Синтетические жидкие топлива

Послесловие

Если использовать не нефтяные ресурсы в качестве источника для получения топлива, то перспективы как экологии, так и самого наличия топливно-энергетического комплекса выглядят не столь удручающе, как это есть на сегодняшний момент.

В качестве альтернатив могут быть использованы технологии переработки сжиженных газов, растительных масел из ряда непищевых сортов, спирты на основе этилового, но главное – водород, не оставляющий после себя СО и СО2.

Отдельное направление – создание экономичных  и компактных аккумуляторов и электродвигателя, работающего в паре с ними.

Пока что идёт химическое совершенствование бензинов, ужесточение экологических требований к ним, но, как следствие – увеличение цены. Что вкупе с увеличением численности народонаселения планеты и доступ всё большего числа людей всех континентов к благам цивилизации, к которым, несомненно, относится и всеобщая автомобилизация – перспективы отрасли остаются неопределёнными.

Создание биодизельного топлива дома

Прежде всего важно изначально понять различие того же масла и самого биодизельного топлива. Растительное масло (SVO), отходы растительного масла (WVO) и подобные жиры животного происхождения естественно способны питать дизельный двигатель, но они не являются как таковым биодизельным топливом

В первом варианте без доработок самого двигателя не обойтись. Как минимум потребуется система грубой и тонкой фильтрации отходов растительного масла. Вариант не очень хороший для мотора.

Предпочтительнее изготовление данного биодизеля из SVO или из WVO масел. Процесс является более сложным и включает в себя «расщепление» химической структуры жиров или масел с использованием метанола и щелочи

Важно принять необходимые меры предосторожности, так как и метанол и щелочь являются токсичными веществами

Процесс изготовления биодизельного топлива из SVO, в самых основных чертах.

-Нагревание масла;

-Добавление определенного количества смешанных ингредиентов метанола и щелочи, они облегчат химический процесс, известный как переэтерификация;

-Результатом этого процесса станет как-раз то, что в конечном итоге выйдет (получится) два продукта, а именно: биодизель и глицерин, который отделиться и осядет на дно данной смеси;

-Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода сама по-себе приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, которые вызывают в дальнейшем коррозию металлических деталей.

Хранить не более 3 месяцев.

Значения

За эталон взята смесь изооктана (2,2,4-триметилпентана) и н-гептана в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием; октановое число соответствует содержанию (в процентах по объёму) изооктана в эталонной смеси. Поскольку изооктан с трудом самовоспламеняется даже при высоких степенях сжатия, топливо с большей детонационной стойкостью имеет более высокое октановое число.

Для товарного бензина октановое число обычно находится в пределах 70-95, то есть его детонационная стойкость такая же, как и у смеси изооктана и гептана с 70-95 % изооктана. Максимальное значение октанового числа (эквивалент чистого изооктана) равно 100, из-за крайне низкой детонационной стойкости н-гептана чистый гептан принят за минимум с октановым числом, равным 0. При применении антидетонационных присадок возможно достижение более высокой детонационной стойкости, чем у чистого изооктана. Для таких бензинов существует условная октановая шкала, где значения идут выше 100, а эталонной смесью является изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца.

Поскольку реальное топливо не является смесью изооктана и гептана, результаты сравнения слегка зависят от метода испытаний: различают исследовательское октановое число (ОЧИ) и моторное октановое число (ОЧМ). Разница между ОЧИ и ОЧМ называется чувствительностью топлива (англ. fuel sensitivity). Для характеристики детонационной стойкости топлива в реальных условиях эксплуатации применяются также фактическое октановое число (в испытаниях двигателя на стенде) и дорожное октановое число (в испытаниях на дороге непосредственно на автомобиле).

Детонация в двигателе на слух воспринимается как «стук» — характерный металлический звон. Он создаётся волнами давления, возникающими при быстром сгорании смеси и отражающимися от стенок цилиндра и поршня. При этом снижается мощность двигателя и ускоряется его износ, а при возникновении детонационных волн двигатель может быть повреждён или разрушен. Впервые эти явления были исследованы в 1921 году английским инженером Гарри Рикардо, который предложил первую шкалу детонационной стойкости бензинов. Долгое время основным антидетонатором служил тетраэтилсвинец, однако в настоящее время использование этилированного бензина запрещено из-за его токсичности, и для повышения октанового числа применяются другие антидетонационные присадки.

Жидкое топливо из газов

Трудно представить, что из таких простых веществ как угарный газ (то-есть окись углерода) и водород, можно получить сложные органические соединения, самые разнообразные сорта жидкого топлива.

Для получения жидкого топлива нужно иметь смесь этих газов, в которой на каждую часть окиси углерода приходилось бы две части водорода. Такую смесь получают в специальных аппаратах — газогенераторах. Через слой раскаленного кокса продувают смесь водяного пара и воздуха. Кислород воздуха, соединяясь с углеродом, образует угарный газ. Этот процесс называют газификацией угля. При разложении молекул воды выделяется водород. Смесь водорода и угарного газа направляют в холодильники. Отсюда так называемый водяной газ идет в реактор. При температуре 200° под воздействием наиболее активных катализаторов — кобальта или никеля — окись углерода и водород вступают в химическое соединение. Из большого числа легких газовых молекул образуются сложные тяжелые вещества.

Катализаторы не только способствуют образованию простых соединений углерода и водорода, но и влияют на дальнейшее усложнение — полимеризацию молекул: углеродные атомы соединяются в цепи, кольца, обрастают атомами водорода. Заново возникают самые разнообразные углеводороды — от легких газов (начиная от метана) до твердых, высокоплавких парафинов, содержащих в каждой молекуле до 100 атомов углерода. Примерно 60% первоначально взятой газовой смеси переходит в жидкое топливо. Это и есть искусственно приготовленная нефть, мало чем отличающаяся от обычной, природной нефти.

Войдем в цех, где происходит синтез горючего. Железные аппараты окружены сложными переплетениями толстых труб. В цехе тихо и безлюдно. Специальные приборы автоматически управляют процессом, сами записывают температуру и давление. Интересно, что процесс образования жидкого топлива идет при обычном атмосферном ‘давлении и температуре всего около 200°. При синтезе топлива из газов не нужна дорогостоящая аппаратура для создания больших давлений и температур. Это выгодно отличает синтез от гидрогенизации угля.

Советская промышленность выпускает сейчас сотни тысяч дизельных моторов, работающих на смесях из высококипящего тяжелого нефтяного топлива.

Все больше становится могучих 25-тонных грузовиков — самосвалов, кораблей-теплоходов, экскаваторов и других машин, на которых установлены дизели. Увеличивается автомобильный и тракторный парк.

Непрерывно растет и производство искусственного дизельного топлива.

Так химики управляют процессами, получая топливо нужного сорта.

Преимущества этого способа открывают ему большие перспективы. Жидкое топливо может быть получено из любого, даже самого низкосортного бурого угля.

Предварительная газификация топлива делает возможным получение бензина из горючих сланцев и даже торфа, не говоря уже об использовании для этой цели природного газа. В 1951 — 1955 годах строятся новые заводы для производства синтетического жидкого топлива из каменного угля, сланцев и торфа. Только в Эстонской ССР на базе местных сланцев выпуск такого топлива за пятилетку увеличится на 80%.

С.Гущев
Рис. Б, Дашкова и А.Катковского
журнал «Техника — молодежи» №7, 1954 год

Производство бензина из нефти в домашних условиях

Для получения домашнего бензина  идеально подходит самогонный аппарат. Проблема остается одна – где взять сырую нефть? Этот вопрос оставим без ответа, а суть процесса перегонки нефти такова:

• берется герметичная емкость, оборудованная сверху газоотводной  трубкой и высокотемпературным термометром для измерения внутренней температуры среды в емкости;
• сырая нефть заливается в емкость, которую герметично закрывают крышкой (газоотводная трубка должна быть опущена в другую емкость);
• емкость с сырьем начинают нагревать (лучше всего использовать электрические нагревательные приборы, поскольку использование газа чревато воспламенением горючей нефтяной смеси и взрывом);
• вторая емкость ставится в холодное помещение, температура в котором должна быть примерно + 5 градусов Цельсия (если такого помещения нет, тогда газоотводную трубку необходимо охладить (например, с помощью льда);

• после того, как температура в первой нагреваемой емкости достигнет значения 150-180 градусов (иногда достаточно и меньших значений)  легкие бензиновые  фракции начнут испаряться (чаще всего испарение начинается в пределах 100-120-ти градусов);
• поскольку либо вторая емкость, либо  трубка значительно холоднее проходящих через неё нефтяных   паров, происходит их конденсация, и во вторую емкость стекает уже жидкий бензин.

Вот и весь процесс получения прямогонного бензина.

Список используемой литературы:

• Нефть и переработка нефти — Википедия
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
• «Bavarian Clock Haus and Frankenmuth Clock Company». Frankenmuth Clock Company & Bavarian Clock Haus.

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

Самый популярный продукт из нефти — Бензин

Автомобильный бензин должен соответствовать трем основным требованиям: равномерность горения, должен легко запускаться в холодную погоду и соответствовать экологическим требованиям.

Октановый рейтинг

Чтобы выполнить первое требование, бензин должен плавно гореть в двигателе без преждевременной детонации, или стука т.к. сильный стук может рассеять выходную мощность и даже привести к повреждению двигателя.

Каждый компонент нафты, который смешивается с бензином, тестируется отдельно на предмет октанового числа. Реформатор, алкилат, полимер и крекинг-нафта, а также бутан — все имеют высокий рейтинг (90 или выше) по этой шкале, в то время как прямогонная нафта может иметь рейтинг 70 или меньше.

В 1920-х годах было обнаружено, что добавление тетраэтилсвинца значительно повышает октановое число различных нафтов и было обнаружено, что каждый компонент нафты имеет уникальный ответ на свинцовые добавки, причем некоторые комбинации оказываются синергетическими, а другие — антагонистическими.

Высоколетучие и низколетучие компоненты

Второй главный критерий для бензина — это то, что он должен быть достаточно летучим, чтобы двигатель автомобиля мог запускаться в холодную погоду — это достигается путем добавления бутана в смесь бензина. К счастью, бутан также является высокооктановым компонентом с альтернативным использованием в экономике, поэтому его историческое применение было в основном в бензине.

Еще одно требование, чтобы качественный бензин имел высокое энергосодержание, выполняется путем включения в смесь компонентов с более высокой температурой кипения. Тем не менее, обе эти практики в настоящее время ставятся под сомнение по экологическим соображениям. Та же высокая летучесть, которая обеспечивает хорошие пусковые характеристики в холодную погоду, может привести к высоким испарительным потерям бензина при заправке, а включение высококипящих компонентов может увеличить выброс несгоревших углеводородов из двигателя при запуске.

Дизель — топливо для дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.

Дизельные дистилляты имеют температуру кипения намного выше (180-350 С), чем дистилляты, из которых производится бензин. Из-за высокого содержания серы в этих дистиллятах его необходимо удалять путем обработки водородом в каталитических процессах (гидроочистка).

Каменный уголь

Переработка этого вида сырья производится по трем направлениям: гидрирование, коксование и неполное сгорание. Каждый из этих видов предполагает использование особого технологического процесса.

Коксование подразумевает нахождение сырья в при температуре 1000-1200 о С, где отсутствует доступ кислорода. Этот процесс позволяет осуществлять сложнейшие химические превращения, результатом которых будет образование кокса и летучих продуктов. Первый в остывшем состоянии отправляется на предприятия металлургии. Летучие продукты охлаждаются, после чего получаются и каменноугольная смола. Остается еще много несконденсированных веществ. Если говорить о том, почему нефть лучше угля, то следует отметить, что из первого вида сырья получается гораздо больше готовых продуктов. Каждое из веществ направляется на определенное производство.

На данный момент осуществляется даже производство нефти из угля, что позволяет получить гораздо больше ценного топлива.

Каменный уголь появился на планете Земля около 360 миллионов лет назад. Данный отрезок нашей истории ученые именовали Карбоном или Каменноугольным периодом. В это же время фиксируется и появление первых наземных рептилий, первых крупных растений. Погибшие животные и растения разлагались, а колоссальное количество кислорода активно способствовало ускорению этого процесса. Сейчас на нашей планете присутствует лишь 20% кислорода, а в то время животные дышали полной грудью, ведь количество кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%. Именно такому количеству кислорода мы обязаны современным богатством угольных залежей в недрах Земли.Но уголь — это еще не все. Вследствие различных видов переработки из угля получают огромное количество разнообразных полезных веществ и продуктов. Что делают из угля? Именно об этом мы поговорим в данной статье.

Что такое бензин

Бензином называют горючую смесь легких углеводородов с различными примесями. Температура кипения от 33°C до 205°C. Средняя плотность составляет 0,71 г/см3. Начало кристаллизации -60°C. Получают бензин путем переработки нефти и в основном используют в качестве моторного топлива. Смесь легко испаряется уже при температуре 30°C, а с ростом температуры этот процесс ускоряется.

Автомобильный бензин

Точную химическую формулу вывести сложно, так как это смесь углеводородов со следами серы, азота, кислорода и других соединений. Бензин имеет низкие детонационные свойства. Это одна из его важнейших характеристик, поскольку такие понятия, как октановое число, детонация и степень сжатия являются ключевыми в работе двигателя и топлива.

Разберем кратко понятия октанового числа и детонации, которые связаны между собой. Чем выше октановое число бензина, тем он устойчивее к детонации, то есть, способен гореть без взрыва при сжатии. Углеводород изооктан, входящий в состав, имеет антидетонационные свойства. Его значение берут за 100. Н-гептан легко взрывается и имеет значение 0. Соотношение этих углеводородов и образует октановое число.

Процесс прямой перегонки

Это очень древний способ, его изобрели еще на заре бензиновых двигателей. Он если хотите не отличается супер технологиями, и его запросто можно повторить у каждого дома, про это чуть позже.

Сам физический процесс заключается в нагреве нефти и испарению из нее по очереди нужных составов. Процесс происходит при атмосферном давлении и закрытой емкости, в которую установлена газоотводящая трубка. При нагреве из нефти начинают испаряться летучие составы:

• Температура от 35 до 200 °С – получаем бензин
• Температура от 150 до 305 °С – керосин
• От 150 до 360 °С – дизельное топливо.

После чего их просто конденсируют в другую емкость.

Но при таком методе есть очень много минусов:

• Мы получаем очень мало топлива — так из одного литра получается всего 150 мл. бензина.
• Полученный бензин очень низкого октанового числа, примерно около 50 – 60 единиц. Как вы понимаете чтобы его догнать до 92 – 95, нужно много присадок.

В общем, этот процесс безнадежно устарел, в современных условиях он просто коммерчески не выгоден. Поэтому многие перерабатывающие предприятия сейчас перешли на более выгодный, совершенный способ изготовления.

Производство, потребление и экспорт из СНГ

Динамика производства бензина в Российской Федерации в 1992—2008 годах, в млн тонн

В структуре производства на 2000-е (35 млн т) основную долю занимает АИ-92 — около 18 млн т (51 %), АИ-80 — около 10 млн т (29 %), на АИ-95 приходится до 4 млн т (11 %), прямогонный бензин около 3 млн т (8 %), на АИ-98 приходится меньше процента всего производства. В том числе производство МТБЭ составляет около 700 тыс. т.

На 2007 год внутреннее потребление бензина в стране составляет около 29 млн т в год, рост потребления, несмотря на существенный рост автомобильного парка (8 %), составляет около 1,5 % в год. Структура потребления повторяет структуру производства с меньшими долями экспортных прямогонного и 80-го бензинов: АИ-92 — 62 %, АИ-80 — 24 %, АИ-95 — 14 %. Причём прирост потребления отмечается прежде всего за счёт высокооктановых (АИ-95) бензинов, происходит постепенное замещение ими низкооктановых. Основным потребителем АИ-80 является грузовой, малотоннажный и внутригородской пассажирский транспорт.

Значительную часть экспорта составляет полуфабрикатный прямогонный, а также бензин марки АИ-80 экспортный.

• В 2005 году 5,9 млн тонн бензина на 2,5 млрд долл.
• В 2006 году 6,3 млн тонн — на 3,4 млрд долл.
• В 2007 году 5,9 млн тонн — на 3,4 млрд долл.

Получение газового бензина

При извлечении углеводородов при переработке газов происходит их отбензинивание при помощи твердых сорбентов. Необходимо повысить поглощение активированным углем удельного количества углеводородов. Для этого в уголь добавляют растворитель типа толуола с дималеинимидом (0,1-1%). Затем через слой угля пропускают попутный или природный газ.

На специфически обработанном в течение 2 часов угле происходит удельное поглощение тяжелых углеводородов. Через насыщенный сорбент пропускают пар в таком же направлении, что и газ для отбензинивания. После чего сорбент сушат и используют в следующих циклах. Газоконденсат сепарируют. Это автоматически приводит к получению стабильного газового бензина.

Стоимость производства бензина из газа снижается за счет предварительной обработки сорбента и увеличения его поглотительного свойства больше чем на 50%. Это позволяет отказаться от применения пропускаемого через уголь стабильного вещества или уменьшить его количество. Уменьшаются затраты по использованию колонн и оснащенности аппаратурой.

Получение газового бензина

Как отмечалось ранее, бензин является легчайшей фракцией сырой нефти. Но получить его можно как из этого вещества, так и из попутного газа. Такой произведенный бензин будет называться газовым. Тем более что в промышленных условиях бензин создают из тяжёлых фракций нефти, такой бензин будет называться крекинг-бензином.
Газовый бензин может быть нестабильным и стабильным, тяжёлым и лёгким. Такой бензин применяется как сырьё в химической промышленности.
До применения технологии крекинга, из одной тонны нефти можно было получить только около 200 литров бензина. Когда её стали применять, то получилось повысить её количество до 700 литров. Суть технологии состоит в высоком разогревании мазута, до 500 градусов Цельсия. А как стала использоваться технология «пиролиза», то из сырой нефти выход бензина повысился до 800 литров с тонны.
В наше время мы знакомы с бензином за счет использования автомобилей. Какие-то авто смогут завестись при А-80 и А-76, а другие – лишь при Аи-95 и Аи-92, а есть и такие автомобили, которые заводятся только при Аи-98. Чем больше октановое число бензина, тем выше будет уровень его очистки. Хотя многие марки данного топлива можно получить за счет смешивания разнообразных компонентов. Но также часто используются и бензогенераторы, перебытывающие топливо в электическую энергию.
Таким образом производство бензина один из важнейших технологических процессов современного мирового производства.
Ян Волховский, promplace.ru

Что означают числа 92, 95 и 98? Октановое число и детонация

Цифрами 80, 92, 95 или 98 обозначают октановое число бензина. Этот показатель характеризует детонационную устойчивость топлива, применяемого в ДВС. Используется он только для бензина. Авиационный керосин и дизтопливо оцениваются по другим критериям.

Сначала разберемся с термином «детонация». Смесь воздуха и топлива, которая подается в камеру сгорания, сначала сжимается, а затем воспламеняется с помощью искры. Бензин с низкой детонационной устойчивостью самопроизвольно воспламеняется при меньшей степени сжатия. В результате смесь взрывается в цилиндре раньше, чем поршень достигает верхней мертвой точки. В результате:

1. Возникает характерный стук.
2. Ускоряется износ деталей поршневой системы.
3. Падает мощность двигателя.
4. Растет расход топлива.

Поэтому была введена единая система маркировки горючего в соответствии с его детонационной устойчивостью. В качестве эталона используется смесь изооктана и н-гептана. Изооктан самопроизвольно не взрывается даже при степени сжатия выше, чем у стандартных бензиновых двигателей. Таким образом, условный бензин с октановым числом 100 — это чистый изооктан. За условный ноль принята 100% смесь гептана, которая воспламеняется даже при незначительном сжатии.

Соответственно, топливо А-92, А-95 или А-80 имеет такие же детонационные свойства, как и 92, 95 или 80-процентная смесь изооктана с н-гептаном.

Различают два метода исследования октанового числа топлива: моторный и исследовательский. Соответственно, отличается и маркировка:

• А — автомобильный бензин с октановым числом, определенным по моторному методу.
• АИ — бензин, октановое число которого определено по исследовательскому методу.

Исследования проводятся на испытательных стендах, имитирующих бензиновый ДВС. Разница состоит в условиях работы двигателя. Моторный метод имитирует езду по загородной трассе с большими оборотами и высокой нагрузкой. Исследовательский метод воспроизводит особенности городской езды на небольших оборотах с частыми остановками. Соответственно, моторный способ исследования показывает значительно меньшее число.

Таблица 1. Степень сжатия и октановое число бензина

Популярный в старых легковушках и мотоциклах бензин А-76 маркируется только по моторному методу. Октановое число современного бензина АИ-95 определяется исследовательским методом. Оно соответствует бензину А-85. То есть разница между ними составляет всего 9, а не 17 единиц.