بنزین مصنوعی: توضیحات، ویژگی ها، عملکرد، روش های تولید

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

علم و پیشرفت به شما این امکان را می دهد که چیزهایی را خلق کنید که قبلاً هرگز دیده نشده بودند و بسیاری حتی فکرش را هم نمی کردند. به عنوان مثال، توسعه نسبتا جدیدی مانند بنزین مصنوعی را در نظر بگیرید. بسیاری از مردم می دانند که این سوخت از تقطیر از روغن به دست می آید. اما می توان آن را از زغال سنگ، چوب، گاز طبیعی نیز سنتز کرد. تولید بنزین مصنوعی اگرچه نمی تواند به طور کامل جایگزین مسیر تولید متعارف شود، اما هنوز جای مطالعه دارد. بنابراین تاریخچه آن و همچنین راه های بدست آوردن آن مورد توجه قرار خواهد گرفت.

مقدمه

تصور تمدن مدرن بدون سوخت موتور - گازوئیل، نفت سفید، بنزین دشوار است. ماشین، هواپیما، موشک، حمل و نقل آب برای آنها کار می کند. اما مقدار روغن در روده محدود است. نه چندان دور، اعتقاد بر این بود که بشریت به زودی ناگزیر با کمبود سوخت مواجه خواهد شد. اما معلوم شد،این همه غم انگیز نیست فناوری‌های جدیدی برای استخراج ذخایری که به سختی قابل بازیابی هستند در حال توسعه هستند و گزینه‌های جایگزین در حال ظهور هستند. همچنین می توان به انرژی سبز و افزایش راندمان استفاده از منابع اشاره کرد (خودروهای کوچک مدرن به راحتی 4-6 لیتر سوخت در هر صد کیلومتر مدیریت می کنند، اگرچه در آغاز هزاره ما به حدود 10 لیتر نیاز داشتند). و همانطور که مشخص شد سوخت با کیفیت بالا را می توان از مواد اولیه غیر نفتی مختلف به دست آورد.

همه چیز چگونه شروع شد؟

باید با وقایعی که بیش از 150 سال پیش رخ داده شروع کنیم. از آن زمان بود که تولید نفت تجاری آغاز شد. از آن زمان، بشر بیش از نیمی از مواد خام به اصطلاح سبک را مصرف کرده است. در ابتدا از نفت به عنوان منبع انرژی حرارتی استفاده می شد. در زمان ما، این رویکرد از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. هنگامی که عصر خودرو فرا رسید، محصولات حاصل از تقسیم روغن در نقش سوخت موتور گسترده شد. در عین حال، هر چه مواد خام بیشتر تخلیه می‌شد، جستجوی جایگزین سودآورتر می‌شد.

روغن چیست؟ این مخلوطی از هیدروکربن ها و به طور خاص، سیکلوآلکان ها است. آنها چه هستند؟ ساده ترین آلکان را بسیاری با نام گاز متان می شناسند. علاوه بر این، ناخالصی های نیتروژنی و گوگردی در روغن وجود دارد. و اگر به درستی پردازش شود، می توانید مواد مختلف زیادی دریافت کنید. به عنوان مثال، بنزین معروف را انتخاب کنید. او چه چیزی را نمایندگی می کند؟ در واقع، این یک کسر روغن کم جوش است که توسط هیدروکربن های زنجیره کوتاه با مقداری تشکیل شده است.اتم ها از پنج تا نه. بنزین سوخت اصلی خودروهای سواری و همچنین هواپیماهای کوچک است. نوع برجسته بعدی نفت سفید است. چسبناک تر و سنگین تر است. از هیدروکربن هایی تشکیل می شود که در آن از 10 تا 16 اتم وجود دارد. نفت سفید در هواپیماها و موتورهای جت استفاده می شود. کسری حتی سنگین تر، نفت گاز است. در سوخت دیزل که مخلوطی با نفت سفید است استفاده می شود.

جستجوی علمی برای جایگزین

اگرچه فراکسیون های اصلی از نفت به دست می آیند، اما مشخص شد که می توان از سایر مواد خام کربنی نیز برای این منظور استفاده کرد. این مشکل در اوایل سال 1926 توسط شیمیدانان حل شد. سپس دانشمندان فیشر و تروپش واکنش کاهش مونوکسید کربن را تحت فشار اتمسفر کشف کردند. مشخص شد که هیدروکربن های مایع و جامد را می توان از مخلوط گاز در حضور کاتالیزورها تشکیل داد. از نظر ترکیب شیمیایی آنها به محصولات به دست آمده از نفت نزدیک بودند. نتیجه تحقیقات شیمیایی «گاز سنتز» نام گرفت. خیلی راحت معلوم شد آنقدر که هر فردی که در مدرسه شیمی و فیزیک را رد نکرده باشد می تواند آن را در خانه تکرار کند. با عبور بخار آب از روی زغال سنگ (این تبدیل به گاز آن است) یا با تبدیل گاز طبیعی معمولی (که عمدتاً متان است) به دست آمد. در مورد دوم، از کاتالیزورهای فلزی نیز استفاده شد. لازم به ذکر است که گاز سنتز نه تنها از متان و زغال سنگ می تواند ایجاد شود. یک جهت امیدوارکننده در حال حاضر در نظر گرفته می شود کار بر روی آنزیمی وپردازش ترموشیمیایی ضایعات مواد خام گیاهی همچنین نباید تبدیل بیوگاز، یعنی مواد فرار حاصل از تجزیه زباله های آلی را فراموش کنیم.

برنامه چگونه تکامل یافته است؟

آلمان نازی در این زمینه سرآمد بود. در طول جنگ جهانی دوم، او مشکلات قابل توجهی از نظر تامین سوخت داشت. بنابراین، مجتمع های کاملی ایجاد شد که زغال سنگ را به سوخت مایع تبدیل می کرد. و بنزین مصنوعی رایش سوم سهم قابل توجهی داشت و سقوط این دولت وحشتناک را به شدت به تعویق انداخت. سپس از روش مایع سازی شیمیایی زغال سنگ استفاده شد تا سوخت پیرولیز بدست آمد. در پایان جنگ، آلمان نازی توانست به سطح 100000 بشکه نفت مصنوعی در روز برسد. به عبارت معمول تر، این بیش از 130 تن است! استفاده از زغال سنگ به دلیل ترکیب شیمیایی مشابه، مناسب است. بنابراین، محتوای هیدروژن در آن 8٪ است، در حالی که در روغن 15٪ است. اگر یک رژیم دمایی مشخص ایجاد کنید و زغال سنگ را با هیدروژن در حجم قابل توجهی اشباع کنید، آنگاه به حالت مایع می رود. این فرآیند هیدروژناسیون نامیده می شود. علاوه بر این، در صورت استفاده از کاتالیزورها، می توان آن را شتاب داد و حجم آن را افزایش داد: آهن، قلع، نیکل، مولیبدن، آلومینیوم و بسیاری دیگر. همه اینها امکان جداسازی کسرهای مختلف و استفاده از آنها را برای پردازش بیشتر فراهم می‌کند.

بنزین مصنوعی هم اکنون در آلمان تولید می شود. پس از جنگ جهانی دوم، آفریقای جنوبی نیز از آن پیروی کرد. سپسچین، استرالیا و ایالات متحده شروع به پیوستن کردند. لازم به ذکر است که ما نیز پتانسیل توسعه این منطقه را داریم.

درباره سقوط و برخاستن

در اتحاد جماهیر شوروی، حتی قبل از شروع جنگ جهانی دوم، جستجوهایی برای استخراج احتمالی بنزین از زغال سنگ قهوه ای وجود داشت. اما افسوس که امکان دستیابی به نتایج مناسب برای تولید صنعتی وجود نداشت. پس از پایان درگیری، قیمت نفت کاهش یافت و با آن، نیاز به سوخت مصنوعی از بین رفت. اکنون به دلیل کاهش ذخایر نفت، این منطقه در حال تولدی دوباره است. تولید بنزین مصنوعی روز به روز گسترده تر می شود و اغلب با حمایت دولت مواجه می شود. به عنوان مثال، در ایالات متحده، تولید کنندگان چنین سوخت هایی می توانند روی یارانه های دولتی حساب کنند. با وجود تمام پیش نیازها، سوخت مایع در مقیاس محدود تولید می شود. واقعیت این است که گسترش ظرفیت های موجود به دلیل هزینه بالا محدود می شود که به طور قابل توجهی از آنچه از مواد خام معمولی به دست می آید بیشتر است. به عنوان مثال، بنزین مصنوعی در آلمان را می توان از آب و دی اکسید کربن تهیه کرد، اما تنها در یک سال هزینه یک خودروی جدید خواهد داشت. و همه به دلیل هزینه بالای نصب است. جهت اصلی کار جستجوی راه حل های فنی اقتصادی است. به عنوان مثال، موضوع کاهش فشار برای مایع سازی زغال سنگ باز است. اکنون باید 300-700 اتمسفر ایجاد کرد و جستجو برای دستیابی به مقدار 100 و کمتر انجام می شود. همچنین مسائل مربوط به افزایش بهره وری ژنراتورها، توسعه کاتالیزورهای جدید (کارآمدتر) است. بله، و ما نباید فراموش کنیم که زغال سنگ طبیعی با کیفیت بالا وجود ندارد.بنابراین، به دست آوردن آن از گاز امیدوارکننده تر تلقی می شود. فرصت ها در اینجا چیست؟

تولید شده از گاز طبیعی

این به ویژه به دلیل مشکلات حمل و نقل موجود صادق است. بنابراین، اگر گاز طبیعی را حمل کنید، هزینه این 30-50٪ از هزینه محصول نهایی خواهد بود. بنابراین، پردازش آن بلافاصله در نزدیکی محل استخراج به بنزین با کیفیت بالا و سوخت دیزل بسیار مرتبط است. این یک سری الزامات را برای فشرده بودن تاسیسات مطرح می کند. اگر محصولات نهایی از طریق مرحله متانول به دست آید، چنین فرآیندی به دلیل این واقعیت که در یک راکتور منفرد انجام می شود، راحت است. اما انرژی زیادی مورد نیاز است، به همین دلیل است که سوخت مصنوعی دو برابر نفت گران است. جایگزینی برای این روش رایج توسط موسسه سنتز پتروشیمی آکادمی علوم روسیه پیشنهاد شد. این شامل کار با یک واسطه دیگر - دی متیل اتر است. اگر نسبت مونوکسید کربن در گاز سنتز حاصل افزایش یابد، کار به این روش دشوار نیست. تولید بنزین مصنوعی در این مورد یک سوخت اضافی و نسبتاً سازگار با محیط زیست است. مخصوصاً هنگام راه اندازی موتورهای سرد به دلیل عدد ستان بالا خود را به خوبی نشان می داد. و برای تولید بنزین این گزینه بد نیست. بنابراین، می توانید سوختی با درجه اکتان 92 بسازید. بنزین مصنوعی از گاز طبیعی در عین حال دارای ناخالصی های مضر کمتری نسبت به آنهایی است که در بنزین های ساخته شده از نفت یافت می شود. نصب پیشنهاد شده توسط آکادمی علوم روسیه یک طرح عملیاتی را ارائه می دهد که بر اساس آن، هر چه دمای واکنش بالاتر باشد، بیشترعملکرد.

آیا می توانید همه این کارها را خودتان انجام دهید؟

علیرغم این واقعیت که انرژی جایگزین یک علم نسبتاً جوان در نظر گرفته می شود، تکرار دستاوردهای آن در یک خانواده مشکلی نیست. بنابراین، بله، ایجاد بنزین مصنوعی با دستان خود کاملاً امکان پذیر است. علاوه بر این، با توجه به شرایطی که فرد باید در آن وجود داشته باشد، می توان به چوب، زغال سنگ و بیوگاز تکیه کرد. کدام یک از آنها را در خانه ترجیح دهد - هر کسی برای خودش تصمیم می گیرد.

به عنوان ساده ترین، مرتبط ترین مسئله این است که چگونه می توان بنزین مصنوعی را از چوب با دستان خود تهیه کرد. بسیاری آن را صرفاً به عنوان یک ماده ساختمانی یا ماده اولیه برای اسباب بازی ها در نظر می گیرند. اما لازم است حداقل الکل چوب را به خاطر بسپارید و مشخص می شود که پتانسیل وجود دارد. چگونه گاز سنتز را در این مورد بدست آوریم؟ گرفتن چوب (یا ضایعات آن، دقیقاً چه چیزی مهم نیست) ضروری است. در خانه می توانید یک دستگاه از سه قسمت بسازید که هر کدام عملکرد خود را انجام می دهند. در ابتدا لازم است از خشک شدن و گرم شدن آنها تا دمای 250-300 درجه سانتیگراد اطمینان حاصل شود. سپس نوبت به پیرولیز می رسد. در اینجا دما باید به 700 درجه افزایش یابد. و مرحله آخر تولید گاز است. شروع به اصلاح بخار می کند. این فرآیند در دمای 700-1000 درجه انجام می شود. نتیجه یک گاز سنتز بسیار خالص است. مداخله اضافی لازم نیست. بعد، ما از کاتالیزور استفاده می کنیم و بنزین مصنوعی آماده است!

ساخت از زغال سنگ

و یک نکته کوچک دیگر که قبلا ذکر نشده است - هنگام کار در خانه، مطمئناً نصب ها بسیار بزرگ خواهند بود. بنابراین، قرار دادن آنها در آپارتمان توصیه نمی شود. اما ایجاد آنها در خانه خود یا نزدیک آن یک چیز بسیار واقعی است.

بنزین مصنوعی را می توان از زغال سنگ از طریق تأثیر بخار به دست آورد. گازی شدن آن ساده ترین و امکان پذیرترین راه برای شرایط خانه است. پس بیایید شروع کنیم. در ابتدا، برای بهره وری بیشتر و افزایش سرعت فرآیند، زغال سنگ باید خرد شود. سپس با هیدروژن اشباع می شود. سپس لازم است دمای 400-500 درجه سانتیگراد و فشار 50-300 کیلوگرم بر سانتی متر2 ایجاد شود. و ما منتظر لحظه انتقال به حالت مایع هستیم. اگر از حلال استفاده نشود، تنها 5 تا 8 درصد از کل جرم زغال سنگ به آن تبدیل می شود. سپس نوبت به کاتالیزورها می رسد. مناسب برای زغال سنگ: مولیبدن، نیکل، کبالت، قلع، آلومینیوم، آهن و همچنین ترکیبات آنها. از هر نوع ماده خامی می توان برای گازسازی استفاده کرد. قهوه ای، سنگ - همه چیز انجام خواهد شد. اگرچه کیفیت آن بر راندمان تبدیل تأثیر می گذارد. قبلاً تعیین مقدار کربن داده می شد و این رقم را 8 درصد می نامیدند. این کاملا درست نیست. بسته به برند و کیفیت، ارزش می تواند از 4٪ تا 8٪ متغیر باشد. و برای حداقل مناسب بودن پردازش و جداسازی بعدی بنزین، دستیابی به مقدار 11٪ (بهتر از 15٪) ضروری است. در ابتدا، نه این واقعیت که همه چیز درست خواهد شد. به خصوص اگر دروس فیزیک وعلم شیمی. با این وجود، بنزین مصنوعی از زغال سنگ می تواند با موفقیت ساخته و استفاده شود.

کار با بیوگاز

این یک رویکرد نسبتاً غیرعادی و عجیب است، اما کار می کند. زیبایی آن نیز در این است که به عنوان سوخت کاربرد وسیع تری نسبت به بنزین مصنوعی دارد. درست است که فضای زیادی را اشغال می کند. به عنوان مثال، یک متر مکعب بیوگاز معادل 0.6 لیتر بنزین است. اگر از آن در حالت فشرده استفاده نکنید، حتی آن را روی یک کامیون به کره چشم ببرید، نمی توانید بیش از صد یا دو کیلومتر رانندگی کنید. بنابراین چگونه می توان بنزین مورد نظر را از آن سنتز کرد؟ این امر به دلیل این واقعیت امکان پذیر است که در واقع متان با ناخالصی های کوچک است. این عملا همان چیزی است که شما نیاز دارید. با این حال، سنتز مشکل ساز است. از این گذشته ، چیزی جدید و در عین حال ساده در اینجا اختراع نشده است. یعنی باید روی ایجاد گاز سنتز کار کنیم و از تشکیل بنزین اطمینان حاصل کنیم. این کار (طبق رایج ترین طرح) از طریق متانول انجام می شود. اگرچه می توانید از طریق دی متیل اتر کار کنید. وقتی صحبت از متانول می شود، همیشه باید به یاد داشته باشید که بسیار خطرناک است. شرایط پیچیده تر از این است که بوی الکل دارد و نقطه جوش آن 65 درجه سانتیگراد است. به طور کلی، کار با سنتز سوخت، بازی کودکانه نیست. بنابراین، اگر این دانش در دسترس نباشد، یادگیری شیمی و فیزیک اضافی نخواهد بود. به طور خلاصه، بنزین مصنوعی از تقطیر گاز و یک کندانسور به دست می آید. این روش سریع نیست، اما اگر زمینه نظری خوبی وجود داشته باشد، دشوار نیست. اما بدون دانش نمی توان کار کردتوصیه شده. از این گذشته، متانول خالص بالاترین سوخت اکتان است و بنابراین خطرناک است. و موتور یک ماشین معمولی آن را "هضم" نمی کند - برای این طراحی نشده است.

نتیجه گیری

به این ترتیب سوخت مصنوعی بدست می آید. لازم به ذکر است که اینها اسباب بازی نیستند، بلکه یک فعالیت قابل اشتعال هستند. بنابراین، بدون آمادگی نظری مناسب، نباید به چنین موضوعی پرداخت. پس از همه، این نقض مستقیم قوانین ایمنی خواهد بود. و باید به خاطر داشت که همیشه با خون نوشته می شوند.