სინთეტიკური ბენზინი: აღწერა, მახასიათებლები, შესრულება, წარმოების მეთოდები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

მეცნიერება და პროგრესი საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ისეთი რამ, რაც აქამდე არასდროს უნახავთ, რაზეც ბევრი ვერც კი იფიქრებდა. ავიღოთ, მაგალითად, ისეთი შედარებით ახალი განვითარება, როგორიცაა სინთეზური ბენზინი. ბევრმა იცის, რომ ეს საწვავი ნავთობისგან დისტილაციით მიიღება. მაგრამ მისი სინთეზირება შესაძლებელია ნახშირის, ხისგან, ბუნებრივი აირისგან. სინთეტიკური ბენზინის წარმოება, თუმცა ის სრულად ვერ ჩაანაცვლებს წარმოების ჩვეულებრივ მარშრუტს, მაინც იმსახურებს შესწავლას. ამიტომ განიხილება მისი ისტორია და მისი მოპოვების გზები.

შესავალი

ძნელი წარმოსადგენია თანამედროვე ცივილიზაცია ძრავის საწვავის გარეშე - დიზელი, ნავთი, ბენზინი. მათთვის მუშაობს მანქანები, თვითმფრინავები, რაკეტები, წყლის ტრანსპორტი. მაგრამ ნაწლავებში ზეთის რაოდენობა შეზღუდულია. არც ისე დიდი ხნის წინ ითვლებოდა, რომ კაცობრიობა მალე აუცილებლად შეექმნა საწვავის დეფიციტს. მაგრამ აღმოჩნდა,ეს ყველაფერი არც ისე სამწუხაროა. ახალი ტექნოლოგიები ვითარდება ძნელად აღდგენის რეზერვების მოსაპოვებლად და ჩნდება ალტერნატიული ვარიანტები. ასევე შეგვიძლია აღვნიშნოთ მწვანე ენერგია და რესურსების გამოყენების ეფექტურობის გაზრდა (თანამედროვე პატარა მანქანები ადვილად მართავენ 4-6 ლიტრ საწვავს ას კილომეტრზე, თუმცა ჩვენი ათასწლეულის დასაწყისში მათ დაახლოებით 10 სჭირდებოდათ). ხოლო მაღალი ხარისხის საწვავის მიღება, როგორც გაირკვა, შესაძლებელია სხვადასხვა არასანავთობო ნედლეულისგან.

როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი?

ჩვენ უნდა დავიწყოთ მოვლენებით, რომლებიც მოხდა 150 წელზე მეტი ხნის წინ. სწორედ მაშინ დაიწყო ნავთობის კომერციული წარმოება. მას შემდეგ კაცობრიობამ გამოიყენა ეგრეთ წოდებული მსუბუქი ნედლეულის ნახევარზე მეტი. თავდაპირველად ზეთი გამოიყენებოდა თერმული ენერგიის წყაროდ. ჩვენს დროში ეს მიდგომა არ არის ეკონომიკურად მომგებიანი. როდესაც საავტომობილო ეპოქა დადგა, ნავთობის დანაწილების პროდუქტები ფართოდ გავრცელდა საავტომობილო საწვავის როლში. ამავდროულად, რაც უფრო მეტი ნედლეული იწურებოდა, მით უფრო მომგებიანი ხდებოდა ალტერნატივის ძებნა.

რა არის ზეთი? ეს არის ნახშირწყალბადების, უფრო კონკრეტულად კი ციკლოალკანების ნაზავი. Რა არიან ისინი? უმარტივესი ალკანი ბევრისთვის ცნობილია, როგორც მეთანი. გარდა ამისა, ზეთში არის აზოტოვანი და გოგირდოვანი მინარევები. და თუ ის სწორად არის დამუშავებული, მაშინ შეგიძლიათ მიიღოთ ბევრი სხვადასხვა მასალა. მაგალითად, აიღეთ ცნობილი ბენზინი. რას წარმოადგენს ის? სინამდვილეში, ეს არის დაბალ დუღილის ნავთობის ფრაქცია, რომელიც წარმოიქმნება მოკლე ჯაჭვის ნახშირწყალბადების რაოდენობით.ატომები ხუთიდან ცხრამდე. ბენზინი არის მთავარი საწვავი როგორც სამგზავრო მანქანებისთვის, ასევე მცირე თვითმფრინავებისთვის. შემდეგი ხაზგასმული ტიპია ნავთი. ის უფრო ბლანტი და მძიმეა. იგი წარმოიქმნება ნახშირწყალბადებისგან, რომელშიც არის 10-დან 16 ატომამდე. ნავთი გამოიყენება რეაქტიულ თვითმფრინავებში და ძრავებში. კიდევ უფრო მძიმე ფრაქცია გაზის ზეთია. იგი გამოიყენება დიზელის საწვავში, რომელიც ნავთის ნარევს წარმოადგენს.

ალტერნატივის სამეცნიერო ძიება

მიუხედავად იმისა, რომ ძირითადი ფრაქციები ნავთობისგან მიიღება, აღმოჩნდა, რომ ამ მიზნით სხვა ნახშირბადის ნედლეულის გამოყენებაც შეიძლება. ეს პრობლემა ქიმიკოსებმა ჯერ კიდევ 1926 წელს გადაჭრეს. შემდეგ მეცნიერებმა ფიშერმა და ტროპშმა აღმოაჩინეს ნახშირბადის მონოქსიდის შემცირების რეაქცია ატმოსფერული წნევის ქვეშ. აღმოჩნდა, რომ თხევადი და მყარი ნახშირწყალბადები შეიძლება წარმოიქმნას აირის ნარევიდან კატალიზატორების თანდასწრებით. ქიმიური შემადგენლობით ისინი ახლოს იყვნენ ნავთობისგან მიღებულ პროდუქტებთან. ქიმიური კვლევის შედეგს ეწოდა „სინთეზური აირი“. საკმაოდ მარტივი აღმოჩნდა. იმდენად, რამდენადაც ის შეიძლება გაიმეოროს სახლში ნებისმიერმა ადამიანმა, რომელსაც სკოლაში ქიმია და ფიზიკა არ გამოუტოვებია. იგი მიიღება ნახშირზე წყლის ორთქლის გადაყვანით (ეს არის მისი გაზიფიკაცია) ან ჩვეულებრივი ბუნებრივი აირის გარდაქმნით (ის ძირითადად მეთანისგან შედგება). მეორე შემთხვევაში დამატებით გამოიყენეს ლითონის კატალიზატორები. უნდა აღინიშნოს, რომ სინთეზური გაზი შეიძლება შეიქმნას არა მხოლოდ მეთანისა და ნახშირისგან. პერსპექტიულ მიმართულებად ახლა ითვლება მუშაობა ფერმენტულ დამცენარეული ნედლეულის ნარჩენების თერმოქიმიური დამუშავება. ასევე არ უნდა დავივიწყოთ ბიოგაზის, ანუ ორგანული ნარჩენების დაშლის შედეგად მიღებული აქროლადი ნივთიერებების გარდაქმნა.

როგორ განვითარდა აპლიკაცია?

ნაცისტური გერმანია ამ მხრივ გამოირჩეოდა. მეორე მსოფლიო ომის დროს მას მნიშვნელოვანი პრობლემები შეექმნა საწვავის მიწოდების კუთხით. ამიტომ შეიქმნა მთელი კომპლექსები, რომლებიც ამუშავებდნენ ნახშირს თხევად საწვავად. და მესამე რაიხის სინთეზურმა ბენზინმა თავისი მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა, საკმაოდ მკაცრად გადადო ამ საშინელი სახელმწიფოს დაცემა. შემდეგ გამოყენებული იქნა ნახშირის ქიმიური გათხევადების მეთოდი პიროლიზის საწვავის მიღებამდე. ომის ბოლოს ნაცისტურმა გერმანიამ მოახერხა დღეში 100 000 ბარელი სინთეზური ნავთობის დონემდე მიაღწიოს. უფრო ჩვეულებრივი თვალსაზრისით, ეს 130 ტონაზე მეტია! ნახშირის გამოყენება მიზანშეწონილია მსგავსი ქიმიური შემადგენლობის გამო. ასე რომ, მასში წყალბადის შემცველობა 8%-ია, ზეთში კი 15%. თუ შექმნით გარკვეულ ტემპერატურულ რეჟიმს და ნახშირს გაჯერებთ წყალბადით მნიშვნელოვანი მოცულობით, მაშინ ის გადავა თხევად მდგომარეობაში. ამ პროცესს ჰიდროგენიზაცია ეწოდება. გარდა ამისა, მისი დაჩქარება და მოცულობის გაზრდა შესაძლებელია კატალიზატორების გამოყენების შემთხვევაში: რკინა, კალა, ნიკელი, მოლიბდენი, ალუმინი და მრავალი სხვა. ეს ყველაფერი შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა ფრაქციების იზოლირებას და მათი შემდგომი დამუშავებისთვის გამოყენებას.

სინთეზური ბენზინი ახლა გერმანიაში იწარმოება. მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ სამხრეთ აფრიკა მიჰყვა მას. მერეჩინეთმა, ავსტრალიამ და შეერთებულმა შტატებმა დაიწყეს გაწევრიანება. აღსანიშნავია, რომ ჩვენც გვაქვს ამ სფეროს განვითარების პოტენციალი.

დაცემისა და აწევის შესახებ

სსრკ-ში, ჯერ კიდევ მეორე მსოფლიო ომის დაწყებამდე, ცდილობდნენ ყავისფერი ნახშირიდან ბენზინის შესაძლო მოპოვებას. მაგრამ, სამწუხაროდ, ვერ მოხერხდა სამრეწველო წარმოებისთვის შესაფერისი შედეგების მიღება. კონფლიქტის დასრულების შემდეგ ნავთობის ფასი დაეცა და მასთან ერთად გაქრა სინთეზური საწვავის საჭიროება. ახლა, ნავთობის მარაგების შემცირების გამო, ეს ტერიტორია აღორძინებას განიცდის. სინთეზური ბენზინის წარმოება სულ უფრო ფართოვდება, რაც ხშირად სახელმწიფოს მხარდაჭერას ხვდება. მაგალითად, შეერთებულ შტატებში, ასეთი საწვავის მწარმოებლებს შეუძლიათ დაეყრდნონ სახელმწიფო სუბსიდიებს. მიუხედავად ყველა წინაპირობისა, თხევადი საწვავი იწარმოება შეზღუდული მასშტაბით. ფაქტია, რომ არსებული სიმძლავრეების გაფართოება შეზღუდულია მაღალი ღირებულებით, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ჩვეულებრივი ნედლეულისგან მიღებულს. მაგალითად, გერმანიაში სინთეტიკური ბენზინი შეიძლება დამზადდეს წყლისა და ნახშირორჟანგისგან, მაგრამ სულ რაღაც ერთ წელიწადში ის ახალი მანქანის დაჯდება. და ეს ყველაფერი ინსტალაციის მაღალი ღირებულების გამო. მუშაობის ძირითადი მიმართულებაა ეკონომიკური ტექნიკური გადაწყვეტილებების ძიება. მაგალითად, ნახშირის გათხევადებისთვის წნევის შემცირების საკითხი ღიაა. ახლა საჭიროა 300-700 ატმოსფეროს შექმნა და ძიება ხორციელდება 100 და ქვემოთ მნიშვნელობის მისაღწევად. ასევე აქტუალურია გენერატორების პროდუქტიულობის გაზრდის, ახალი კატალიზატორების (უფრო ეფექტური) შემუშავების საკითხები. დიახ, და არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ არ არის ამდენი მაღალი ხარისხის ბუნებრივი ქვანახშირი.ამიტომ, უფრო პერსპექტიულად ითვლება მისი გაზიდან მიღება. რა არის აქ შესაძლებლობები?

წარმოებულია ბუნებრივი აირისგან

ეს განსაკუთრებით ეხება ტრანსპორტის არსებული პრობლემების გამო. ასე რომ, თუ თქვენ გადაიტანეთ ბუნებრივი აირი, მაშინ ამის ღირებულება იქნება საბოლოო პროდუქტის ღირებულების 30-50%. ამიტომ, მისი დამუშავება უშუალოდ მოპოვების ადგილის მახლობლად მაღალი ხარისხის ბენზინზე და დიზელის საწვავში ძალიან აქტუალურია. ეს აყენებს უამრავ მოთხოვნას დანადგარების კომპაქტურობისთვის. თუ საბოლოო პროდუქტები მიიღება მეთანოლის სტადიაზე, მაშინ ასეთი პროცესი მოსახერხებელია იმის გამო, რომ იგი მიმდინარეობს ერთ რეაქტორში. მაგრამ საჭიროა ბევრი ენერგია, რის გამოც სინთეზური საწვავი ორჯერ უფრო ძვირია ვიდრე ზეთი. ამ საერთო მეთოდის ალტერნატივა შემოგვთავაზა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის პეტროქიმიური სინთეზის ინსტიტუტმა. იგი გულისხმობს მუშაობას სხვა შუალედთან - დიმეთილ ეთერთან. ამ გზით მუშაობა რთული არ არის, თუ ნახშირბადის მონოქსიდის პროპორცია გაიზარდა წარმოქმნილ სინთეზურ აირში. სინთეტიკური ბენზინის წარმოება ამ შემთხვევაში არის დამატებითი და საკმაოდ ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი. განსაკუთრებით კარგად გამოიჩინა თავი ცივი ძრავების გაშვებისას, ცეტანის მაღალი რაოდენობის გამო. და ბენზინის წარმოებისთვის, ეს ვარიანტი არ არის ცუდი. ასე რომ, შეგიძლიათ საწვავის დამზადება ოქტანური რეიტინგით 92. სინთეზურ ბენზინს ბუნებრივი აირისგან, ამავე დროს, ნაკლები მავნე მინარევები აქვს, ვიდრე ნავთობისგან დამზადებულში. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის მიერ შემოთავაზებული ინსტალაცია გთავაზობთ მუშაობის სქემას, რომლის მიხედვითაც, რაც უფრო მაღალია რეაქციის ტემპერატურა, მით მეტიშესრულება.

შეგიძლიათ ეს ყველაფერი თავად გააკეთოთ?

მიუხედავად იმისა, რომ ალტერნატიული ენერგია შედარებით ახალგაზრდა მეცნიერებად ითვლება, მისი მიღწევების ერთ ოჯახში გამეორება პრობლემა არ არის. ამიტომ, დიახ, სავსებით შესაძლებელია სინთეზური ბენზინის შექმნა საკუთარი ხელით. უფრო მეტიც, იმ პირობების სპეციფიკიდან გამომდინარე, რომლებშიც ადამიანი უნდა არსებობდეს, შესაძლებელია ხეზე, ნახშირზე და ბიოგაზზე დაყრდნობა. რომელ მათგანს მიანიჭოს უპირატესობა სახლში - ყველა თავად წყვეტს.

როგორც უმარტივესი, ყველაზე აქტუალურია კითხვა, როგორ მივიღოთ სინთეზური ბენზინი ხისგან საკუთარი ხელით. ბევრი მიიჩნევს მას მხოლოდ როგორც სამშენებლო მასალას ან სათამაშოების ნედლეულს. მაგრამ ღირს მინიმუმ ხის ალკოჰოლის დამახსოვრება და ცხადი ხდება, რომ პოტენციალი არსებობს. როგორ მივიღოთ სინთეზური აირი ამ შემთხვევაში? აუცილებელია ხის აღება (ან მისი ნარჩენები, კონკრეტულად რა არ არის მნიშვნელოვანი). სახლში, შეგიძლიათ გააკეთოთ მოწყობილობა სამი ნაწილისგან, რომელთაგან თითოეული შეასრულებს თავის ფუნქციას. თავდაპირველად აუცილებელია მათი გაშრობა და გათბობა 250-300 გრადუს ცელსიუსამდე. შემდეგ მოდის პიროლიზის ჯერი. აქ ტემპერატურა 700 გრადუსამდე უნდა გაიზარდოს. და საბოლოო ეტაპი არის გაზის გამომუშავება. ის იწყებს ორთქლის რეფორმას. პროცესი 700-1000 გრადუს ტემპერატურაზე მიმდინარეობს. შედეგი არის ძალიან სუფთა სინთეზური გაზი. დამატებითი ჩარევა არ არის საჭირო. შემდეგ ვიყენებთ კატალიზატორებს და სინთეზური ბენზინი მზად არის!

დამზადება ქვანახშირისგან

და კიდევ ერთი პატარა მომენტი, რომელიც აქამდე არ იყო ნახსენები - სახლში მუშაობისას, ინსტალაციები, რა თქმა უნდა, საკმაოდ დიდი აღმოჩნდება. ამიტომ მათი ბინაში განთავსება არ არის რეკომენდებული. მაგრამ მათი შექმნა საკუთარ სახლში ან მის მახლობლად ძალიან რეალურია.

სინთეზური ბენზინის მიღება შესაძლებელია ნახშირისგან ორთქლის ზემოქმედებით. მისი გაზიფიცირება სახლის პირობებისთვის ყველაზე მარტივი და ხელმისაწვდომი გზაა. მოდით დავიწყოთ. თავდაპირველად, უფრო მეტი ეფექტურობისა და პროცესის სიჩქარის გაზრდისთვის, ქვანახშირი უნდა გაანადგუროს. შემდეგ იგი გაჯერებულია წყალბადით. მაშინ საჭიროა შეიქმნას ტემპერატურა 400-500 გრადუსი ცელსიუსით და წნევა 50-300 კგ/სმ2. და ჩვენ ველოდებით თხევად მდგომარეობაში გადასვლის მომენტს. თუ გამხსნელი არ არის გამოყენებული, მაშინ ნახშირის მთლიანი მასის მხოლოდ 5-8% გახდება ასეთი. შემდეგ მოდის კატალიზატორების ჯერი. ნახშირისთვის გამოდგება: მოლიბდენი, ნიკელი, კობალტი, კალა, ალუმინი, რკინა, ასევე მათი ნაერთები. ნებისმიერი სახის ნედლეულის გამოყენება შესაძლებელია გაზიფიკაციისთვის. ყავისფერი, ქვა - ყველაფერი გამოვა. მიუხედავად იმისა, რომ მისი ხარისხი გავლენას ახდენს კონვერტაციის ეფექტურობაზე. ადრე ნახშირბადის ოდენობის აღნიშვნა იყო მოცემული და ფიგურას 8% ერქვა. ეს მთლად სიმართლეს არ შეესაბამება. ბრენდისა და ხარისხის მიხედვით, ღირებულება შეიძლება მერყეობდეს 4%-დან 8%-მდე. ხოლო ბენზინის შემდგომი დამუშავებისა და გამოყოფის მინიმალური ვარგისიანობისთვის აუცილებელია 11%-ის მნიშვნელობის მიღწევა (15%-ზე უკეთესი). თავდაპირველად, არა ის ფაქტი, რომ ყველაფერი გამოვა. მით უმეტეს, თუ გამოტოვეთ გაკვეთილები ფიზიკაში დაქიმია. მიუხედავად ამისა, ნახშირის სინთეზური ბენზინი წარმატებით შეიძლება დამზადდეს და გამოიყენებოდეს.

ბიოგაზთან მუშაობა

ეს საკმაოდ უჩვეულო და ექსტრავაგანტული მიდგომაა, მაგრამ მუშაობს. მისი სილამაზე ასევე იმაშია, რომ როგორც საწვავი მას უფრო ფართო გამოყენება აქვს, ვიდრე უბრალოდ სინთეზური ბენზინი. მართალია, ის დიდ ადგილს იკავებს. ასე, მაგალითად, ერთი კუბური მეტრი ბიოგაზი უდრის 0,6 ლიტრ ბენზინს. თუ თქვენ იყენებთ მას არა შეკუმშულ მდგომარეობაში, შემდეგ კი სატვირთო მანქანაზე თვალის კაკლისკენ მიიყვანთ, ას ან ორ კილომეტრზე მეტს ვერ გაივლით. მაშასადამე, როგორ მოვახდინოთ მისგან სასურველი ბენზინის სინთეზირება? ეს შესაძლებელია იმის გამო, რომ, ფაქტობრივად, ეს არის მეთანი მცირე მინარევებით. ეს არის პრაქტიკულად ის, რაც გჭირდებათ. თუმცა სინთეზი პრობლემურია. ყოველივე ამის შემდეგ, აქ რაღაც ახალი და ამავე დროს მარტივი არ არის გამოგონილი. ანუ უნდა ვიმუშაოთ სინთეზური აირის შექმნაზე და მისგან ბენზინის წარმოქმნაზე უზრუნველვყოთ. ეს კეთდება (ყველაზე გავრცელებული სქემის მიხედვით) მეთანოლის მეშვეობით. მიუხედავად იმისა, რომ თქვენ შეგიძლიათ იმუშაოთ დიმეთილის ეთერის საშუალებით. რაც შეეხება მეთანოლს, ყოველთვის უნდა გახსოვდეთ, რომ ის უკიდურესად საშიშია. სიტუაციას ისიც ართულებს, რომ მას ალკოჰოლის სუნი აქვს, დუღილის ტემპერატურა კი 65 გრადუსია. ზოგადად, საწვავის სინთეზთან მუშაობა არ არის ბავშვის თამაში. ამიტომ, ზედმეტი არ იქნება ქიმიისა და ფიზიკის სწავლა, თუ ეს ცოდნა არ არის ხელმისაწვდომი. მოკლედ, სინთეზური ბენზინი მიიღება გაზის და კონდენსატორის დისტილაციით. ეს მეთოდი არ არის სწრაფი, მაგრამ თუ არსებობს კარგი თეორიული საფუძველი, არ არის რთული. მაგრამ ცოდნის გარეშე შეუძლებელია მუშაობარეკომენდებულია. ყოველივე ამის შემდეგ, სუფთა მეთანოლი არის ყველაზე მაღალი ოქტანური საწვავი და, შესაბამისად, საშიში. და ჩვეულებრივი მანქანის ძრავა მას არ „მოინელებს“- ის ამისთვის არ არის შექმნილი.

დასკვნა

აი როგორ მივიღოთ სინთეზური საწვავი. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს არ არის სათამაშოები, არამედ აალებადი საქმიანობა. ამიტომ, სათანადო თეორიული მომზადების გარეშე, არ უნდა ჩაერთოს ასეთ საქმეში. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს იქნება უსაფრთხოების წესების პირდაპირი დარღვევა. და ისინი, უნდა გვახსოვდეს, ყოველთვის სისხლით იწერება.