Synthetische benzine: beschrijving, kenmerken, prestaties, productiemethoden

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Wetenschap en vooruitgang stellen je in staat om dingen te creëren die nog nooit eerder zijn gezien, waar velen niet eens aan konden denken. Neem bijvoorbeeld zo'n relatief nieuwe ontwikkeling als synthetische benzine. Veel mensen weten dat deze brandstof wordt verkregen door destillatie uit olie. Maar het kan ook worden gesynthetiseerd uit steenkool, hout, aardgas. De productie van synthetische benzine, hoewel deze de conventionele productieroute niet volledig kan vervangen, verdient nog steeds te worden bestudeerd. Daarom wordt gekeken naar de geschiedenis ervan, evenals naar manieren om deze te verkrijgen.

Inleiding

Het is moeilijk om een moderne beschaving voor te stellen zonder motorbrandstof - diesel, kerosine, benzine. Auto's, vliegtuigen, raketten, vervoer over water werken voor hen. Maar de hoeveelheid olie in de darmen is beperkt. Nog niet zo lang geleden geloofde men dat de mensheid spoedig onvermijdelijk een brandstoftekort zou krijgen. Maar het bleek,het is allemaal niet zo triest. Er worden nieuwe technologieën ontwikkeld om moeilijk te recupereren reserves te winnen, en er ontstaan alternatieve opties. We kunnen ook groene energie noemen en de efficiëntie van het gebruik van hulpbronnen verhogen (moderne kleine auto's kunnen gemakkelijk 4-6 liter brandstof per honderd kilometer aan, hoewel ze aan het begin van ons millennium ongeveer 10 nodig hadden). En brandstof van hoge kwaliteit, zo bleek, kan worden verkregen uit verschillende niet-aardoliegrondstoffen.

Hoe is het allemaal begonnen?

We moeten beginnen met gebeurtenissen die meer dan 150 jaar geleden plaatsvonden. Het was toen dat de commerciële olieproductie begon. Sindsdien heeft de mensheid meer dan de helft van de zogenaamde lichte grondstoffen opgebruikt. Aanvankelijk werd olie gebruikt als bron van thermische energie. In onze tijd is deze aanpak economisch niet haalbaar. Toen het autotijdperk aanbrak, werden de producten van oliefractionering wijdverbreid in de rol van motorbrandstof. Tegelijkertijd, hoe meer grondstoffen uitgeput raakten, hoe winstgevender het werd om naar een alternatief te zoeken.

Wat is olie? Dit is een mengsel van koolwaterstoffen en meer specifiek cycloalkanen. Wat zijn ze? Het eenvoudigste alkaan is bij velen bekend als methaangas. Daarnaast zijn er stikstof- en zwavelhoudende onzuiverheden in olie. En als het correct wordt verwerkt, kun je veel verschillende materialen krijgen. Neem bijvoorbeeld de bekende benzine. Wat vertegenwoordigt hij? In feite is dit een laagkokende oliefractie gevormd door koolwaterstoffen met een korte keten met een hoeveelheidatomen van vijf tot negen. Benzine is de belangrijkste brandstof voor zowel personenauto's als kleine vliegtuigen. Het volgende gemarkeerde type is kerosine. Het is stroperiger en zwaarder. Het wordt gevormd uit koolwaterstoffen met 10 tot 16 atomen. Kerosine wordt gebruikt in straalvliegtuigen en motoren. Een nog zwaardere fractie is gasolie. Het wordt gebruikt in dieselbrandstof, een mengsel met kerosine.

Wetenschappelijke zoektocht naar een alternatief

Hoewel de belangrijkste fracties uit olie worden gehaald, bleken ook andere koolstofgrondstoffen hiervoor te gebruiken. Dit probleem werd al in 1926 door chemici opgelost. Toen ontdekten de wetenschappers Fischer en Tropsch de reductiereactie van koolmonoxide onder atmosferische druk. Gebleken is dat uit een gasmengsel in aanwezigheid van katalysatoren vloeibare en vaste koolwaterstoffen kunnen worden gevormd. In termen van hun chemische samenstelling lagen ze dicht bij producten die uit olie waren verkregen. Het resultaat van chemisch onderzoek werd "synthesegas" genoemd. Het bleek vrij eenvoudig. Zozeer zelfs dat het thuis kan worden herhaald door iedereen die op school scheikunde en natuurkunde niet heeft overgeslagen. Het werd verkregen door waterdamp over steenkool te leiden (dit is de vergassing ervan) of door gewoon aardgas om te zetten (het bestaat voornamelijk uit methaan). In het tweede geval werden bovendien metaalkatalysatoren gebruikt. Opgemerkt moet worden dat synthesegas niet alleen uit methaan en steenkool kan worden gemaakt. Een veelbelovende richting wordt nu beschouwd als werken aan enzymatische enthermochemische verwerking van afval van plantaardige grondstoffen. We mogen ook de omzetting van biogas niet vergeten, dat wil zeggen vluchtige stoffen die worden verkregen bij de afbraak van organisch afval.

Hoe is de applicatie geëvolueerd?

Nazi-Duitsland blonk in dit opzicht uit. Tijdens de Tweede Wereldoorlog had ze grote problemen met de brandstofvoorziening. Daarom ontstonden er hele complexen die steenkool verwerkten tot vloeibare brandstof. En de synthetische benzine van het Derde Rijk leverde zijn belangrijke bijdrage, waardoor de val van deze vreselijke staat behoorlijk werd uitgesteld. Vervolgens werd de methode van chemische vloeibaarmaking van steenkool gebruikt totdat pyrolysebrandstof was verkregen. Tegen het einde van de oorlog slaagde nazi-Duitsland erin om het niveau van 100.000 vaten synthetische olie per dag te bereiken. In meer gebruikelijke termen is dit meer dan 130 ton! Het gebruik van steenkool is handig vanwege de vergelijkbare chemische samenstelling. Dus daarin is het waterstofgeh alte 8%, terwijl het in olie 15% is. Als u een bepaald temperatuurregime creëert en de steenkool in een aanzienlijk volume verzadigt met waterstof, gaat deze in vloeibare toestand. Dit proces wordt hydrogenering genoemd. Bovendien kan het worden versneld en in volume worden vergroot als katalysatoren worden gebruikt: ijzer, tin, nikkel, molybdeen, aluminium en vele andere. Dit alles maakt het mogelijk om verschillende fracties te isoleren en te gebruiken voor verdere verwerking.

Synthetische benzine wordt nu in Duitsland geproduceerd. Na de Tweede Wereldoorlog volgde Zuid-Afrika. DanChina, Australië en de Verenigde Staten begonnen toe te treden. Opgemerkt moet worden dat we ook het potentieel hebben voor de ontwikkeling van dit gebied.

Over vallen en opstaan

In de Sovjet-Unie werd al voor het begin van de Tweede Wereldoorlog gezocht naar een mogelijke winning van benzine uit bruinkool. Maar helaas was het niet mogelijk om resultaten te verkrijgen die geschikt waren voor industriële productie. Na het einde van het conflict daalde de olieprijs en daarmee verdween de behoefte aan synthetische brandstof. Nu, door de afname van de oliereserves, beleeft dit gebied een wedergeboorte. De productie van synthetische benzine wordt steeds wijdverbreider, vaak met steun van de staat. In de Verenigde Staten kunnen fabrikanten van dergelijke brandstoffen bijvoorbeeld rekenen op overheidssubsidies. Ondanks alle randvoorwaarden worden vloeibare brandstoffen op beperkte schaal geproduceerd. Het feit is dat de uitbreiding van bestaande capaciteiten wordt beperkt door de hoge kosten, die aanzienlijk hoger zijn dan wat wordt verkregen uit conventionele grondstoffen. Synthetische benzine in Duitsland kan bijvoorbeeld worden gemaakt van water en koolstofdioxide, maar kost in slechts een jaar een nieuwe auto. En dat allemaal vanwege de hoge installatiekosten. De hoofdrichting van het werk is het zoeken naar economisch-technische oplossingen. Zo staat de kwestie van drukvermindering voor het vloeibaar maken van kolen open. Nu is het nodig om 300-700 sferen te creëren en wordt gezocht om een waarde van 100 en lager te bereiken. Ook relevant zijn de problematiek van het verhogen van de productiviteit van generatoren, de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren (efficiënter). Ja, en we mogen niet vergeten dat er niet zo veel natuurlijke steenkool van hoge kwaliteit is. Daarom wordt het als meer veelbelovend beschouwd om het uit gas te halen. Wat zijn hier de mogelijkheden?

Geproduceerd uit aardgas

Dit is vooral het geval vanwege bestaande transportproblemen. Dus als u aardgas vervoert, bedragen de kosten hiervan 30-50% van de kosten van het eindproduct. Daarom is de verwerking ervan onmiddellijk in de buurt van de plaats van winning tot hoogwaardige benzine en dieselbrandstof zeer relevant. Dit stelt een aantal eisen aan de compactheid van installaties. Als eindproducten worden verkregen via de methanolfase, dan is een dergelijk proces handig omdat het in een enkele reactor plaatsvindt. Maar er is veel energie nodig, daarom is synthetische brandstof twee keer zo duur als olie. Een alternatief voor deze gebruikelijke methode werd voorgesteld door het Instituut voor Petrochemische Synthese van de Russische Academie van Wetenschappen. Het gaat om het werken met een ander tussenproduct - dimethylether. Het is niet moeilijk om op deze manier te werken als het aandeel koolmonoxide in het resulterende synthesegas wordt verhoogd. De productie van synthetische benzine is in dit geval een extra en vrij milieuvriendelijke brandstof. Vooral bij het starten van koude motoren toonde het zich goed door het hoge cetaangetal. En voor de productie van benzine is deze optie niet slecht. Je kunt dus brandstof maken met een octaangetal van 92. Synthetische benzine uit aardgas bevat tegelijkertijd minder schadelijke onzuiverheden dan die van olie. De installatie voorgesteld door de Russische Academie van Wetenschappen biedt een werkingsschema, volgens welke, hoe hoger de reactietemperatuur, hoe meerprestatie.

Kun je het allemaal zelf?

Ondanks het feit dat alternatieve energie als een relatief jonge wetenschap wordt beschouwd, is het geen probleem om haar prestaties binnen één huishouden te herhalen. Daarom, ja, het is heel goed mogelijk om met uw eigen handen synthetische benzine te maken. Bovendien is het, gezien de specifieke omstandigheden waarin men moet bestaan, mogelijk te vertrouwen op hout, kolen en biogas. Aan welke van hen thuis de voorkeur wordt gegeven - iedereen beslist voor zichzelf.

Als de eenvoudigste, de meest relevante is de vraag hoe je met je eigen handen synthetische benzine uit hout kunt halen. Velen beschouwen het uitsluitend als bouwmateriaal of grondstof voor speelgoed. Maar het is de moeite waard om op zijn minst houtalcohol te onthouden, en het wordt duidelijk dat het potentieel bestaat. Hoe kom je in dit geval aan synthesegas? Het is noodzakelijk om hout (of zijn afval, wat precies is niet belangrijk) te nemen. Thuis kun je een apparaat maken uit drie delen, die elk hun functie vervullen. In eerste instantie is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat ze worden gedroogd en verwarmd tot een temperatuur van 250-300 graden Celsius. Dan komt de beurt aan pyrolyse. Hier moet de temperatuur oplopen tot 700 graden. En de laatste fase is de gasopwekking. Het begint met stoomreformeren. Het proces vindt plaats bij een temperatuur van 700-1000 graden. Het resultaat is een zeer zuiver synthesegas. Extra ingrijpen is niet nodig. Vervolgens gebruiken we katalysatoren en is synthetische benzine klaar!

Maken van steenkool

En nog een klein punt dat nog niet eerder werd genoemd - als je thuis werkt, zullen de installaties zeker behoorlijk groot blijken te zijn. Daarom wordt het niet aanbevolen om ze in een appartement te plaatsen. Maar ze in je eigen huis of in de buurt ervan maken, is heel echt.

Synthetische benzine kan onder invloed van stoom uit steenkool worden gewonnen. De vergassing ervan is de gemakkelijkste en meest haalbare manier voor thuisomstandigheden. Dus laten we beginnen. Voor een grotere efficiëntie en een verhoging van de snelheid van het proces moet in eerste instantie steenkool worden gebroken. Dan is het verzadigd met waterstof. Dan is het nodig om een temperatuur te creëren van 400-500 graden Celsius en een druk van 50-300 kg/cm2. En we wachten op het moment van overgang naar de vloeibare toestand. Als er geen oplosmiddel wordt gebruikt, wordt dit slechts 5-8% van de totale massa steenkool. Dan komt de beurt aan de katalysatoren. Geschikt voor steenkool: molybdeen, nikkel, kob alt, tin, aluminium, ijzer, evenals hun verbindingen. Voor vergassing kan elke grondstof worden gebruikt. Bruin, steen - alles zal doen. Hoewel de kwaliteit ervan de conversie-efficiëntie beïnvloedt. Voorheen werd de aanduiding van de hoeveelheid koolstof gegeven en heette het cijfer 8%. Dit is niet helemaal waar. Afhankelijk van het merk en de kwaliteit kan de waarde variëren van 4% tot 8%. En voor de minimale geschiktheid van latere verwerking en scheiding van benzine, is het noodzakelijk om een waarde van 11% (beter dan 15%) te bereiken. In eerste instantie niet het feit dat alles goed zal komen. Vooral als je lessen in natuurkunde hebt overgeslagen enchemie. Niettemin kan met succes synthetische benzine uit steenkool worden gemaakt en gebruikt.

Werken met biogas

Dit is een nogal ongebruikelijke en extravagante benadering, maar het werkt. De schoonheid ervan zit ook in het feit dat het als brandstof een bredere toepassing heeft dan alleen synthetische benzine. Toegegeven, het neemt veel ruimte in beslag. Zo staat bijvoorbeeld één kubieke meter biogas gelijk aan 0,6 liter benzine. Als je het niet in een gecomprimeerde staat gebruikt, en zelfs als je het op een vrachtwagen in de gaten houdt, kun je niet meer dan honderd of twee kilometer rijden. Daarom, hoe de gewenste benzine eruit te synthetiseren? Dit is mogelijk omdat het in feite methaan is met kleine onzuiverheden. Dat is praktisch wat je nodig hebt. De synthese is echter problematisch. Iets nieuws en tegelijkertijd eenvoudigs is hier immers niet uitgevonden. Dat wil zeggen, we moeten werken aan de creatie van synthesegas en daaruit de vorming van benzine verzekeren. Dit gebeurt (volgens het meest voorkomende schema) door middel van methanol. Hoewel je door dimethylether kunt werken. Als het om methanol gaat, moet je altijd onthouden dat het extreem gevaarlijk is. De situatie wordt gecompliceerd door het feit dat het naar alcohol ruikt en het kookpunt 65 graden Celsius is. Werken met brandstofsynthese is over het algemeen geen kinderspel. Daarom is het niet overbodig om scheikunde en natuurkunde te leren als deze kennis niet beschikbaar is. Kortom, synthetische benzine wordt verkregen door destillatie van gas en een condensor. Deze methode is niet snel, maar als er een goede theoretische achtergrond is, is het niet moeilijk. Maar zonder kennis is het onmogelijk om te werkenaanbevolen. Pure methanol is immers de brandstof met het hoogste octaangeh alte en dus gevaarlijk. En de motor van een gewone auto zal het niet "verteren" - het is hier niet voor ontworpen.

Conclusie

Zo krijg je synthetische brandstof. Opgemerkt moet worden dat dit geen speelgoed is, maar een ontvlambare activiteit. Daarom zou men zich zonder een goede theoretische voorbereiding niet met een dergelijke kwestie moeten bezighouden. Dit zou immers een directe overtreding van de veiligheidsregels zijn. En ze, het moet worden onthouden, zijn altijd met bloed geschreven.