Gasolina sintètica: descripció, característiques, rendiment, mètodes de producció

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

La ciència i el progrés permeten crear coses que mai s'havien vist abans, que molts ni tan sols s'havien pogut pensar. Prenguem, per exemple, un desenvolupament tan relativament nou com la gasolina sintètica. Molta gent sap que aquest combustible s'obté per destil·lació del petroli. Però també es pot sintetitzar a partir de carbó, fusta, gas natural. La producció de gasolina sintètica, tot i que no pot substituir totalment la via convencional de producció, encara mereix ser estudiada. Per tant, es tindrà en compte el seu historial, així com les maneres d'obtenir-lo.

Introducció

És difícil imaginar la civilització moderna sense combustible de motor: dièsel, querosè, gasolina. Cotxes, avions, coets, transport d'aigua els treballen. Però la quantitat d'oli a les entranyes és limitada. No fa gaire, es creia que la humanitat aviat s'enfrontaria inevitablement a una escassetat de combustible. Però va resultar,no és tan trist. S'estan desenvolupant noves tecnologies per extreure reserves difícils de recuperar, i apareixen opcions alternatives. També podem esmentar l'energia verda i l'augment de l'eficiència en l'ús dels recursos (els cotxes petits moderns gestionen fàcilment 4-6 litres de combustible per cada cent quilòmetres, tot i que a principis del nostre mil·lenni en necessitaven uns 10). I el combustible d' alta qualitat, segons va resultar, es pot obtenir a partir de diverses matèries primeres no petrolieres.

Com va començar tot?

Hem de començar amb esdeveniments que van tenir lloc fa més de 150 anys. Va ser llavors quan va començar la producció comercial de petroli. Des de llavors, la humanitat ha consumit més de la meitat de les anomenades matèries primeres lleugeres. Inicialment, el petroli s'utilitzava com a font d'energia tèrmica. En el nostre temps, aquest enfocament no és viable econòmicament. Quan va arribar l'era de l'automòbil, els productes del fraccionament del petroli es van generalitzar en el paper del combustible de motor. Al mateix temps, com més matèries primeres s'esgotaven, més rendible era buscar una alternativa.

Què és el petroli? Es tracta d'una barreja d'hidrocarburs, i més concretament, de cicloalcans. Que són ells? L'alcà més simple és conegut per molts com a gas metà. A més, hi ha impureses nitrogenades i sulfurades en el petroli. I si es processa correctament, podeu obtenir molts materials diferents. Per exemple, prengui la coneguda gasolina. Què representa? De fet, es tracta d'una fracció d'oli de baix punt d'ebullició formada per hidrocarburs de cadena curta amb una quantitatàtoms de cinc a nou. La gasolina és el combustible principal per als cotxes de passatgers i també per a les aeronaus petites. El següent tipus destacat és el querosè. És més viscós i pesat. Està format per hidrocarburs en els quals hi ha de 10 a 16 àtoms. El querosè s'utilitza en avions a reacció i motors. Una fracció encara més pesada és el gasoil. S'utilitza en el gasoil, que és una barreja amb querosè.

Cerca científica d'una alternativa

Tot i que les principals fraccions s'obtenen del petroli, va resultar que també es poden utilitzar altres matèries primeres de carboni amb aquesta finalitat. Aquest problema va ser resolt pels químics ja el 1926. Aleshores, els científics Fischer i Tropsch van descobrir la reacció de reducció del monòxid de carboni sota pressió atmosfèrica. Es va trobar que els hidrocarburs líquids i sòlids es poden formar a partir d'una barreja de gasos en presència de catalitzadors. Pel que fa a la seva composició química, s'acostaven als productes obtinguts del petroli. El resultat de la investigació química es va anomenar "gas de síntesi". Va resultar bastant fàcil. Tant és així que pot repetir a casa qualsevol persona que no s'hagi s altat la química i la física a l'escola. S'obtenia fent passar vapor d'aigua sobre carbó (aquesta és la seva gasificació) o transformant gas natural ordinari (està format principalment per metà). En el segon cas, també es van utilitzar catalitzadors metàl·lics. Cal tenir en compte que el gas de síntesi no només es pot crear a partir de metà i carbó. Ara es considera que una direcció prometedora és el treball en enzims iprocessament termoquímic de residus de matèries primeres vegetals. Tampoc hem d'oblidar-nos de la conversió del biogàs, és a dir, de les substàncies volàtils obtingudes de la descomposició de residus orgànics.

Com ha evolucionat l'aplicació?

L'Alemanya nazi va destacar en aquest sentit. Durant la Segona Guerra Mundial, va tenir problemes importants pel que fa al subministrament de combustible. Per tant, es van crear complexos sencers que processaven el carbó en combustible líquid. I la gasolina sintètica del Tercer Reich va fer la seva important contribució, ajornant amb força la caiguda d'aquest terrible estat. Després es va utilitzar el mètode de liqüefacció química del carbó fins a obtenir el combustible de piròlisi. Al final de la guerra, l'Alemanya nazi va aconseguir el nivell de 100.000 barrils de petroli sintètic per dia. En termes més habituals, això són més de 130 tones! L'ús de carbó és convenient a causa de la composició química similar. Així, en ell el contingut d'hidrogen és del 8%, mentre que en el petroli és del 15%. Si creeu un determinat règim de temperatura i satureu el carbó amb hidrogen en un volum significatiu, passarà a un estat líquid. Aquest procés s'anomena hidrogenació. A més, es pot accelerar i augmentar de volum si s'utilitzen catalitzadors: ferro, estany, níquel, molibdè, alumini i molts altres. Tot això fa possible aïllar diverses fraccions i utilitzar-les per a un processament posterior.

La gasolina sintètica es produeix ara a Alemanya. Després de la Segona Guerra Mundial, Sud-àfrica va seguir el mateix. AleshoresLa Xina, Austràlia i els Estats Units van començar a unir-se. Cal tenir en compte que també tenim potencial per al desenvolupament d'aquesta àrea.

Sobre baixar i pujar

A la Unió Soviètica, fins i tot abans de l'inici de la Segona Guerra Mundial, es va buscar una possible extracció de gasolina a partir de carbó marró. Però, per desgràcia, no va ser possible obtenir resultats adequats per a la producció industrial. Un cop acabat el conflicte, el preu del petroli va caure i, amb ell, va desaparèixer la necessitat de combustible sintètic. Ara, a causa de la disminució de les reserves de petroli, aquesta zona està vivint un renaixement. La producció de gasolina sintètica s'està generalitzant cada cop més, sovint amb el suport de l'estat. Per exemple, als Estats Units, els fabricants d'aquests combustibles poden comptar amb subvencions governamentals. Malgrat tots els requisits previs, els combustibles líquids es produeixen a escala limitada. El cas és que l'ampliació de les capacitats existents es veu limitada per l'elevat cost, que supera notablement el que s'obté de les matèries primeres convencionals. Per exemple, la gasolina sintètica a Alemanya es pot fer amb aigua i diòxid de carboni, però en només un any costarà un cotxe nou. I tot a causa de l' alt cost d'instal·lació. La direcció principal del treball és la recerca de solucions tècniques econòmiques. Per exemple, el tema de la reducció de pressió per a la liqüefacció del carbó està obert. Ara cal crear 300-700 atmosferes, i la recerca es realitza per aconseguir un valor de 100 i per sota. També són rellevants els temes d'augment de la productivitat dels generadors, el desenvolupament de nous catalitzadors (més eficients). Sí, i no hem d'oblidar que no hi ha tant carbó natural de gran qualitat. Per tant, es considera més prometedor obtenir-lo a partir del gas. Quines oportunitats hi ha aquí?

Produït a partir de gas natural

Això és especialment cert a causa dels problemes de transport existents. Per tant, si transporteu gas natural, el cost serà del 30-50% del cost del producte final. Per tant, el seu processament immediatament a prop del lloc d'extracció en gasolina i gasoil d' alta qualitat és molt rellevant. Això planteja una sèrie de requisits per a la compacitat de les instal·lacions. Si els productes finals s'obtenen a través de l'etapa de metanol, aquest procés és convenient a causa del fet que té lloc en un sol reactor. Però es necessita molta energia, per això el combustible sintètic és el doble de car que el petroli. L'Institut de Síntesi Petroquímica de l'Acadèmia Russa de Ciències va proposar una alternativa a aquest mètode comú. Implica treballar amb un altre intermedi: èter dimetil. No és difícil treballar d'aquesta manera si augmenta la proporció de monòxid de carboni en el gas de síntesi resultant. La producció de gasolina sintètica en aquest cas és un combustible addicional i bastant respectuós amb el medi ambient. Sobretot es va mostrar bé en arrencar motors en fred a causa del seu alt índex de cetà. I per a la producció de gasolina, aquesta opció no és dolenta. Així doncs, podeu fer combustible amb un octà de 92. La gasolina sintètica a partir de gas natural té, alhora, menys impureses nocives que les que es poden trobar en les fetes amb petroli. La instal·lació proposada per l'Acadèmia Russa de Ciències ofereix un esquema de funcionament, segons el qual, com més alta sigui la temperatura de reacció, mésrendiment.

Pots fer-ho tot tu mateix?

Malgrat que l'energia alternativa es considera una ciència relativament jove, no és un problema repetir els seus èxits dins d'una llar. Per tant, sí, és molt possible crear gasolina sintètica amb les vostres pròpies mans. A més, ateses les especificitats de les condicions en què s'ha d'existir, és possible confiar en la fusta, el carbó i el biogàs. A quin d'ells donar preferència a casa: cadascú decideix per si mateix.

Com el més senzill, el més rellevant és la qüestió de com obtenir gasolina sintètica de la fusta amb les teves pròpies mans. Molts el consideren únicament com a material de construcció o matèria primera per a joguines. Però val la pena recordar almenys l'alcohol de fusta, i queda clar que el potencial existeix. Com obtenir gas de síntesi en aquest cas? Cal agafar fusta (o els seus residus, el que exactament no és important). A casa, podeu fer un dispositiu a partir de tres parts, cadascuna de les quals farà la seva funció. Inicialment, cal assegurar el seu assecat i escalfament a una temperatura de 250-300 graus centígrads. Després ve el torn de la piròlisi. Aquí la temperatura hauria d'augmentar fins als 700 graus. I l'etapa final és la generació de gas. Comença la reforma al vapor. El procés té lloc a una temperatura de 700-1000 graus. El resultat és un gas de síntesi molt pur. No cal intervenció addicional. A continuació, fem servir catalitzadors i la gasolina sintètica està a punt!

Fer amb carbó

I un petit punt més que no s'havia esmentat abans: quan es treballa a casa, les instal·lacions, segur, seran força grans. Per tant, no es recomana col·locar-los en un apartament. Però crear-los a casa teva o a prop és una cosa molt real.

La gasolina sintètica es pot obtenir del carbó mitjançant la influència del vapor. La seva gasificació és la forma més fàcil i factible per a les condicions domèstiques. Així que comencem. Inicialment, per a una major eficiència i un augment de la velocitat del procés, cal triturar el carbó. Després es satura amb hidrogen. Aleshores cal crear una temperatura de 400-500 graus centígrads i una pressió de 50-300 kg/cm2. I estem esperant el moment de la transició a l'estat líquid. Si no s'utilitza cap dissolvent, només es convertirà en el 5-8% de la massa total de carbó. Després ve el torn dels catalitzadors. Apte per al carbó: molibdè, níquel, cob alt, estany, alumini, ferro, així com els seus compostos. Es pot utilitzar qualsevol tipus de matèria primera per a la gasificació. Marró, pedra: tot servirà. Encara que la seva qualitat afecta l'eficiència de conversió. Anteriorment, es donava la designació de la quantitat de carboni i la xifra es deia 8%. Això no és del tot cert. Segons la marca i la qualitat, el valor pot oscil·lar entre un 4% i un 8%. I per a la mínima idoneïtat del processament posterior i la separació de la gasolina, cal aconseguir un valor de l'11% (millor que el 15%). Al principi, no el fet que tot funcioni. Sobretot si t'has s altat les lliçons de física iquímica. No obstant això, la gasolina sintètica a partir del carbó es pot fer i utilitzar amb èxit.

Treballar amb biogàs

Aquest és un enfocament força inusual i extravagant, però funciona. La seva bellesa també està en el fet que com a combustible té una aplicació més àmplia que la gasolina sintètica. És cert que ocupa molt d'espai. Així, per exemple, un metre cúbic de biogàs equival a 0,6 litres de gasolina. Si no l'utilitzeu en estat comprimit, fins i tot portant-lo als globus oculars en un camió, no podreu conduir més de cent o dos quilòmetres. Per tant, com sintetitzar-ne la gasolina desitjada? Això és possible pel fet que, de fet, es tracta de metà amb petites impureses. Això és pràcticament el que necessites. La síntesi, però, és problemàtica. Al cap i a la fi, aquí no s'ha inventat quelcom nou i alhora senzill. És a dir, hem de treballar en la creació de gas de síntesi, i a partir d'aquest per garantir la formació de gasolina. Això es fa (segons l'esquema més habitual) mitjançant metanol. Encara que es pot treballar amb èter dimetil. Quan es tracta de metanol, sempre heu de recordar que és extremadament perillós. La situació es complica pel fet que fa olor a alcohol i el punt d'ebullició és de 65 graus centígrads. En general, treballar amb la síntesi de combustible no és un joc de nens. Per tant, no serà superflu aprendre química i física si aquests coneixements no estan disponibles. En resum, la gasolina sintètica s'obté per destil·lació de gas i un condensador. Aquest mètode no és ràpid, però si hi ha una bona formació teòrica, no és difícil. Però sense coneixement és impossible treballarrecomanat. Després de tot, el metanol pur és el combustible amb més octanatge i, per tant, perillós. I el motor d'un cotxe normal no el "digerirà"; no està dissenyat per a això.

Conclusió

Així és com aconseguir combustible sintètic. Cal tenir en compte que no es tracta de joguines, sinó d'una activitat inflamable. Per tant, sense una preparació teòrica adequada, no s'hauria de dedicar a aquest tema. Després de tot, això seria una violació directa de les normes de seguretat. I, cal recordar-ho, sempre estan escrits amb sang.