Как да си направим бензин от въглища

Определение на термина код за синтетично гориво

Терминът "синтетично гориво" има няколко различни значения и може да включва различни видове гориво. Традиционното определение, установено от "Международната агенция по енергетика", дефинира "синтетично гориво" като всяко течно гориво, получено от въглища или природен газ. Американската енергийна информационна асоциация определя синтетичното гориво в своя годишен доклад за 2006 г. като гориво, получено от въглища, природен газ, биомаса или животински фуражи чрез химическо превръщане в синтетично масло и/или синтетични течни продукти. Многобройни дефиниции за синтетични горива включват горива, произведени от биомаса, както и от промишлени и битови отпадъци.
От една страна, "синтетично" означава, че горивото се произвежда изкуствено. За разлика от синтетичните горива, конвенционалните горива обикновено се получават чрез разделяне на суровия нефт на отделни фракции (дестилация, ректификация и др.) без химическа модификация на компонентите. Въпреки това, различни химични процеси могат да се използват и при производството на традиционни горива. Под понятието "синтетичен" може да се подчертае, от друга страна, че горивото е получено чрез процеси на химичен синтез, тоест производството на съединения от по-високо ниво от няколко по-ниски съединения. Тази дефиниция се прилага по-специално за XtL горива, при които изходната суровина първо се разлага на синтез-газ от по-ниски съединения (H 2 , CO и др.), за да се получат по-високи въглеводороди (синтез на Фишер-Тропш). Въпреки това, дори при конвенционалните горива, химическите процеси могат да бъдат част от производствения процес. Например въглеводородите с твърде дълги въглеродни вериги могат да бъдат разбити на продукти с по-къса верига, като тези в бензина или дизеловото гориво, чрез така наречения крекинг. В резултат на това, в зависимост от определението, може да не е възможно да се направи ясно разграничение между конвенционални и синтетични горива. Въпреки че няма точна дефиниция, терминът "синтетично гориво" обикновено се ограничава до XtL гориво.
Разликата между синтетичните и алтернативните горива се крие в начина, по който се прилага горивото. Тоест, алтернативното гориво може да изисква по-сериозна модификация на двигателя или горивната система или дори използването на нетрадиционен тип двигател (например парен).

Основни продукти от въглища

Най-консервативните оценки сочат, че продуктите от въглища са 600. Учените са разработили различни методи за получаване на продукти от преработката на въглища. Методът на обработка зависи от желания краен продукт. Например, за да се получат чисти продукти, такива първични продукти от преработката на въглища - коксов газ, амоняк, толуен, бензол - използват течни промивни масла. В специални устройства продуктите са запечатани и защитени от преждевременно унищожаване. Процесите на първична обработка включват и метода на коксуване, при който въглищата се нагряват до температура от +1000 ° C с напълно блокиран достъп на кислород. В края на всички необходими процедури всеки първичен продукт се почиства допълнително. Основните продукти на преработката на въглища:

• нафталин
• фенол
• въглеводород
• салицилов алкохол
• водя
• ванадий
• германий
• цинк.

Без всички тези продукти животът ни би бил много по-труден. Да вземем например козметичната индустрия, тя е най-полезната област за хората да използват продукти за преработка на въглища. Такъв продукт за преработка на въглища като цинк е широко използван за лечение на мазна кожа и акне.Цинкът, както и сярата, се добавят към кремове, серуми, маски, лосиони и тоници. Сярата премахва съществуващите възпаления, а цинкът предотвратява развитието на нови възпаления.Освен това терапевтичните мехлеми на основата на олово и цинк се използват за лечение на изгаряния и наранявания. Идеален помощник за псориазис е същият цинк, както и глинените продукти от въглища. Въглищата са суровина за създаването на отлични сорбенти, които се използват в медицината за лечение на заболявания на червата и стомаха. За лечение на пърхот и мазна себорея се използват сорбенти, които съдържат цинк.В резултат на процес като хидрогениране се получава течно гориво от въглища в предприятията. А продуктите от горенето, които остават след този процес, са идеална суровина за различни строителни материали с огнеупорни свойства. Така например се създава керамиката.

Посока на употреба	Марки, групи и подгрупи
1. технологични
1.1. Коксуване на пластове	Всички групи и подгрупи марки: DG, G, GZhO, GZh, Zh, KZh, K, KO, KSN, KS, OS, TS, SS
1.2. Специални процеси на предварително коксуване	Всички въглища, използвани за пластово коксуване, както и марки T и D (подгрупа DV)
1.3. Производство на газ производител в стационарни газогенератори:
смесен газ	Марки KS, SS, групи: ZB, 1GZhO, подгрупи - DGF, TSV, 1TV
воден газ	Група 2T, както и антрацит
1.4. Производство на синтетични течни горива	Марка GZh, групи: 1B, 2G, подгрупи - 2BV, ZBV, DV, DGV, 1GV
1.5. полукарбонизация	Марка DG, групи: 1B, 1G, подгрупи - 2BV, ZBV, DV
1.6. Производство на въглероден пълнител (термоантрацит) за електродни продукти и леярски кокс	Групи 2L, ZA, подгрупи - 2TF и 1AF
1.7. Производство на калциев карбид, електрокорунд	Всички антрацити, както и подгрупа от 2TF
2. Енергия
2.1. Прахообразно и стратифицирано изгаряне в стационарни котелни инсталации	Тегло кафяви въглища и атрацити, както и твърди въглища, които не се използват за коксуване. Антрацитите не се използват за изгаряне на факелен слой
2.2. Изгаряне в реверберационни пещи	Марка DG, група i - 1G, 1SS, 2SS
2.3. Горене в мобилни топлинни инсталации и използване за битови и битови нужди	Класове D, DG, G, SS, T, A, кафяви въглища, антрацити и твърди въглища, които не се използват за кокс
3. Производство на строителни материали
3.1. лайм	Знаки D, DG, SS, A, групи 2B и ZB; класове GZh, K и групи 2G, 2Zh не се използват за коксуване
3.2. Цимент	Класове B, DG, SS, TS, T, L, подгрупа DV и степени KS, KSN, групи 27, 1GZhO не се използват за коксуване
3.3. Тухла	Въглища, които не се използват за коксуване
4. Други продукции
4.1. Въглеродни адсорбенти	Подгрупи: DV, 1GV, 1GZhOV, 2GZhOV
4.2. активни въглени	Група ZSS, подгрупа 2TF
4.3. Агломерация на руда	Подгрупи: 2TF, 1AB, 1AF, 2AB, ZAV

въглища

Обработката на този вид суровина се извършва в три направления: хидрогениране, коксуване и непълно изгаряне. Всеки от тези видове включва използването на специален технологичен процес.

Коксуването включва наличието на суровини при температура 1000-1200 o C, където няма достъп на кислород. Този процес позволява най-сложните химични трансформации, резултатът от които ще бъде образуването на кокс и летливи продукти. Първият в охладено състояние се изпраща в металургичните предприятия. Летливите продукти се охлаждат, след което се получава каменовъглен катран. Остават още много некондензирани вещества. Ако говорим защо петролът е по-добър от въглищата, тогава трябва да се отбележи, че много повече готови продукти се получават от първия вид суровина. Всяко от веществата се изпраща в конкретно производство.

В момента се извършва дори производството на петрол от въглища, което дава възможност да се получи много по-ценно гориво.

Въглищата се появяват на планетата Земя преди около 360 милиона години.Учените нарекоха този сегмент от нашата история Карбона или Карбона. В същото време се записва и появата на първите сухоземни влечуги, първите големи растения. Мъртвите животни и растения се разлагат, а колосално количество кислород активно допринесе за ускоряването на този процес. Сега на нашата планета присъства само 20% от кислорода, а по това време животните дишаха дълбоко, тъй като количеството кислород в атмосферата на въглерода достигаше 50%. Именно това количество кислород дължим на съвременното богатство от въглищни находища в недрата на Земята Но въглищата не са всичко. Поради различни видове преработка от въглища се получават огромно количество различни полезни вещества и продукти. Какво се прави от въглища? Именно за това ще говорим в тази статия.

Редактиране на код за редактиране на твърди и газообразни горива

В някои страни от третия свят дървата и дървените въглища все още са основното гориво, достъпно за населението за отопление и готвене (около половината от световното население живее по този начин). Това в много случаи води до обезлесяване, което от своя страна води до опустиняване и ерозия на почвата. Един от начините за намаляване на зависимостта на населението от дървесни източници е въвеждането на технологията за брикетиране на селскостопански или битови отпадъци в горивни брикети. Такива брикети се получават чрез пресоване на суспензията, получена чрез смесване на отпадъци с вода върху обикновена преса с лост, последвано от сушене. Тази технология обаче е много трудоемка и изисква източник на евтина работна ръка. По-малко примитивен вариант за получаване на брикети е използването на хидравлични пресови машини за това.

Някои газообразни горива могат да се считат за варианти за синтетични горива, въпреки че такова определение може да бъде противоречиво, тъй като двигателите, използващи такива горива, трябва да бъдат сериозно модифицирани. Един от широко обсъжданите варианти за намаляване на приноса на моторните превозни средства към натрупването на въглероден диоксид в атмосферата е използването на водород като гориво. Водородните двигатели не замърсяват околната среда и отделят само водни пари. Водородно-кислородните горивни клетки използват водород за директно преобразуване на енергията на химическа реакция в електрическа енергия. Тъй като водородът се получава или чрез методи, които изискват голяма консумация на електроенергия, или чрез окисляване на въглеводородни горива, екологичните и още повече икономическите предимства на такива горива са силно противоречиви.

Пълна статия Водородна енергия.

Диметилов етерРедактиране | редактиране на кода

Диметиловият етер се получава чрез дехидратация на метанол при 300-400°C и 2-3 MPa в присъствието на хетерогенни катализатори - алумосиликати. Степента на превръщане на метанола в диметилов етер е 60%, в зеолити - почти 100%. Диметиловият етер е екологично гориво без съдържание на сяра, а емисиите на азотни оксиди в отработените газове са с 90% по-малко от бензина. Цетановото число на диметилов дизелов двигател е повече от 55, докато на класическия маслен е от 38 до 53. Използването на диметилов етер не изисква специални филтри, но е необходимо да се преработят захранващите системи (монтаж на газ -цилиндрово оборудване, регулиране на смесообразуването) и запалване на двигателя. Без промяна е възможно да се използва при автомобили с LPG двигатели с 30% съдържание на метанол в горивото.

Топлината на изгаряне на DME е около 30 MJ/kg, за класическите петролни горива е около 42 MJ/kg. Една от характеристиките на използването на DME е неговата по-висока окислителна способност (поради съдържанието на кислород) от тази на конвенционалното гориво.

През юли 2006 г. Националната комисия за развитие и реформи (NDRC) (Китай) прие стандарта за използване на диметилов етер като гориво. Китайското правителство ще подкрепи разработването на диметилов етер като възможна алтернатива на дизеловото гориво.През следващите 5 години Китай планира да произвежда 5-10 милиона тона диметилов етер годишно.

Автомобили с двигатели, работещи на диметилов етер, се разработват от КАМАЗ, Volvo, Nissan и китайската компания Shanghai Automotive.

масло

Ако продължим да разбираме какво се получава от въглища и нефт, тогава си струва да споменем дизеловата фракция при рафинирането на нефт, която обикновено служи като гориво за дизелови двигатели. Мазутът съдържа висококипящи въглеводороди. Чрез дестилация с понижено налягане обикновено се получават различни смазочни масла от горива. Остатъкът, който съществува след преработката на мазут, обикновено се нарича катран. От него се получава вещество като битум. Тези продукти са предназначени за използване в пътното строителство. Мазут често се използва като котелно гориво.

История

NYMEX West Texas Междинни цени на петрола

По време на Втората световна война Германия до голяма степен, до 50% в някои години, задоволява нуждите си от гориво, като създава производствени мощности за преработка на въглища в течно гориво. Според "личния архитект на Хитлер" Алберт Шпеер, Германия е технически победена на 12 май 1944 г., когато 90% от фабриките, произвеждащи синтетично гориво, са унищожени поради масирани бомбардировки на съюзниците.

По подобен начин Южна Африка, със същите цели, създаде предприятието Sasol Limited, което по време на ерата на апартейда помогна на икономиката на държавата да функционира успешно въпреки международните санкции.

В САЩ производителите на такива горива често получават държавни субсидии и следователно понякога такива компании произвеждат „синтетични горива“ от смес от въглища и биологични отпадъци. Такива методи за получаване на държавни субсидии са критикувани от "зелените" като пример за злоупотреба с характеристиките на данъчната система от корпорациите. Синтетичното дизелово гориво, произведено в Катар от природен газ, има ниско съдържание на сяра и следователно се смесва с конвенционалното дизелово гориво, за да се намали нивото на сяра в такава смес, което е необходимо за предлагане на дизелово гориво в онези щати на САЩ, където има особено високи изисквания за качеството на горивото (например в Калифорния).

Синтетични течни горива и газ от твърди изкопаеми горива сега се произвеждат в ограничен мащаб. По-нататъшното разширяване на производството на синтетични горива се ограничава от високата им цена, която значително надвишава цената на горивата на нефтена основа. Ето защо търсенето на нови икономични технически решения в областта на синтетичните горива сега се провежда интензивно. Търсенето е насочено към опростяване на известни процеси, по-специално към намаляване на налягането по време на втечняване на въглища от 300–700 атмосфери до 100 атмосфери и по-ниски, увеличаване на производителността на газови генератори за преработка на въглища и нефтени шисти, както и разработване на нови катализатори за синтез на метанол и бензин на негова основа.

Сега използването на технологията на Фишер-Тропш е възможно само ако цените на петрола са стабилни над $50-55 за барел.

етери

Етерите са безцветни, подвижни, нискокипящи течности с характерна миризма.
Метил третичен бутилов етер (MTBE) понастоящем се счита за най-обещаващия антидетонационен агент. В Русия е разрешено добавянето му към автомобилните горива в количество до 15%. Ограниченията се дължат на характеристиките на експлоатационните характеристики: относително ниска калоричност и висока агресивност към гумите. Според резултатите от пътните тестове, безоловните бензини, съдържащи 7-8% MTBE, превъзхождат оловните бензини при всички скорости. Добавянето на 10% MTBE към бензина увеличава октановото число според изследователския метод с 2,1-5,9 единици и 20% - с 4,6-12,6 единици и следователно е по-ефективно от такива добре познати добавки като алкилов бензин и метанол .
Използването на гориво с метил трет-бутилов етер леко подобрява мощността и икономичността на двигателя. MTBE е безцветна прозрачна течност с остър мирис. Точката на кипене е 54-55°C, плътността е 0,74 g/cm3. Октановото число по този метод е 115-135 точки. Световното производство на MTBE се оценява на десетки милиони тона годишно.

Като потенциални антидетонатори е възможно да се използват етил трет-бутилов етер, терт-амил метил етер, както и метилови етери, получени от олефини С₆-СЪС₇.

Свойства на някои етери.

етер	Формула	МНОГО	МХММ	OCср	ткип, °С
MTBE	CH3-O-C(CH3)3	118	110	114	55
ETBE	° С2Х5-O-C(CH3)3	118	102	110	70
MTAE	CH3-O-C(CH3)2° С2Х5	111	98	104,5	87
DIPE	(CH3)2СН-О-СН(СН3)2	110	99	104,5	69

За получаване на бензини AI-95 и AI-98 обикновено се използват добавки MTBE или неговата смес с трет-бутилов алкохол, който се нарича Feterol - търговското наименование Octane-115. Недостатъкът на такива кислород-съдържащи компоненти е изпаряването на естерите при горещо време, което води до намаляване на октановото число.

Течно гориво от газове

Трудно е да си представим, че от такива прости вещества като въглероден оксид (тоест въглероден оксид) и водород могат да се получат сложни органични съединения, най-разнообразните видове течно гориво.

За да получите течно гориво, трябва да имате смес от тези газове, в която за всяка част въглероден оксид ще има две части водород. Тази смес се получава в специални апарати - газогенератори. Смес от водна пара и въздух се продухва през слой горещ кокс. Кислородът във въздуха се комбинира с въглерод, за да образува въглероден оксид. Този процес се нарича газификация на въглища. Когато водните молекули се разлагат, се отделя водород. Смес от водород и въглероден оксид се изпраща в хладилници. Оттук така нареченият воден газ отива в реактора. При температура от 200°, под въздействието на най-активните катализатори - кобалт или никел - въглеродният оксид и водородът влизат в химическа комбинация. Сложните тежки вещества се образуват от голям брой леки газови молекули.

Катализаторите не само допринасят за образуването на прости съединения на въглерод и водород, но също така влияят на допълнително усложнение - полимеризацията на молекулите: въглеродните атоми са свързани във вериги, пръстени, обрасли с водородни атоми. Голямо разнообразие от въглеводороди се появява отново - от леки газове (започвайки от метан) до твърди, високотопими парафини, съдържащи до 100 въглеродни атома във всяка молекула. Приблизително 60% от първоначално взетата газова смес преминава в течно гориво. Това е изкуствено приготвено масло, което не се различава много от обикновеното, натурално масло.

Да влезем в работилницата, където се извършва синтез на гориво. Железните апарати са заобиколени от сложни тъкани от дебели тръби. Магазинът е тих и пуст. Специални устройства автоматично контролират процеса, те сами записват температурата и налягането. Интересното е, че процесът на образуване на течно гориво протича при обикновено атмосферно налягане и температура само около 200 °. При синтезиране на гориво от газове не е необходимо скъпо оборудване за създаване на високи налягания и температури. Това благоприятно отличава синтеза от хидрогенирането на въглища.

Съветската индустрия сега произвежда стотици хиляди дизелови двигатели, работещи със смеси от висококипящо тежко нефтено гориво.

Има все по-мощни 25-тонни камиони - самосвали, моторни кораби, багери и други превозни средства, които са оборудвани с дизелови двигатели. Увеличава се автомобилният и тракторният парк.

Производството на изкуствено дизелово гориво също непрекъснато расте.

Така че химиците контролират процесите, получавайки правилния клас гориво.

Предимствата на този метод разкриват големи перспективи за него. Течно гориво може да се получи от всякакви, дори най-нискокачествени кафяви въглища.

Предварителната газификация на горивото дава възможност за получаване на бензин от нефтени шисти и дори торф, да не говорим за използването на природен газ за тази цел. През 1951-1955 г. са построени нови заводи за производство на синтетично течно гориво от въглища, шисти и торф. Само в Естонската ССР, на базата на местни нефтени шисти, производството на такова гориво ще се увеличи с 80% през петгодишния период.

С. Гушчев
Ориз. Б, Дашков и А. Катковски
сп. „Техника – Младежи” No7, 1954г

По-добре от природата

Още в края на миналия век Н.Д

Зелински обърна внимание на разликата в структурата на маслените молекули. Повечето от молекулите на висококачественото масло от Баку са затворени пръстени от въглеродни атоми, към които са прикрепени водородни атоми отстрани.

Високото качество на горивото зависи преди всичко от такава циклична структура на молекулите. Маслото от Грозни съдържа по-малко нафтени - циклични въглеводороди. Той е доминиран от молекули от метановия ред, изпънати под формата на вериги от атоми. Бензинът, получен от масло от Грозни, когато се компресира в цилиндрите на двигателя, детонира, спонтанно избухва много по-рано от момента, когато искрата за запалване скочи между електродите на свещта.

Това явление причини много проблеми както на химиците, така и на производителите на двигатели, които винаги се стремяха да увеличат мощността на двигателите. Мощността и ефективността на двигателя зависи преди всичко от това колко силно буталата в цилиндъра притискат горимата смес. Коефициентът на сгъстяване (тоест съотношението на обема на целия цилиндър към обема на горивната смес, която е изключително компресирана в цилиндъра) е една от най-важните характеристики на двигателя. Колкото по-висока е степента на компресия, толкова по-мощен и икономичен е двигателят. Ако например степента на сгъстяване на автомобилния двигател се увеличи от 5,25 на 10,3, тогава колата, движеща се със скорост 40 км / ч, ще изразходва наполовина по-малко гориво и ще измине два пъти по-голямо разстояние на един резервоар с бензин .

Но тук е проблемът: обикновените бензинови пари не могат да издържат на висока компресия и да детонират. Двигателят бързо прегрява, започва да чука, сякаш е на път да се разпадне. Силата му рязко пада.

При детонации буталните пръстени и короната на буталото изгарят, а лагерите се разрушават.

Тези свойства на горивото се оценяват чрез така нареченото октаново число. Ако кажат, че октановото число на горивото е 60, това означава, че неговите детонационни свойства са същите като тези на смес, съдържаща 60% изооктан и 40% хептан. Тези две вещества са взети като стандарт неслучайно: изооктанът се противопоставя на детонация много добре (следователно октановото му число е равно на 100), докато хептанът, напротив, детонира по-лесно от всички други течни въглеводороди (октановото му число е взето като 0).

Получи се един вид скала, според която можете да разберете как детонира, дали един или друг сорт бензин е с високо качество.

Колкото по-високо е октановото число на бензина, толкова повече можете да компресирате горивната смес в цилиндрите без страх от детонация, толкова по-мощен и икономичен е двигателят. Първоначално двигателите на самолетите работеха на бензин с октаново число 50-55. Използването на бензин с октаново число 87 в авиацията позволи да се увеличи мощността на двигателя с 30-35%, появата на 100-октанов бензин помогна за увеличаване на мощността на двигателя с още 15-30%. С други думи, съвременните двигатели са станали почти два пъти по-мощни от "старите" двигатели с такъв обем цилиндри.

Изглежда, че качеството на 100-октановия бензин е границата, определена от самата природа. Но тази граница, както много други, е преодоляна от науката, въоръжена с напреднали технологии. Съвременните самолети летят на бензин с октаново число доста над 100. Няма масло в света, което да съдържа бензин с такова високо качество. Такъв бензин може да се получи само изкуствено - чрез синтез.

Синтезът на въглеводороди отдавна е примамлива цел за много поколения химици. Академик Н.Д.Зелински пише през 1931 г.: „Когато един химик се запознае със структурата на петролните въглеводороди и изучава техните свойства, той не може да не се изненада колко лесно природата е създала тези невероятни форми, които са толкова трудни за приготвяне синтетично.

Днес висококачествените течни горива се получават от нискокачествени бензини и газове чрез пренареждане на прави вериги в разклонени и пръстеновидни структури.

Преработка на отпадъци в гориво в Русия

През януари 2019 г. президентът Владимир Путин подписа указ за създаване на руска компания за екологичен оператор, която ще стане единственият оператор на отпадъци в страната под формата на публично юридическо дружество (PPC); функциите на учредителя ще се изпълняват от Министерството на природните ресурси. Операторът ще участва в държавни програми за управление на отпадъците и ще привлича инвеститори за проекти за обезвреждане на отпадъци.

Иновация

Комплекси за преработка на отпадъци:
За първи път в рамките на вътрешни изследвания е поставена задачата (2011 г.) комбинират различни напреднали разработки в много индустрии.
Ще бъдат разработени няколко варианта за екологични, високотехнологични комплекси за преработка на отпадъци, които са конкурентоспособни на световния пазар.Оптимизиране на суровини, топлина, газови потоци ще осигури максимално производство на течни горивни фракции и строителни материали - без никакви технологични отпадъци, с изключение на каталитично пречистени отпадъчни газове.
В резултат на преработката ще се произвеждат печеливши продукти: гориво, добавки, строителни материали.

На 1-ви етап се предвижда завършване на експерименталната линия за изследвания, тестване, сертифициране и патентоване.
Тази работа ще се извършва съвместно с фондация "Сколково", на която Русекойл е член.

Планирано изграждане на мобилни или стационарни преработвателни комплекси състояща се от 1-5 линии от същия тип с годишен обем на преработка 50-250 хил. тона подготвени ТБО (новообразувани и депо), сортиращи "опашки", утайки, торф, въглищни утайки, дървесни отпадъци и други органични вещества.
В резултат на преработката ще се произвеждат търговски продукти:

• дизелово гориво
• химически продукти: (бензол, толуен и нефрас или комбинирана фракция на BTK),
• цимент,
• газобетон.

Вижте също

• Алтернативно автомобилно гориво
• Синтетичен природен газ
• Икономиката на метанол е хипотетична енергийна икономика на бъдещето, в която изкопаемите горива ще бъдат заменени с метанол.
• Суха дестилация
• GTL (на английски Gas-to-liquids - газ в течности) е процесът на преобразуване на природен газ във висококачествени моторни горива без сяра и други (по-тежки) въглеводородни продукти.
• производство на хидролиза
• биогориво
• глобална енергия
• Слънчевата фурна е най-простото устройство за използване на слънчева светлина за приготвяне на храна без използване на гориво или електричество.