεργασία απορριμμάτων φυτικών πρώτων υλών. Δεν πρέπει επίσης να ξεχνάμε τη μετατροπή του βιοαερίου, δηλαδή των πτητικών ουσιών που λαμβάνονται από την αποσύνθεση οργανικών αποβλήτων.

Πώς έχει εξελιχθεί η εφαρμογή;

Η Ναζιστική Γερμανία διέπρεψε από αυτή την άποψη. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, αντιμετώπισε σημαντικά προβλήματα όσον αφορά την προμήθεια καυσίμων. Ως εκ τούτου, δημιουργήθηκαν ολόκληρα συγκροτήματα που επεξεργάζονταν τον άνθρακα σε υγρό καύσιμο. Και η συνθετική βενζίνη του Τρίτου Ράιχ είχε τη σημαντική συμβολή της, αναβάλλοντας αρκετά έντονα την πτώση αυτού του τρομερού κράτους. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της χημικής υγροποίησης του άνθρακα μέχρι να ληφθεί καύσιμο πυρόλυσης. Μέχρι το τέλος του πολέμου, η ναζιστική Γερμανία κατάφερε να φτάσει στο επίπεδο των 100.000 βαρελιών συνθετικού πετρελαίου την ημέρα. Με πιο συνηθισμένους όρους, αυτό είναι περισσότερο από 130 τόνους! Η χρήση άνθρακα είναι σκόπιμη λόγω της παρόμοιας χημικής σύνθεσης. Άρα, σε αυτό η περιεκτικότητα σε υδρογόνο είναι 8%, ενώ στο λάδι είναι 15%. Εάν δημιουργήσετε ένα συγκεκριμένο καθεστώς θερμοκρασίας και κορεστείτε τον άνθρακα με υδρογόνο σε σημαντικό όγκο, τότε θα μεταβεί σε υγρή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται υδρογόνωση. Επιπλέον, μπορεί να επιταχυνθεί και να αυξηθεί σε όγκο εάν χρησιμοποιηθούν καταλύτες: σίδηρος, κασσίτερος, νικέλιο, μολυβδαίνιο, αλουμίνιο και πολλοί άλλοι. Όλα αυτά καθιστούν δυνατή την απομόνωση διαφόρων κλασμάτων και τη χρήση τους για περαιτέρω επεξεργασία.

Συνθετική βενζίνη παράγεται τώρα στη Γερμανία. Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η Νότια Αφρική ακολούθησε το παράδειγμά της. ΕπειταΗ Κίνα, η Αυστραλία και οι Ηνωμένες Πολιτείες άρχισαν να προσχωρούν. Σημειωτέον ότι έχουμε και δυνατότητες ανάπτυξης αυτής της περιοχής.

Σχετικά με την πτώση και την άνοδο

Στη Σοβιετική Ένωση, ακόμη και πριν από την έναρξη του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, γίνονταν έρευνες για πιθανή εξόρυξη βενζίνης από λιθάνθρακα. Αλλά, δυστυχώς, δεν ήταν δυνατό να επιτευχθούν αποτελέσματα κατάλληλα για βιομηχανική παραγωγή. Μετά το τέλος της σύγκρουσης, η τιμή του πετρελαίου έπεσε και μαζί της εξαφανίστηκε η ανάγκη για συνθετικό καύσιμο. Πλέον, λόγω της μείωσης των αποθεμάτων πετρελαίου, αυτή η περιοχή βιώνει μια αναγέννηση. Η παραγωγή συνθετικής βενζίνης γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη, συναντώντας συχνά την υποστήριξη του κράτους. Για παράδειγμα, στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι κατασκευαστές τέτοιων καυσίμων μπορούν να υπολογίζουν σε κρατικές επιδοτήσεις. Παρά όλες τις προϋποθέσεις, τα υγρά καύσιμα παράγονται σε περιορισμένη κλίμακα. Γεγονός είναι ότι η επέκταση των υφιστάμενων δυνατοτήτων περιορίζεται από το υψηλό κόστος, το οποίο υπερβαίνει σημαντικά αυτό που προέρχεται από τις συμβατικές πρώτες ύλες. Για παράδειγμα, η συνθετική βενζίνη στη Γερμανία μπορεί να κατασκευαστεί από νερό και διοξείδιο του άνθρακα, αλλά σε μόλις ένα χρόνο θα κοστίσει ένα νέο αυτοκίνητο. Και όλα αυτά λόγω του υψηλού κόστους εγκατάστασης. Η κύρια κατεύθυνση της εργασίας είναι η αναζήτηση οικονομικών τεχνικών λύσεων. Για παράδειγμα, το θέμα της μείωσης της πίεσης για την υγροποίηση του άνθρακα είναι ανοιχτό. Τώρα είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν 300-700 ατμόσφαιρες και η αναζήτηση πραγματοποιείται για να επιτευχθεί τιμή 100 και κάτω. Σχετικά είναι και τα ζητήματα της αύξησης της παραγωγικότητας των γεννητριών, της ανάπτυξης νέων καταλυτών (πιο αποδοτικών). Ναι, και δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι δεν υπάρχει τόσο πολύ υψηλής ποιότητας φυσικός άνθρακας. Ως εκ τούτου, θεωρείται πιο ελπιδοφόρα η απόκτησή του από αέριο. Ποιες είναι οι ευκαιρίες εδώ;

Παράγεται από φυσικό αέριο

Αυτό ισχύει ιδιαίτερα λόγω των υπαρχόντων προβλημάτων μεταφοράς. Έτσι, εάν μεταφέρετε φυσικό αέριο, τότε το κόστος αυτού θα είναι 30-50% του κόστους του τελικού προϊόντος. Ως εκ τούτου, η επεξεργασία του αμέσως κοντά στον τόπο εξαγωγής σε υψηλής ποιότητας βενζίνη και καύσιμο ντίζελ είναι πολύ σημαντική. Αυτό θέτει ορισμένες απαιτήσεις για τη συμπαγή των εγκαταστάσεων. Εάν τα τελικά προϊόντα λαμβάνονται μέσω του σταδίου της μεθανόλης, τότε μια τέτοια διαδικασία είναι βολική λόγω του γεγονότος ότι λαμβάνει χώρα σε έναν μόνο αντιδραστήρα. Απαιτείται όμως πολλή ενέργεια, γι' αυτό το συνθετικό καύσιμο είναι δύο φορές πιο ακριβό από το πετρέλαιο. Μια εναλλακτική σε αυτήν την κοινή μέθοδο προτάθηκε από το Ινστιτούτο Πετροχημικής Σύνθεσης της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. Περιλαμβάνει εργασία με ένα άλλο ενδιάμεσο - διμεθυλαιθέρα. Δεν είναι δύσκολο να εργαστεί κανείς με αυτόν τον τρόπο εάν η αναλογία μονοξειδίου του άνθρακα στο προκύπτον αέριο σύνθεσης είναι αυξημένη. Η παραγωγή συνθετικής βενζίνης σε αυτή την περίπτωση είναι ένα πρόσθετο και μάλλον φιλικό προς το περιβάλλον καύσιμο. Ιδιαίτερα φάνηκε καλά κατά την εκκίνηση ψυχρών κινητήρων λόγω του υψηλού αριθμού κετανίου του. Και για την παραγωγή βενζίνης, αυτή η επιλογή δεν είναι κακή. Έτσι, μπορείτε να φτιάξετε καύσιμο με βαθμολογία οκτανίων 92. Η συνθετική βενζίνη από φυσικό αέριο έχει ταυτόχρονα λιγότερες επιβλαβείς ακαθαρσίες από αυτές που μπορούν να βρεθούν σε αυτές που παράγονται από πετρέλαιο. Η εγκατάσταση που προτείνεται από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών προσφέρει ένα σχέδιο λειτουργίας, σύμφωνα με το οποίο όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία αντίδρασης, τόσο περισσότεροαπόδοση.

Μπορείς να τα κάνεις όλα μόνος σου;

Παρά το γεγονός ότι η εναλλακτική ενέργεια θεωρείται μια σχετικά νέα επιστήμη, δεν είναι πρόβλημα να επαναληφθούν τα επιτεύγματά της σε ένα νοικοκυριό. Επομένως, ναι, είναι πολύ πιθανό να δημιουργήσετε συνθετική βενζίνη με τα χέρια σας. Επιπλέον, δεδομένων των ιδιαιτεροτήτων των συνθηκών στις οποίες πρέπει να υπάρχει κάποιος, είναι δυνατό να βασιστεί κανείς στο ξύλο, τον άνθρακα και το βιοαέριο. Ποιο από αυτά να προτιμήσει στο σπίτι - ο καθένας αποφασίζει μόνος του.

Ως το απλούστερο, το πιο σχετικό είναι το ερώτημα πώς να αποκτήσετε συνθετική βενζίνη από ξύλο με τα χέρια σας. Πολλοί το θεωρούν αποκλειστικά ως δομικό υλικό ή πρώτη ύλη για παιχνίδια. Αλλά αξίζει να θυμάστε τουλάχιστον το αλκοόλ από ξύλο, και γίνεται σαφές ότι το δυναμικό υπάρχει. Πώς να πάρετε αέριο σύνθεσης σε αυτή την περίπτωση; Είναι απαραίτητο να πάρετε ξύλο (ή τα απόβλητά του, τι ακριβώς δεν είναι σημαντικό). Στο σπίτι, μπορείτε να φτιάξετε μια συσκευή από τρία μέρη, καθένα από τα οποία θα εκτελέσει τη λειτουργία του. Αρχικά, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η ξήρανση και θέρμανση τους σε θερμοκρασία 250-300 βαθμών Κελσίου. Μετά έρχεται η σειρά της πυρόλυσης. Εδώ η θερμοκρασία πρέπει να ανέβει στους 700 βαθμούς. Και το τελευταίο στάδιο είναι η παραγωγή αερίου. Ξεκινά την αναμόρφωση ατμού. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 700-1000 βαθμών. Το αποτέλεσμα είναι ένα πολύ καθαρό αέριο σύνθεσης. Δεν απαιτείται πρόσθετη παρέμβαση. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούμε καταλύτες και η συνθετική βενζίνη είναι έτοιμη!

Φτιάξτε από άνθρακα

Και ένα ακόμη μικρό σημείο που δεν αναφέρθηκε πριν - όταν εργάζεστε στο σπίτι, οι εγκαταστάσεις, σίγουρα, θα αποδειχθούν αρκετά μεγάλες. Επομένως, δεν συνιστάται η τοποθέτηση τους σε διαμέρισμα. Αλλά η δημιουργία τους στο σπίτι σας ή κοντά σε αυτό είναι κάτι πολύ πραγματικό.

Η συνθετική βενζίνη μπορεί να ληφθεί από τον άνθρακα μέσω της επίδρασης του ατμού. Η αεριοποίησή του είναι ο ευκολότερος και πιο εφικτός τρόπος για οικιακές συνθήκες. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν. Αρχικά, για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και αύξηση της ταχύτητας της διαδικασίας, ο άνθρακας πρέπει να συνθλίβεται. Στη συνέχεια είναι κορεσμένο με υδρογόνο. Τότε είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί θερμοκρασία 400-500 βαθμών Κελσίου και πίεση 50-300 kg/cm2. Και περιμένουμε τη στιγμή της μετάβασης στην υγρή κατάσταση. Εάν δεν χρησιμοποιηθεί διαλύτης, τότε μόνο το 5-8% της συνολικής μάζας του άνθρακα θα γίνει έτσι. Μετά έρχεται η σειρά των καταλυτών. Κατάλληλο για άνθρακα: μολυβδαίνιο, νικέλιο, κοβάλτιο, κασσίτερος, αλουμίνιο, σίδηρος, καθώς και οι ενώσεις τους. Για αεριοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάθε είδους πρώτη ύλη. Καφέ, πέτρα - όλα θα κάνουν. Αν και η ποιότητά του επηρεάζει την απόδοση μετατροπής. Προηγουμένως, δόθηκε ο προσδιορισμός της ποσότητας άνθρακα και ο αριθμός ονομαζόταν 8%. Αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Ανάλογα με τη μάρκα και την ποιότητα, η αξία μπορεί να κυμαίνεται από 4% έως 8%. Και για την ελάχιστη καταλληλότητα της επακόλουθης επεξεργασίας και διαχωρισμού της βενζίνης, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί μια τιμή 11% (καλύτερη από 15%). Αρχικά, όχι το γεγονός ότι όλα θα πάνε καλά. Ειδικά αν παραλείψατε μαθήματα φυσικής καιχημεία. Ωστόσο, η συνθετική βενζίνη από άνθρακα μπορεί να κατασκευαστεί και να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία.

Εργασία με βιοαέριο

Αυτή είναι μια μάλλον ασυνήθιστη και υπερβολική προσέγγιση, αλλά λειτουργεί. Η ομορφιά του βρίσκεται και στο γεγονός ότι ως καύσιμο έχει ευρύτερη εφαρμογή από τη συνθετική βενζίνη. Είναι αλήθεια ότι καταλαμβάνει πολύ χώρο. Έτσι, για παράδειγμα, ένα κυβικό μέτρο βιοαερίου ισοδυναμεί με 0,6 λίτρα βενζίνης. Εάν το χρησιμοποιήσετε όχι σε συμπιεσμένη κατάσταση, και στη συνέχεια, ακόμη και να το μεταφέρετε στους βολβούς των ματιών σε ένα φορτηγό, δεν θα μπορείτε να οδηγήσετε περισσότερα από εκατό ή δύο χιλιόμετρα. Επομένως, πώς να συνθέσετε την επιθυμητή βενζίνη από αυτό; Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι, στην πραγματικότητα, είναι μεθάνιο με μικρές ακαθαρσίες. Αυτό είναι πρακτικά αυτό που χρειάζεστε. Η σύνθεση, ωστόσο, είναι προβληματική. Άλλωστε, κάτι νέο και ταυτόχρονα απλό δεν έχει εφευρεθεί εδώ. Δηλαδή, πρέπει να εργαστούμε για τη δημιουργία αερίου σύνθεσης, και από αυτό για να εξασφαλίσουμε το σχηματισμό βενζίνης. Αυτό γίνεται (σύμφωνα με το πιο κοινό σχήμα) μέσω της μεθανόλης. Αν και μπορείτε να εργαστείτε μέσω του διμεθυλαιθέρα. Όταν πρόκειται για μεθανόλη, θα πρέπει πάντα να θυμάστε ότι είναι εξαιρετικά επικίνδυνη. Η κατάσταση περιπλέκεται από το γεγονός ότι έχει τη μυρωδιά του αλκοόλ, και το σημείο βρασμού είναι 65 βαθμοί Κελσίου. Γενικά, η εργασία με τη σύνθεση καυσίμου δεν είναι παιδικό παιχνίδι. Επομένως, δεν θα είναι περιττό να μάθουμε χημεία και φυσική εάν αυτή η γνώση δεν είναι διαθέσιμη. Εν ολίγοις, η συνθετική βενζίνη λαμβάνεται με απόσταξη αερίου και συμπυκνωτή. Αυτή η μέθοδος δεν είναι γρήγορη, αλλά αν υπάρχει καλό θεωρητικό υπόβαθρο, δεν είναι δύσκολη. Αλλά χωρίς γνώση είναι αδύνατο να δουλέψειςσυνιστάται. Εξάλλου, η καθαρή μεθανόλη είναι το καύσιμο με τα υψηλότερα οκτάνια, και επομένως επικίνδυνο. Και ο κινητήρας ενός συνηθισμένου αυτοκινήτου δεν θα το "χωνέψει" - δεν είναι σχεδιασμένος για αυτό.

Συμπέρασμα

Έτσι μπορείτε να προμηθευτείτε συνθετικό καύσιμο. Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν πρόκειται για παιχνίδια, αλλά για εύφλεκτη δραστηριότητα. Επομένως, χωρίς την κατάλληλη θεωρητική προετοιμασία, δεν πρέπει να ασχολείται κανείς με ένα τέτοιο θέμα. Σε τελική ανάλυση, αυτό θα ήταν άμεση παραβίαση των κανόνων ασφαλείας. Και, πρέπει να θυμόμαστε, είναι πάντα γραμμένα με αίμα.