Սինթետիկ բենզին. նկարագրություն, բնութագրեր, կատարողականություն, արտադրության մեթոդներ

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Գիտությունն ու առաջընթացը թույլ են տալիս ստեղծել այնպիսի բաներ, որոնք նախկինում երբեք չեն տեսել, որոնց մասին շատերը չէին էլ կարող մտածել: Վերցնենք, օրինակ, այնպիսի համեմատաբար նոր զարգացում, ինչպիսին է սինթետիկ բենզինը: Շատերը գիտեն, որ այս վառելիքը ստացվում է նավթից թորման միջոցով։ Բայց այն կարող է սինթեզվել նաև ածուխից, փայտից, բնական գազից։ Սինթետիկ բենզինի արտադրությունը, թեև այն չի կարող լիովին փոխարինել արտադրության սովորական ուղին, այնուամենայնիվ, արժանի է ուսումնասիրության։ Հետևաբար, կքննարկվի դրա պատմությունը, ինչպես նաև այն ձեռք բերելու ուղիները։

Ներածություն

Դժվար է պատկերացնել ժամանակակից քաղաքակրթությունը առանց շարժիչային վառելիքի՝ դիզելային, կերոսին, բենզին։ Նրանց համար աշխատում են մեքենաներ, ինքնաթիռներ, հրթիռներ, ջրային տրանսպորտ։ Բայց աղիներում յուղի քանակը սահմանափակ է: Ոչ այնքան վաղ անցյալում համարվում էր, որ մարդկությունը շուտով անխուսափելիորեն կբախվի վառելիքի պակասի: Բայց պարզվեց,դա այնքան էլ տխուր չէ: Դժվար վերականգնվող պաշարների արդյունահանման համար նոր տեխնոլոգիաներ են մշակվում, և այլընտրանքային տարբերակներ են ի հայտ գալիս: Կարելի է նշել նաև կանաչ էներգիան և ռեսուրսների օգտագործման արդյունավետության բարձրացումը (ժամանակակից փոքր մեքենաները հեշտությամբ կառավարում են 4-6 լիտր վառելիք հարյուր կիլոմետրում, թեև մեր հազարամյակի սկզբին նրանք պահանջում էին մոտ 10): Իսկ բարձրորակ վառելիքը, ինչպես պարզվեց, կարելի է ձեռք բերել տարբեր ոչ նավթային հումքից։

Ինչպե՞ս սկսվեց ամեն ինչ:

Մենք պետք է սկսենք իրադարձություններից, որոնք տեղի են ունեցել ավելի քան 150 տարի առաջ: Հենց այդ ժամանակ էլ սկսվեց առևտրային նավթի արդյունահանումը: Այդ ժամանակից ի վեր մարդկությունը սպառել է այսպես կոչված թեթև հումքի կեսից ավելին։ Սկզբում նավթն օգտագործվում էր որպես ջերմային էներգիայի աղբյուր։ Մեր ժամանակներում այս մոտեցումը տնտեսապես շահավետ չէ։ Երբ եկավ ավտոմոբիլային դարաշրջանը, նավթի ֆրակցիոնացման արտադրանքը լայն տարածում գտավ շարժիչային վառելիքի դերում: Միևնույն ժամանակ, որքան շատ հումք էր սպառվում, այնքան ավելի շահավետ էր դառնում այլընտրանք փնտրելը։

Ի՞նչ է յուղը: Սա ածխաջրածինների, իսկ ավելի կոնկրետ՝ ցիկլոալկանների խառնուրդ է։ Ինչ են նրանք? Ամենապարզ ալկանը շատերին հայտնի է որպես մեթան գազ: Բացի այդ, նավթի մեջ կան ազոտային և ծծմբային կեղտեր: Իսկ եթե այն ճիշտ մշակվի, ապա դուք կարող եք շատ տարբեր նյութեր ստանալ։ Օրինակ, վերցրեք հայտնի բենզինը։ Ի՞նչ է նա ներկայացնում։ Իրականում սա ցածր եռացող նավթային ֆրակցիա է, որը ձևավորվում է կարճ շղթայով ածխաջրածինների քանակովատոմներ հինգից ինը: Բենզինը մարդատար ավտոմեքենաների, ինչպես նաև փոքր ինքնաթիռների հիմնական վառելիքն է: Հաջորդ ընդգծված տեսակը կերոսինն է: Այն ավելի մածուցիկ է և ծանր: Այն առաջանում է ածխաջրածիններից, որոնցում կա 10-ից 16 ատոմ։ Կերոզինը օգտագործվում է ռեակտիվ ինքնաթիռների և շարժիչների մեջ։ Նույնիսկ ավելի ծանր մասն է գազ նավթը: Այն օգտագործվում է դիզելային վառելիքի մեջ, որը խառնուրդ է կերոսինի հետ։

Գիտական որոնում այլընտրանքի համար

Չնայած հիմնական ֆրակցիաները ստացվում են նավթից, պարզվեց, որ այդ նպատակով կարելի է օգտագործել նաև այլ ածխածնային հումք։ Այս խնդիրը քիմիկոսները լուծել են դեռ 1926 թ. Այնուհետև գիտնականներ Ֆիշերը և Տրոպշը հայտնաբերեցին ածխածնի մոնօքսիդի վերականգնողական ռեակցիան մթնոլորտային ճնշման տակ։ Պարզվել է, որ կատալիզատորների առկայության դեպքում գազային խառնուրդից կարող են առաջանալ հեղուկ և պինդ ածխաջրածիններ։ Քիմիական բաղադրությամբ դրանք մոտ են եղել նավթից ստացված մթերքներին։ Քիմիական հետազոտության արդյունքը կոչվել է «սինթեզ գազ»։ Պարզվեց, որ բավականին հեշտ է: Այնքան, որ դա կարող է տանը կրկնել ցանկացած մարդ, ով դպրոցում չի շրջանցել քիմիան և ֆիզիկան: Այն ստացվել է ածխի վրայով ջրային գոլորշի անցնելու միջոցով (սա նրա գազաֆիկացումն է) կամ սովորական բնական գազի փոխակերպմամբ (հիմնականում կազմված է մեթանից)։ Երկրորդ դեպքում լրացուցիչ օգտագործվել են մետաղական կատալիզատորներ։ Հարկ է նշել, որ սինթեզ գազ կարող է ստեղծվել ոչ միայն մեթանից և ածուխից։ Խոստումնալից ուղղություն այժմ համարվում է ֆերմենտային ևբուսական հումքի թափոնների ջերմաքիմիական վերամշակում. Չպետք է մոռանալ նաև կենսագազի, այսինքն՝ օրգանական թափոնների քայքայման արդյունքում ստացվող ցնդող նյութերի փոխակերպման մասին։

Ինչպե՞ս է զարգացել հավելվածը:

Նացիստական Գերմանիան այս առումով գերազանցեց. Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի տարիներին նա զգալի խնդիրներ ուներ վառելիքի մատակարարման առումով։ Ուստի ստեղծվեցին ամբողջ համալիրներ, որոնք ածուխը վերամշակեցին հեղուկ վառելիքի։ Իսկ Երրորդ Ռեյխի սինթետիկ բենզինն իր զգալի ներդրումն ունեցավ՝ բավական խիստ հետաձգելով այս սարսափելի պետության անկումը։ Այնուհետև կիրառվել է ածխի քիմիական հեղուկացման մեթոդը՝ մինչև պիրոլիզի վառելիք ստանալը։ Նացիստական Գերմանիային պատերազմի ավարտին հաջողվեց հասնել օրական 100 հազար բարել սինթետիկ նավթի մակարդակին։ Ավելի սովորական առումով սա ավելի քան 130 տոննա է: Ածուխի օգտագործումը նպատակահարմար է նմանատիպ քիմիական բաղադրության պատճառով։ Այսպիսով, դրանում ջրածնի պարունակությունը կազմում է 8%, իսկ նավթի մեջ՝ 15%։ Եթե ստեղծեք որոշակի ջերմաստիճանային ռեժիմ և ածուխը զգալի ծավալով հագեցնեք ջրածնով, ապա այն կգնա հեղուկ վիճակի։ Այս գործընթացը կոչվում է հիդրոգենացում: Բացի այդ, այն կարող է արագացնել և մեծացնել ծավալը, եթե օգտագործվում են կատալիզատորներ՝ երկաթ, անագ, նիկել, մոլիբդեն, ալյումին և շատ ուրիշներ: Այս ամենը հնարավորություն է տալիս մեկուսացնել տարբեր կոտորակներ և օգտագործել դրանք հետագա մշակման համար։

Սինթետիկ բենզինն այժմ արտադրվում է Գերմանիայում։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո Հարավային Աֆրիկան հետևեց այդ օրինակին: ՀետոՍկսեցին միանալ Չինաստանը, Ավստրալիան և Միացյալ Նահանգները։ Հարկ է նշել, որ մենք ունենք նաև այս տարածքի զարգացման ներուժ։

Ընկնելու և բարձրանալու մասին

Խորհրդային Միությունում, դեռևս Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի սկսվելուց առաջ, գորշ ածուխից բենզինի հնարավոր արդյունահանման որոնումներ էին իրականացվում։ Բայց, ավաղ, չհաջողվեց արդյունաբերական արտադրության համար հարմար արդյունքներ ստանալ։ Հակամարտության ավարտից հետո նավթի գինն ընկավ, դրա հետ մեկտեղ վերացավ սինթետիկ վառելիքի կարիքը։ Այժմ նավթի պաշարների նվազման պատճառով այս տարածքը վերածնունդ է ապրում։ Սինթետիկ բենզինի արտադրությունը գնալով ավելի լայն տարածում է ստանում՝ հաճախ հանդիպելով պետության աջակցությանը։ Օրինակ, ԱՄՆ-ում նման վառելիք արտադրողները կարող են հույս դնել պետական սուբսիդիաների վրա: Չնայած բոլոր նախադրյալներին, հեղուկ վառելիքն արտադրվում է սահմանափակ մասշտաբով։ Փաստն այն է, որ առկա հզորությունների ընդլայնումը սահմանափակվում է բարձր ինքնարժեքով, որը զգալիորեն գերազանցում է սովորական հումքից ստացվածը։ Օրինակ՝ սինթետիկ բենզինը Գերմանիայում կարելի է պատրաստել ջրից և ածխաթթու գազից, բայց ընդամենը մեկ տարում այն կարժենա նոր մեքենա։ Եվ բոլորը տեղադրման բարձր արժեքի պատճառով: Աշխատանքի հիմնական ուղղությունը տնտեսական տեխնիկական լուծումների որոնումն է։ Օրինակ, ածխի հեղուկացման համար ճնշման նվազեցման հարցը բաց է։ Այժմ անհրաժեշտ է ստեղծել 300-700 մթնոլորտ, և որոնումն իրականացվում է 100 և ցածր արժեքի հասնելու համար։ Արդիական են նաև գեներատորների արտադրողականության բարձրացման, նոր կատալիզատորների (ավելի արդյունավետ) մշակման հարցերը։ Այո, և չպետք է մոռանալ, որ բնական ածուխն այնքան էլ բարձրորակ չէ։Ուստի ավելի հեռանկարային է համարվում այն գազից ստանալը։ Ի՞նչ հնարավորություններ կան այստեղ:

Արտադրված է բնական գազից

Սա հատկապես ճիշտ է տրանսպորտային առկա խնդիրների պատճառով: Այսպիսով, եթե դուք տեղափոխում եք բնական գազ, ապա դրա արժեքը կկազմի վերջնական արտադրանքի ինքնարժեքի 30-50%-ը։ Հետևաբար, դրա վերամշակումը անմիջապես արդյունահանման վայրի մոտ բարձրորակ բենզինի և դիզելային վառելիքի մեջ շատ տեղին է։ Սա առաջ է քաշում մի շարք պահանջներ տեղադրումների կոմպակտության համար: Եթե վերջնական արտադրանքը ստացվում է մեթանոլի փուլով, ապա նման գործընթացը հարմար է այն պատճառով, որ այն տեղի է ունենում մեկ ռեակտորում։ Բայց շատ էներգիա է պահանջվում, ինչի պատճառով սինթետիկ վառելիքը նավթից երկու անգամ թանկ է։ Այս ընդհանուր մեթոդի այլընտրանքն առաջարկվել է Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի նավթաքիմիական սինթեզի ինստիտուտի կողմից: Այն ենթադրում է աշխատել մեկ այլ միջանկյալ նյութի հետ՝ դիմեթիլ եթերի հետ: Դժվար չէ այս կերպ աշխատել, եթե ավելացվի ածխածնի մոնօքսիդի մասնաբաժինը ստացված սինթեզի գազում։ Սինթետիկ բենզինի արտադրությունն այս դեպքում լրացուցիչ և բավականին էկոլոգիապես մաքուր վառելիք է։ Հատկապես այն իրեն լավ դրսևորեց սառը շարժիչները գործարկելիս՝ ցետանի բարձր քանակի պատճառով։ Իսկ բենզինի արտադրության համար այս տարբերակը վատը չէ։ Այսպիսով, դուք կարող եք վառելիք պատրաստել 92 օկտանային միավորով: Բնական գազից սինթետիկ բենզինը միևնույն ժամանակ ավելի քիչ վնասակար կեղտեր ունի, քան նավթից պատրաստված բենզինը: Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի առաջարկած տեղադրումն առաջարկում է գործողության մի սխեմա, ըստ որի՝ որքան բարձր լինի ռեակցիայի ջերմաստիճանը, այնքան ավելիկատարում։

Կարո՞ղ եք ամեն ինչ ինքներդ անել:

Չնայած այն հանգամանքին, որ այլընտրանքային էներգիան համարվում է համեմատաբար երիտասարդ գիտություն, խնդիր չէ կրկնել դրա ձեռքբերումները մեկ ընտանիքի ներսում։ Հետեւաբար, այո, միանգամայն հնարավոր է սեփական ձեռքերով սինթետիկ բենզին ստեղծել։ Ավելին, հաշվի առնելով այն պայմանների առանձնահատկությունները, որոնցում պետք է գոյություն ունենալ, կարելի է հույս դնել փայտի, ածխի և կենսագազի վրա: Դրանցից որին նախապատվություն տալ տանը՝ ամեն մեկն ինքն է որոշում։

Ամենապարզը, ամենաարդիականը այն հարցն է, թե ինչպես կարելի է սեփական ձեռքերով փայտից ստանալ սինթետիկ բենզին: Շատերն այն համարում են բացառապես որպես շինանյութ կամ խաղալիքների հումք: Բայց արժե հիշել գոնե փայտի սպիրտ, և պարզ է դառնում, որ ներուժը կա։ Ինչպե՞ս ստանալ սինթեզի գազ այս դեպքում: Պետք է փայտ վերցնել (կամ դրա թափոնները, թե կոնկրետ ինչն է կարևոր): Տանը դուք կարող եք սարք պատրաստել երեք մասից, որոնցից յուրաքանչյուրը կկատարի իր գործառույթը։ Սկզբում անհրաժեշտ է ապահովել դրանց չորացումն ու տաքացումը 250-300 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում։ Հետո գալիս է պիրոլիզի հերթը: Այստեղ ջերմաստիճանը պետք է բարձրանա մինչև 700 աստիճան։ Իսկ վերջնական փուլը գազի արտադրությունն է։ Այն սկսում է գոլորշու բարեփոխում: Գործընթացը տեղի է ունենում 700-1000 աստիճան ջերմաստիճանում։ Արդյունքը շատ մաքուր սինթեզի գազ է: Լրացուցիչ միջամտություն չի պահանջվում։ Հաջորդը, մենք օգտագործում ենք կատալիզատորներ, և սինթետիկ բենզինը պատրաստ է:

Պատրաստել ածուխից

Եվ ևս մեկ փոքր կետ, որը նախկինում չասվեց՝ տանը աշխատելիս ինստալացիաները, անշուշտ, բավականին մեծ կլինեն։ Ուստի խորհուրդ չի տրվում դրանք տեղադրել բնակարանում։ Բայց դրանք ձեր սեփական տանը կամ մոտակայքում ստեղծելը շատ իրական բան է:

Սինթետիկ բենզին կարելի է ստանալ ածուխից գոլորշու ազդեցությամբ։ Դրա գազաֆիկացումը տան պայմանների համար ամենահեշտ և իրագործելի միջոցն է։ Այսպիսով, եկեք սկսենք: Սկզբում ավելի մեծ արդյունավետության և գործընթացի արագության բարձրացման համար ածուխը պետք է մանրացնել: Այնուհետեւ այն հագեցած է ջրածնով։ Այնուհետեւ անհրաժեշտ է ստեղծել 400-500 աստիճան ջերմաստիճան եւ 50-300 կգ/սմ ճնշում2։ Իսկ մենք սպասում ենք հեղուկ վիճակին անցնելու պահին։ Եթե լուծիչ չօգտագործվի, ապա ածխի ընդհանուր զանգվածի միայն 5-8%-ը կդառնա այդպիսին։ Հետո գալիս է կատալիզատորների հերթը: Հարմար է ածուխի համար՝ մոլիբդեն, նիկել, կոբալտ, անագ, ալյումին, երկաթ, ինչպես նաև դրանց միացությունները։ Գազաֆիկացման համար կարելի է օգտագործել ցանկացած տեսակի հումք։ Շագանակագույն, քար - ամեն ինչ կանի: Չնայած դրա որակը ազդում է փոխակերպման արդյունավետության վրա: Նախկինում տրվել է ածխածնի քանակի նշանակում և այդ ցուցանիշը անվանվել է 8%: Սա լիովին ճիշտ չէ: Կախված ապրանքանիշից և որակից, արժեքը կարող է տատանվել 4% -ից մինչև 8%: Իսկ բենզինի հետագա վերամշակման և տարանջատման նվազագույն պիտանիության համար անհրաժեշտ է հասնել 11% արժեքի (ավելի լավ, քան 15%)։ Սկզբում ոչ այն, որ ամեն ինչ կստացվի։ Հատկապես եթե դուք բաց եք թողել ֆիզիկայի դասերը ևքիմիա. Այնուամենայնիվ, ածուխից ստացված սինթետիկ բենզինը կարող է հաջողությամբ արտադրվել և օգտագործվել։

Աշխատանք կենսագազի հետ

Սա բավականին անսովոր և շռայլ մոտեցում է, բայց այն աշխատում է: Նրա գեղեցկությունը նաև նրանում է, որ որպես վառելիք այն ավելի լայն կիրառություն ունի, քան պարզապես սինթետիկ բենզինը: Ճիշտ է, այն շատ տեղ է զբաղեցնում: Այսպիսով, օրինակ, մեկ խորանարդ մետր կենսագազը համարժեք է 0,6 լիտր բենզինի։ Եթե դուք օգտագործում եք այն ոչ սեղմված վիճակում, ապա նույնիսկ բեռնատարով այն տանում եք դեպի ակնագնդերը, դուք չեք կարողանա քշել ավելի քան հարյուր կամ երկու կիլոմետր: Հետևաբար, ինչպե՞ս կարելի է դրանից սինթեզել ցանկալի բենզինը։ Դա հնարավոր է շնորհիվ այն բանի, որ, ըստ էության, դա մեթան է՝ փոքր կեղտոտությամբ։ Դա գործնականում այն է, ինչ ձեզ հարկավոր է: Սինթեզը, սակայն, խնդրահարույց է։ Ի վերջո, այստեղ ինչ-որ նոր և միևնույն ժամանակ պարզ բան չի հորինվել։ Այսինքն՝ մենք պետք է աշխատենք սինթեզ գազի ստեղծման վրա, իսկ դրանից բենզինի առաջացում ապահովել։ Դա արվում է (ըստ ամենատարածված սխեմայի) մեթանոլի միջոցով։ Չնայած դուք կարող եք աշխատել դիմեթիլ եթերի միջոցով: Ինչ վերաբերում է մեթանոլին, ապա պետք է միշտ հիշել, որ այն չափազանց վտանգավոր է։ Իրավիճակը բարդանում է նրանով, որ այն ունի ալկոհոլի հոտ, իսկ եռման ջերմաստիճանը 65 աստիճան Ցելսիուս է։ Ընդհանրապես, վառելիքի սինթեզի հետ աշխատելը մանկական խաղ չէ։ Ուստի ավելորդ չի լինի սովորել քիմիա և ֆիզիկա, եթե այդ գիտելիքները հասանելի չլինեն։ Մի խոսքով, սինթետիկ բենզինը ստացվում է գազի և կոնդենսատորի թորման միջոցով։ Այս մեթոդը արագ չէ, բայց եթե կա լավ տեսական նախադրյալ, դժվար չէ։ Բայց առանց գիտելիքի անհնար է աշխատելխորհուրդ է տրվում. Ի վերջո, մաքուր մեթանոլը ամենաբարձր օկտանային վառելիքն է և, հետևաբար, վտանգավոր: Իսկ սովորական մեքենայի շարժիչն այն չի «մարսի»՝ այն նախատեսված չէ դրա համար։

Եզրակացություն

Ահա թե ինչպես կարելի է ձեռք բերել սինթետիկ վառելիք: Նշենք, որ դրանք ոչ թե խաղալիքներ են, այլ դյուրավառ գործունեություն։ Ուստի, առանց համապատասխան տեսական պատրաստվածության, չի կարելի նման գործով զբաղվել։ Ի վերջո, սա կլինի անվտանգության կանոնների ուղղակի խախտում։ Իսկ դրանք, պետք է հիշել, միշտ արյունով են գրված։