Sintetiese petrol: beskrywing, eienskappe, werkverrigting, produksiemetodes

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Wetenskap en vooruitgang stel jou in staat om dinge te skep wat nog nooit voorheen gesien is nie, waaraan baie nie eers kon dink nie. Neem byvoorbeeld so 'n relatief nuwe ontwikkeling soos sintetiese petrol. Baie mense weet dat hierdie brandstof verkry word deur distillasie uit olie. Maar dit kan ook gesintetiseer word uit steenkool, hout, aardgas. Die produksie van sintetiese petrol, alhoewel dit nie die konvensionele produksieroete ten volle kan vervang nie, verdien steeds om bestudeer te word. Daarom sal die geskiedenis daarvan oorweeg word, asook maniere om dit te bekom.

Inleiding

Dit is moeilik om die moderne beskawing sonder motorbrandstof voor te stel – diesel, keroseen, petrol. Motors, vliegtuie, vuurpyle, watervervoer werk vir hulle. Maar die hoeveelheid olie in die ingewande is beperk. Nie so lank gelede nie, is geglo dat die mensdom binnekort onvermydelik 'n tekort aan brandstof sou ondervind. Maar dit het geblyk,dit is nie so hartseer nie. Nuwe tegnologieë word ontwikkel om reserwes te ontgin wat moeilik is om te herwin, en alternatiewe opsies kom na vore. Ons kan ook melding maak van groen energie en die verhoging van die doeltreffendheid van hulpbrongebruik (moderne klein motors bestuur maklik 4-6 liter brandstof per honderd kilometer, hoewel hulle aan die begin van ons millennium ongeveer 10 benodig het). En hoë-geh alte brandstof, soos dit geblyk het, kan verkry word uit verskeie nie-petroleum grondstowwe.

Hoe het dit alles begin?

Ons moet begin met gebeure wat meer as 150 jaar gelede plaasgevind het. Dit was toe dat kommersiële olieproduksie begin het. Sedertdien het die mensdom meer as die helfte van die sogenaamde ligte grondstowwe opgebruik. Aanvanklik is olie as 'n bron van termiese energie gebruik. In ons tyd is hierdie benadering nie ekonomies lewensvatbaar nie. Toe die motor-era gekom het, het die produkte van oliefraksionering wydverspreid geword in die rol van motorbrandstof. Terselfdertyd, hoe meer grondstowwe uitgeput is, hoe meer winsgewend het dit geword om na 'n alternatief te soek.

Wat is olie? Dit is 'n mengsel van koolwaterstowwe, en meer spesifiek, sikloalkane. Wat is hulle? Die eenvoudigste alkaan is aan baie bekend as metaangas. Daarbenewens is daar stikstof- en swaelagtige onsuiwerhede in olie. En as dit korrek verwerk word, kan jy baie verskillende materiale kry. Neem byvoorbeeld die bekende petrol. Wat verteenwoordig hy? Trouens, dit is 'n laagkokende oliefraksie wat gevorm word deur kortketting koolwaterstowwe met 'n hoeveelheidatome van vyf tot nege. Petrol is die hoofbrandstof vir passasiersmotors sowel as klein vliegtuie. Die volgende uitgeligte tipe is keroseen. Dit is meer viskeus en swaar. Dit word gevorm uit koolwaterstowwe waarin daar van 10 tot 16 atome is. Keroseen word in straalvliegtuie en enjins gebruik.’n Selfs swaarder fraksie is gasolie. Dit word gebruik in dieselbrandstof, wat 'n mengsel met keroseen is.

Wetenskaplike soektog na 'n alternatief

Hoewel die hooffraksies uit olie verkry word, het dit geblyk dat ander koolstofgrondstowwe ook vir hierdie doel gebruik kan word. Hierdie probleem is so vroeg as 1926 deur chemici opgelos. Toe ontdek die wetenskaplikes Fischer en Tropsch die reduksiereaksie van koolstofmonoksied onder atmosferiese druk. Daar is gevind dat vloeibare en vaste koolwaterstowwe uit 'n gasmengsel in die teenwoordigheid van katalisators gevorm kan word. Wat hul chemiese samestelling betref, was hulle naby produkte wat uit olie verkry is. Die resultaat van chemiese navorsing is "sintesegas" genoem. Dit het redelik maklik uitgedraai. Soveel so dat dit by die huis herhaal kan word deur enige persoon wat nie chemie en fisika op skool oorgeslaan het nie. Dit is verkry deur waterdamp oor steenkool te laat (dit is die vergassing daarvan) of deur gewone aardgas om te skakel (dit bestaan hoofsaaklik uit metaan). In die tweede geval is metaalkatalisators addisioneel gebruik. Daar moet kennis geneem word dat sintesegas nie net uit metaan en steenkool geskep kan word nie. 'n Belowende rigting word nou beskou as werk op ensiematiese entermochemiese verwerking van plantaardige grondstowwe afval. Ons moet ook nie vergeet van die omskakeling van biogas nie, dit wil sê vlugtige stowwe wat verkry word deur die ontbinding van organiese afval.

Hoe het die toepassing ontwikkel?

Nazi-Duitsland het in hierdie opsig uitgeblink. Tydens die Tweede Wêreldoorlog het sy aansienlike probleme gehad wat brandstofvoorsiening betref. Daarom is hele komplekse geskep wat steenkool tot vloeibare brandstof verwerk het. En die sintetiese petrol van die Derde Ryk het sy beduidende bydrae gelewer, wat die val van hierdie verskriklike staat sterk uitgestel het. Daarna is die metode van chemiese vervloeiing van steenkool gebruik totdat pirolisebrandstof verkry is. Teen die einde van die oorlog het Nazi-Duitsland daarin geslaag om die vlak van 100 000 vate sintetiese olie per dag te bereik. In meer gewone terme is dit meer as 130 ton! Die gebruik van steenkool is wenslik vanweë die soortgelyke chemiese samestelling. Dus, daarin is die waterstofinhoud 8%, terwyl dit in olie 15% is. As jy 'n sekere temperatuurregime skep en die steenkool met waterstof in 'n beduidende volume versadig, sal dit in 'n vloeibare toestand gaan. Hierdie proses word hidrogenering genoem. Daarbenewens kan dit versnel en in volume verhoog word as katalisators gebruik word: yster, tin, nikkel, molibdeen, aluminium en vele ander. Dit alles maak dit moontlik om verskeie breuke te isoleer en vir verdere verwerking te gebruik.

Sintetiese petrol word nou in Duitsland vervaardig. Na die Tweede Wêreldoorlog het Suid-Afrika sy voorbeeld gevolg. ToeChina, Australië en die Verenigde State het begin aansluit. Daar moet kennis geneem word dat ons ook die potensiaal het vir die ontwikkeling van hierdie area.

Oor val en styg

In die Sowjetunie, selfs voor die begin van die Tweede Wêreldoorlog, was daar soektogte na 'n moontlike ontginning van petrol uit bruinkool. Maar, helaas, dit was nie moontlik om resultate te verkry wat geskik is vir industriële produksie nie. Ná die einde van die konflik het die olieprys gedaal, en daarmee het die behoefte aan sintetiese brandstof verdwyn. Nou, weens die afname in oliereserwes, beleef hierdie gebied 'n wedergeboorte. Die vervaardiging van sintetiese petrol word al hoe meer wydverspreid, en ontmoet dikwels die steun van die staat. Byvoorbeeld, in die Verenigde State kan vervaardigers van sulke brandstowwe staatmaak op staatsubsidies. Ten spyte van al die voorvereistes word vloeibare brandstof op 'n beperkte skaal vervaardig. Die feit is dat die uitbreiding van bestaande vermoëns beperk word deur die hoë koste, wat aansienlik oorskry wat uit konvensionele grondstowwe verkry word. Byvoorbeeld, sintetiese petrol in Duitsland kan gemaak word van water en koolstofdioksied, maar oor net 'n jaar sal dit 'n nuwe motor kos. En dit alles as gevolg van die hoë koste van installasie. Die hoofrigting van werk is die soeke na ekonomiese tegniese oplossings. Die kwessie van drukvermindering vir vloeibare steenkool is byvoorbeeld oop. Nou is dit nodig om 300-700 atmosfeer te skep, en die soektog word uitgevoer om 'n waarde van 100 en onder te bereik. Ook relevant is die kwessies van die verhoging van die produktiwiteit van kragopwekkers, die ontwikkeling van nuwe katalisators (meer doeltreffend). Ja, en ons moet nie vergeet dat daar nie soveel natuurlike steenkool van hoë geh alte is nie. Daarom word dit as meer belowend beskou om dit van gas te verkry. Wat is die geleenthede hier?

Vervaardig van aardgas

Dit is veral waar as gevolg van bestaande vervoerprobleme. Dus, as jy aardgas vervoer, sal die koste hiervan 30-50% van die koste van die finale produk wees. Daarom is die verwerking daarvan onmiddellik naby die plek van onttrekking in hoëgeh alte petrol en dieselbrandstof baie relevant. Dit stel 'n aantal vereistes vir die kompaktheid van installasies. As eindprodukte deur die metanolstadium verkry word, is so 'n proses gerieflik as gevolg van die feit dat dit in 'n enkele reaktor plaasvind. Maar baie energie word benodig, en daarom is sintetiese brandstof twee keer so duur as olie. 'n Alternatief vir hierdie algemene metode is voorgestel deur die Instituut vir Petrochemiese Sintese van die Russiese Akademie van Wetenskappe. Dit behels die werk met 'n ander intermediêre - dimetieleter. Dit is nie moeilik om op hierdie manier te werk as die verhouding koolstofmonoksied in die resulterende sintesegas verhoog word nie. Die vervaardiging van sintetiese petrol in hierdie geval is 'n bykomende en taamlik omgewingsvriendelike brandstof. Veral dit het hom goed gewys wanneer koue enjins aangeskakel word weens sy hoë setaangetal. En vir die vervaardiging van petrol is hierdie opsie nie sleg nie. So, jy kan brandstof maak met 'n oktaantelling van 92. Sintetiese petrol van aardgas het terselfdertyd minder skadelike onsuiwerhede as dié wat gevind kan word in dié wat van olie gemaak word. Die installasie wat deur die Russiese Akademie vir Wetenskappe voorgestel word, bied 'n werkingskema, waarvolgens, hoe hoër die reaksietemperatuur, hoe meerprestasie.

Kan jy dit alles self doen?

Ondanks die feit dat alternatiewe energie as 'n relatief jong wetenskap beskou word, is dit nie 'n probleem om sy prestasies binne een huishouding te herhaal nie. Daarom, ja, dit is heel moontlik om sintetiese petrol met jou eie hande te skep. Gegewe die besonderhede van die toestande waarin 'n mens moet bestaan, is dit boonop moontlik om op hout, steenkool en biogas staat te maak. Aan watter van hulle om by die huis voorkeur te gee - elkeen besluit self.

As die eenvoudigste, die mees relevante is die vraag hoe om sintetiese petrol uit hout met jou eie hande te kry. Baie beskou dit uitsluitlik as 'n boumateriaal of grondstof vir speelgoed. Maar dit is die moeite werd om ten minste houtalkohol te onthou, en dit word duidelik dat die potensiaal bestaan. Hoe om sintesegas in hierdie geval te kry? Dit is nodig om hout te neem (of sy afval, wat presies is nie belangrik nie). By die huis kan u 'n toestel uit drie dele maak, wat elkeen sy funksie sal verrig. Aanvanklik is dit nodig om te verseker dat hulle droog en verhit word tot 'n temperatuur van 250-300 grade Celsius. Dan kom die beurt van pirolise. Hier moet die temperatuur tot 700 grade styg. En die laaste fase is gasopwekking. Dit begin stoomhervorming. Die proses vind plaas by 'n temperatuur van 700-1000 grade. Die resultaat is 'n baie suiwer sintesegas. Bykomende ingryping is nie nodig nie. Vervolgens gebruik ons katalisators, en sintetiese petrol is gereed!

Maak van steenkool

En nog 'n klein puntjie wat nie voorheen genoem is nie - wanneer jy tuis werk, sal die installasies vir seker nogal groot wees. Daarom word dit nie aanbeveel om dit in 'n woonstel te plaas nie. Maar om dit in jou eie huis of naby dit te skep, is 'n baie regte ding.

Sintetiese petrol kan uit steenkool verkry word deur die invloed van stoom. Die vergassing daarvan is die maklikste en mees haalbare manier vir huislike toestande. So kom ons begin. Aanvanklik, vir groter doeltreffendheid en 'n toename in die spoed van die proses, moet steenkool vergruis word. Dan is dit versadig met waterstof. Dan is dit nodig om 'n temperatuur van 400-500 grade Celsius en 'n druk van 50-300 kg/cm2 te skep. En ons wag vir die oomblik van oorgang na die vloeibare toestand. As geen oplosmiddel gebruik word nie, sal slegs 5-8% van die totale massa steenkool so word. Dan kom die beurt van katalisators. Geskik vir steenkool: molibdeen, nikkel, kob alt, tin, aluminium, yster, sowel as hul verbindings. Enige soort grondstof kan vir vergassing gebruik word. Bruin, klip - alles sal doen. Alhoewel die kwaliteit daarvan die omskakelingsdoeltreffendheid beïnvloed. Voorheen is die aanduiding van die hoeveelheid koolstof gegee en die syfer is 8% genoem. Dit is nie heeltemal waar nie. Afhangende van die handelsmerk en kwaliteit, kan die waarde wissel van 4% tot 8%. En vir die minimum geskiktheid van die daaropvolgende verwerking en skeiding van petrol, is dit nodig om 'n waarde van 11% (beter as 15%) te bereik. Aanvanklik nie die feit dat alles sal uitwerk nie. Veral as jy lesse in fisika oorgeslaan het enchemie. Nietemin kan sintetiese petrol van steenkool suksesvol gemaak en gebruik word.

Werk met biogas

Dit is 'n taamlik ongewone en buitensporige benadering, maar dit werk. Die skoonheid daarvan is ook in die feit dat dit as brandstof 'n wyer toepassing het as net sintetiese petrol. Dit neem weliswaar baie spasie op. So, byvoorbeeld, is een kubieke meter biogas gelykstaande aan 0,6 liter petrol. As jy dit nie in 'n saamgeperste toestand gebruik nie, en selfs na die oogballe op 'n vragmotor neem, sal jy nie meer as 'n honderd of twee kilometer kan ry nie. Daarom, hoe om die gewenste petrol daaruit te sintetiseer? Dit is moontlik as gevolg van die feit dat dit in werklikheid metaan met klein onsuiwerhede is. Dit is feitlik wat jy nodig het. Sintese is egter problematies. Iets nuuts en terselfdertyd eenvoudig is immers nie hier uitgedink nie. Dit wil sê, ons moet werk aan die skepping van sintesegas, en daaruit om die vorming van petrol te verseker. Dit word gedoen (volgens die mees algemene skema) deur metanol. Alhoewel jy deur dimetieleter kan werk. Wanneer dit by metanol kom, moet jy altyd onthou dat dit uiters gevaarlik is. Die situasie word gekompliseer deur die feit dat dit die reuk van alkohol het, en die kookpunt is 65 grade Celsius. Om met brandstofsintese te werk is oor die algemeen nie kinderspeletjies nie. Daarom sal dit nie oorbodig wees om chemie en fisika te leer as hierdie kennis nie beskikbaar is nie. Kortom, sintetiese petrol word verkry deur die distillasie van gas en 'n kondensor. Hierdie metode is nie vinnig nie, maar as daar 'n goeie teoretiese agtergrond is, is dit nie moeilik nie. Maar sonder kennis is dit onmoontlik om te werkaanbeveel. Suiwer metanol is immers die hoogste oktaanbrandstof, en dus gevaarlik. En die enjin van 'n gewone motor sal dit nie "verteer" nie - dit is nie daarvoor ontwerp nie.

Gevolgtrekking

Dis hoe om sintetiese brandstof te kry. Daar moet kennis geneem word dat dit nie speelgoed is nie, maar 'n vlambare aktiwiteit. Sonder behoorlike teoretiese voorbereiding moet 'n mens dus nie by so 'n saak betrokke raak nie. Dit sou immers 'n direkte oortreding van veiligheidsreëls wees. En hulle, moet onthou word, is altyd in bloed geskryf.