בנזין סינטטי: תיאור, מאפיינים, ביצועים, שיטות ייצור

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מדע וקידמה מאפשרים לך ליצור דברים שלא נראו מעולם, שרבים אפילו לא יכלו לחשוב עליהם. קחו, למשל, פיתוח חדש יחסית כמו בנזין סינטטי. אנשים רבים יודעים שדלק זה מתקבל על ידי זיקוק מנפט. אבל זה יכול להיות מסונתז גם מפחם, עץ, גז טבעי. ייצור בנזין סינטטי, למרות שהוא אינו יכול להחליף במלואו את מסלול הייצור המקובל, עדיין ראוי ללימוד. לכן, ההיסטוריה שלו תישקל, כמו גם דרכים להשיג אותו.

מבוא

קשה לדמיין את הציוויליזציה המודרנית ללא דלק מנוע - דיזל, נפט, בנזין. מכוניות, מטוסים, רקטות, הובלת מים עובדים עבורם. אבל כמות השמן במעיים מוגבלת. לפני זמן לא רב, האמינו שהאנושות תתמודד בקרוב בהכרח עם מחסור בדלק. אבל התברר,זה לא כל כך עצוב. טכנולוגיות חדשות מפותחות כדי לחלץ עתודות שקשה לשחזר, ואפשרויות חלופיות צצות. אפשר להזכיר גם אנרגיה ירוקה והגברת יעילות השימוש במשאבים (מכוניות קטנות מודרניות מצליחות בקלות 4-6 ליטר דלק למאה קילומטרים, למרות שבתחילת המילניום שלנו הן דרשו כ-10). ודלק איכותי, כפי שהתברר, ניתן להשיג מחומרי גלם שונים שאינם נפט.

איך הכל התחיל?

אנחנו צריכים להתחיל עם אירועים שהתרחשו לפני יותר מ-150 שנה. אז החלה הפקת נפט מסחרית. מאז, האנושות ניצלה יותר ממחצית מחומרי הגלם הקלים כביכול. בתחילה שימש הנפט כמקור לאנרגיה תרמית. בזמננו, גישה זו אינה כדאית כלכלית. כשהגיע עידן הרכב, תוצרי פירוק הנפט הפכו נפוצים בתפקיד דלק המנוע. יחד עם זאת, ככל שהתרוקנו יותר חומרי גלם, כך היה משתלם יותר לחפש אלטרנטיבה.

מהו שמן? זוהי תערובת של פחמימנים, וליתר דיוק, ציקלו-אלקנים. מה הם? האלקן הפשוט ביותר ידוע לרבים כגז מתאן. בנוסף, ישנן זיהומים חנקן וגופריתיים בשמן. ואם זה מעובד נכון, אז אתה יכול לקבל הרבה חומרים שונים. קחו למשל את הבנזין הידוע. מה הוא מייצג? למעשה, מדובר בשבריר שמן בעל רתיחה נמוכה שנוצר על ידי פחמימנים קצרי שרשרת עם כמותאטומים מחמישה עד תשעה. בנזין הוא הדלק העיקרי למכוניות נוסעים וגם למטוסים קטנים. הסוג המודגש הבא הוא נפט. זה יותר צמיג וכבד. הוא נוצר מפחמימנים שבהם יש בין 10 ל-16 אטומים. נפט משמש במטוסי סילון ומנועים. חלק כבד עוד יותר הוא שמן גז. הוא משמש בסולר, שהוא תערובת עם נפט.

חיפוש מדעי אחר חלופה

למרות שהשברים העיקריים מתקבלים מנפט, התברר שניתן להשתמש גם בחומרי גלם אחרים של פחמן למטרה זו. בעיה זו נפתרה על ידי כימאים כבר ב-1926. אז גילו המדענים פישר וטרופש את תגובת ההפחתה של פחמן חד חמצני בלחץ אטמוספרי. נמצא כי פחמימנים נוזליים ומוצקים יכולים להיווצר מתערובת גז בנוכחות זרזים. מבחינת ההרכב הכימי שלהם, הם היו קרובים למוצרים המתקבלים מנפט. תוצאת המחקר הכימי נקראה "גז סינתזה". זה יצא די קל. עד כדי כך שאפשר לחזור על זה בבית על ידי כל אדם שלא דילג על כימיה ופיזיקה בבית הספר. הוא הושג על ידי העברת אדי מים על פחם (זהו הגיזוז שלו) או על ידי המרת גז טבעי רגיל (הוא מורכב בעיקר מתאן). במקרה השני, נעשה שימוש נוסף בזרזי מתכת. יש לציין שניתן ליצור גז סינתזה לא רק מתאן ופחם. כיוון מבטיח נחשב כעת לעבודה על אנזימטי ועיבוד תרמוכימי של פסולת חומרי גלם צמחיים. אל לנו גם לשכוח את ההמרה של ביוגז, כלומר, חומרים נדיפים המתקבלים מפירוק פסולת אורגנית.

איך האפליקציה התפתחה?

גרמניה הנאצית הצטיינה בהקשר זה. במהלך מלחמת העולם השנייה, היו לה בעיות משמעותיות מבחינת אספקת הדלק. לכן נוצרו מתחמים שלמים שעיבדו פחם לדלק נוזלי. והבנזין הסינטטי של הרייך השלישי תרם את תרומתו המשמעותית, ודחה את נפילת המדינה הנוראה הזו. לאחר מכן נעשה שימוש בשיטה של הנזלה כימית של פחם עד לקבלת דלק פירוליזה. עד סוף המלחמה הצליחה גרמניה הנאצית להגיע לרמה של 100,000 חביות נפט סינטטי ליום. במונחים רגילים יותר, מדובר ביותר מ-130 טון! השימוש בפחם מועיל בשל ההרכב הכימי הדומה. אז, תכולת המימן בו היא 8%, בעוד שבשמן היא 15%. אם תיצור משטר טמפרטורה מסוים ותרוה את הפחם במימן בנפח משמעותי, הוא יעבור למצב נוזלי. תהליך זה נקרא הידרוגנציה. בנוסף, ניתן להאיץ ולהגדיל את נפחו אם משתמשים בזרזים: ברזל, פח, ניקל, מוליבדן, אלומיניום ועוד רבים אחרים. כל זה מאפשר לבודד שברים שונים ולהשתמש בהם להמשך עיבוד.

בנזין סינטטי מיוצר בגרמניה כעת. לאחר מלחמת העולם השנייה, דרום אפריקה הלכה בעקבותיה. לאחר מכןסין, אוסטרליה וארצות הברית החלו להצטרף. יש לציין שיש לנו גם פוטנציאל לפיתוח אזור זה.

על ירידה ועלייה

בברית המועצות, עוד לפני תחילת מלחמת העולם השנייה, היו חיפושים אחר מיצוי אפשרי של בנזין מפחם חום. אבל, אבוי, לא ניתן היה להשיג תוצאות המתאימות לייצור תעשייתי. לאחר סיום הסכסוך ירד מחיר הנפט ואיתו נעלם הצורך בדלק סינטטי. כעת, עקב הירידה במאגרי הנפט, אזור זה חווה לידה מחדש. ייצור בנזין סינטטי הופך יותר ויותר נרחב, ולעתים קרובות נפגש עם תמיכה מהמדינה. לדוגמה, בארצות הברית, יצרני דלקים כאלה יכולים לסמוך על סובסידיות ממשלתיות. למרות כל התנאים המוקדמים, דלקים נוזליים מיוצרים בהיקף מוגבל. העובדה היא שהרחבת היכולות הקיימות מוגבלת על ידי העלות הגבוהה, העולה משמעותית על מה שמתקבל מחומרי גלם קונבנציונליים. לדוגמה, בנזין סינטטי בגרמניה אפשר לייצר ממים ופחמן דו חמצני, אבל בעוד שנה בלבד הוא יעלה מכונית חדשה. והכל בגלל עלות ההתקנה הגבוהה. כיוון העבודה העיקרי הוא חיפוש אחר פתרונות טכניים כלכליים. לדוגמה, נושא הפחתת הלחץ להנזלת פחם פתוח. כעת יש צורך ליצור 300-700 אטמוספרות, והחיפוש מתבצע כדי להשיג ערך של 100 ומטה. רלוונטיים גם נושאי הגדלת התפוקה של גנרטורים, פיתוח זרזים חדשים (יעילים יותר). כן, ואסור לשכוח שאין כל כך הרבה פחם טבעי איכותי.לכן, זה נחשב מבטיח יותר להשיג אותו מגז. מה ההזדמנויות כאן?

מיוצר מגז טבעי

זה נכון במיוחד בגלל בעיות תחבורה קיימות. אז אם אתה מוביל גז טבעי, אז העלות של זה תהיה 30-50% מעלות המוצר הסופי. לכן, עיבודו מיד ליד מקום החילוץ לבנזין וסולר איכותיים רלוונטיים מאוד. זה מציב מספר דרישות לקומפקטיות של התקנות. אם תוצרים סופיים מתקבלים דרך שלב המתנול, אז תהליך כזה נוח בשל העובדה שהוא מתרחש בכור יחיד. אבל נדרשת אנרגיה רבה, וזו הסיבה שדלק סינטטי יקר פי שניים מנפט. חלופה לשיטה נפוצה זו הוצעה על ידי המכון לסינתזה פטרוכימית של האקדמיה הרוסית למדעים. זה כרוך בעבודה עם חומר ביניים אחר - דימתיל אתר. זה לא קשה לעבוד בדרך זו אם שיעור הפחמן חד חמצני בגז הסינתזה שנוצר גדל. ייצור בנזין סינטטי במקרה זה הוא דלק נוסף ודי ידידותי לסביבה. במיוחד הוא הראה את עצמו היטב בעת התנעת מנועים קרים בשל מספר הצטאן הגבוה שלו. ולייצור בנזין, אפשרות זו אינה רעה. אז, אתה יכול לעשות דלק עם דירוג אוקטן של 92. בנזין סינטטי מגז טבעי באותו זמן יש פחות זיהומים מזיקים מאלה שניתן למצוא אלה עשוי נפט. ההתקנה המוצעת על ידי האקדמיה הרוסית למדעים מציעה תכנית פעולה, לפיה, ככל שטמפרטורת התגובה גבוהה יותר, כךביצועים.

האם אתה יכול לעשות הכל בעצמך?

למרות העובדה שאנרגיה חלופית נחשבת למדע צעיר יחסית, אין בעיה לחזור על הישגיה בתוך משק בית אחד. לכן, כן, זה בהחלט אפשרי ליצור בנזין סינטטי במו ידיך. יתרה מכך, בהתחשב במפרט התנאים בהם צריך להתקיים, ניתן להסתמך על עצים, פחם וביוגז. למי מהם לתת עדיפות בבית - כל אחד מחליט בעצמו.

בתור הפשוטה ביותר, הרלוונטית ביותר היא השאלה איך להשיג בנזין סינטטי מעץ במו ידיך. רבים רואים בו אך ורק כחומר בנייה או חומר גלם לצעצועים. אבל כדאי לזכור לפחות אלכוהול עץ, ומתברר שהפוטנציאל קיים. איך להשיג גז סינתזה במקרה זה? יש צורך לקחת עץ (או הפסולת שלו, מה בדיוק לא חשוב). בבית, אתה יכול לעשות מכשיר משלושה חלקים, שכל אחד מהם יבצע את תפקידו. בתחילה, יש צורך להבטיח את ייבושם וחימוםם לטמפרטורה של 250-300 מעלות צלזיוס. ואז מגיע תורה של הפירוליזה. כאן הטמפרטורה צריכה לעלות ל-700 מעלות. והשלב האחרון הוא ייצור גז. זה מתחיל לבצע רפורמה בקיטור. התהליך מתרחש בטמפרטורה של 700-1000 מעלות. התוצאה היא גז סינתזה טהור מאוד. התערבות נוספת אינה נדרשת. לאחר מכן, אנו משתמשים בזרזים, ובנזין סינטטי מוכן!

לעשות מפחם

ועוד נקודה קטנה שלא הוזכרה קודם - בעבודה בבית, ההתקנות, בוודאות, יתבררו כגדולות למדי. לכן לא מומלץ למקם אותם בדירה. אבל ליצור אותם בבית שלך או בקרבתו זה דבר אמיתי מאוד.

ניתן להשיג בנזין סינטטי מפחם באמצעות השפעת קיטור. הגיזוז שלו הוא הדרך הקלה והישימה ביותר לתנאי הבית. אז בואו נתחיל. בתחילה, ליעילות רבה יותר ולהגברת מהירות התהליך, יש לרסק פחם. ואז הוא רווי במימן. לאחר מכן יש צורך ליצור טמפרטורה של 400-500 מעלות צלזיוס ולחץ של 50-300 ק"ג/ס"מ2. ואנחנו מחכים לרגע המעבר למצב נוזלי. אם לא נעשה שימוש בממס, אז רק 5-8% מהמסה הכוללת של הפחם יהפכו כך. ואז מגיע תורם של זרזים. מתאים לפחם: מוליבדן, ניקל, קובלט, פח, אלומיניום, ברזל וכן תרכובותיהם. ניתן להשתמש בכל סוג של חומר גלם לגיזה. חום, אבן - הכל יעשה. למרות שהאיכות שלו משפיעה על יעילות ההמרה. בעבר ניתן ייעוד כמות הפחמן והנתון נקרא 8%. זה לא לגמרי נכון. בהתאם למותג ולאיכות, הערך יכול לנוע בין 4% ל-8%. ובשביל ההתאמה המינימלית של עיבוד והפרדה של בנזין לאחר מכן, יש צורך להשיג ערך של 11% (טוב מ-15%). בהתחלה, לא העובדה שהכל יסתדר. במיוחד אם דילגת על שיעורים בפיזיקה וכִּימִיָה. עם זאת, בנזין סינטטי מפחם ניתן לייצר ולהשתמש בהצלחה.

עבודה עם ביוגז

זו גישה די יוצאת דופן ופזרנית, אבל היא עובדת. היופי שלו הוא גם בעובדה שכדלק יש לו יישום רחב יותר מסתם בנזין סינטטי. נכון, זה תופס הרבה מקום. כך, למשל, מטר מעוקב אחד של ביוגז שווה ערך ל-0.6 ליטר בנזין. אם אתה משתמש בו לא במצב דחוס, אז אפילו לוקח אותו אל גלגלי העיניים במשאית, לא תוכל לנסוע יותר ממאה או שניים קילומטרים. לכן, איך לסנתז ממנו את הבנזין הרצוי? זה אפשרי בשל העובדה שלמעשה מדובר במתאן עם זיהומים קטנים. זה בעצם מה שאתה צריך. הסינתזה, לעומת זאת, היא בעייתית. הרי משהו חדש ויחד עם זאת פשוט לא הומצא כאן. כלומר, עלינו לעבוד על יצירת גז סינתזה, ומתוכו להבטיח היווצרות בנזין. זה נעשה (לפי התוכנית הנפוצה ביותר) באמצעות מתנול. למרות שאתה יכול לעבוד דרך דימתיל אתר. כשמדובר במתנול, תמיד צריך לזכור שזה מסוכן ביותר. המצב מסובך בשל העובדה שיש לו ריח של אלכוהול, ונקודת הרתיחה היא 65 מעלות צלזיוס. באופן כללי, עבודה עם סינתזת דלק אינה משחק ילדים. לכן, לא יהיה מיותר ללמוד כימיה ופיזיקה אם ידע זה אינו זמין. בקיצור, בנזין סינטטי מתקבל על ידי זיקוק של גז וקבל. שיטה זו אינה מהירה, אך אם יש רקע תיאורטי טוב, היא לא קשה. אבל בלי ידע אי אפשר לעבודמוּמלָץ. אחרי הכל, מתנול טהור הוא הדלק בעל האוקטן הגבוה ביותר, ולכן מסוכן. והמנוע של מכונית רגילה לא "יעכל" את זה - הוא לא נועד לזה.

מסקנה

ככה משיגים דלק סינטטי. יש לציין כי לא מדובר בצעצועים, אלא בפעילות דליקה. לכן, ללא הכנה תיאורטית ראויה, אין לעסוק בעניין כזה. אחרי הכל, זו תהיה הפרה ישירה של כללי הבטיחות. והם, יש לזכור, כתובים תמיד בדם.