Синтетик бензин: тодорхойлолт, шинж чанар, гүйцэтгэл, үйлдвэрлэлийн арга

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Шинжлэх ухаан, дэвшил нь урьд өмнө хэзээ ч харж байгаагүй, олон хүний санаанд багтамгүй зүйлсийг бүтээх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, синтетик бензин гэх мэт харьцангуй шинэ хөгжлийг авч үзье. Энэ түлшийг газрын тосноос нэрэх замаар гаргаж авдаг гэдгийг олон хүн мэддэг. Гэхдээ үүнийг нүүрс, мод, байгалийн хий зэргээс нэгтгэж болно. Синтетик бензин үйлдвэрлэх нь уламжлалт үйлдвэрлэлийн замыг бүрэн орлож чадахгүй ч судлах шаардлагатай хэвээр байна. Тиймээс түүний түүхийг мөн олж авах арга замыг авч үзэх болно.

Танилцуулга

Орчин үеийн соёл иргэншлийг моторын түлш - дизель, керосин, бензингүйгээр төсөөлөхөд хэцүү. Тэдэнд машин, онгоц, пуужин, усан тээвэр ажилладаг. Гэхдээ гэдэс дотор байгаа тосны хэмжээ хязгаарлагдмал байдаг. Тун удалгүй хүн төрөлхтөн удахгүй түлшний хомсдолд орох нь гарцаагүй гэж үздэг байсан. Гэвч энэ нь болсон,Энэ нь тийм ч гунигтай биш юм. Эргэхэд бэрх нөөцийг гаргаж авах шинэ технологи бий болж, өөр хувилбарууд гарч ирж байна. Ногоон эрчим хүч, нөөцийн ашиглалтын үр ашгийг нэмэгдүүлэх талаар бид бас дурьдаж болно (орчин үеийн жижиг машинууд зуун км тутамд 4-6 литр түлш зарцуулдаг боловч манай мянганы эхэнд 10 орчим литр түлш зарцуулдаг). Өндөр чанартай түлшийг газрын тосны бус төрөл бүрийн түүхий эдээс авах боломжтой болсон.

Энэ бүхэн яаж эхэлсэн бэ?

Бид 150 гаруй жилийн өмнө болсон үйл явдлуудаас эхлэх хэрэгтэй. Тэр үед газрын тосны арилжааны үйлдвэрлэл эхэлсэн. Тэр цагаас хойш хүн төрөлхтөн хөнгөн түүхий эд гэж нэрлэгддэг түүхий эдийнхээ талаас илүү хувийг хэрэглэж дуусгасан. Эхэндээ газрын тосыг дулааны эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашигладаг байсан. Бидний үед энэ арга нь эдийн засгийн хувьд ашиггүй юм. Автомашины эрин үе ирэхэд газрын тосны фракцын бүтээгдэхүүн нь моторын түлшний үүрэг рольд өргөн тархсан. Үүний зэрэгцээ түүхий эд хомсдох тусам өөр хувилбар хайх нь илүү ашигтай болсон.

Тос гэж юу вэ? Энэ нь нүүрсустөрөгчийн холимог, ялангуяа циклоалкануудын холимог юм. Тэд юу вэ? Хамгийн энгийн алканыг олон хүн метан хий гэж мэддэг. Үүнээс гадна газрын тосонд азотын болон хүхрийн хольцууд байдаг. Хэрэв энэ нь зөв боловсруулагдсан бол та маш олон төрлийн материалыг авах боломжтой. Жишээлбэл, сайн мэддэг бензинийг ав. Тэр юуг төлөөлдөг вэ? Үнэн хэрэгтээ энэ нь богино гинжин нүүрсустөрөгчөөс үүссэн бага буцалгах газрын тосны фракц юм.таваас ес хүртэлх атомууд. Бензин бол суудлын автомашин төдийгүй жижиг оврын онгоцны гол түлш юм. Дараагийн онцолсон төрөл бол керосин юм. Энэ нь илүү наалдамхай, хүнд байдаг. Энэ нь 10-16 атом агуулсан нүүрсустөрөгчөөс үүсдэг. Керосиныг тийрэлтэт онгоц, хөдөлгүүрт ашигладаг. Бүр илүү хүнд хэсэг нь хийн тос юм. Энэ нь керосинтэй холилдсон дизель түлшинд хэрэглэгддэг.

Өөр хувилбарын шинжлэх ухааны хайлт

Хэдийгээр үндсэн фракцуудыг газрын тосноос авдаг ч энэ зорилгоор бусад нүүрстөрөгчийн түүхий эдийг ашиглаж болох нь тогтоогдсон. Энэ асуудлыг 1926 онд химич нар шийдэж байжээ. Дараа нь эрдэмтэд Фишер, Тропш нар атмосферийн даралтын дор нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг бууруулах урвалыг нээсэн. Катализаторын оролцоотойгоор хийн хольцоос шингэн болон хатуу нүүрсустөрөгч үүсэх боломжтой болохыг тогтоожээ. Химийн найрлагын хувьд тэд газрын тосноос гаргаж авсан бүтээгдэхүүнтэй ойролцоо байв. Химийн судалгааны үр дүнг "синтезийн хий" гэж нэрлэсэн. Энэ нь маш амархан болсон. Сургууль дээрээ хими, физикийн хичээл алгасаж үзээгүй хүн гэртээ давтаж болохуйц хэмжээнд хүрсэн. Үүнийг нүүрсээр усны уураар дамжуулж (энэ нь түүнийг хийжүүлэх) эсвэл ердийн байгалийн хийг (гол төлөв метанаас бүрддэг) хувиргах замаар олж авсан. Хоёр дахь тохиолдолд металл катализаторыг нэмэлтээр ашигласан. Синтезийн хий нь зөвхөн метан, нүүрснээс бий болдог гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Одоо ирээдүйтэй чиглэл бол ферментийн болонургамлын гаралтай түүхий эдийн хаягдлыг термохимийн аргаар боловсруулах. Био хий, өөрөөр хэлбэл органик хог хаягдлын задралаас гаргаж авсан дэгдэмхий бодисыг хувиргах талаар бид мартаж болохгүй.

Аппликейшн хэрхэн хөгжсөн бэ?

Нацист Герман энэ тал дээр илүү гарсан. Дэлхийн 2-р дайны үед тэрээр түлшний хангамжийн талаар ихээхэн бэрхшээлтэй тулгарсан. Тиймээс нүүрсийг шингэн түлш болгон боловсруулдаг бүхэл бүтэн цогцолборуудыг бий болгосон. Гуравдугаар Рейхийн синтетик бензин нь энэхүү аймшигт төрийн уналтыг нэлээд хүчтэй хойшлуулж, ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Дараа нь нүүрсийг химийн аргаар шингэрүүлэх аргыг пиролизийн түлш авах хүртэл ашигласан. Дайны төгсгөлд нацист Герман өдөрт 100,000 баррель нийлэг нефтийн түвшинд хүрч чаджээ. Илүү энгийнээр хэлбэл, энэ нь 130 тонноос илүү юм! Химийн найрлага нь ижил төстэй тул нүүрсийг ашиглах нь зүйтэй юм. Тиймээс түүний доторх устөрөгчийн агууламж 8%, тосонд 15% байдаг. Хэрэв та тодорхой температурын горимыг бий болгож, нүүрсийг их хэмжээгээр устөрөгчөөр хангавал шингэн төлөвт орно. Энэ процессыг устөрөгчжүүлэх гэж нэрлэдэг. Нэмж дурдахад катализаторууд: төмөр, цагаан тугалга, никель, молибден, хөнгөн цагаан болон бусад олон бодис хэрэглэвэл хурдасгаж, эзлэхүүнийг нэмэгдүүлэх боломжтой. Энэ бүхэн нь янз бүрийн фракцуудыг тусгаарлаж, цаашдын боловсруулалтад ашиглах боломжтой болгодог.

Синтетик бензинийг одоо Германд үйлдвэрлэдэг. Дэлхийн 2-р дайны дараа Өмнөд Африк ч үүнийг дагасан. Дараа ньХятад, Австрали, АНУ нэгдэж эхлэв. Манайд ч гэсэн энэ чиглэлийг хөгжүүлэх боломж байгааг тэмдэглэх хэрэгтэй.

Унаж өсөх тухай

ЗХУ-д дэлхийн 2-р дайн эхлэхээс өмнө бор нүүрснээс бензин гаргаж авах боломжийн эрэл хайгуул хийж байсан. Гэвч харамсалтай нь аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлд тохирсон үр дүнд хүрэх боломжгүй байв. Мөргөлдөөн дууссаны дараа нефтийн үнэ буурч, түүнийг дагаад синтетик түлшний хэрэгцээ алга болсон. Одоо нефтийн нөөц багассанаар энэ газар сэргэж байна. Синтетик бензин үйлдвэрлэх нь улам бүр өргөн хүрээтэй болж, ихэнхдээ төрийн дэмжлэгтэй уулзаж байна. Жишээлбэл, АНУ-д ийм түлш үйлдвэрлэгчид засгийн газрын татаасанд найдаж болно. Бүх урьдчилсан нөхцөлийг үл харгалзан шингэн түлшийг хязгаарлагдмал хэмжээгээр үйлдвэрлэдэг. Баримт нь одоо байгаа хүчин чадлыг өргөтгөх нь өндөр өртөгөөр хязгаарлагдаж байгаа бөгөөд энэ нь ердийн түүхий эдээс олж авсан хэмжээнээс хамаагүй өндөр юм. Жишээлбэл, Германд синтетик бензинийг ус, нүүрстөрөгчийн давхар ислээр хийж болох ч нэг жилийн дараа шинэ машин үнэтэй болно. Мөн бүх зүйл нь угсралтын өндөр өртөгтэй холбоотой юм. Ажлын гол чиглэл бол эдийн засгийн техникийн шийдлийг хайх явдал юм. Тухайлбал, нүүрс шингэрүүлэх даралтыг бууруулах асуудал нээлттэй байгаа. Одоо 300-700 атмосферийг бий болгох шаардлагатай байгаа бөгөөд 100 ба түүнээс доош утгыг олохын тулд эрэл хайгуул хийж байна. Генераторуудын бүтээмжийг нэмэгдүүлэх, шинэ катализатор (илүү үр ашигтай) хөгжүүлэх асуудал бас хамааралтай. Тийм ээ, тийм ч өндөр чанартай байгалийн нүүрс байдаггүй гэдгийг мартаж болохгүй. Тиймээс үүнийг хийнээс авах нь илүү ирээдүйтэй гэж үздэг. Энд ямар боломжууд байна вэ?

Байгалийн хийнээс үйлдвэрлэсэн

Энэ нь ялангуяа тээврийн асуудалтай холбоотой байдаг. Тиймээс, хэрэв та байгалийн хий тээвэрлэх юм бол түүний өртөг нь эцсийн бүтээгдэхүүний өртгийн 30-50% байх болно. Тиймээс түүнийг өндөр чанартай бензин, дизель түлш болгон олборлох газрын ойролцоо боловсруулах нь маш чухал юм. Энэ нь суурилуулалтын нягтралд хэд хэдэн шаардлагыг тавьдаг. Хэрэв эцсийн бүтээгдэхүүнийг метанолын үе шатаар олж авдаг бол ийм процесс нь нэг реакторт явагддаг тул тохиромжтой байдаг. Гэхдээ маш их эрчим хүч шаардагддаг тул синтетик түлш нь газрын тосноос хоёр дахин үнэтэй байдаг. Энэхүү нийтлэг аргын өөр хувилбарыг Оросын ШУА-ийн Нефть химийн синтезийн хүрээлэнгээс санал болгов. Энэ нь өөр нэг завсрын бодис болох диметил эфиртэй ажиллахад хамаарна. Үүссэн синтезийн хий дэх нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн эзлэх хувь нэмэгдвэл ийм байдлаар ажиллахад хэцүү биш юм. Энэ тохиолдолд синтетик бензин үйлдвэрлэх нь нэмэлт бөгөөд байгаль орчинд ээлтэй түлш юм. Ялангуяа энэ нь цетаны өндөр агууламжтай тул хүйтэн хөдөлгүүрийг асаахад сайнаар харуулсан. Мөн бензин үйлдвэрлэхэд энэ сонголт тийм ч муу биш юм. Тиймээс та 92 октантай түлш хийж болно. Байгалийн хийнээс гаргаж авсан нийлэг бензин нь газрын тосноос олддог хортой хольцоос хамаагүй бага байдаг. ОХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн санал болгож буй суурилуулалт нь үйл ажиллагааны схемийг санал болгодог бөгөөд үүний дагуу урвалын температур өндөр байх тусам илүү их байдаг.гүйцэтгэл.

Та өөрөө бүгдийг хийж чадах уу?

Алтернатив эрчим хүчийг харьцангуй залуу шинжлэх ухаан гэж үздэг ч нэг өрхөд ололт амжилтыг нь давтахад асуудал биш юм. Тиймээс, тийм ээ, нийлэг бензинийг өөрийн гараар бүтээх бүрэн боломжтой. Түүгээр ч зогсохгүй тухайн хүний оршин тогтнох нөхцөлийн онцлогийг харгалзан мод, нүүрс, био хийд найдаж болно. Гэртээ тэдний алийг нь илүүд үзэх вэ - хүн бүр өөрөө шийднэ.

Хамгийн энгийнээр бол хамгийн их хамааралтай зүйл бол модноос синтетик бензинийг өөрийн гараар хэрхэн яаж авах вэ гэсэн асуулт юм. Олон хүмүүс үүнийг зөвхөн барилгын материал эсвэл тоглоомын түүхий эд гэж үздэг. Гэхдээ ядаж модны спиртийг санах нь зүйтэй бөгөөд боломж байгаа нь тодорхой болно. Энэ тохиолдолд синтезийн хий яаж авах вэ? Мод (эсвэл түүний хаягдал, яг юу нь чухал биш) авах шаардлагатай. Гэртээ та гурван хэсгээс бүрдсэн төхөөрөмж хийж болно, тус бүр нь өөрийн үүргийг гүйцэтгэдэг. Эхний ээлжинд тэдгээрийг хатаах, 250-300 градусын температурт халаах шаардлагатай. Дараа нь пиролизийн ээлж ирдэг. Энд температур 700 градус хүртэл нэмэгдэх ёстой. Эцсийн шат бол хий үйлдвэрлэх явдал юм. Энэ нь уурын шинэчлэлийг эхлүүлдэг. Процесс нь 700-1000 градусын температурт явагддаг. Үр дүн нь маш цэвэр синтезийн хий юм. Нэмэлт хөндлөнгийн оролцоо шаардлагагүй. Дараа нь бид катализатор ашиглаж, синтетик бензин бэлэн боллоо!

Нүүрсээр хийх

Өмнө нь дурдаагүй бас нэг жижиг зүйл бол гэртээ ажиллах үед суурилуулалт нь нэлээд том байх болно. Тиймээс тэдгээрийг орон сууцанд байрлуулахыг зөвлөдөггүй. Гэхдээ тэдгээрийг гэртээ эсвэл түүний ойролцоо бүтээх нь үнэхээр бодит зүйл юм.

Нүүрсээс уурын нөлөөгөөр синтетик бензин гаргаж авдаг. Үүнийг хийжүүлэх нь гэрийн нөхцөлд хамгийн хялбар бөгөөд боломжтой арга юм. Ингээд эхэлцгээе. Эхний ээлжинд илүү үр ашиг, үйл явцын хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд нүүрсийг бутлах шаардлагатай. Дараа нь устөрөгчөөр ханасан байна. Дараа нь 400-500 хэмийн температур, 50-300 кг/см2 даралт үүсгэх шаардлагатай. Мөн бид шингэн төлөвт шилжих мөчийг хүлээж байна. Хэрэв уусгагч хэрэглэхгүй бол нүүрсний нийт массын ердөө 5-8% нь уусгагч болно. Дараа нь катализаторын ээлж ирдэг. Нүүрсний хувьд тохиромжтой: молибден, никель, кобальт, цагаан тугалга, хөнгөн цагаан, төмөр, түүнчлэн тэдгээрийн нэгдлүүд. Хийжүүлэхэд ямар ч төрлийн түүхий эд хэрэглэж болно. Хүрэн, чулуу - бүх зүйл хийх болно. Хэдийгээр түүний чанар нь хувиргах үр ашигт нөлөөлдөг. Өмнө нь нүүрстөрөгчийн хэмжээг зааж өгсөн бөгөөд энэ тоог 8% гэж нэрлэдэг байв. Энэ нь бүхэлдээ үнэн биш юм. Брэнд, чанараас хамааран үнэ нь 4% -аас 8% хүртэл байж болно. Мөн бензинийг дараагийн боловсруулалт, салгахад хамгийн бага тохиромжтой байхын тулд 11% (15% -иас илүү) үнэ цэнэтэй байх шаардлагатай. Эхэндээ бүх зүйл бүтнэ гэсэн баримт биш юм. Ялангуяа та физикийн хичээлээ алгассан болхими. Гэсэн хэдий ч нүүрснээс синтетик бензинийг амжилттай хийж, ашиглах боломжтой.

Био хийтэй ажиллах

Энэ бол ер бусын бөгөөд үрэлгэн арга боловч үр дүнтэй. Түүний гоо үзэсгэлэн нь түлшний хувьд зөвхөн синтетик бензинээс илүү өргөн хэрэглээтэй байдагт оршино. Энэ нь маш их зай эзэлдэг нь үнэн. Жишээлбэл, нэг шоо метр биогаз нь 0.6 литр бензинтэй тэнцэнэ. Хэрэв та үүнийг шахсан төлөвт ашиглаагүй бол ачааны машин дээр зовхинд аваачсан ч та зуу, хоёр километрээс илүү явах боломжгүй болно. Тиймээс түүнээс хүссэн бензинээ хэрхэн нийлэгжүүлэх вэ? Энэ нь үнэндээ бага хэмжээний хольцтой метан учраас боломжтой юм. Энэ нь танд бараг хэрэгтэй зүйл юм. Гэхдээ синтез нь асуудалтай байдаг. Эцсийн эцэст, шинэ бөгөөд нэгэн зэрэг энгийн зүйлийг энд зохион бүтээгээгүй. Өөрөөр хэлбэл, бид синтезийн хий бий болгох, үүнээс бензин үүсэхийг хангах чиглэлээр ажиллах ёстой. Үүнийг (хамгийн түгээмэл схемийн дагуу) метанолоор хийдэг. Хэдийгээр та диметил эфирээр дамжуулан ажиллах боломжтой. Метанолын тухай ярихдаа энэ нь маш аюултай гэдгийг үргэлж санаж байх хэрэгтэй. Архины үнэртэй, буцлах температур нь 65 хэмтэй байгаа нь нөхцөл байдлыг улам хүндрүүлж байна. Ерөнхийдөө түлшний синтезтэй ажиллах нь хүүхдийн тоглоом биш юм. Тиймээс энэ мэдлэг байхгүй тохиолдолд хими, физикийн хичээлийг сурах нь илүүц байх болно. Товчхондоо, синтетик бензинийг хий, конденсаторыг нэрэх замаар гаргаж авдаг. Энэ арга нь хурдан биш, гэхдээ сайн онолын суурьтай бол хэцүү биш юм. Гэхдээ мэдлэггүйгээр ажиллах боломжгүйзөвлөж байна. Эцсийн эцэст, цэвэр метанол бол хамгийн өндөр октантай түлш тул аюултай. Энгийн машины хөдөлгүүр үүнийг "шингээх"гүй - энэ нь үүнд зориулагдаагүй болно.

Дүгнэлт

Ингэж л синтетик түлш авдаг. Эдгээр нь тоглоом биш, харин шатамхай үйл ажиллагаа гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс онолын бэлтгэлгүй бол ийм асуудалд оролцох ёсгүй. Эцсийн эцэст энэ нь аюулгүй байдлын дүрмийг шууд зөрчих болно. Мөн тэд үргэлж цусаар бичигдсэн байдаг гэдгийг санах хэрэгтэй.