البنزين الصناعي: الوصف ، الخصائص ، الأداء ، طرق الإنتاج

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يسمح لك العلم والتقدم بإنشاء أشياء لم يسبق رؤيتها من قبل ، والتي لم يستطع الكثيرون حتى التفكير فيها. خذ على سبيل المثال تطورًا جديدًا نسبيًا مثل البنزين الصناعي. يعرف الكثير من الناس أن هذا الوقود يتم الحصول عليه عن طريق التقطير من الزيت. ولكن يمكن أيضًا تصنيعه من الفحم والخشب والغاز الطبيعي. إن إنتاج الجازولين الاصطناعي ، على الرغم من أنه لا يمكن أن يحل محل الطريق التقليدي للإنتاج بشكل كامل ، لا يزال يستحق الدراسة. لذلك سيتم النظر في تاريخها وطرق الحصول عليها.

مقدمة

يصعب تخيل حضارة حديثة بدون وقود محركات - ديزل ، كيروسين ، بنزين. سيارات وطائرات وصواريخ وأعمال نقل مائي لهم. لكن كمية الزيت في الأمعاء محدودة. منذ وقت ليس ببعيد ، كان يعتقد أن البشرية ستواجه قريبًا حتمًا نقصًا في الوقود. لكن اتضح ،ليس كل هذا حزين. يجري تطوير تقنيات جديدة لاستخراج الاحتياطيات التي يصعب استردادها ، وتظهر خيارات بديلة. يمكننا أيضًا أن نذكر الطاقة الخضراء وزيادة كفاءة استخدام الموارد (السيارات الصغيرة الحديثة تدير بسهولة 4-6 لترات من الوقود لكل مائة كيلومتر ، على الرغم من أنها تتطلب في بداية الألفية لدينا حوالي 10). والوقود عالي الجودة ، كما اتضح ، يمكن الحصول عليه من مواد خام غير بترولية مختلفة.

كيف بدأ كل شيء؟

نحتاج أن نبدأ بالأحداث التي وقعت منذ أكثر من 150 عامًا. عندها بدأ إنتاج النفط التجاري. منذ ذلك الحين ، استهلك الجنس البشري أكثر من نصف ما يسمى بالمواد الخام الخفيفة. في البداية ، تم استخدام النفط كمصدر للطاقة الحرارية. في الوقت الحاضر ، هذا النهج غير قابل للتطبيق اقتصاديًا. عندما جاء عصر السيارات ، انتشرت منتجات تجزئة الزيت في دور وقود المحرك. في الوقت نفسه ، كلما استنفد المزيد من المواد الخام ، أصبح البحث عن بديل أكثر ربحية.

ما هو النفط؟ هذا مزيج من الهيدروكربونات ، وبشكل أكثر تحديدًا ، الألكانات الحلقيّة. ما هم؟ أبسط ألكان معروف للكثيرين بغاز الميثان. بالإضافة إلى ذلك ، توجد شوائب نيتروجينية وكبريتية في الزيت. وإذا تمت معالجتها بشكل صحيح ، فيمكنك الحصول على الكثير من المواد المختلفة. على سبيل المثال ، خذ البنزين المعروف. ماذا يمثل؟ في الواقع ، هذا جزء زيت منخفض الغليان يتكون من الهيدروكربونات قصيرة السلسلة بكميةذرات من خمسة إلى تسعة. البنزين هو الوقود الرئيسي لسيارات الركاب وكذلك الطائرات الصغيرة. النوع المميز التالي هو الكيروسين. إنه أكثر لزوجة وثقيلة. يتكون من الهيدروكربونات التي تتكون من 10 إلى 16 ذرة. يستخدم الكيروسين في الطائرات النفاثة والمحركات. جزء أثقل هو زيت الغاز. يستخدم في وقود الديزل وهو خليط مع الكيروسين.

البحث العلمي عن بديل

على الرغم من الحصول على الأجزاء الرئيسية من النفط ، فقد اتضح أنه يمكن أيضًا استخدام مواد خام كربونية أخرى لهذا الغرض. تم حل هذه المشكلة من قبل الكيميائيين في وقت مبكر من عام 1926. ثم اكتشف العالمان فيشر وتروبش تفاعل اختزال أول أكسيد الكربون تحت الضغط الجوي. وجد أنه يمكن تكوين الهيدروكربونات السائلة والصلبة من خليط غازي في وجود محفزات. من حيث التركيب الكيميائي ، كانت قريبة من المنتجات التي تم الحصول عليها من النفط. كانت نتيجة البحث الكيميائي تسمى "الغاز التخليقي". اتضح أنه سهل جدا. لدرجة أنه يمكن تكراره في المنزل من قبل أي شخص لم يتخطى الكيمياء والفيزياء في المدرسة. تم الحصول عليه عن طريق تمرير بخار الماء فوق الفحم (هذا هو تغويزه) أو عن طريق تحويل الغاز الطبيعي العادي (يتكون أساسًا من الميثان). في الحالة الثانية ، تم استخدام المحفزات المعدنية بالإضافة إلى ذلك. وتجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن إنتاج الغاز المركب من غاز الميثان والفحم فقط. يعتبر الآن اتجاه واعد للعمل على الأنزيمية والمعالجة الحرارية الكيميائية لنفايات المواد الخام النباتية. يجب ألا ننسى أيضًا تحويل الغاز الحيوي ، أي المواد المتطايرة الناتجة عن تحلل النفايات العضوية.

كيف تطور التطبيق؟

تفوقت ألمانيا النازية في هذا الصدد. خلال الحرب العالمية الثانية ، واجهت مشاكل كبيرة من حيث إمدادات الوقود. لذلك ، تم إنشاء مجمعات كاملة تقوم بمعالجة الفحم وتحويله إلى وقود سائل. وقد قدم البنزين الاصطناعي للرايخ الثالث مساهمته الكبيرة ، مما أدى بقوة إلى تأجيل سقوط هذه الحالة الرهيبة. ثم تم استخدام طريقة التسييل الكيميائي للفحم حتى الحصول على وقود الانحلال الحراري. بحلول نهاية الحرب ، تمكنت ألمانيا النازية من الوصول إلى مستوى 100000 برميل من النفط الاصطناعي يوميًا. بعبارات أكثر شيوعًا ، هذا يزيد عن 130 طنًا! استخدام الفحم مناسب بسبب التركيب الكيميائي المماثل. لذلك ، فإن محتوى الهيدروجين فيه هو 8 ٪ ، بينما في الزيت 15 ٪. إذا قمت بإنشاء نظام درجة حرارة معينة وتشبع الفحم بالهيدروجين بكميات كبيرة ، فسوف ينتقل إلى الحالة السائلة. هذه العملية تسمى الهدرجة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تسريعها وزيادة حجمها إذا تم استخدام محفزات: الحديد والقصدير والنيكل والموليبدينوم والألمنيوم وغيرها الكثير. كل هذا يجعل من الممكن عزل الكسور المختلفة واستخدامها لمزيد من المعالجة.

يتم إنتاج البنزين الصناعي في ألمانيا الآن. بعد الحرب العالمية الثانية ، حذت جنوب إفريقيا حذوها. ثمبدأت الصين وأستراليا والولايات المتحدة في الانضمام. وتجدر الإشارة إلى أن لدينا أيضًا إمكانية تطوير هذه المنطقة.

عن السقوط والارتفاع

في الاتحاد السوفيتي ، حتى قبل اندلاع الحرب العالمية الثانية ، كانت هناك عمليات بحث عن إمكانية استخراج البنزين من الفحم البني. لكن للأسف لم يكن من الممكن الحصول على نتائج مناسبة للإنتاج الصناعي. بعد انتهاء الصراع ، انخفض سعر النفط ، واختفت معه الحاجة إلى الوقود الصناعي. الآن ، بسبب الانخفاض في احتياطيات النفط ، تشهد هذه المنطقة ولادة جديدة. أصبح إنتاج البنزين الاصطناعي أكثر انتشارًا ، وغالبًا ما يلقى دعمًا من الدولة. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، يمكن لمصنعي مثل هذا الوقود الاعتماد على الإعانات الحكومية. على الرغم من جميع المتطلبات الأساسية ، يتم إنتاج الوقود السائل على نطاق محدود. والحقيقة أن التوسع في السعات الحالية محدود بسبب التكلفة العالية التي تفوق بشكل كبير ما يتم الحصول عليه من المواد الخام التقليدية. على سبيل المثال ، يمكن تصنيع البنزين الاصطناعي في ألمانيا من الماء وثاني أكسيد الكربون ، ولكن في غضون عام واحد فقط سيكلف سيارة جديدة. وكل ذلك بسبب ارتفاع تكلفة التركيب. الاتجاه الرئيسي للعمل هو البحث عن حلول تقنية اقتصادية. على سبيل المثال ، قضية تخفيض الضغط لتسييل الفحم مفتوحة. الآن من الضروري إنشاء 300-700 جو ، ويتم البحث لتحقيق قيمة 100 وما دونها. كما أن القضايا ذات الصلة هي زيادة إنتاجية المولدات ، وتطوير محفزات جديدة (أكثر كفاءة). نعم ، ويجب ألا ننسى أنه لا يوجد الكثير من الفحم الطبيعي عالي الجودة.لذلك يعتبر الحصول عليها من الغاز أمراً واعداً. ما هي الفرص هنا؟

منتج من الغاز الطبيعي

هذا صحيح بشكل خاص بسبب مشاكل النقل الحالية. لذلك ، إذا قمت بنقل الغاز الطبيعي ، فإن تكلفة ذلك ستكون 30-50٪ من تكلفة المنتج النهائي. لذلك ، فإن معالجتها على الفور بالقرب من مكان الاستخراج في البنزين ووقود الديزل عالي الجودة أمر مهم للغاية. هذا يطرح عددًا من المتطلبات لاكتناز التركيبات. إذا تم الحصول على المنتجات النهائية من خلال مرحلة الميثانول ، فإن هذه العملية تكون مناسبة نظرًا لأنها تحدث في مفاعل واحد. ولكن هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة ، وهذا هو السبب في أن تكلفة الوقود الاصطناعي ضعف تكلفة النفط. تم اقتراح بديل لهذه الطريقة الشائعة من قبل معهد التخليق البتروكيماوي التابع لأكاديمية العلوم الروسية. أنه ينطوي على العمل مع وسيط آخر - ثنائي ميثيل الأثير. ليس من الصعب العمل بهذه الطريقة إذا زادت نسبة أول أكسيد الكربون في غاز التوليف الناتج. يعد إنتاج البنزين الصناعي في هذه الحالة وقودًا إضافيًا وصديقًا للبيئة. خاصة أنها أظهرت نفسها بشكل جيد عند بدء تشغيل المحركات الباردة نظرًا لارتفاع عدد السيتان. وبالنسبة لإنتاج البنزين ، فإن هذا الخيار ليس سيئًا. لذلك ، يمكنك صنع وقود بمعدل أوكتان 92. يحتوي البنزين الاصطناعي من الغاز الطبيعي في نفس الوقت على شوائب ضارة أقل من تلك التي يمكن العثور عليها في تلك المصنوعة من النفط. يوفر التثبيت الذي اقترحته الأكاديمية الروسية للعلوم مخططًا للتشغيل ، والذي بموجبه ، كلما ارتفعت درجة حرارة التفاعل ، زادالأداء.

هل يمكنك فعل كل شيء بنفسك؟

على الرغم من حقيقة أن الطاقة البديلة تعتبر علمًا حديث العهد نسبيًا ، إلا أنه لا توجد مشكلة في تكرار إنجازاتها داخل أسرة واحدة. لذلك ، نعم ، من الممكن تمامًا إنشاء بنزين صناعي بيديك. علاوة على ذلك ، نظرًا لخصائص الظروف التي يجب أن يتواجد فيها المرء ، فمن الممكن الاعتماد على الخشب والفحم والغاز الحيوي. أي منهم يفضله في المنزل - الجميع يقرر بنفسه.

كأبسطها ، والأكثر صلة هو مسألة كيفية الحصول على البنزين الاصطناعي من الخشب بأيديكم. يعتبره الكثيرون مجرد مادة بناء أو مادة خام للعب الأطفال. لكن يجدر بنا أن نتذكر على الأقل كحول الخشب ، ويصبح من الواضح أن الإمكانات موجودة. كيف نحصل على غاز تخليقي في هذه الحالة؟ من الضروري أخذ الخشب (أو نفاياته ، ما هو بالضبط غير مهم). في المنزل ، يمكنك صنع جهاز من ثلاثة أجزاء ، يؤدي كل جزء وظيفته. في البداية ، من الضروري التأكد من تجفيفها وتسخينها لدرجة حرارة تتراوح من 250 إلى 300 درجة مئوية. ثم يأتي دور الانحلال الحراري. هنا يجب أن ترتفع درجة الحرارة إلى 700 درجة. والمرحلة النهائية هي توليد الغاز. يبدأ البخار في الإصلاح. تتم العملية عند درجة حرارة 700-1000 درجة. والنتيجة غاز تخليقي نقي جدًا. تدخل إضافي غير مطلوب. بعد ذلك نستخدم المحفزات والبنزين الصناعي جاهز!

اصنع من الفحم

ونقطة صغيرة أخرى لم يتم ذكرها من قبل - عند العمل في المنزل ، ستكون التركيبات ، بالتأكيد ، كبيرة جدًا. لذلك ، لا ينصح بوضعهم في شقة. لكن إنشاءها في منزلك أو بالقرب منه هو شيء حقيقي.

يمكن الحصول على البنزين الصناعي من الفحم من خلال تأثير البخار. تغويز هو الطريقة الأسهل والأكثر جدوى لظروف المنزل. اذا هيا بنا نبدأ. في البداية ، من أجل زيادة الكفاءة وزيادة سرعة العملية ، يجب سحق الفحم. ثم يتم تشبعه بالهيدروجين. ثم من الضروري إنشاء درجة حرارة 400-500 درجة مئوية وضغط 50-300 كجم / سم2. وننتظر لحظة الانتقال إلى الحالة السائلة. إذا لم يتم استخدام مذيب ، فإن 5-8 ٪ فقط من الكتلة الإجمالية للفحم ستصبح كذلك. ثم يأتي دور المحفزات. مناسب للفحم: الموليبدينوم والنيكل والكوبالت والقصدير والألمنيوم والحديد بالإضافة إلى مركباتها. يمكن استخدام أي نوع من المواد الخام للتغويز. بني ، حجر - كل شيء سيفي بالغرض. على الرغم من أن جودته تؤثر على كفاءة التحويل. في السابق ، تم تحديد كمية الكربون وكان الرقم يسمى 8٪. هذا ليس صحيحا تماما اعتمادًا على العلامة التجارية والجودة ، يمكن أن تتراوح القيمة من 4٪ إلى 8٪. وللحد الأدنى من ملاءمة المعالجة اللاحقة وفصل البنزين ، من الضروري تحقيق قيمة 11٪ (أفضل من 15٪). في البداية ، ليس حقيقة أن كل شيء سينجح. خاصة إذا كنت قد تخطيت دروسًا في الفيزياء وكيمياء. ومع ذلك ، يمكن تصنيع البنزين الاصطناعي من الفحم واستخدامه بنجاح.

العمل مع الغاز الحيوي

هذا نهج غير عادي ومبالغ فيه إلى حد ما ، لكنه يعمل. يكمن جمالها أيضًا في حقيقة أنها كوقود لها تطبيقات أوسع من مجرد البنزين الاصطناعي. صحيح أنه يشغل مساحة كبيرة. لذلك ، على سبيل المثال ، المتر المكعب من الغاز الحيوي يعادل 0.6 لترًا من البنزين. إذا لم تستخدمه في حالة مضغوطة ، فلن تتمكن من القيادة أكثر من مائة أو مائتي كيلومتر حتى عند نقلها إلى مقل العيون على متن شاحنة. لذلك ، كيف يتم تصنيع البنزين المطلوب منه؟ هذا ممكن بسبب حقيقة أنه ، في الواقع ، هو ميثان مع شوائب صغيرة. هذا عمليا ما تحتاجه. التوليف ، ومع ذلك ، هو إشكالية. بعد كل شيء ، شيء جديد وبسيط في نفس الوقت لم يتم اختراعه هنا. أي ، علينا أن نعمل على إنشاء الغاز التخليقي ، ومنه لضمان تكوين البنزين. يتم ذلك (وفقًا للمخطط الأكثر شيوعًا) من خلال الميثانول. على الرغم من أنه يمكنك العمل من خلال ثنائي ميثيل الأثير. عندما يتعلق الأمر بالميثانول ، يجب أن تتذكر دائمًا أنه خطير للغاية. الوضع معقد لرائحة الكحول ، ودرجة الغليان 65 درجة مئوية. بشكل عام ، العمل باستخدام تخليق الوقود ليس لعبة أطفال. لذلك ، لن يكون من الضروري تعلم الكيمياء والفيزياء إذا لم تكن هذه المعرفة متوفرة. باختصار ، يتم الحصول على البنزين الاصطناعي عن طريق تقطير الغاز والمكثف. هذه الطريقة ليست سريعة ، ولكن إذا كانت هناك خلفية نظرية جيدة ، فهي ليست صعبة. لكن بدون المعرفة من المستحيل العملمستحسن. بعد كل شيء ، الميثانول النقي هو أعلى وقود أوكتان ، وبالتالي فهو خطير. ومحرك السيارة العادية لن "يستوعبها" - فهي ليست مصممة لهذا

الخلاصة

هكذا تحصل على وقود صناعي. وتجدر الإشارة إلى أن هذه ليست ألعابًا ، ولكنها نشاط قابل للاشتعال. لذلك ، بدون إعداد نظري مناسب ، لا ينبغي للمرء أن يشارك في مثل هذه المسألة. بعد كل شيء ، سيكون هذا انتهاكًا مباشرًا لقواعد السلامة. ويجب أن نتذكر أنهم دائمًا مكتوبون بالدم