Petrol sintetik: penerangan, ciri, prestasi, kaedah pengeluaran

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Sains dan kemajuan membolehkan anda mencipta perkara yang tidak pernah dilihat sebelum ini, yang ramai tidak dapat fikirkan. Ambil, sebagai contoh, perkembangan yang agak baru seperti petrol sintetik. Ramai orang tahu bahawa bahan api ini diperoleh melalui penyulingan daripada minyak. Tetapi ia juga boleh disintesis daripada arang batu, kayu, gas asli. Pengeluaran petrol sintetik, walaupun ia tidak dapat menggantikan sepenuhnya laluan pengeluaran konvensional, masih wajar dikaji. Oleh itu, sejarahnya akan dipertimbangkan, serta cara untuk mendapatkannya.

Pengenalan

Sukar untuk membayangkan tamadun moden tanpa bahan api motor - diesel, minyak tanah, petrol. Kereta, kapal terbang, roket, pengangkutan air berfungsi untuk mereka. Tetapi jumlah minyak dalam usus adalah terhad. Tidak lama dahulu, dipercayai bahawa manusia tidak lama lagi pasti akan menghadapi kekurangan bahan api. Tetapi ternyata,ia tidak begitu menyedihkan. Teknologi baharu sedang dibangunkan untuk mengekstrak rizab yang sukar dipulihkan, dan pilihan alternatif sedang muncul. Kita juga boleh menyebut tenaga hijau dan meningkatkan kecekapan penggunaan sumber (kereta kecil moden dengan mudah menguruskan 4-6 liter bahan api setiap seratus kilometer, walaupun pada awal milenium kita memerlukan kira-kira 10). Dan bahan api berkualiti tinggi, ternyata, boleh didapati daripada pelbagai bahan mentah bukan petroleum.

Bagaimana semuanya bermula?

Kita perlu bermula dengan peristiwa yang berlaku lebih 150 tahun yang lalu. Pada masa itu pengeluaran minyak komersial bermula. Sejak itu, manusia telah menggunakan lebih separuh daripada bahan mentah yang dipanggil ringan. Pada mulanya, minyak digunakan sebagai sumber tenaga haba. Pada zaman kita, pendekatan ini tidak berdaya maju dari segi ekonomi. Apabila era kereta datang, produk pecahan minyak menjadi meluas dalam peranan bahan api motor. Pada masa yang sama, semakin banyak bahan mentah habis, semakin menguntungkan untuk mencari alternatif.

Apakah itu minyak? Ini adalah campuran hidrokarbon, dan lebih khusus lagi, sikloalkana. Apakah mereka? Alkana paling ringkas dikenali ramai sebagai gas metana. Di samping itu, terdapat kekotoran nitrogen dan sulfur dalam minyak. Dan jika ia diproses dengan betul, maka anda boleh mendapatkan banyak bahan yang berbeza. Sebagai contoh, ambil petrol yang terkenal. Apa yang dia wakili? Sebenarnya, ini adalah pecahan minyak mendidih rendah yang dibentuk oleh hidrokarbon rantai pendek dengan jumlahatom dari lima hingga sembilan. Petrol adalah bahan api utama untuk kereta penumpang dan juga pesawat kecil. Jenis yang diserlahkan seterusnya ialah minyak tanah. Ia lebih likat dan berat. Ia terbentuk daripada hidrokarbon yang mengandungi 10 hingga 16 atom. Minyak tanah digunakan dalam pesawat jet dan enjin. Pecahan yang lebih berat ialah minyak gas. Ia digunakan dalam bahan api diesel, iaitu campuran dengan minyak tanah.

Carian saintifik untuk alternatif

Walaupun pecahan utama diperoleh daripada minyak, ternyata bahan mentah karbon lain juga boleh digunakan untuk tujuan ini. Masalah ini telah diselesaikan oleh ahli kimia seawal tahun 1926. Kemudian saintis Fischer dan Tropsch menemui tindak balas pengurangan karbon monoksida di bawah tekanan atmosfera. Didapati bahawa hidrokarbon cecair dan pepejal boleh terbentuk daripada campuran gas dengan kehadiran mangkin. Dari segi komposisi kimianya, ia hampir dengan produk yang diperoleh daripada minyak. Hasil penyelidikan kimia dipanggil "gas sintesis". Ternyata agak mudah. Sehinggakan ia boleh diulang di rumah oleh mana-mana orang yang tidak ponteng kimia dan fizik di sekolah. Ia diperoleh dengan menghantar wap air ke atas arang batu (ini adalah pengegasannya) atau dengan menukarkan gas asli biasa (terutamanya terdiri daripada metana). Dalam kes kedua, pemangkin logam juga digunakan. Perlu diingatkan bahawa gas sintesis boleh dibuat bukan sahaja daripada metana dan arang batu. Arah yang menjanjikan kini dianggap sebagai kerja pada enzimatik danpemprosesan termokimia sisa bahan mentah sayuran. Kita juga tidak seharusnya melupakan penukaran biogas, iaitu bahan meruap yang diperoleh daripada penguraian sisa organik.

Bagaimanakah aplikasi itu berkembang?

Nazi Jerman cemerlang dalam hal ini. Semasa Perang Dunia II, dia mengalami masalah besar dari segi bekalan bahan api. Oleh itu, seluruh kompleks dicipta yang memproses arang batu menjadi bahan api cecair. Dan petrol sintetik Third Reich membuat sumbangan pentingnya, dengan kuat menangguhkan kejatuhan negeri yang dahsyat ini. Kemudian kaedah pencairan kimia arang batu telah digunakan sehingga bahan api pirolisis diperolehi. Menjelang akhir perang, Nazi Jerman berjaya mencapai tahap 100,000 tong minyak sintetik setiap hari. Dalam istilah yang lebih biasa, ini adalah lebih daripada 130 tan! Penggunaan arang batu adalah berfaedah kerana komposisi kimia yang serupa. Jadi, di dalamnya kandungan hidrogen adalah 8%, manakala dalam minyak ia adalah 15%. Jika anda mencipta rejim suhu tertentu dan tepu arang batu dengan hidrogen dalam jumlah yang ketara, maka ia akan masuk ke dalam keadaan cair. Proses ini dipanggil hidrogenasi. Di samping itu, ia boleh dipercepatkan dan meningkat dalam jumlah jika pemangkin digunakan: besi, timah, nikel, molibdenum, aluminium dan lain-lain lagi. Semua ini memungkinkan untuk mengasingkan pelbagai pecahan dan menggunakannya untuk pemprosesan selanjutnya.

Petrol sintetik dihasilkan di Jerman sekarang. Selepas Perang Dunia II, Afrika Selatan mengikutinya. KemudianChina, Australia dan Amerika Syarikat mula bergabung. Perlu diingatkan bahawa kami juga mempunyai potensi untuk pembangunan kawasan ini.

Tentang jatuh dan bangun

Di Kesatuan Soviet, walaupun sebelum Perang Dunia Kedua bermula, terdapat pencarian untuk kemungkinan pengekstrakan petrol daripada arang perang. Tetapi, malangnya, tidak mungkin untuk mendapatkan hasil yang sesuai untuk pengeluaran perindustrian. Selepas berakhirnya konflik, harga minyak jatuh, dan dengan itu, keperluan untuk bahan api sintetik hilang. Kini, disebabkan oleh penurunan rizab minyak, kawasan ini mengalami kelahiran semula. Pengeluaran petrol sintetik semakin meluas, sering mendapat sokongan daripada kerajaan. Sebagai contoh, di Amerika Syarikat, pengeluar bahan api tersebut boleh bergantung kepada subsidi kerajaan. Walaupun semua prasyarat, bahan api cecair dihasilkan pada skala yang terhad. Hakikatnya ialah pengembangan kapasiti sedia ada dihadkan oleh kos yang tinggi, yang jauh melebihi apa yang diperoleh daripada bahan mentah konvensional. Sebagai contoh, petrol sintetik di Jerman boleh dibuat daripada air dan karbon dioksida, tetapi dalam masa setahun ia akan menelan kos kereta baharu. Dan semuanya kerana kos pemasangan yang tinggi. Arah kerja utama ialah mencari penyelesaian teknikal ekonomi. Sebagai contoh, isu pengurangan tekanan untuk pencairan arang batu terbuka. Kini adalah perlu untuk mencipta 300-700 atmosfera, dan carian dijalankan untuk mencapai nilai 100 dan ke bawah. Turut relevan ialah isu peningkatan produktiviti penjana, pembangunan pemangkin baharu (lebih cekap). Ya, dan kita tidak boleh lupa bahawa tidak ada arang batu asli yang berkualiti tinggi. Oleh itu, ia dianggap lebih menjanjikan untuk mendapatkannya daripada gas. Apakah peluang di sini?

Dihasilkan daripada gas asli

Ini benar terutamanya disebabkan masalah pengangkutan sedia ada. Jadi, jika anda mengangkut gas asli, maka kos ini akan menjadi 30-50% daripada kos produk akhir. Oleh itu, pemprosesannya segera berhampiran tempat pengekstrakan menjadi bahan api petrol dan diesel berkualiti tinggi adalah sangat relevan. Ini mengemukakan beberapa keperluan untuk kekompakan pemasangan. Jika produk akhir diperolehi melalui peringkat metanol, maka proses sedemikian adalah mudah kerana ia berlaku dalam satu reaktor. Tetapi banyak tenaga diperlukan, itulah sebabnya bahan api sintetik dua kali lebih mahal daripada minyak. Satu alternatif kepada kaedah biasa ini telah dicadangkan oleh Institut Sintesis Petrokimia Akademi Sains Rusia. Ia melibatkan kerja dengan perantaraan lain - dimetil eter. Tidak sukar untuk bekerja dengan cara ini jika perkadaran karbon monoksida dalam gas sintesis yang terhasil meningkat. Pengeluaran petrol sintetik dalam kes ini adalah bahan api tambahan dan agak mesra alam. Terutamanya ia menunjukkan dirinya dengan baik apabila menghidupkan enjin sejuk kerana nombor setananya yang tinggi. Dan untuk pengeluaran petrol, pilihan ini tidak buruk. Jadi, anda boleh membuat bahan api dengan penarafan oktana 92. Petrol sintetik daripada gas asli pada masa yang sama mempunyai lebih sedikit kekotoran berbahaya daripada yang boleh didapati dalam yang diperbuat daripada minyak. Pemasangan yang dicadangkan oleh Akademi Sains Rusia menawarkan skema operasi, mengikut mana, semakin tinggi suhu tindak balas, semakin banyakprestasi.

Bolehkah anda melakukan semuanya sendiri?

Walaupun fakta tenaga alternatif dianggap sebagai sains yang agak muda, tidak menjadi masalah untuk mengulangi pencapaiannya dalam satu rumah. Oleh itu, ya, sangat mungkin untuk membuat petrol sintetik dengan tangan anda sendiri. Lebih-lebih lagi, memandangkan spesifik keadaan di mana seseorang itu perlu wujud, adalah mungkin untuk bergantung pada kayu, arang batu dan biogas. Mana antara mereka yang hendak diberi keutamaan di rumah - semua orang tentukan sendiri.

Sebagai yang paling mudah, yang paling relevan ialah persoalan bagaimana untuk mendapatkan petrol sintetik dari kayu dengan tangan anda sendiri. Ramai yang menganggapnya semata-mata sebagai bahan binaan atau bahan mentah untuk mainan. Tetapi perlu diingat sekurang-kurangnya alkohol kayu, dan menjadi jelas bahawa potensi itu wujud. Bagaimana untuk mendapatkan gas sintesis dalam kes ini? Ia adalah perlu untuk mengambil kayu (atau sisanya, apa sebenarnya yang tidak penting). Di rumah, anda boleh membuat peranti dari tiga bahagian, masing-masing akan melaksanakan fungsinya. Pada mulanya, adalah perlu untuk memastikan pengeringan dan pemanasannya pada suhu 250-300 darjah Celsius. Kemudian datang giliran pirolisis. Di sini suhu sepatutnya meningkat kepada 700 darjah. Dan peringkat terakhir ialah penjanaan gas. Ia mula membentuk semula wap. Proses ini berlaku pada suhu 700-1000 darjah. Hasilnya ialah gas sintesis yang sangat tulen. Campur tangan tambahan tidak diperlukan. Seterusnya, kami menggunakan pemangkin dan petrol sintetik sedia!

Buat daripada arang batu

Dan satu lagi perkara kecil yang tidak disebutkan sebelum ini - apabila bekerja di rumah, pemasangan pastinya akan menjadi agak besar. Oleh itu, tidak disyorkan untuk meletakkannya di apartmen. Tetapi menciptanya di rumah anda sendiri atau berdekatan dengannya adalah perkara yang sangat nyata.

Petrol sintetik boleh didapati daripada arang batu melalui pengaruh wap. Pengegasannya adalah cara yang paling mudah dan paling sesuai untuk keadaan rumah. Jadi mari kita mulakan. Pada mulanya, untuk kecekapan yang lebih tinggi dan peningkatan dalam kelajuan proses, arang batu mesti dihancurkan. Kemudian ia tepu dengan hidrogen. Maka perlu mencipta suhu 400-500 darjah Celsius dan tekanan 50-300 kg/cm2. Dan kami sedang menunggu saat peralihan kepada keadaan cair. Jika tiada pelarut digunakan, maka hanya 5-8% daripada jumlah jisim arang batu akan menjadi begitu. Kemudian datang giliran pemangkin. Sesuai untuk arang batu: molibdenum, nikel, kob alt, timah, aluminium, besi, serta sebatian mereka. Sebarang jenis bahan mentah boleh digunakan untuk pengegasan. Coklat, batu - semuanya akan dilakukan. Walaupun kualitinya mempengaruhi kecekapan penukaran. Sebelum ini, penetapan jumlah karbon telah diberikan dan angka itu dipanggil 8%. Ini tidak sepenuhnya benar. Bergantung pada jenama dan kualiti, nilai boleh berkisar antara 4% hingga 8%. Dan untuk kesesuaian minimum pemprosesan dan pemisahan petrol berikutnya, adalah perlu untuk mencapai nilai 11% (lebih baik daripada 15%). Pada mulanya, bukan hakikat bahawa semuanya akan berjaya. Lebih-lebih lagi jika anda melangkau pelajaran dalam fizik dankimia. Namun begitu, petrol sintetik daripada arang batu boleh berjaya dibuat dan digunakan.

Bekerja dengan biogas

Ini adalah pendekatan yang agak luar biasa dan mewah, tetapi ia berkesan. Keindahannya juga terletak pada hakikat bahawa sebagai bahan api ia mempunyai aplikasi yang lebih luas daripada petrol sintetik sahaja. Benar, ia mengambil banyak ruang. Jadi, sebagai contoh, satu meter padu biogas bersamaan dengan 0.6 liter petrol. Jika anda menggunakannya bukan dalam keadaan termampat, maka walaupun membawanya ke bola mata di atas trak, anda tidak akan dapat memandu lebih daripada seratus atau dua kilometer. Oleh itu, bagaimana untuk mensintesis petrol yang dikehendaki daripadanya? Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa, sebenarnya, ia adalah metana dengan kekotoran kecil. Itulah yang anda perlukan secara praktikal. Sintesis, bagaimanapun, adalah bermasalah. Lagipun, sesuatu yang baru dan pada masa yang sama mudah tidak dicipta di sini. Iaitu, kita perlu bekerja pada penciptaan gas sintesis, dan daripada itu untuk memastikan pembentukan petrol. Ini dilakukan (mengikut skema yang paling biasa) melalui metanol. Walaupun anda boleh bekerja melalui dimetil eter. Apabila bercakap mengenai metanol, anda harus sentiasa ingat bahawa ia amat berbahaya. Keadaan ini rumit oleh fakta bahawa ia mempunyai bau alkohol, dan takat didih ialah 65 darjah Celsius. Secara umum, bekerja dengan sintesis bahan api bukanlah permainan kanak-kanak. Oleh itu, adalah tidak berguna untuk mempelajari kimia dan fizik jika pengetahuan ini tidak tersedia. Ringkasnya, petrol sintetik diperoleh melalui penyulingan gas dan pemeluwap. Kaedah ini tidak cepat, tetapi jika ada latar belakang teori yang baik, ia tidak sukar. Tetapi tanpa pengetahuan adalah mustahil untuk bekerjadisyorkan. Lagipun, metanol tulen adalah bahan api oktana tertinggi, dan oleh itu berbahaya. Dan enjin kereta biasa tidak akan "mencerna"nya - ia tidak direka untuk ini.

Kesimpulan

Begitulah cara mendapatkan bahan api sintetik. Perlu diingatkan bahawa ini bukan mainan, tetapi aktiviti mudah terbakar. Oleh itu, tanpa penyediaan teori yang betul, seseorang tidak sepatutnya terlibat dalam perkara sedemikian. Lagipun, ini akan menjadi pelanggaran langsung peraturan keselamatan. Dan mereka, harus diingat, sentiasa ditulis dalam darah.