Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Синтетическое жидкое топливо

Оглянитесь вокруг: что можно сделать из нефти

Очень многие из окружающих нас предметов в большей или меньшей степени состоит из нефти. Одежда, зубная щетка, телевизор, электрический чайник, светильник, посуда, игрушки, и многие другие предметы, которые мы используем в быту состоят из пластмассы, а, следовательно, являются результатом деятельности химической промышленности с применением нефти.

На протяжении тысячелетий люди изучали природные ископаемые и пытались извлекать из них полезные качества. Исследовав структуру нефти, химики выяснили, что можно из нее можно делать много полезных продуктов, и теперь быт человека окружает множество предметов, вещей и средств, которые изготовлены именно из черного золота. Под определенным давлением и температурой происходит удаление из нефти различных ненужных примесей и создаются чистые нефтепродукты.

Предметы из нефти, которые нас окружают:

  • Топливо;
  • Пластмасса;
  • Полиэтилен и пластик;
  • Синтетика;
  • Косметические средства;
  • Медицинские препараты;
  • Предметы быта и обихода.

Практически невозможно перечислить все продукты, которые производятся на основе нефти. Общее количество можно определить цифрой в пределах 6000 таких изделий.

Определение термина «синтетическое топливо»

Термин «синтетическое топливо» имеет несколько различных значений и может относится к различным видам топлива. «Международное энергетическое агентство» традиционно определяет «синтетическое топливо» как любое жидкое топливо, полученное из угля или природного газа. Энергетическая информационная ассоциация США в своём ежегодном отчёте за 2006 год определяет синтетическое топливо как топливо, полученное из угля, природного газа, биомассы или корма для животных путём химической конверсии в синтетическое масло и/или синтетические жидкие продукты.
Другие виды синтетического топлива используются в качестве присадок к традиционному топливу и позволяют повысить производительность двигателя внутреннего сгорания (метанол, этанол и т. д.) или же используются для специальных задач, таких как ракетное топливо (гидразин, синтин и т. д.).
Многочисленные определения синтетического топлива включают топливо, произведённое из биомассы, а также из промышленныx и коммунальныx отходов.
С одной стороны, «синтетическoe» означает, что топливо производится искусственно. В отличие от синтетического, обычное топливо получают разделением сырой нефти на отдельные фракции (перегонкой, ректификацией и т. д.) без химического модифицирования компонентов. Однако различные химические процессы также могут быть использованы и при производстве традиционного топлива. Понятие «синтетическое» может означать, с другой стороны, что топливо было произведено химическим синтезом, то есть получением соединения более высокого уровня из нескольких низших. Это определение относится, в частности, к топливам XtL, в которых сырьё сначала разлагается и превращается в синтез-газ, состоящий из низших соединений (H2, CO и т. д.), из которых затем получают высшие углеводороды (синтез Фишера-Тропша ). Однако даже при получении обычных видов топлива химические процессы могут быть частью производственного процесса. Например, углеводороды со слишком длинной углеродной цепью путём так называемого крекинга могут быть преобразованы в продукты с более короткой цепью — так получают бензин и дизельное топливо. В результате провести чёткое отличие традиционного топлива от синтетического невозможно. И хотя точного определения не существует, термин «синтетическое топливо» обычно относят к топливу XtL.
Разница же между синтетическим и альтернативным видами топлива заключается в методике их применения: альтернативное топливо может требовать более серьезной модификации двигателя или топливной системы, или даже использования двигателя нетрадиционного типа (например, парового).

Изготовление бензина из старых покрышек

Для этого потребуются:

  • резиновые отходы;
  • печь;
  • дистиллятор;
  • емкости из огнеупорных материалов.

Совет специалиста: не стоит изготавливать бензин в городской квартире. Процесс сопровождается задымлением с едким запахом резины.

Пошаговая инструкция по изготовлению бензина из резиновых покрышек выглядит следующим образом:

  1. Необходимо приготовить металлическую бочку с плотно закрывающейся крышкой. Кроме этого потребуется жароустойчивая трубка. Ее необходимо подсоединить сверху к крышке. Таким образом получится самодельный реторт. Затем необходима емкость для конденсата и еще одна небольшая ёмкость с двумя трубками для создания водяного затвора. Одну трубку опускают в воду, а вторую держат над ней.
  2. Далее надо собрать устройство для выработки углеродов в жидком виде. Для этого к конденсату подсоединяем трубку от нашего реторта. Затем конденсат и водяной затвор также соединяем шлангом. Вторую трубку подсоединяем к печке, на которую устанавливаем реторт. В итоге получается система замкнутого типа для крегинга при высоких температурах.
  3. Резину закладываем в реторт и плотно закрываем крышкой, затем необходимо нагреть ее на сильном огне. При высокой температуре молекулы резины разрушаются. Происходит возгонка, т. е. переход из твердого состояния в газообразное минуя жидкую стадию. Затем данный газ поступает в наш конденсатор, в котором температура намного ниже. Пары конденсируются, и как итог, мы получаем нефть в жидком виде.
  4. Полученное вещество необходимо очистить, для того потребуется дистиллятор, который часто применяют при использовании самогонных аппаратов. Взвесь доводится до кипения при температуре 200 градусов, и получается бензин.

Примите к сведению: избегайте открытого огня при процессе дистилляции. Лучше всего воспользоваться электрической плиткой.

Основные современные виды топлива

Твёрдые топлива

Топливо из древесины, горящие в костре

  • Древесина, древесная щепа, древесные пеллеты
  • Горючий сланец
  • Сапропель
  • Торф
  • Уголь
  • Битуминозные пески
    • Твёрдое ракетное топливо

Жидкие топлива

Просты в транспортировке, но при этом велики потери при испарении, разливах и утечках.

  • Нефтяные топлива
    • Дизельное топливо (газойль, соляровое масло)
    • Тёмное печное (печное бытовое) топливо
    • Светлое печное топливо
    • Мазут
    • Топливная нефть
    • Керосин
    • Лигроин
    • Бензин, газолин
  • Масла
    • Сланцевое масло
    • Отработавшее машинное масло
    • Растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла (жиры)
  • Спирты
    • Этанол
    • Метанол
    • Пропанол

Жидкое ракетное топливо

  • Эфиры
    • (Изомеры) спиртов
      • Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ)
      • Диметиловый эфир (ДМЭ)
    • жирных кислот

      Этерифицированные растительные масла (биодизель)

  • Эмульсии
    • Водотопливная эмульсия
    • Этиловый спирт в бензинах
    • Масла в бензинах
  • Синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша
    • Из угля (CTL)
    • Из биомассы (BTL)
    • Из природного газа (GTL)

Газообразные топлива

Более транспортабельны по сравнению с жидкими видами, при этом имеют ещё большие потери в испарении, а также при нормальных условиях ниже энергетическая плотность. Из-за низкой плотности газов энергозатраты на транспортировку на большие расстояния выше в сравнении с жидкими топливами, также выше стоимость газопровода в сравнении с нефтепроводом.

  • Пропан
  • Бутан
  • Метан, природный газ, метан угольных пластов,сланцевый газ, рудничный газ, болотный газ, биогаз, лэндфилл-газ, гидрат метана
  • Водород
  • Сжатый (компримированный) природный газ (CNG)
  • Продукты газификации твёрдого топлива
    • Угля — (синтез-, генераторный, коксовый) газы, возможна подземная газификация углей
    • Древесины
  • Смеси
    • Пропан-бутановая смесь (LPG)
    • Смесь водорода и природного газа (HCNG)

Дисперсные системы, растворы

  • Аэрозоли
    • Угольная пыль
    • Алюминиевая, магниевая пыль
  • Пены
    • Газодизель (смесь природного газа с дизельным топливом)
    • Смесь водорода с бензином
  • Суспензии
    • Водоугольное топливо
    • Водонитратное топливо («жидкий порох»)

Химические превращения углеводородов, содержащихся в нефти.

Значимость топлива в современном мире значительно возрастает. Именно по этой причине нашли самый оптимальный способ получения бензина из высококипящих фракций – крекинг – нагрев высших алканов без доступа воздуха, вследствие чего происходит распад на низшие и высшие углеводороды:

Если крекинг протекает без использования катализатора, то он называется термическим. Если же в качестве катализатора используют SiO2 или Al2O3, то это каталитический крекинг. Продуктом таких процессов является этан и пропен, которые стали важным сырьем для промышлености.

Для совершенствования качеств бензина проводят реформинг и алкилирование.

Риформинг (изомеризация) – процесс, в котором неразветвленные алканы при нагревании с катализатором превращаются в более разветвленные с большим октановым числом. Например,

Алкилирование – процесс, при котором смесь алканов и алкенов превращается в разветвлённые соединения с большим октановым числом, при использовании в качестве катализатора – кислоты:

См. также

  • Альтернативное автомобильное топливо
  • Синтетический природный газ
  • Экономика метанола — гипотетическая энергетическая экономика будущего, при которой ископаемое топливо будет заменено метанолом.
  • Сухая перегонка
  • GTL (англ. Gas-to-liquids — газ в жидкости) — процесс преобразования природного газа в высококачественные, не содержащие серу моторные топлива и другие (более тяжёлые) углеводородные продукты.
  • Гидролизное производство
  • Биотопливо
  • Глобальная энергия
  • Солнечная печь — представляет собой простейшее устройство для использования солнечного света для приготовления пищи без использования топлива или электроэнергии

Переработка нефти.

В промышленности используют дробную перегонку «сырой нефти», в результате чего последняя разделяется на несколько фракций, которые имеют различные температуры кипения:

Бензиновая фракция состоит из петролейного эфира и экстракционного бензина. Состав фракции варьируется от С6 – С9. Вся фракция является весомым нефтепродуктом, т.к. служит топливом для двигателей внутреннего сгорания.

Керосин (С916) используется в отопительных приборах, а также является топливом для самолетов и турбинных двигателей.

Газойль (дизельное топливо) служит топливом для дизельных двигателей.

Смазочные масла (С20 — С50) используются в качестве смозочных материлов.

Мазут (остаток) – используют как топливо, его перегоняют в результате чего получают высококипящую углеводородную фракцию.

Как запустить процесс добычи бензина из мусора?

Только поначалу описанный выше процесс кажется сложным. Получение топлива из отходов можно превратить в прибыльный бизнес. На первом этапе следует озаботиться двумя важными вещами:

Сырьё для переработки

Следует брать во внимание, что за принятые у населения или у предприятий бутылки придётся расплачиваться деньгами. Оборудование

Его можно приобрести или сделать на заказ

Всё зависит от объёмов предполагаемого производства.

Как уже говорилось, бутылки непросто собирать. В числе весомых альтернатив – шины авто. Их проще найти, и платить за такую находку не придётся, так как владельцы транспортных средств готовы платить за утилизацию отслужившего материала.

Тонна шин соберётся гораздо быстрее, нежели тонна пластиковых бутылок. Утилизация будет прибыльной ещё до того, как вы запустите процесс, так как за сам её факт можно получить деньги.

Есть ещё одно приятное преимущество у шин – для их пиролиза не требуется катализатор. Особенность процесса в том, что в результате переработки получается пиролизное масло. Из него и придётся делать бензин.

Изготовление этанола в домашних условиях

Процесс изготовления этанола в домашних условиях очень похож на самогоноварение.

Из чего вытекает тут же самая первая проблема — это законность данного деяния. Вам потребуется узнать максимальный объем производимого товара и регулирование алкогольной продукции в нашей (в вашей) стране.

Вне зависимости от количества спирта которое вы производите, вам также придется пройти процедуру его денатурации, сделать его непригодным для употребления в пищу человеком, с помощью добавления в него определенных веществ, таких как керосин или лигроин.

Другое важное различие между перегонкой самогона и самого топлива заключается в том, что этот самый этанол, предназначенный для использования в качестве горючего, должен быть более тщательно очищен по сравнению с таким же этанолом, что предназначен для потребления человеком. В нем должно быть меньшее количество воды. Уменьшение содержания воды может быть достигнуто только путем нескольких этапов перегонки

Также существуют еще и фильтры, которые способны удалять содержащуюся в топливном спирте воду

Уменьшение содержания воды может быть достигнуто только путем нескольких этапов перегонки. Также существуют еще и фильтры, которые способны удалять содержащуюся в топливном спирте воду.

При использовании данного этанола неплохо было бы поставить дополнительные фильтры очистки и на сам автомобиль, чтобы отделить воду и другой мусор конкретно от топлива, так как сам по-себе этанол действуя в качестве растворителя, будет по-просту смывать всю эту грязь с топливных линий и нести их прямо в цилиндры.

Процесс изготовления топлива аналогичен созданию алкоголя. Он начинается с подбора сырья. Исходным продуктом может быть что угодно, от той же кукурузы и пшеницы и заканчивая просом или топинамбуром.

-Исходное сырье используется для приготовления затора;

-Потом начинает процесс ферментации, который расщепляет крахмал до сахаров;

-Далее следует процесс брожения.

-Спирт готов.

Твердое и газообразное топливо

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живет около половины мирового населения) . Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.
Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

Природный газ.

Природный газ – совокупнсть газов, состав которых зависит от месторождения. В основном, это смесь метана, этана и пропана, но еще могут встретиться небольшие количества азота, высших алканов, углерода, гелия (редко).

Природный газ является промышленным топливом, важнейшим соединением служит синтез-газ (смесь оксида углерода и водорода):

Его можно получить воздействием раскаленного кокса с водяным паром, соединение, которое получается в данном процессе, носит название водяной газ:

Именно из оксида углерода и водорода получают метанол:

Реакция протекает под давлением в присутствие катализаторов.

Получение бензина и высококалорийных газов из угля

Уголь и нефть при сравнении их элементного состава оказываются ближайшими родственниками. Главное различие твердого и жидкого топлива в разнице содержания наиболее калорийного элемента — водорода (4-8 % в угле против 11-15 % в нефти).

Если тонко измельченный уголь насыщать водородом и данный процесс будет происходить при определенных термодинамических условиях, то твердое топливо почти полностью переходит в жидкое состояние. Получается синтетическая нефть, близкая по свойствам природной.

Процесс гидрогенизации угля происходит при температуре 400-500 ОС и давлении 50-300 кгс/см2.

В качестве источника водорода и растворителя угля (пастообразователя) могут быть использованы остатки от перегонки нефти или синтетическая нефть, получаемая в результате самого процесса. Для интенсификации процесса в камеру вводится элементарный водород.

Без растворителя в жидкое состояние переходит только 5-8 % угля. В значительной мере ускорить гидрогенизацию, а также увеличить степень сжижения угля позволяют катализаторы: молибден, кобальт, никель, железо, олово, алюминий и их соединения.

Жидкое топливо из угля можно получать и по другому принципу: первоначально угольное сырьё подвергнуть процессу газификации, а потом сжижать газ в присутствии катализатора, чтобы получить различные жидкие фракции.

В настоящее время во многих странах уделяется серьезное внимание вопросам производства жидкого синтетического топлива из угля. Выделяются значительные средства на исследования, конструирование опытных установок. Исследования по гидрогенизации углей начались еще в 30-х годах в СССР

В Советском союзе эксперименты велись в основном на базе дешевых бурых углей Канско-Ачинского бассейна и газовых, длиннопламенных углей Кузнецкого бассейна

Исследования по гидрогенизации углей начались еще в 30-х годах в СССР. В Советском союзе эксперименты велись в основном на базе дешевых бурых углей Канско-Ачинского бассейна и газовых, длиннопламенных углей Кузнецкого бассейна.

Был разработан прогрессивный способ так называемой жидкофазной гидрогенизации, где в качестве пастообразователя (донора водорода) используется не нефть, а продукты гидрогенизации угля.

Удельный расход угля в целом зависит в первую очередь от его качества и технологических свойств, а также от метода гидрогенизации. Чтобы получить одну тонну синтетической нефти с учетом всех затрат, в том числе на производство водорода и энергетическое обеспечение процесса, требуется 4-5 тонн Канско-Ачинского или 2-3 тонны Кузнецкого угля. В зависимости от условий проведения гидрогенизации и состава исходного угля можно получить бензин, солярку, мазут, керосин, а также сырье для органического синтеза.

Еще советские ученые пришли к выводу, что затраты на производство одной тонны жидкого топлива из угля на 30% меньше, чем на получение подобных продуктов из нефти, добываемой обычным способом.

Это говорит об огромных перспективах производства синтетического топлива из углей. Но как ни парадоксально масштаб подобных исследовательских работ в России практически не ведется. Это объясняется значительным богатством России ресурсами жидких и газообразных углеводородов.

Еще один метод получения синтетического топлива — газификация, то есть облагораживание низкокалорийного угля с целью получения высококалорийных газов различного назначения. Для газификации пригодны все виды твердого топлива, в том числе бурые и каменные угли, запасы которых в России оцениваются в сотни миллиардов тонн. Еще в период с 50-го по 60-ый год в Советском Союзе работало более 340 газогенераторных станций. Они давали более 15 миллиардов кубометров энергетических и технологических газов в год. С ростом добычи более дешевого природного газа объемы газификации угля резко уменьшились. Но интерес к этому снова возник еще на заре Советского союза, но объективные причины тех лет загнали эту инициативу в далекий угол на долгие годы.

Использование в топливном балансе страны синтетических углеводородов, получаемых из угля, перспектива ближайшего будущего. Необходима оценка ресурсов и разведка месторождений углей пригодных для синтеза, разработка полупромышленных, промышленных установок для гидрогенизации и газификации

В завершении еще одно важное обстоятельство. Продукты, полученные в процессе газификации и гидрогенизации углей, гораздо меньше загрязняют атмосферу, чем уголь, сжигаемый на электростанциях

Синтетический бензин

Синтетический бензин, полученный каталитическим гидрированием окиси углерода, обладает низким октановым числом; чтобы получить высокосортное топливо для двигателей внутреннего сгорания, его следует подвергнуть дополнительной обработке. Наоборот, синтетическое дизельное топливо получается очень высокого качества, так как имеет чрезвычайно большое цетановое число. Вследствие отсутствия фракции смазочных масел последние получают синтетически, полимеризуя либо некоторые из низших олефинов, образующихся в этом процессе, либо олефины, полученные термическим крекингом синтетического парафина.

Синтетический бензин из СО Н2 обладает большим недостатком, он имеет октановое число всего 35 — 40 и поэтому для моторов высокого сжатия не пригоден. И то и другое удорожает конечную его стоимость.

Показатели качества некоторых высокооктановых компонентов.

Синтетический бензин для получения авиабензинов у нас не используется, так как это оказывается экономически невыгодным. Детонационная стойкость его близка к детонационной стойкости базового бензина каталитического крекинга.

Синтетический бензин, полученный каталитическим гидрированием окиси углерода, обладает низким октановым числом; чтобы получить высокосортное топливо, его следует подвергнуть дополнительной обработке. Дизельное топливо имеет исключительно большое цетановое число и, следовательно, является высококачественным продуктом.

Товарные синтетические бензины, выпускаемые заводами синтеза, являются смесью бензинов, улавливаемых активированным углем и получаемых при дестилляции синтинного масла. Бензин, полученный после десорбции активированного угля, вначале подвергается стабилизации. Стабилизация проводится под давлением 7 — 8 am при температуре верха колонны 60 — 70 С и температуре низа колонны 130 — 150 С. После стабилизации бензин поступает на промывку 10 % раствором щелочи.

Товарные синтетические бензины, выпускаемые заводами синтеза, являются смесью бензинов, улавливаемых активированным углем и получаемых при дестилляции синтинного конден-сатного масла. Бензин, полученный после десорбции активированного угля, вначале подвергается стабилизации. После стабилизации бензин поступает на промывку 10 % — ным раствором щелочи.

Понятие синтетический бензин из природного газа может иметь много различных значений, так как имеется большое число методов превращения углеводородов природного газа в вышекипящие продукты, которые могут быть отнесены к группе синтетических бензинов.

Такие синтетические бензины представляют собой смесь непредельных углеводородов.

Упоминавшийся выше синтетический бензин, получаемый из синтез-газа, до изомеризации дает фракции, содержащие от 74 до 82 % олефииов по объему.

Получение синтетического бензина из окиси углерода и водорода давно уже прошло стадию полузаводских опытов и незадолго до последней мировой войны было внедрено в промышленность с выходом до 160 г синтина на 1 м3 исходного газа.

Производство синтетического бензина из метанола состоит из следующих основных стадий: дегидратация метанола до диметилового эфира, синтез бензина-сырца, разделение полученных продуктов на газообразные, жидкие углеводороды и водный слой, стабилизация бензина-сырца, алкилиро-ванне изобутана олефинами, газофракционирование, смешение стабилизованного синтетического бензина с алкилатом.

Известен также синтетический бензин, получаемый методом гидрирования.

Синтин ( синтетический бензин) — продукт синтеза из водяного газа, состоит из парафиновых углеводородов нормального строения с небольшим количеством олефияов.

Углеводородный состав синтетического бензина был установлен фракционировкой на колонне ( 20 теоретических тарелок) и качественно спектральным анализом.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации