Синтетикалық бензин: сипаттамасы, сипаттамалары, өнімділігі, өндіру әдістері

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Ғылым мен прогресс бұрын-соңды болмаған, көбінің ойына да келмейтін нәрселерді жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, синтетикалық бензин сияқты салыстырмалы түрде жаңа дамуды алайық. Көптеген адамдар бұл отынның мұнайдан айдау арқылы алынатынын біледі. Бірақ оны көмірден, ағаштан, табиғи газдан синтездеуге болады. Синтетикалық бензин өндірісі кәдімгі өндіріс жолын толығымен алмастыра алмаса да, әлі де зерттеуге лайық. Сондықтан оның тарихы мен оны алу жолдары қарастырылады.

Кіріспе

Қазіргі заманғы өркениетті мотор отынсыз – дизель, керосин, бензинсіз елестету қиын. Олар үшін машиналар, ұшақтар, зымырандар, су көлігі жұмыс істейді. Бірақ ішектегі майдың мөлшері шектеулі. Жақында адамзат жақын арада жанармай тапшылығына тап болады деп есептелді. Бірақ белгілі болды,бәрі қайғылы емес. Қиын өндірілетін қорларды өндірудің жаңа технологиялары әзірленуде, балама нұсқалар пайда болуда. Сондай-ақ жасыл энергияны және ресурстарды пайдалану тиімділігін арттыруды атап өтуге болады (қазіргі шағын автокөліктер жүз километрге 4-6 литр отынды оңай басқарады, дегенмен мыңжылдықтың басында олар шамамен 10-ға жуық қажет болды). Ал жоғары сапалы отынды, белгілі болғандай, әртүрлі мұнай емес шикізаттан алуға болады.

Бәрі қалай басталды?

Бізді 150 жылдан астам уақыт бұрын болған оқиғалардан бастау керек. Дәл сол кезде коммерциялық мұнай өндіру басталды. Содан бері адамзат жеңіл шикізат деп аталатын шикізаттың жартысынан көбін пайдаланды. Бастапқыда мұнай жылу энергиясының көзі ретінде пайдаланылды. Біздің уақытымызда бұл тәсіл экономикалық тұрғыдан тиімді емес. Автомобиль дәуірі келгенде, мұнайды фракциялау өнімдері мотор отынының рөлінде кеңінен тарады. Сонымен қатар, шикізат таусылған сайын, балама іздеу соғұрлым тиімді болды.

Мұнай дегеніміз не? Бұл көмірсутектердің, дәлірек айтқанда, циклоалкандардың қоспасы. Олар не? Ең қарапайым алкан көпшілікке метан газы ретінде белгілі. Сонымен қатар, мұнайда азотты және күкіртті қоспалар бар. Ал егер ол дұрыс өңделсе, онда сіз көптеген түрлі материалдарды ала аласыз. Мысалы, белгілі бензинді алайық. Ол нені бейнелейді? Шындығында, бұл қысқа тізбекті көмірсутектерден тұратын төмен қайнайтын мұнай фракциясы.бестен тоғызға дейін атомдар. Бензин жеңіл автомобильдер мен шағын ұшақтар үшін негізгі отын болып табылады. Келесі ерекшеленген түрі - керосин. Ол тұтқыр және ауырырақ. Ол 10-нан 16-ға дейін атомы бар көмірсутектерден түзіледі. Керосин реактивті ұшақтар мен қозғалтқыштарда қолданылады. Одан да ауыр фракция - газойль. Ол керосин қоспасы болып табылатын дизель отынында қолданылады.

Баламаны ғылыми іздеу

Негізгі фракциялар мұнайдан алынғанымен, бұл мақсатта басқа көміртекті шикізатты да қолдануға болатыны белгілі болды. Бұл мәселені химиктер 1926 жылдың өзінде-ақ шешті. Содан кейін ғалымдар Фишер мен Тропш атмосфералық қысымда көміртегі тотығының тотықсыздану реакциясын ашты. Катализаторлардың қатысуымен газ қоспасынан сұйық және қатты көмірсутектер түзілуі мүмкін екендігі анықталды. Химиялық құрамы жағынан олар мұнайдан алынатын өнімдерге жақын болды. Химиялық зерттеулердің нәтижесі «синтез газы» деп аталды. Бұл өте оңай болып шықты. Мектепте химия мен физикадан аттап өтпеген кез келген адам оны үйде қайталай алатындай. Ол көмірдің үстінен су буын өткізу (бұл оның газдануы) немесе кәдімгі табиғи газды түрлендіру (негізінен метаннан тұрады) арқылы алынған. Екінші жағдайда металл катализаторлары қосымша қолданылды. Айта кету керек, синтез газын тек метан мен көмірден ғана емес жасауға болады. Перспективті бағыт қазір ферментативті жәнеөсімдік шикізатының қалдықтарын термохимиялық өңдеу. Сондай-ақ биогазды, яғни органикалық қалдықтардың ыдырауынан алынатын ұшқыш заттарды түрлендіруді де ұмытпаған жөн.

Қолданба қалай дамыды?

Нацистік Германия бұл жағынан ерекшеленді. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде оның отынмен қамтамасыз етуде айтарлықтай қиындықтары болды. Сондықтан көмірді сұйық отынға айналдыратын тұтас кешендер құрылды. Үшінші рейхтің синтетикалық бензині осы қорқынышты мемлекеттің құлдырауын айтарлықтай кейінге қалдырып, маңызды үлес қосты. Содан кейін көмірді химиялық сұйылту әдісі пиролиздік отын алынғанша қолданылды. Соғыстың соңына қарай фашистік Германия тәулігіне 100 000 баррель синтетикалық мұнай деңгейіне жете алды. Әдеттегідей, бұл 130 тоннадан астам! Химиялық құрамы ұқсас болғандықтан көмірді пайдалану мақсатқа сай. Демек, ондағы сутегі 8% болса, мұнайда 15%. Егер сіз белгілі бір температура режимін жасасаңыз және көмірді айтарлықтай көлемде сутегімен қанықтырсаңыз, онда ол сұйық күйге өтеді. Бұл процесс гидрогенизация деп аталады. Сонымен қатар, егер катализаторлар: темір, қалайы, никель, молибден, алюминий және басқалары пайдаланылса, оны жылдамдатуға және көлемін арттыруға болады. Мұның бәрі әртүрлі фракцияларды бөліп алып, оларды әрі қарай өңдеу үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Синтетикалық бензин қазір Германияда шығарылады. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін Оңтүстік Африка да осыны жалғастырды. Содан кейінҚытай, Австралия және АҚШ қосыла бастады. Бұл саланы дамытуға біздің де әлеуетіміз бар екенін айта кеткен жөн.

Құлау және көтерілу туралы

Кеңес Одағында Екінші дүниежүзілік соғыс басталмай тұрып-ақ қоңыр көмірден бензин алу мүмкіндігін іздеу жұмыстары жүргізілді. Бірақ, өкінішке орай, өнеркәсіптік өндіріске қолайлы нәтиже алу мүмкін болмады. Қақтығыс аяқталғаннан кейін мұнай бағасы төмендеп, онымен бірге синтетикалық отынға деген қажеттілік жойылды. Қазір мұнай қорының азаюына байланысты бұл аймақ қайта жандануда. Синтетикалық бензин өндірісі барған сайын кеңейіп келеді, көбінесе мемлекет қолдауымен кездеседі. Мысалы, АҚШ-та мұндай жанармай өндірушілері мемлекеттік субсидияларға сене алады. Барлық алғышарттарға қарамастан, сұйық отын шектеулі көлемде өндіріледі. Қолданыстағы қуаттарды кеңейту кәдімгі шикізаттан айтарлықтай асып түсетін жоғары құнымен шектеледі. Мысалы, Германияда синтетикалық бензин су мен көмірқышқыл газынан жасалуы мүмкін, бірақ бір жылдан кейін ол жаңа көліктің құнына түседі. Және бәрі орнатудың жоғары құнына байланысты. Жұмыстың негізгі бағыты – экономикалық техникалық шешімдерді іздеу. Мысалы, көмірді сұйылту үшін қысымды төмендету мәселесі ашық. Енді 300-700 атмосфераны құру қажет, ал 100 және одан төмен мәнге жету үшін іздеу жүргізіледі. Сондай-ақ генераторлардың өнімділігін арттыру, жаңа катализаторларды жасау (тиімділігі жоғары) мәселелері өзекті болып табылады. Иә, сапалы табиғи көмір соншалықты көп емес екенін ұмытпаған жөн. Сондықтан оны газдан алу перспективалы болып саналады. Мұнда қандай мүмкіндіктер бар?

Табиғи газдан өндірілген

Бұл әсіресе көлік проблемаларына байланысты. Сонымен, егер сіз табиғи газды тасымалдайтын болсаңыз, онда оның құны соңғы өнім құнының 30-50% құрайды. Сондықтан оны жоғары сапалы бензин мен дизель отынына өндіру орнына жақын жерде өңдеу өте өзекті. Бұл қондырғылардың жинақылығына бірқатар талаптар қояды. Егер соңғы өнімдер метанол сатысы арқылы алынса, онда мұндай процесс бір реакторда өтетіндіктен ыңғайлы. Бірақ көп энергия қажет, сондықтан синтетикалық отын мұнайдан екі есе қымбат. Бұл кең таралған әдіске балама Ресей Ғылым академиясының Мұнай-химиялық синтез институты ұсынған. Ол басқа аралық – диметил эфирімен жұмыс істеуді қамтиды. Алынған синтез газындағы көміртек оксидінің үлесі жоғарыласа, осылай жұмыс істеу қиын емес. Бұл жағдайда синтетикалық бензинді өндіру қосымша және өте экологиялық таза отын болып табылады. Әсіресе ол цетан санының жоғары болуына байланысты суық қозғалтқыштарды іске қосқанда жақсы көрінді. Ал бензин өндіру үшін бұл нұсқа жаман емес. Сонымен, октан саны 92 болатын жанармай жасауға болады. Табиғи газдан жасалған синтетикалық бензинде мұнайдан болатындарға қарағанда зиянды қоспалар азырақ. Ресей ғылым академиясы ұсынған қондырғы жұмыс схемасын ұсынады, оған сәйкес реакция температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым көпөнімділік.

Бәрін өзіңіз жасай аласыз ба?

Баламалы энергия салыстырмалы түрде жас ғылым болып саналғанымен, оның жетістіктерін бір шаруашылық ішінде қайталау қиын емес. Сондықтан, иә, синтетикалық бензинді өз қолыңызбен жасау әбден мүмкін. Оның үстіне адам өмір сүретін жағдайлардың ерекшеліктерін ескере отырып, ағашқа, көмірге және биогазға сенуге болады. Үйде қайсысына артықшылық беру керек - әркім өзі шешеді.

Ең қарапайым, ең өзектісі - ағаштан синтетикалық бензинді өз қолыңызбен қалай алуға болады деген сұрақ. Көбісі оны тек құрылыс материалы немесе ойыншықтарға арналған шикізат ретінде қарастырады. Бірақ, кем дегенде, ағаш спиртін есте ұстаған жөн, әлеует бар екені белгілі болады. Бұл жағдайда синтез газын қалай алуға болады? Ағашты алу керек (немесе оның қалдықтары, нақты не маңызды емес). Үйде құрылғыны үш бөліктен жасауға болады, олардың әрқайсысы өз функцияларын орындайды. Бастапқыда оларды кептіру және 250-300 градус Цельсий температураға дейін қыздыруды қамтамасыз ету қажет. Содан кейін пиролиздің кезегі келеді. Мұнда температура 700 градусқа дейін көтерілуі керек. Ал соңғы кезең - газ өндіру. Ол бу реформасын бастайды. Процесс 700-1000 градус температурада жүреді. Нәтижесінде өте таза синтез газы пайда болады. Қосымша араласу қажет емес. Содан кейін біз катализаторларды қолданамыз, синтетикалық бензин дайын!

Көмірден жасаңыз

Және бұрын айтылмаған тағы бір кішігірім мәселе - үйде жұмыс істегенде қондырғылар, әрине, өте үлкен болып шығады. Сондықтан оларды пәтерге орналастыру ұсынылмайды. Бірақ оларды өз үйіңізде немесе оның жанында жасау өте нақты нәрсе.

Синтетикалық бензинді көмірден будың әсері арқылы алуға болады. Оны газдандыру - үй жағдайлары үшін ең оңай және мүмкін болатын әдіс. Ендеше, бастайық. Бастапқыда жоғары тиімділік пен процестің жылдамдығын арттыру үшін көмірді ұсақтау керек. Содан кейін ол сутегімен қаныққан. Содан кейін 400-500 градус Цельсий температурасы мен 50-300 кг/см2 қысым жасау керек. Ал біз сұйық күйге өту сәтін күтіп отырмыз. Егер еріткіш пайдаланылмаса, онда көмірдің жалпы массасының 5-8% ғана болады. Содан кейін катализаторлардың кезегі келеді. Көмірге қолайлы: молибден, никель, кобальт, қалайы, алюминий, темір, сондай-ақ олардың қосылыстары. Газдандыру үшін шикізаттың кез келген түрін пайдалануға болады. Қоңыр, тас - бәрі де болады. Оның сапасы түрлендіру тиімділігіне әсер еткенімен. Бұрын көміртегінің мөлшерін белгілеу беріліп, көрсеткіш 8% деп аталды. Бұл мүлдем дұрыс емес. Бренд пен сапаға байланысты мән 4% -дан 8% -ға дейін болуы мүмкін. Ал бензинді кейінгі өңдеу мен бөлудің минималды жарамдылығы үшін 11% (15% -дан жақсы) мәнге жету керек. Бастапқыда бәрі ойдағыдай болады деген емес. Әсіресе, егер сіз физика сабақтарын өткізіп алсаңыз жәнехимия. Дегенмен, көмірден синтетикалық бензинді сәтті жасап, пайдалануға болады.

Биогазмен жұмыс

Бұл әдеттен тыс және экстравагантты тәсіл, бірақ ол жұмыс істейді. Оның сұлулығы сонымен қатар жанармай ретінде синтетикалық бензинге қарағанда кеңірек қолданылуында. Рас, ол көп орын алады. Мәселен, биогаздың бір текше метрі 0,6 литр бензинге тең. Егер сіз оны қысылған күйде пайдаланбасаңыз, оны жүк көлігінде көз алмасына апарсаңыз да, сіз жүз-екі шақырымнан артық жүре алмайсыз. Сондықтан одан қажетті бензинді қалай синтездеуге болады? Бұл, шын мәнінде, бұл шағын қоспалары бар метан болғандықтан мүмкін. Бұл сізге іс жүзінде қажет. Дегенмен, синтез проблемалы. Өйткені, мұнда жаңа және сонымен бірге қарапайым нәрсе ойлап табылған жоқ. Яғни, синтез газын жасау, одан бензиннің түзілуін қамтамасыз ету бойынша жұмыс істеуіміз керек. Бұл (ең таралған схемаға сәйкес) метанол арқылы жасалады. Сіз диметил эфирі арқылы жұмыс істей аласыз. Метанолға келетін болсақ, оның өте қауіпті екенін есте ұстаған жөн. Жағдай одан алкогольдің иісі бар, ал қайнау температурасы 65 градус Цельсий болғандықтан қиын. Жалпы, жанармай синтезімен жұмыс істеу баланың ойыны емес. Сондықтан бұл білім болмаса, химия мен физиканы үйрену артық болмайды. Қысқасы, синтетикалық бензин газды және конденсаторды айдау арқылы алынады. Бұл әдіс жылдам емес, бірақ жақсы теориялық база болса, бұл қиын емес. Бірақ білімсіз жұмыс істеу мүмкін емесұсынылады. Өйткені, таза метанол – ең жоғары октанды отын, сондықтан қауіпті. Ал қарапайым көліктің қозғалтқышы оны «қорытпайды» - ол бұл үшін арналмаған.

Қорытынды

Синтетикалық отынды осылай алуға болады. Айта кету керек, бұл ойыншықтар емес, жанғыш әрекет. Сондықтан дұрыс теориялық дайындықсыз мұндай іспен айналыспау керек. Өйткені, бұл қауіпсіздік ережелерін тікелей бұзу болар еді. Және олар әрқашан қанмен жазылғанын есте ұстаған жөн.