Szintetikus benzin: leírás, jellemzők, teljesítmény, gyártási módszerek

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A tudomány és a haladás lehetővé teszi, hogy korábban soha nem látott dolgokat alkoss, amelyekre sokan nem is gondoltak. Vegyünk például egy olyan viszonylag új fejlesztést, mint a szintetikus benzin. Sokan tudják, hogy ezt az üzemanyagot olajból desztillálással nyerik. De szintetizálható szénből, fából, földgázból is. A szintetikus benzin előállítása, bár nem tudja teljesen helyettesíteni a hagyományos gyártási módot, mégis tanulmányozást érdemel. Ezért figyelembe vesszük a történetét, valamint a megszerzésének módjait.

Bevezetés

Nehéz elképzelni a modern civilizációt motorüzemanyag – dízel, kerozin, benzin – nélkül. Nekik dolgoznak autók, repülők, rakéták, vízi közlekedés. De az olaj mennyisége a belekben korlátozott. Nem is olyan régen még azt hitték, hogy az emberiségnek hamarosan elkerülhetetlenül üzemanyaghiánnyal kell szembenéznie. De kiderült,nem olyan szomorú. Új technológiákat fejlesztenek ki a nehezen visszanyerhető tartalékok kitermelésére, és alternatív lehetőségek is felmerülnek. Megemlíthetjük még a zöldenergiát és az erőforrás-felhasználás hatékonyságának növelését (a modern kisautók száz kilométerenként 4-6 liter üzemanyaggal is könnyedén megbirkóznak, pedig évezredünk elején körülbelül 10-et igényeltek). A kiváló minőségű üzemanyag pedig, mint kiderült, különféle, nem kőolajból származó nyersanyagokból is beszerezhető.

Hogy kezdődött az egész?

A több mint 150 évvel ezelőtti eseményekkel kell kezdenünk. Ekkor kezdődött a kereskedelmi olajtermelés. Azóta az emberiség az úgynevezett könnyű nyersanyagok több mint felét felhasználta. Kezdetben az olajat hőenergia-forrásként használták. A mi korunkban ez a megközelítés gazdaságilag nem életképes. Amikor eljött az autókorszak, az olajfrakcionálás termékei széles körben elterjedtek a motorüzemanyag szerepében. Ugyanakkor minél jobban kimerült a nyersanyag, annál jövedelmezőbb volt alternatívát keresni.

Mi az az olaj? Ez szénhidrogének, pontosabban cikloalkánok keveréke. Kik ők? A legegyszerűbb alkánt sokan metángázként ismerik. Ezenkívül az olajban nitrogén- és kénes szennyeződések vannak. És ha helyesen dolgozzák fel, akkor sok különböző anyagot kaphat. Vegyük például a jól ismert benzint. Mit képvisel? Valójában ez egy alacsony forráspontú olajfrakció, amelyet bizonyos mennyiségű rövid szénláncú szénhidrogének képeznekatomok öttől kilencig. A benzin a személygépkocsik és a kisrepülőgépek fő üzemanyaga. A következő kiemelt típus a kerozin. Viszkózusabb és nehezebb. 10-16 atomot tartalmazó szénhidrogénekből áll. A kerozint sugárhajtású repülőgépekben és hajtóművekben használják. Még nehezebb frakció a gázolaj. Dízel üzemanyagban használják, amely kerozin keveréke.

Tudományos alternatíva keresése

Bár a fő frakciókat olajból nyerik, kiderült, hogy más szén-alapanyagok is felhasználhatók erre a célra. Ezt a problémát a vegyészek már 1926-ban megoldották. Ezután Fischer és Tropsch tudósok felfedezték a szén-monoxid légköri nyomás alatti redukciós reakcióját. Megállapították, hogy katalizátorok jelenlétében gázelegyből folyékony és szilárd szénhidrogének képződhetnek. Kémiai összetételüket tekintve közel álltak az olajból nyert termékekhez. A kémiai kutatások eredményét „szintézisgáznak” nevezték. Elég könnyűnek bizonyult. Olyannyira, hogy ezt bárki megismételheti otthon, aki nem hagyta ki az iskolában a kémiát és a fizikát. Vízgőzt szénen vezetve (ez az elgázosítása) vagy közönséges földgáz átalakításával nyerték (főleg metánból áll). A második esetben fémkatalizátorokat is használtak. Meg kell jegyezni, hogy szintézisgáz nem csak metánból és szénből állítható elő. Ígéretes iránynak tekintik ma már az enzimatikus ésnövényi nyersanyagok hulladékainak termokémiai feldolgozása. Nem szabad megfeledkeznünk a biogáz, vagyis a szerves hulladék lebontásából nyert illékony anyagok átalakulásáról sem.

Hogyan fejlődött az alkalmazás?

A náci Németország ebben a tekintetben jeleskedett. A második világháború alatt jelentős gondjai voltak az üzemanyag-ellátással kapcsolatban. Ezért egész komplexumokat hoztak létre, amelyek a szenet folyékony tüzelőanyaggá dolgozták fel. És a Harmadik Birodalom szintetikus benzine jelentős mértékben hozzájárult, meglehetősen erősen elodázva ennek a szörnyű állapotnak a bukását. Ezután a szén kémiai cseppfolyósításának módszerét alkalmazták a pirolízis tüzelőanyag beszerzéséig. A háború végére a náci Németországnak sikerült elérnie a napi 100 000 hordó szintetikus olaj szintjét. Szokásosabb értelemben ez több mint 130 tonna! A szén felhasználása a hasonló kémiai összetétel miatt célszerű. Tehát benne a hidrogéntartalom 8%, míg az olajban 15%. Ha létrehoz egy bizonyos hőmérsékleti rendszert, és jelentős mennyiségben telíti a szenet hidrogénnel, akkor folyékony állapotba kerül. Ezt a folyamatot hidrogénezésnek nevezik. Ezenkívül felgyorsítható és térfogata növelhető, ha katalizátorokat használnak: vas, ón, nikkel, molibdén, alumínium és sok más. Mindez lehetővé teszi a különböző frakciók elkülönítését és további feldolgozásra történő felhasználását.

Németországban jelenleg szintetikus benzint állítanak elő. A második világháború után Dél-Afrika követte a példát. AkkorKína, Ausztrália és az Egyesült Államok kezdett csatlakozni. Megjegyzendő, hogy ezen a területen is megvan a lehetőségünk a fejlesztésre.

A zuhanásról és felemelkedésről

A Szovjetunióban már a második világháború kezdete előtt is keresték a benzin barnaszénből történő lehetséges kitermelését. De sajnos nem lehetett ipari termelésre alkalmas eredményeket elérni. A konfliktus befejezése után az olaj ára csökkent, és ezzel együtt megszűnt a szintetikus üzemanyag iránti igény is. Most az olajtartalékok csökkenése miatt ez a terület újjászületést él át. A szintetikus benzin gyártása egyre elterjedtebbé válik, gyakran állami támogatással. Például az Egyesült Államokban az ilyen üzemanyagok gyártói állami támogatásokra számíthatnak. Minden előfeltétel ellenére a folyékony tüzelőanyagokat korlátozott mennyiségben állítják elő. A tény az, hogy a meglévő kapacitások bővítését korlátozza a magas költség, amely jelentősen meghaladja a hagyományos alapanyagokból nyert mennyiséget. Például Németországban szintetikus benzint lehet vízből és szén-dioxidból készíteni, de egy év múlva már egy új autóba kerül. És mindez a telepítés magas költsége miatt. A munka fő iránya a gazdaságos műszaki megoldások keresése. Például nyitott a szén cseppfolyósításának nyomáscsökkentésének kérdése. Most 300-700 atmoszférát kell létrehozni, és a keresést 100 és az alatti érték elérése érdekében hajtják végre. Szintén relevánsak a generátorok termelékenységének növelése, új katalizátorok (hatékonyabb) fejlesztése. Igen, és nem szabad elfelejtenünk, hogy nincs olyan sok jó minőségű természetes szén. Ezért ígéretesebbnek tartják a gázból történő beszerzését. Milyen lehetőségek vannak itt?

Földgázból gyártva

Ez különösen igaz a meglévő közlekedési problémák miatt. Tehát ha földgázt szállít, akkor ennek költsége a végtermék bekerülési értékének 30-50%-a lesz. Ezért nagyon fontos a kitermelés helye közelében történő feldolgozása kiváló minőségű benzinné és dízel üzemanyaggá. Ez számos követelményt támaszt a létesítmények tömörségére vonatkozóan. Ha a végtermékeket a metanolos szakaszon keresztül nyerik, akkor ez az eljárás kényelmes, mivel egyetlen reaktorban megy végbe. De sok energiára van szükség, ezért a szintetikus üzemanyag kétszer drágább, mint az olaj. Ennek az elterjedt módszernek egy alternatíváját javasolta az Orosz Tudományos Akadémia Petrolkémiai Szintézis Intézete. Ez magában foglalja egy másik intermedierrel - dimetil-éterrel való munkát. Nem nehéz így dolgozni, ha a keletkező szintézisgázban megnöveljük a szén-monoxid arányát. A szintetikus benzin előállítása ebben az esetben egy további és meglehetősen környezetbarát üzemanyag. Főleg hideg motorok indításakor mutatkozott jól a magas cetánszáma miatt. És a benzin előállításához ez a lehetőség nem rossz. Tehát 92-es oktánszámú üzemanyagot készíthet. A földgázból készült szintetikus benzin ugyanakkor kevesebb káros szennyeződést tartalmaz, mint az olajból készült benzinben. Az Orosz Tudományos Akadémia által javasolt telepítés olyan működési sémát kínál, amely szerint minél magasabb a reakcióhőmérséklet, annál többteljesítmény.

Meg tudod csinálni egyedül?

Annak ellenére, hogy az alternatív energia viszonylag fiatal tudománynak számít, nem probléma, ha egy háztartáson belül megismételjük eredményeit. Ezért igen, teljesen lehetséges szintetikus benzin létrehozása saját kezűleg. Ezen túlmenően, tekintettel a létezési feltételek sajátosságaira, lehet támaszkodni fára, szénre és biogázra. Melyiket részesíti előnyben otthon – mindenki döntse el maga.

Mint a legegyszerűbb, a legrelevánsabb az a kérdés, hogyan lehet saját kezűleg fából szintetikus benzint előállítani. Sokan kizárólag építőanyagnak vagy játékok alapanyagának tartják. De érdemes emlékezni legalább a faszeszre, és világossá válik, hogy van lehetőség. Hogyan lehet ebben az esetben szintézisgázhoz jutni? Fát kell vinni (vagy annak hulladékát, hogy pontosan mi nem fontos). Otthon három részből készíthet készüléket, amelyek mindegyike ellátja funkcióját. Kezdetben biztosítani kell a szárítást és a 250-300 Celsius fokos hőmérsékletre való melegítést. Aztán jön a pirolízis sora. Itt a hőmérsékletnek 700 fokra kell emelkednie. Az utolsó szakasz pedig a gáztermelés. Megkezdi a gőzreformálást. A folyamat 700-1000 fokos hőmérsékleten megy végbe. Az eredmény egy nagyon tiszta szintézisgáz. További beavatkozás nem szükséges. Ezután katalizátorokat használunk, és kész is a szintetikus benzin!

Készítsen szénből

És még egy apróság, amiről korábban nem esett szó - otthoni munkavégzés során az installációk bizony elég nagyok lesznek. Ezért nem ajánlott lakásban elhelyezni őket. De saját otthonában vagy annak közelében létrehozni őket nagyon is valóságos.

A szintetikus benzin szénből nyerhető gőz hatására. Elgázosítása az otthoni körülmények között a legegyszerűbb és leginkább megvalósítható módszer. Tehát kezdjük. Kezdetben a nagyobb hatékonyság és a folyamat sebességének növelése érdekében a szenet össze kell zúzni. Ezután hidrogénnel telítjük. Ezután 400-500 Celsius fokos hőmérsékletet és 50-300 kg/cm2 nyomást kell létrehozni. És várjuk a folyékony állapotba való átmenet pillanatát. Ha nem használunk oldószert, akkor a szén teljes tömegének csak 5-8%-a válik azzá. Aztán jön a katalizátorok sora. Alkalmas szénhez: molibdén, nikkel, kob alt, ón, alumínium, vas, valamint ezek vegyületei. Az elgázosításhoz bármilyen alapanyag felhasználható. Barna, kő – minden megteszi. Bár a minősége befolyásolja az átalakítás hatékonyságát. Korábban a szén mennyiségének megjelölése volt megadva, és a számot 8%-nak nevezték. Ez nem teljesen igaz. Márkától és minőségtől függően az érték 4% és 8% között mozoghat. És a benzin későbbi feldolgozásának és szétválasztásának minimális alkalmassága érdekében 11% (jobb, mint 15%) értéket kell elérni. Kezdetben nem az a tény, hogy minden sikerülni fog. Főleg, ha kihagytad a fizika órákat éskémia. Ennek ellenére a szintetikus benzin szénből sikeresen előállítható és felhasználható.

Munka a biogázzal

Ez egy meglehetősen szokatlan és extravagáns megközelítés, de működik. Szépsége abban is rejlik, hogy üzemanyagként szélesebb körben alkalmazható, mint a szintetikus benzin. Igaz, sok helyet foglal. Így például egy köbméter biogáz 0,6 liter benzinnek felel meg. Ha nem sűrített állapotban használod, akkor még egy kamionon sem fogsz tudni tovább menni száz-két kilométernél. Ezért hogyan lehet belőle szintetizálni a kívánt benzint? Ez annak köszönhető, hogy valójában metánról van szó, kis szennyeződésekkel. Gyakorlatilag erre van szükséged. A szintézis azonban problematikus. Hiszen itt nem találtak ki valami újat és egyben egyszerűt. Azaz a szintézisgáz létrehozásán kell dolgoznunk, és abból a benzin képződésén. Ez (a leggyakoribb séma szerint) metanollal történik. Bár a dimetil-éteren keresztül is dolgozhat. Amikor a metanolról van szó, ne feledje, hogy rendkívül veszélyes. A helyzetet bonyolítja, hogy alkoholszagú, forráspontja pedig 65 Celsius fok. Az üzemanyag szintézissel való munka általában nem gyerekjáték. Ezért nem lesz felesleges kémiát és fizikát tanulni, ha ezek az ismeretek nem állnak rendelkezésre. Röviden, a szintetikus benzint gáz és kondenzátor desztillációjával állítják elő. Ez a módszer nem gyors, de ha van egy jó elméleti háttér, akkor nem nehéz. De tudás nélkül lehetetlen dolgozniajánlott. Végül is a tiszta metanol a legmagasabb oktánszámú üzemanyag, ezért veszélyes. És egy közönséges autó motorja nem „emészti meg” – nem erre tervezték.

Következtetés

Így szerezhetsz szintetikus üzemanyagot. Tudni kell, hogy ezek nem játékok, hanem gyúlékony tevékenység. Ezért megfelelő elméleti felkészültség nélkül nem szabad ilyen ügybe belemenni. Hiszen ez a biztonsági szabályok közvetlen megsértését jelentené. És nem szabad elfelejteni, hogy mindig vérrel vannak írva.