Syntetický benzín: popis, vlastnosti, výkon, výrobní metody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Věda a pokrok vám umožňují vytvářet věci, které dosud nebyly viděny a které by mnohé ani nenapadlo. Vezměme si například takový relativně nový vývoj, jakým je syntetický benzín. Mnoho lidí ví, že toto palivo se získává destilací z ropy. Ale dá se syntetizovat i z uhlí, dřeva, zemního plynu. Výroba syntetického benzinu, i když nemůže plně nahradit konvenční způsob výroby, si stále zaslouží být studována. Proto bude zvážena jeho historie a také způsoby, jak jej získat.

Úvod

Je těžké si představit moderní civilizaci bez motorového paliva - nafty, petroleje, benzínu. Pracují pro ně auta, letadla, rakety, vodní doprava. Ale množství oleje ve střevech je omezené. Není to tak dávno, co se věřilo, že lidstvo bude brzy nevyhnutelně čelit nedostatku paliva. Ale ukázalo se,není to tak smutné. Vyvíjejí se nové technologie k těžbě těžko obnovitelných zásob a objevují se alternativní možnosti. Zmínit můžeme i zelenou energii a zvyšování efektivity využívání zdrojů (moderní malá auta si hravě poradí se 4-6 litry paliva na sto kilometrů, ačkoli na začátku našeho tisíciletí potřebovala asi 10). A vysoce kvalitní palivo, jak se ukázalo, lze získat z různých neropných surovin.

Jak to všechno začalo?

Musíme začít událostmi, které se staly před více než 150 lety. Tehdy začala komerční těžba ropy. Od té doby lidstvo spotřebovalo více než polovinu takzvaných lehkých surovin. Zpočátku se jako zdroj tepelné energie používala ropa. V naší době není tento přístup ekonomicky životaschopný. Když přišla éra automobilů, rozšířily se produkty frakcionace ropy v roli motorového paliva. Zároveň čím více surovin bylo vyčerpáno, tím výnosnější bylo hledat alternativu.

Co je ropa? Jedná se o směs uhlovodíků a konkrétněji cykloalkanů. Co jsou? Nejjednodušší alkan je mnohým známý jako metan. Kromě toho jsou v ropě dusíkaté a sirnaté nečistoty. A pokud je zpracován správně, můžete získat spoustu různých materiálů. Vezměte si například známý benzín. co zastupuje? Ve skutečnosti se jedná o nízkovroucí ropnou frakci tvořenou uhlovodíky s krátkým řetězcem o množstvíatomů od pěti do devíti. Benzín je hlavním palivem pro osobní automobily i malá letadla. Dalším zvýrazněným typem je petrolej. Je viskóznější a těžší. Vzniká z uhlovodíků, ve kterých je od 10 do 16 atomů. Petrolej se používá v proudových letadlech a motorech. Ještě těžší frakcí je plynový olej. Používá se v motorové naftě, což je směs s petrolejem.

Vědecké hledání alternativy

Přestože se hlavní frakce získávají z ropy, ukázalo se, že pro tento účel lze použít i jiné uhlíkové suroviny. Tento problém vyřešili chemici již v roce 1926. Poté vědci Fischer a Tropsch objevili redukční reakci oxidu uhelnatého za atmosférického tlaku. Bylo zjištěno, že kapalné a pevné uhlovodíky mohou vznikat ze směsi plynů v přítomnosti katalyzátorů. Svým chemickým složením se blížily produktům získaným z ropy. Výsledek chemického výzkumu se nazýval „syntézní plyn“. Ukázalo se to docela snadno. A to natolik, že si to může doma zopakovat každý, kdo ve škole nepřeskočil chemii a fyziku. Získával se průchodem vodní páry přes uhlí (jde o jeho zplyňování) nebo přeměnou obyčejného zemního plynu (skládá se převážně z metanu). Ve druhém případě byly navíc použity kovové katalyzátory. Je třeba poznamenat, že syntézní plyn může být vytvořen nejen z metanu a uhlí. Za nadějný směr se nyní považuje práce na enzymatických atermochemické zpracování odpadů rostlinných surovin. Zapomínat bychom neměli ani na přeměnu bioplynu, tedy těkavých látek získaných rozkladem organického odpadu.

Jak se aplikace vyvinula?

Nacistické Německo v tomto ohledu excelovalo. Během druhé světové války měla značné problémy, pokud jde o dodávky paliva. Vznikaly proto celé komplexy, které zpracovávaly uhlí na kapalné palivo. A výrazně přispěl syntetický benzín Třetí říše, který docela silně oddaloval pád tohoto hrozného státu. Poté se používala metoda chemického zkapalňování uhlí až do získání pyrolýzního paliva. Nacistickému Německu se do konce války podařilo dosáhnout úrovně 100 000 barelů syntetické ropy denně. V běžnějších termínech jde o více než 130 tun! Použití uhlí je účelné vzhledem k podobnému chemickému složení. Takže v něm je obsah vodíku 8%, zatímco v oleji je to 15%. Pokud vytvoříte určitý teplotní režim a nasycení uhlí vodíkem ve významném objemu, přejde do kapalného stavu. Tento proces se nazývá hydrogenace. Navíc se dá urychlit a zvětšit objem, pokud se použijí katalyzátory: železo, cín, nikl, molybden, hliník a mnoho dalších. To vše umožňuje izolovat různé frakce a použít je k dalšímu zpracování.

Syntetický benzín se nyní vyrábí v Německu. Po druhé světové válce následovala Jižní Afrika. PakZačala se připojovat Čína, Austrálie a Spojené státy. Je třeba poznamenat, že máme také potenciál pro rozvoj této oblasti.

O pádu a vzestupu

V Sovětském svazu se ještě před začátkem druhé světové války hledalo možné těžení benzinu z hnědého uhlí. Ale bohužel nebylo možné získat výsledky vhodné pro průmyslovou výrobu. Po skončení konfliktu klesla cena ropy a s ní zmizela i potřeba syntetického paliva. Nyní kvůli poklesu zásob ropy zažívá tato oblast znovuzrození. Výroba syntetického benzinu se stále více rozšiřuje, často se setkává s podporou státu. Například ve Spojených státech mohou výrobci takových paliv počítat s vládními dotacemi. Přes všechny předpoklady se kapalná paliva vyrábějí v omezeném měřítku. Rozšiřování stávajících kapacit je totiž limitováno vysokou cenou, která výrazně převyšuje to, co se získává z konvenčních surovin. Například syntetický benzín v Německu lze vyrobit z vody a oxidu uhličitého, ale za pouhý rok to bude stát nové auto. A to vše kvůli vysokým nákladům na instalaci. Hlavním směrem práce je hledání ekonomických technických řešení. Otevřená je například otázka snižování tlaku při zkapalňování uhlí. Nyní je nutné vytvořit 300-700 atmosfér a hledání se provádí tak, aby bylo dosaženo hodnoty 100 a nižší. Relevantní jsou také otázky zvyšování produktivity generátorů, vývoj nových katalyzátorů (efektivnějších). Ano, a neměli bychom zapomínat, že kvalitního přírodního uhlí není tolik. Proto je považováno za perspektivnější získat jej z plynu. Jaké jsou zde příležitosti?

Vyrobeno ze zemního plynu

To platí zejména kvůli stávajícím problémům s dopravou. Pokud tedy přepravujete zemní plyn, náklady na to budou 30–50 % nákladů na konečný produkt. Proto je velmi aktuální jeho zpracování bezprostředně v blízkosti místa těžby na kvalitní benzín a motorovou naftu. To klade řadu požadavků na kompaktnost instalací. Pokud se konečné produkty získávají v methanolovém stupni, pak je takový proces výhodný vzhledem k tomu, že probíhá v jediném reaktoru. Je ale potřeba hodně energie, a proto je syntetické palivo dvakrát dražší než ropa. Alternativu k této běžné metodě navrhl Ústav petrochemické syntézy Ruské akademie věd. Zahrnuje práci s dalším meziproduktem - dimethyletherem. Není obtížné pracovat tímto způsobem, pokud se zvýší podíl oxidu uhelnatého ve výsledném syntézním plynu. Výroba syntetického benzinu je v tomto případě doplňkovým a spíše ekologickým palivem. Zejména se dobře projevoval při startování studených motorů díky vysokému cetanovému číslu. A pro výrobu benzínu tato možnost není špatná. Můžete tedy vyrábět palivo s oktanovým číslem 92. Syntetický benzín ze zemního plynu má zároveň méně škodlivých nečistot než ty, které lze nalézt v těch vyrobených z ropy. Instalace navržená Ruskou akademií věd nabízí provozní schéma, podle kterého platí, že čím vyšší je reakční teplota, tím vícevýkon.

Zvládnete to všechno sami?

Přestože je alternativní energie považována za relativně mladou vědu, není problém její úspěchy zopakovat v rámci jedné domácnosti. Proto ano, je docela možné vytvořit syntetický benzín vlastníma rukama. Navíc, vzhledem ke specifikům podmínek, ve kterých člověk musí existovat, je možné se spolehnout na dřevo, uhlí a bioplyn. Kterému z nich dát doma přednost - každý se rozhodne sám.

Jako nejjednodušší a nejdůležitější je otázka, jak získat syntetický benzín ze dřeva vlastníma rukama. Mnozí jej považují pouze za stavební materiál nebo surovinu pro hračky. Ale stojí za to si připomenout alespoň dřevěný alkohol a je jasné, že potenciál existuje. Jak v tomto případě získat syntézní plyn? Dřevo (nebo jeho odpad, co přesně není důležité) je potřeba odebírat. Doma si můžete vyrobit zařízení ze tří dílů, z nichž každý bude plnit svou funkci. Zpočátku je nutné zajistit jejich sušení a ohřev na teplotu 250-300 stupňů Celsia. Pak přichází na řadu pyrolýza. Zde by teplota měla stoupnout na 700 stupňů. A poslední fází je výroba plynu. Začne parní reformování. Proces probíhá při teplotě 700-1000 stupňů. Výsledkem je velmi čistý syntézní plyn. Dodatečný zásah není nutný. Dále použijeme katalyzátory a syntetický benzín je připraven!

Vyrobit z uhlí

A ještě jeden malý bod, který předtím nebyl zmíněn - při práci doma se instalace jistě ukáží jako poměrně velké. Proto se nedoporučuje umisťovat je do bytu. Ale vytvořit je u vás doma nebo v jeho blízkosti je velmi skutečná věc.

Syntetický benzín lze získat z uhlí vlivem páry. Jeho zplynování je nejjednodušší a nejschůdnější způsob pro domácí podmínky. Pojďme tedy začít. Zpočátku se pro větší účinnost a zvýšení rychlosti procesu musí uhlí drtit. Poté se nasytí vodíkem. Poté je nutné vytvořit teplotu 400-500 stupňů Celsia a tlak 50-300 kg/cm2. A čekáme na okamžik přechodu do kapalného skupenství. Pokud se nepoužije žádné rozpouštědlo, stane se jím pouze 5–8 % z celkové hmotnosti uhlí. Pak přichází na řadu katalyzátory. Vhodné pro uhlí: molybden, nikl, kob alt, cín, hliník, železo, jakož i jejich sloučeniny. Ke zplynování lze použít jakýkoli druh suroviny. Hnědá, kámen - všechno bude stačit. I když jeho kvalita ovlivňuje účinnost konverze. Dříve se uvádělo označení množství uhlíku a údaj se nazýval 8 %. Není to tak úplně pravda. V závislosti na značce a kvalitě se hodnota může pohybovat od 4 % do 8 %. A pro minimální vhodnost následného zpracování a separace benzinu je potřeba dosáhnout hodnoty 11% (lepší než 15%). Zpočátku ne skutečnost, že všechno bude fungovat. Zvláště pokud jste vynechali hodiny fyziky achemie. Nicméně syntetický benzín z uhlí lze úspěšně vyrábět a používat.

Práce s bioplynem

Toto je poněkud neobvyklý a extravagantní přístup, ale funguje. Jeho krása je i v tom, že jako palivo má širší uplatnění než jen syntetický benzín. Pravda, zabírá hodně místa. Takže například jeden metr krychlový bioplynu odpovídá 0,6 litru benzínu. Pokud jej nepoužíváte ve stlačeném stavu, ani když jej vezmete do očí na nákladním automobilu, nebudete moci ujet více než sto nebo dva kilometry. Jak z něj tedy syntetizovat požadovaný benzín? Je to možné díky tomu, že se ve skutečnosti jedná o metan s drobnými nečistotami. To je prakticky to, co potřebujete. Syntéza je však problematická. Něco nového a přitom jednoduchého tu přece jen nebylo vymyšleno. To znamená, že musíme pracovat na vytvoření syntézního plynu az něj zajistit tvorbu benzínu. To se provádí (podle nejběžnějšího schématu) prostřednictvím methanolu. I když můžete pracovat přes dimethylether. Pokud jde o metanol, měli byste vždy pamatovat na to, že je extrémně nebezpečný. Situaci komplikuje fakt, že je cítit po alkoholu a bod varu je 65 stupňů Celsia. Obecně není práce se syntézou paliva dětskou hrou. Proto nebude zbytečné učit se chemii a fyziku, pokud tyto znalosti nejsou k dispozici. Stručně řečeno, syntetický benzín se získává destilací plynu a kondenzátoru. Tato metoda není rychlá, ale pokud je dobrý teoretický základ, není obtížná. Ale bez znalostí nelze pracovatdoporučeno. Čistý metanol je totiž palivo s nejvyšším oktanovým číslem, a tedy nebezpečné. A motor běžného auta to „nestráví“– není k tomu určen.

Závěr

To je způsob, jak získat syntetické palivo. Nutno podotknout, že se nejedná o hračky, ale o hořlavou činnost. Bez řádné teoretické přípravy by se tedy člověk neměl do takové záležitosti pouštět. To by totiž bylo přímé porušení bezpečnostních pravidel. A měli bychom si pamatovat, že jsou vždy psáni krví.