Syntetický benzín: popis, vlastnosti, výkon, výrobné metódy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Veda a pokrok vám umožňujú vytvárať veci, ktoré ste ešte nevideli, na čo mnohí ani nepomysleli. Vezmime si napríklad taký relatívne nový vývoj, akým je syntetický benzín. Mnoho ľudí vie, že toto palivo sa získava destiláciou z ropy. Ale dá sa syntetizovať aj z uhlia, dreva, zemného plynu. Výroba syntetického benzínu, hoci nemôže plne nahradiť konvenčný spôsob výroby, si stále zasluhuje štúdium. Preto sa zváži jeho história, ako aj spôsoby, ako ho získať.

Úvod

Je ťažké si predstaviť modernú civilizáciu bez motorového paliva - nafty, petroleja, benzínu. Pracujú pre nich autá, lietadlá, rakety, vodná doprava. Ale množstvo oleja v črevách je obmedzené. Nie je to tak dávno, čo sa verilo, že ľudstvo bude čoskoro nevyhnutne čeliť nedostatku paliva. Ale ukázalo sa,nie je to až také smutné. Vyvíjajú sa nové technológie na ťažbu ťažko obnoviteľných zásob a objavujú sa alternatívne možnosti. Spomenúť môžeme aj zelenú energiu a zvyšovanie efektívnosti využívania zdrojov (moderné malé autá si bez problémov poradia so 4-6 litrami paliva na sto kilometrov, hoci na začiatku nášho tisícročia potrebovali okolo 10). A vysokokvalitné palivo, ako sa ukázalo, možno získať z rôznych neropných surovín.

Ako to všetko začalo?

Musíme začať udalosťami, ktoré sa odohrali pred viac ako 150 rokmi. Vtedy sa začala komerčná produkcia ropy. Odvtedy ľudstvo spotrebovalo viac ako polovicu takzvaných ľahkých surovín. Spočiatku sa ropa používala ako zdroj tepelnej energie. V našej dobe tento prístup nie je ekonomicky životaschopný. Keď prišla éra automobilov, produkty frakcionácie ropy sa rozšírili v úlohe motorového paliva. Zároveň, čím viac surovín bolo vyčerpaných, tým výnosnejšie bolo hľadať alternatívu.

Čo je ropa? Ide o zmes uhľovodíkov a konkrétnejšie cykloalkánov. Čo sú zač? Najjednoduchší alkán je mnohým známy ako metánový plyn. Okrem toho sa v oleji nachádzajú dusíkaté a sírnaté nečistoty. A ak je spracovaný správne, môžete získať veľa rôznych materiálov. Napríklad si vezmite známy benzín. Čo predstavuje? V skutočnosti ide o nízkovrúcu ropnú frakciu tvorenú uhľovodíkmi s krátkym reťazcom s množstvomatómov od piatich do deviatich. Benzín je hlavným palivom pre osobné autá, ale aj malé lietadlá. Ďalším zvýrazneným typom je petrolej. Je viskóznejší a ťažší. Vzniká z uhľovodíkov, v ktorých je od 10 do 16 atómov. Petrolej sa používa v prúdových lietadlách a motoroch. Ešte ťažšou frakciou je plynový olej. Používa sa v motorovej nafte, čo je zmes s petrolejom.

Vedecké hľadanie alternatívy

Hoci sa hlavné frakcie získavajú z ropy, ukázalo sa, že na tento účel možno použiť aj iné uhlíkové suroviny. Tento problém vyriešili chemici už v roku 1926. Potom vedci Fischer a Tropsch objavili redukčnú reakciu oxidu uhoľnatého pod atmosférickým tlakom. Zistilo sa, že kvapalné a pevné uhľovodíky môžu byť vytvorené zo zmesi plynov v prítomnosti katalyzátorov. Chemickým zložením sa blížili produktom získavaným z ropy. Výsledok chemického výskumu bol nazvaný „syntézny plyn“. Ukázalo sa to celkom ľahko. Až tak, že si to môže doma zopakovať každý, kto v škole nepreskákal chémiu a fyziku. Získaval sa prechodom vodnej pary po uhlí (ide o jeho splyňovanie) alebo premenou obyčajného zemného plynu (pozostáva najmä z metánu). V druhom prípade boli dodatočne použité kovové katalyzátory. Je potrebné poznamenať, že syntézny plyn môže byť vytvorený nielen z metánu a uhlia. Za sľubný smer sa dnes považuje práca na enzymatickej atermochemické spracovanie odpadu rastlinných surovín. Netreba zabúdať ani na premenu bioplynu, teda prchavých látok získaných rozkladom organického odpadu.

Ako sa aplikácia vyvinula?

Nacistické Nemecko v tomto smere excelovalo. Počas 2. svetovej vojny mala značné problémy z hľadiska zásobovania palivom. Preto vznikli celé komplexy, ktoré spracovávali uhlie na tekuté palivo. A výrazne prispel syntetický benzín Tretej ríše, ktorý dosť silne odložil pád tohto hrozného štátu. Potom sa používala metóda chemického skvapalňovania uhlia až do získania pyrolýzneho paliva. Nacistickému Nemecku sa do konca vojny podarilo dostať na úroveň 100 000 barelov syntetickej ropy denne. V bežnejšom vyjadrení je to viac ako 130 ton! Použitie uhlia je účelné vzhľadom na podobné chemické zloženie. Takže v ňom je obsah vodíka 8%, zatiaľ čo v oleji je to 15%. Ak vytvoríte určitý teplotný režim a nasýtite uhlie vodíkom vo významnom objeme, prejde do kvapalného stavu. Tento proces sa nazýva hydrogenácia. Okrem toho sa môže urýchliť a zväčšiť objem, ak sa použijú katalyzátory: železo, cín, nikel, molybdén, hliník a mnohé ďalšie. To všetko umožňuje izolovať rôzne frakcie a použiť ich na ďalšie spracovanie.

Syntetický benzín sa v súčasnosti vyrába v Nemecku. Po druhej svetovej vojne nasledovala Južná Afrika. PotomZačala sa pripájať Čína, Austrália a Spojené štáty. Treba poznamenať, že aj my máme potenciál na rozvoj tejto oblasti.

O klesaní a stúpaní

V Sovietskom zväze sa už pred začiatkom druhej svetovej vojny hľadali možnosti ťažby benzínu z hnedého uhlia. Ale bohužiaľ nebolo možné získať výsledky vhodné pre priemyselnú výrobu. Po skončení konfliktu klesla cena ropy a s ňou sa vytratila aj potreba syntetického paliva. Teraz v dôsledku poklesu zásob ropy táto oblasť zažíva znovuzrodenie. Výroba syntetického benzínu je čoraz rozšírenejšia, často sa stretáva s podporou štátu. Napríklad v Spojených štátoch môžu výrobcovia takýchto palív počítať s vládnymi dotáciami. Napriek všetkým predpokladom sa kvapalné palivá vyrábajú v obmedzenom rozsahu. Rozširovanie existujúcich kapacít je totiž limitované vysokými nákladmi, ktoré výrazne prevyšujú to, čo sa získava z konvenčných surovín. Napríklad syntetický benzín v Nemecku môže byť vyrobený z vody a oxidu uhličitého, ale už o rok to bude stáť nové auto. A to všetko kvôli vysokým nákladom na inštaláciu. Hlavným smerom práce je hľadanie ekonomických technických riešení. Otvorená je napríklad otázka zníženia tlaku pri skvapalňovaní uhlia. Teraz je potrebné vytvoriť 300-700 atmosfér a vyhľadávanie sa vykonáva tak, aby sa dosiahla hodnota 100 a nižšia. Relevantné sú aj otázky zvyšovania produktivity generátorov, vývoja nových katalyzátorov (efektívnejších). Áno, a nemali by sme zabúdať, že nie je toľko kvalitného prírodného uhlia. Preto sa považuje za perspektívnejšie získať ho z plynu. Aké sú tu príležitosti?

Vyrobené zo zemného plynu

To platí najmä pre existujúce problémy s dopravou. Ak teda prepravujete zemný plyn, náklady na to budú 30 – 50 % nákladov na konečný produkt. Preto je veľmi dôležité jeho spracovanie bezprostredne v blízkosti miesta ťažby na kvalitný benzín a motorovú naftu. To kladie množstvo požiadaviek na kompaktnosť inštalácií. Ak sa konečné produkty získavajú cez metanolový stupeň, potom je takýto proces vhodný vzhľadom na skutočnosť, že prebieha v jedinom reaktore. Vyžaduje sa však veľa energie, a preto je syntetické palivo dvakrát drahšie ako ropa. Alternatívu k tejto bežnej metóde navrhol Ústav petrochemickej syntézy Ruskej akadémie vied. Zahŕňa prácu s ďalším medziproduktom - dimetyléterom. Nie je ťažké pracovať týmto spôsobom, ak sa zvýši podiel oxidu uhoľnatého vo výslednom syntéznom plyne. Výroba syntetického benzínu je v tomto prípade doplnkovým a skôr ekologickým palivom. Dobre sa prejavil najmä pri štartovaní studených motorov vďaka vysokému cetánovému číslu. A pre výrobu benzínu táto možnosť nie je zlá. Môžete teda vyrábať palivo s oktánovým číslom 92. Syntetický benzín zo zemného plynu má zároveň menej škodlivých nečistôt ako tie, ktoré možno nájsť v benzínoch vyrobených z ropy. Inštalácia navrhnutá Ruskou akadémiou vied ponúka schému prevádzky, podľa ktorej čím vyššia je reakčná teplota, tým viacvýkon.

Zvládnete to všetko sami?

Napriek tomu, že alternatívna energetika je považovaná za relatívne mladú vedu, nie je problém zopakovať jej úspechy v rámci jednej domácnosti. Preto áno, je celkom možné vytvoriť syntetický benzín vlastnými rukami. Navyše, vzhľadom na špecifiká podmienok, v ktorých človek musí existovať, je možné sa spoľahnúť na drevo, uhlie a bioplyn. Ktorému z nich dať doma prednosť - každý sa rozhodne sám za seba.

Najjednoduchšia a najrelevantnejšia je otázka, ako získať syntetický benzín z dreva vlastnými rukami. Mnohí ho považujú výlučne za stavebný materiál alebo surovinu pre hračky. Ale stojí za to pamätať aspoň drevený alkohol a je zrejmé, že potenciál existuje. Ako v tomto prípade získať syntézny plyn? Je potrebné vziať drevo (alebo jeho odpad, čo konkrétne nie je dôležité). Doma si môžete vyrobiť zariadenie z troch častí, z ktorých každá bude plniť svoju funkciu. Spočiatku je potrebné zabezpečiť ich sušenie a ohrev na teplotu 250-300 stupňov Celzia. Potom prichádza na rad pyrolýza. Tu by teplota mala vystúpiť na 700 stupňov. A posledná fáza je tvorba plynu. Spustí sa parné reformovanie. Proces prebieha pri teplote 700-1000 stupňov. Výsledkom je veľmi čistý syntézny plyn. Dodatočný zásah nie je potrebný. Ďalej použijeme katalyzátory a syntetický benzín je pripravený!

Vyrobte z uhlia

A ešte jeden malý bod, ktorý predtým nebol spomenutý – pri práci doma budú inštalácie určite dosť veľké. Preto sa neodporúča umiestňovať ich do bytu. Ale vytvoriť si ich vo svojom vlastnom dome alebo v jeho blízkosti je veľmi reálna vec.

Syntetický benzín je možné získať z uhlia vplyvom pary. Jeho splyňovanie je pre domáce podmienky najjednoduchší a najschodnejší spôsob. Tak poďme na to. Spočiatku, pre väčšiu efektivitu a zvýšenie rýchlosti procesu, musí byť uhlie rozdrvené. Potom sa nasýti vodíkom. Potom je potrebné vytvoriť teplotu 400-500 stupňov Celzia a tlak 50-300 kg/cm2. A čakáme na moment prechodu do tekutého stavu. Ak sa nepoužije žiadne rozpúšťadlo, stane sa ním len 5-8 % z celkovej hmotnosti uhlia. Potom príde rad na katalyzátory. Vhodné pre uhlie: molybdén, nikel, kob alt, cín, hliník, železo, ako aj ich zlúčeniny. Na splyňovanie možno použiť akýkoľvek druh suroviny. Hnedá, kameň - všetko bude robiť. Aj keď jeho kvalita ovplyvňuje účinnosť konverzie. Predtým sa uvádzalo označenie množstva uhlíka a údaj sa nazýval 8 %. Nie je to celkom pravda. V závislosti od značky a kvality sa hodnota môže pohybovať od 4 % do 8 %. A pre minimálnu vhodnosť následného spracovania a separácie benzínu je potrebné dosiahnuť hodnotu 11% (lepšiu ako 15%). Spočiatku nie skutočnosť, že všetko bude fungovať. Najmä ak ste vynechali hodiny fyziky achémia. Syntetický benzín z uhlia sa však dá úspešne vyrobiť a použiť.

Práca s bioplynom

Toto je dosť nezvyčajný a extravagantný prístup, ale funguje to. Jeho krása je aj v tom, že ako palivo má širšie uplatnenie ako len syntetický benzín. Je pravda, že zaberá veľa miesta. Takže napríklad jeden meter kubický bioplynu zodpovedá 0,6 litrom benzínu. Ak ho nepoužívate v stlačenom stave, ani keď ho vezmete do očí na kamióne, nebudete môcť prejsť viac ako sto alebo dva kilometre. Ako teda z neho syntetizovať požadovaný benzín? Je to možné vďaka tomu, že v skutočnosti ide o metán s malými nečistotami. To je prakticky to, čo potrebujete. Syntéza je však problematická. Niečo nové a zároveň jednoduché tu predsa len nevymysleli. To znamená, že musíme pracovať na vytvorení syntézneho plynu az neho zabezpečiť tvorbu benzínu. To sa robí (podľa najbežnejšej schémy) cez metanol. Aj keď môžete pracovať cez dimetyléter. Pokiaľ ide o metanol, vždy by ste mali pamätať na to, že je mimoriadne nebezpečný. Situáciu komplikuje skutočnosť, že má zápach alkoholu a bod varu je 65 stupňov Celzia. Vo všeobecnosti práca so syntézou paliva nie je detská hračka. Preto nebude zbytočné učiť sa chémiu a fyziku, ak tieto znalosti nie sú k dispozícii. Stručne povedané, syntetický benzín sa získava destiláciou plynu a kondenzátora. Táto metóda nie je rýchla, ale ak existuje dobrý teoretický základ, nie je náročná. Ale bez vedomostí nie je možné pracovaťodporúčané. Čistý metanol je totiž palivo s najvyšším oktánovým číslom, a teda nebezpečné. A motor bežného auta to „nestrávi“– nie je na to určený.

Záver

Takto získate syntetické palivo. Treba si uvedomiť, že nejde o hračky, ale o horľavú činnosť. Preto by sa bez riadnej teoretickej prípravy do takejto záležitosti nemal púšťať. Veď by to bolo priame porušenie bezpečnostných pravidiel. A mali by sme si pamätať, že sú vždy napísané krvou.