Benzina sintetica: descrizione, caratteristiche, prestazioni, metodi di produzione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

La scienza e il progresso ti permettono di creare cose che non sono mai state viste prima, a cui molti non potrebbero nemmeno pensare. Prendi, ad esempio, uno sviluppo relativamente nuovo come la benzina sintetica. Molte persone sanno che questo carburante si ottiene per distillazione dal petrolio. Ma può anche essere sintetizzato da carbone, legno, gas naturale. La produzione di benzina sintetica, pur non potendo sostituire del tutto il percorso di produzione convenzionale, merita comunque di essere studiata. Pertanto, verrà considerata la sua storia, così come i modi per ottenerlo.

Introduzione

È difficile immaginare la civiltà moderna senza carburante per motori: diesel, cherosene, benzina. Macchine, aerei, razzi, trasporti via acqua lavorano per loro. Ma la quantità di olio nelle viscere è limitata. Non molto tempo fa, si credeva che presto l'umanità avrebbe inevitabilmente dovuto affrontare una carenza di carburante. Ma si è scoperto,non è poi così triste. Nuove tecnologie sono in fase di sviluppo per estrarre riserve difficili da recuperare e stanno emergendo opzioni alternative. Possiamo anche citare l'energia verde e l'aumento dell'efficienza nell'uso delle risorse (le moderne piccole auto gestiscono facilmente 4-6 litri di carburante ogni cento chilometri, anche se all'inizio del nostro millennio ne richiedevano circa 10). E carburante di alta qualità, come si è scoperto, può essere ottenuto da varie materie prime non petrolifere.

Come è iniziato tutto?

Dobbiamo iniziare con eventi che hanno avuto luogo più di 150 anni fa. Fu allora che iniziò la produzione commerciale di petrolio. Da allora, l'umanità ha consumato più della metà delle cosiddette materie prime leggere. Inizialmente, il petrolio veniva utilizzato come fonte di energia termica. Ai nostri giorni, questo approccio non è economicamente sostenibile. Quando arrivò l'era automobilistica, i prodotti del frazionamento del petrolio si diffusero nel ruolo di carburante per motori. Allo stesso tempo, più materie prime erano esaurite, più redditizio diventava cercare un' alternativa.

Cos'è il petrolio? Questa è una miscela di idrocarburi e, più specificamente, cicloalcani. Quali sono? L'alcano più semplice è noto a molti come gas metano. Inoltre, nell'olio sono presenti impurità azotate e solforose. E se viene elaborato correttamente, puoi ottenere molti materiali diversi. Ad esempio, prendi la famosa benzina. Cosa rappresenta? Si tratta infatti di una frazione di olio bassobollente formata da idrocarburi a catena corta con una quantitàatomi da cinque a nove. La benzina è il carburante principale per le autovetture e per i piccoli aerei. Il prossimo tipo evidenziato è il cherosene. È più viscoso e pesante. È formato da idrocarburi in cui ci sono da 10 a 16 atomi. Il cherosene è utilizzato negli aerei a reazione e nei motori. Una frazione ancora più pesante è il gasolio. Viene utilizzato nel carburante diesel, che è una miscela con cherosene.

Ricerca scientifica per un' alternativa

Sebbene le principali frazioni siano ottenute dal petrolio, si è scoperto che anche altre materie prime di carbonio possono essere utilizzate per questo scopo. Questo problema fu risolto dai chimici già nel 1926. Poi gli scienziati Fischer e Tropsch hanno scoperto la reazione di riduzione del monossido di carbonio a pressione atmosferica. Si è riscontrato che idrocarburi liquidi e solidi possono essere formati da una miscela di gas in presenza di catalizzatori. In termini di composizione chimica, erano vicini ai prodotti ottenuti dal petrolio. Il risultato della ricerca chimica è stato chiamato "gas di sintesi". Si è rivelato abbastanza facile. Tanto che può essere ripetuto a casa da chiunque non abbia s altato chimica e fisica a scuola. Si otteneva facendo passare il vapore acqueo sul carbone (questa è la sua gassificazione) o convertendo il normale gas naturale (è costituito principalmente da metano). Nel secondo caso sono stati utilizzati anche catalizzatori metallici. Va notato che il gas di sintesi può essere creato non solo da metano e carbone. Una direzione promettente è ora considerata il lavoro su enzimatico etrattamento termochimico di scarti di materie prime vegetali. Non va inoltre dimenticata la conversione del biogas, cioè delle sostanze volatili ottenute dalla decomposizione dei rifiuti organici.

Come si è evoluta l'applicazione?

La Germania nazista eccelleva in questo senso. Durante la seconda guerra mondiale, ebbe notevoli problemi in termini di approvvigionamento di carburante. Pertanto, sono stati creati interi complessi che trasformavano il carbone in combustibile liquido. E la benzina sintetica del Terzo Reich ha dato il suo contributo significativo, rinviando abbastanza fortemente la caduta di questo terribile stato. Quindi è stato utilizzato il metodo di liquefazione chimica del carbone fino a ottenere il combustibile di pirolisi. Alla fine della guerra, la Germania nazista riuscì a raggiungere il livello di 100.000 barili di petrolio sintetico al giorno. In termini più usuali, si tratta di più di 130 tonnellate! L'uso del carbone è opportuno a causa della composizione chimica simile. Quindi, in esso il contenuto di idrogeno è dell'8%, mentre nell'olio è del 15%. Se crei un certo regime di temperatura e satura il carbone con idrogeno in un volume significativo, passerà allo stato liquido. Questo processo è chiamato idrogenazione. Inoltre, può essere accelerato e aumentato di volume se si utilizzano catalizzatori: ferro, stagno, nichel, molibdeno, alluminio e molti altri. Tutto ciò consente di isolare varie frazioni e utilizzarle per ulteriori elaborazioni.

La benzina sintetica è ora prodotta in Germania. Dopo la seconda guerra mondiale, il Sudafrica seguì l'esempio. QuindiCina, Australia e Stati Uniti hanno iniziato ad aderire. Va notato che abbiamo anche il potenziale per lo sviluppo di quest'area.

A proposito di cadere e salire

In Unione Sovietica, anche prima dell'inizio della seconda guerra mondiale, si cercava una possibile estrazione di benzina dalla lignite. Ma, ahimè, non è stato possibile ottenere risultati adatti alla produzione industriale. Dopo la fine del conflitto, il prezzo del petrolio è sceso e con esso è scomparsa la necessità di combustibili sintetici. Ora, a causa della diminuzione delle riserve petrolifere, questa zona sta vivendo una rinascita. La produzione di benzina sintetica sta diventando sempre più diffusa, incontrando spesso il sostegno dello Stato. Ad esempio, negli Stati Uniti, i produttori di tali combustibili possono contare su sussidi governativi. Nonostante tutti i prerequisiti, i combustibili liquidi sono prodotti su scala limitata. Il fatto è che l'ampliamento delle capacità esistenti è limitato dall' alto costo, che supera notevolmente quello che si ottiene dalle materie prime convenzionali. Ad esempio, la benzina sintetica in Germania può essere prodotta con acqua e anidride carbonica, ma in appena un anno costerà un'auto nuova. E tutto a causa dell' alto costo di installazione. La direzione principale del lavoro è la ricerca di soluzioni tecniche economiche. Ad esempio, la questione della riduzione della pressione per la liquefazione del carbone è aperta. Ora è necessario creare 300-700 atmosfere e la ricerca viene effettuata per raggiungere un valore di 100 e inferiore. Rilevanti sono anche le questioni relative all'aumento della produttività dei generatori, allo sviluppo di nuovi catalizzatori (più efficienti). Sì, e non dobbiamo dimenticare che non c'è così tanto carbone naturale di alta qualità. Pertanto, è considerato più promettente ottenerlo dal gas. Quali sono le opportunità qui?

Prodotto da gas naturale

Questo è particolarmente vero a causa di problemi di trasporto esistenti. Quindi, se trasporti gas naturale, il costo sarà del 30-50% del costo del prodotto finale. Pertanto, la sua elaborazione immediatamente vicino al luogo di estrazione in benzina e gasolio di alta qualità è molto rilevante. Ciò pone una serie di requisiti per la compattezza degli impianti. Se i prodotti finali sono ottenuti attraverso lo stadio del metanolo, un tale processo è conveniente poiché avviene in un unico reattore. Ma è necessaria molta energia, motivo per cui il carburante sintetico è due volte più costoso del petrolio. Un' alternativa a questo metodo comune è stata proposta dall'Istituto di sintesi petrolchimica dell'Accademia delle scienze russa. Implica il lavoro con un altro intermedio: l'etere dimetilico. Non è difficile lavorare in questo modo se si aumenta la proporzione di monossido di carbonio nel gas di sintesi risultante. La produzione di benzina sintetica in questo caso è un carburante aggiuntivo e piuttosto ecologico. Soprattutto si è mostrato bene all'avviamento di motori a freddo grazie al suo alto numero di cetano. E per la produzione di benzina, questa opzione non è male. Quindi, puoi produrre carburante con un numero di ottano di 92. La benzina sintetica dal gas naturale allo stesso tempo ha meno impurità nocive di quelle che si possono trovare in quelle a base di petrolio. L'installazione proposta dall'Accademia Russa delle Scienze offre uno schema di funzionamento, secondo il quale, maggiore è la temperatura di reazione, piùperformance.

Puoi fare tutto da solo?

Nonostante il fatto che l'energia alternativa sia considerata una scienza relativamente giovane, non è un problema ripetere i suoi risultati all'interno di una famiglia. Pertanto, sì, è del tutto possibile creare benzina sintetica con le tue mani. Inoltre, date le specificità delle condizioni in cui si deve esistere, è possibile fare affidamento su legna, carbone e biogas. A quale di loro dare la preferenza a casa - ognuno decide da solo.

Come la più semplice, la più rilevante è la domanda su come ottenere benzina sintetica dal legno con le proprie mani. Molti lo considerano esclusivamente come materiale da costruzione o materia prima per i giocattoli. Ma vale la pena ricordare almeno l'alcol di legno e diventa chiaro che il potenziale esiste. Come ottenere il gas di sintesi in questo caso? È necessario prendere il legno (o i suoi scarti, cosa esattamente non è importante). A casa, puoi realizzare un dispositivo da tre parti, ognuna delle quali svolgerà la sua funzione. Inizialmente, è necessario garantire la loro asciugatura e riscaldamento a una temperatura di 250-300 gradi Celsius. Poi arriva il turno della pirolisi. Qui la temperatura dovrebbe salire a 700 gradi. E la fase finale è la generazione di gas. Inizia il reforming a vapore. Il processo avviene ad una temperatura di 700-1000 gradi. Il risultato è un gas di sintesi molto puro. Non è richiesto un ulteriore intervento. Successivamente, utilizziamo catalizzatori e la benzina sintetica è pronta!

Produci dal carbone

E un altro piccolo punto che non è stato menzionato prima: quando si lavora a casa, le installazioni, di sicuro, si riveleranno piuttosto grandi. Pertanto, non è consigliabile collocarli in un appartamento. Ma crearli a casa tua o vicino ad essa è una cosa molto reale.

La benzina sintetica può essere ottenuta dal carbone attraverso l'influenza del vapore. La sua gassificazione è il modo più semplice e fattibile per le condizioni domestiche. Quindi iniziamo. Inizialmente, per una maggiore efficienza e un aumento della velocità del processo, il carbone deve essere frantumato. Quindi è saturo di idrogeno. Quindi è necessario creare una temperatura di 400-500 gradi Celsius e una pressione di 50-300 kg/cm2. E stiamo aspettando il momento del passaggio allo stato liquido. Se non viene utilizzato alcun solvente, lo diventerà solo il 5-8% della massa totale di carbone. Poi arriva il turno dei catalizzatori. Adatto per carbone: molibdeno, nichel, cob alto, stagno, alluminio, ferro e loro composti. Qualsiasi tipo di materia prima può essere utilizzata per la gassificazione. Marrone, pietra: tutto andrà bene. Sebbene la sua qualità influisca sull'efficienza di conversione. In precedenza, veniva data la designazione della quantità di carbonio e la cifra era chiamata 8%. Questo non è del tutto vero. A seconda del marchio e della qualità, il valore può variare dal 4% all'8%. E per l'idoneità minima della successiva lavorazione e separazione della benzina, è necessario raggiungere un valore dell'11% (migliore del 15%). Inizialmente, non il fatto che tutto si risolverà. Soprattutto se hai s altato le lezioni di fisica echimica. Tuttavia, la benzina sintetica dal carbone può essere prodotta e utilizzata con successo.

Lavorare con il biogas

Questo è un approccio piuttosto insolito e stravagante, ma funziona. La sua bellezza sta anche nel fatto che come carburante ha un'applicazione più ampia rispetto alla semplice benzina sintetica. È vero, occupa molto spazio. Quindi, ad esempio, un metro cubo di biogas equivale a 0,6 litri di benzina. Se lo usi non in uno stato compresso, anche portandolo agli occhi su un camion, non sarai in grado di guidare per più di cento o due chilometri. Pertanto, come sintetizzare la benzina desiderata da essa? Ciò è possibile per il fatto che, di fatto, si tratta di metano con piccole impurità. Questo è praticamente ciò di cui hai bisogno. La sintesi, tuttavia, è problematica. Dopotutto, qui non è stato inventato qualcosa di nuovo e allo stesso tempo semplice. Cioè, dobbiamo lavorare sulla creazione di gas di sintesi e da esso garantire la formazione di benzina. Questo viene fatto (secondo lo schema più comune) attraverso il metanolo. Anche se puoi lavorare con l'etere dimetilico. Quando si tratta di metanolo, dovresti sempre ricordare che è estremamente pericoloso. La situazione è complicata dal fatto che ha odore di alcol e il punto di ebollizione è di 65 gradi Celsius. In generale, lavorare con la sintesi del carburante non è un gioco da ragazzi. Pertanto, non sarà superfluo imparare la chimica e la fisica se questa conoscenza non è disponibile. In breve, la benzina sintetica si ottiene per distillazione del gas e un condensatore. Questo metodo non è veloce, ma se c'è un buon background teorico, non è difficile. Ma senza conoscenza è impossibile lavorareconsigliato. Dopotutto, il metanolo puro è il carburante con il numero di ottano più elevato e quindi pericoloso. E il motore di un'auto normale non lo "digerisce" - non è progettato per questo.

Conclusione

Ecco come ottenere carburante sintetico. Va notato che questi non sono giocattoli, ma un'attività infiammabile. Pertanto, senza un'adeguata preparazione teorica, non ci si dovrebbe impegnare in una materia del genere. Dopotutto, questa sarebbe una violazione diretta delle regole di sicurezza. E loro, va ricordato, sono sempre scritti con il sangue.