Petroli ya syntetisk: maelezo, sifa, utendaji, mbinu za uzalishaji

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Sayansi na maendeleo hukuruhusu kuunda vitu ambavyo havijawahi kuonekana hapo awali, ambavyo wengi hawakuweza hata kuvifikiria. Chukua, kwa mfano, maendeleo mapya kama vile petroli ya syntetisk. Watu wengi wanajua kuwa mafuta haya hupatikana kwa kunereka kutoka kwa mafuta. Lakini pia inaweza kuunganishwa kutoka kwa makaa ya mawe, kuni, gesi asilia. Uzalishaji wa petroli ya synthetic, ingawa haiwezi kuchukua nafasi kamili ya njia ya kawaida ya uzalishaji, bado inastahili kujifunza. Kwa hivyo, historia yake itazingatiwa, pamoja na njia za kuipata.

Utangulizi

Ni vigumu kufikiria ustaarabu wa kisasa bila mafuta ya injini - dizeli, mafuta ya taa, petroli. Magari, ndege, roketi, usafiri wa majini hufanya kazi kwao. Lakini kiasi cha mafuta katika matumbo ni mdogo. Sio zamani sana, iliaminika kuwa ubinadamu hivi karibuni utakabiliwa na uhaba wa mafuta. Lakini ikawa,sio yote ya kusikitisha. Teknolojia mpya zinatengenezwa ili kutoa akiba ambayo ni ngumu kurejesha, na chaguzi mbadala zinaibuka. Tunaweza pia kutaja nishati ya kijani na kuongeza ufanisi wa matumizi ya rasilimali (magari madogo ya kisasa yanasimamia kwa urahisi lita 4-6 za mafuta kwa kilomita mia moja, ingawa mwanzoni mwa milenia yetu walihitaji kuhusu 10). Na mafuta yenye ubora wa juu, kama ilivyotokea, yanaweza kupatikana kutoka kwa malighafi mbalimbali zisizo za petroli.

Yote yalianza vipi?

Tunahitaji kuanza na matukio ambayo yalifanyika zaidi ya miaka 150 iliyopita. Hapo ndipo uzalishaji wa mafuta ya kibiashara ulipoanza. Tangu wakati huo, wanadamu wametumia zaidi ya nusu ya ile inayoitwa malighafi nyepesi. Hapo awali, mafuta yalitumiwa kama chanzo cha nishati ya joto. Katika wakati wetu, mbinu hii haifai kiuchumi. Wakati enzi ya gari ilikuja, bidhaa za ugawaji wa mafuta zilienea katika jukumu la mafuta ya gari. Wakati huo huo, kadiri malighafi inavyozidi kupungua, ndivyo faida ilivyokuwa kutafuta njia mbadala.

mafuta ni nini? Hii ni mchanganyiko wa hidrokaboni, na zaidi hasa, cycloalkanes. Wao ni kina nani? Alkane rahisi zaidi inajulikana kwa wengi kama gesi ya methane. Kwa kuongeza, kuna uchafu wa nitrojeni na sulfuri katika mafuta. Na ikiwa inasindika kwa usahihi, basi unaweza kupata vifaa vingi tofauti. Kwa mfano, chukua petroli inayojulikana. Anawakilisha nini? Kwa kweli, hii ni sehemu ya mafuta ya chini ya kuchemsha inayoundwa na hidrokaboni za mnyororo mfupi na kiasiatomi kutoka tano hadi tisa. Petroli ndiyo mafuta kuu ya magari ya abiria na pia ndege ndogo. Aina inayofuata iliyoangaziwa ni mafuta ya taa. Ni viscous zaidi na nzito. Imeundwa kutoka kwa hidrokaboni ambayo kuna atomi 10 hadi 16. Mafuta ya taa hutumiwa katika ndege za ndege na injini. Sehemu nzito zaidi ni mafuta ya gesi. Inatumika katika mafuta ya dizeli, ambayo ni mchanganyiko na mafuta ya taa.

Utafutaji wa kisayansi wa njia mbadala

Ingawa sehemu kuu zinapatikana kutoka kwa mafuta, ilibainika kuwa malighafi nyingine ya kaboni pia inaweza kutumika kwa madhumuni haya. Tatizo hili lilitatuliwa na wanakemia mapema kama 1926. Kisha wanasayansi Fischer na Tropsch waligundua mmenyuko wa kupunguza monoxide ya kaboni chini ya shinikizo la anga. Ilibainika kuwa hidrokaboni kioevu na imara inaweza kuundwa kutoka mchanganyiko wa gesi mbele ya vichocheo. Kwa upande wa muundo wao wa kemikali, walikuwa karibu na bidhaa zilizopatikana kutoka kwa mafuta. Matokeo ya utafiti wa kemikali iliitwa "gesi ya awali". Ilibadilika kuwa rahisi sana. Kiasi kwamba inaweza kurudiwa nyumbani na mtu yeyote ambaye hajaruka kemia na fizikia shuleni. Ilipatikana kwa kupitisha mvuke wa maji juu ya makaa ya mawe (hii ni gasification yake) au kwa kubadilisha gesi ya kawaida ya asili (inajumuisha hasa methane). Katika kesi ya pili, vichocheo vya chuma vilitumiwa zaidi. Ikumbukwe kwamba gesi ya awali inaweza kuundwa si tu kutoka kwa methane na makaa ya mawe. Mwelekeo wa kuahidi sasa unachukuliwa kuwa kazi ya enzymatic nausindikaji wa thermochemical ya taka ya malighafi ya mboga. Pia tusisahau kuhusu ubadilishaji wa gesi asilia, yaani, vitu tete vinavyopatikana kutokana na kuoza kwa taka za kikaboni.

Programu imebadilika vipi?

Ujerumani ya Nazi ilifanya vyema katika suala hili. Wakati wa Vita vya Kidunia vya pili, alikuwa na shida kubwa katika suala la usambazaji wa mafuta. Kwa hiyo, complexes nzima iliundwa ambayo kusindika makaa ya mawe ndani ya mafuta ya kioevu. Na petroli ya syntetisk ya Reich ya Tatu ilitoa mchango wake muhimu, ikiahirisha kwa nguvu kuanguka kwa hali hii mbaya. Kisha njia ya liquefaction ya kemikali ya makaa ya mawe ilitumiwa mpaka mafuta ya pyrolysis yalipatikana. Mwisho wa vita, Ujerumani ya Nazi iliweza kufikia kiwango cha mapipa 100,000 ya mafuta ya syntetisk kwa siku. Kwa maneno ya kawaida zaidi, hii ni zaidi ya tani 130! Matumizi ya makaa ya mawe yanafaa kwa sababu ya muundo sawa wa kemikali. Kwa hiyo, ndani yake maudhui ya hidrojeni ni 8%, wakati katika mafuta ni 15%. Ikiwa utaunda utawala fulani wa joto na kueneza makaa ya mawe na hidrojeni kwa kiasi kikubwa, basi itaingia kwenye hali ya kioevu. Utaratibu huu unaitwa hidrojeni. Kwa kuongeza, inaweza kuharakisha na kuongezeka kwa kiasi ikiwa vichocheo vinatumiwa: chuma, bati, nickel, molybdenum, alumini na wengine wengi. Haya yote huwezesha kutenga sehemu mbalimbali na kuzitumia kwa uchakataji zaidi.

Petroli ya syntetisk inazalishwa nchini Ujerumani sasa. Baada ya Vita vya Pili vya Ulimwengu, Afrika Kusini ilifuata mfano huo. KishaChina, Australia na Marekani zilianza kujiunga. Ikumbukwe kwamba sisi pia tuna uwezo wa maendeleo ya eneo hili.

Kuhusu kuanguka na kuinuka

Katika Umoja wa Kisovieti, hata kabla ya Vita vya Pili vya Dunia kuanza, kulikuwa na utafutaji wa uwezekano wa uchimbaji wa petroli kutoka kwa makaa ya mawe ya kahawia. Lakini, ole, haikuwezekana kupata matokeo yanafaa kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda. Baada ya mwisho wa mzozo, bei ya mafuta ilishuka, na kwa hiyo, hitaji la mafuta ya syntetisk lilitoweka. Sasa, kutokana na kupungua kwa hifadhi ya mafuta, eneo hili linakabiliwa na kuzaliwa upya. Uzalishaji wa petroli ya synthetic inazidi kuenea, mara nyingi hukutana na msaada kutoka kwa serikali. Kwa mfano, nchini Marekani, watengenezaji wa mafuta hayo wanaweza kutegemea ruzuku ya serikali. Licha ya mahitaji yote, mafuta ya kioevu yanazalishwa kwa kiwango kidogo. Ukweli ni kwamba upanuzi wa uwezo uliopo ni mdogo kwa gharama kubwa, ambayo inazidi kwa kiasi kikubwa kile kinachopatikana kutoka kwa malighafi ya kawaida. Kwa mfano, petroli ya synthetic nchini Ujerumani inaweza kufanywa kutoka kwa maji na dioksidi kaboni, lakini kwa mwaka tu itagharimu gari jipya. Na wote kwa sababu ya gharama kubwa ya ufungaji. Mwelekeo kuu wa kazi ni utafutaji wa ufumbuzi wa kiufundi wa kiuchumi. Kwa mfano, suala la kupunguza shinikizo kwa liquefaction ya makaa ya mawe ni wazi. Sasa ni muhimu kuunda anga 300-700, na utafutaji unafanywa ili kufikia thamani ya 100 na chini. Pia muhimu ni masuala ya kuongeza tija ya jenereta, maendeleo ya vichocheo vipya (ufanisi zaidi). Ndio, na hatupaswi kusahau kuwa hakuna makaa ya mawe ya asili ya hali ya juu sana. Kwa hiyo, inachukuliwa kuwa inaahidi zaidi kuipata kutoka kwa gesi. Je, kuna fursa gani hapa?

Imetolewa kwa gesi asilia

Hii ni kweli hasa kutokana na matatizo yaliyopo ya usafiri. Kwa hiyo, ikiwa unasafirisha gesi asilia, basi gharama ya hii itakuwa 30-50% ya gharama ya bidhaa ya mwisho. Kwa hivyo, usindikaji wake mara moja karibu na mahali pa uchimbaji ndani ya petroli ya hali ya juu na mafuta ya dizeli ni muhimu sana. Hii inaweka mbele idadi ya mahitaji ya ushikamano wa usakinishaji. Ikiwa bidhaa za mwisho zinapatikana kupitia hatua ya methanol, basi mchakato huo ni rahisi kutokana na ukweli kwamba unafanyika katika reactor moja. Lakini nishati nyingi inahitajika, ndiyo sababu mafuta ya syntetisk ni ghali mara mbili ya mafuta. Njia mbadala ya njia hii ya kawaida ilipendekezwa na Taasisi ya Petrochemical Synthesis ya Chuo cha Sayansi cha Kirusi. Inahusisha kufanya kazi na mwingine wa kati - dimethyl ether. Si vigumu kufanya kazi kwa njia hii ikiwa uwiano wa monoxide ya kaboni katika gesi ya awali ya awali huongezeka. Uzalishaji wa petroli ya synthetic katika kesi hii ni mafuta ya ziada na badala ya mazingira. Hasa ilijionyesha vizuri wakati wa kuanza injini za baridi kutokana na idadi yake ya juu ya cetane. Na kwa ajili ya uzalishaji wa petroli, chaguo hili si mbaya. Kwa hiyo, unaweza kufanya mafuta na rating ya octane ya 92. Petroli ya syntetisk kutoka gesi ya asili wakati huo huo ina uchafu mdogo wa madhara kuliko yale ambayo yanaweza kupatikana kwa yale yaliyofanywa kutoka kwa mafuta. Ufungaji uliopendekezwa na Chuo cha Sayansi cha Kirusi hutoa mpango wa uendeshaji, kulingana na ambayo, juu ya joto la mmenyuko, zaidiutendaji.

Je, unaweza kufanya yote wewe mwenyewe?

Licha ya ukweli kwamba nishati mbadala inachukuliwa kuwa sayansi changa, si tatizo kurudia mafanikio yake ndani ya kaya moja. Kwa hiyo, ndiyo, inawezekana kabisa kuunda petroli ya synthetic na mikono yako mwenyewe. Aidha, kutokana na hali maalum ambayo mtu anapaswa kuwepo, inawezekana kutegemea kuni, makaa ya mawe na biogas. Ni nani kati yao wa kumpa upendeleo nyumbani - kila mtu anaamua mwenyewe.

Kama rahisi zaidi, muhimu zaidi ni swali la jinsi ya kupata petroli ya syntetisk kutoka kwa kuni kwa mikono yako mwenyewe. Wengi huiona kama nyenzo ya ujenzi au malighafi ya vifaa vya kuchezea. Lakini inafaa kukumbuka angalau pombe ya kuni, na inakuwa wazi kuwa uwezo upo. Jinsi ya kupata gesi ya awali katika kesi hii? Ni muhimu kuchukua kuni (au taka yake, nini hasa si muhimu). Nyumbani, unaweza kufanya kifaa kutoka sehemu tatu, ambayo kila mmoja itafanya kazi yake. Awali, ni muhimu kuhakikisha kukausha na kupokanzwa kwao kwa joto la digrii 250-300 Celsius. Kisha inakuja zamu ya pyrolysis. Hapa joto linapaswa kuongezeka hadi digrii 700. Na hatua ya mwisho ni uzalishaji wa gesi. Inaanza mageuzi ya mvuke. Mchakato unafanyika kwa joto la digrii 700-1000. Matokeo yake ni gesi safi sana ya awali. Uingiliaji wa ziada hauhitajiki. Kisha, tunatumia vichochezi, na petroli ya sintetiki iko tayari!

Tengeneza kutokana na makaa ya mawe

Na sehemu nyingine ndogo ambayo haikutajwa hapo awali - unapofanya kazi nyumbani, usakinishaji, bila shaka, utageuka kuwa mkubwa kabisa. Kwa hiyo, haipendekezi kuwaweka katika ghorofa. Lakini kuziunda katika nyumba yako au karibu nayo ni jambo la kweli kabisa.

Petroli ya syntetisk inaweza kupatikana kutoka kwa makaa ya mawe kupitia ushawishi wa mvuke. Gasification yake ni njia rahisi na inayowezekana zaidi kwa hali ya nyumbani. Basi hebu tuanze. Awali, kwa ufanisi mkubwa na ongezeko la kasi ya mchakato, makaa ya mawe lazima yamevunjwa. Kisha imejaa hidrojeni. Kisha ni muhimu kuunda halijoto ya nyuzi joto 400-500 na shinikizo la 50-300 kg/cm2. Na tunangojea wakati wa mpito kwa hali ya kioevu. Ikiwa hakuna kutengenezea kunatumiwa, basi 5-8% tu ya jumla ya wingi wa makaa ya mawe itakuwa hivyo. Kisha inakuja zamu ya vichocheo. Yanafaa kwa ajili ya makaa ya mawe: molybdenum, nickel, cob alt, bati, alumini, chuma, pamoja na misombo yao. Aina yoyote ya malighafi inaweza kutumika kwa gasification. Brown, jiwe - kila kitu kitafanya. Ingawa ubora wake huathiri ufanisi wa uongofu. Hapo awali, uteuzi wa kiasi cha kaboni ulitolewa na takwimu iliitwa 8%. Hii si kweli kabisa. Kulingana na chapa na ubora, thamani inaweza kuanzia 4% hadi 8%. Na kwa kufaa kwa kiwango cha chini cha usindikaji unaofuata na kujitenga kwa petroli, ni muhimu kufikia thamani ya 11% (bora kuliko 15%). Hapo awali, sio ukweli kwamba kila kitu kitafanya kazi. Hasa ikiwa umeruka masomo ya fizikia nakemia. Hata hivyo, petroli ya syntetisk kutoka kwa makaa ya mawe inaweza kutengenezwa na kutumika kwa mafanikio.

Kufanya kazi na gesi asilia

Hii ni mbinu isiyo ya kawaida na ya kupita kiasi, lakini inafanya kazi. Uzuri wake pia ni katika ukweli kwamba kama mafuta ina matumizi pana kuliko petroli ya syntetisk tu. Kweli, inachukua nafasi nyingi. Kwa hiyo, kwa mfano, mita moja ya ujazo ya biogas ni sawa na lita 0.6 za petroli. Ikiwa hutumii katika hali iliyoshinikizwa, basi hata kuipeleka kwenye mboni za macho kwenye lori, hautaweza kuendesha zaidi ya kilomita mia moja au mbili. Kwa hivyo, jinsi ya kuunganisha petroli inayotaka kutoka kwayo? Hii inawezekana kutokana na ukweli kwamba, kwa kweli, ni methane yenye uchafu mdogo. Hiyo ni kivitendo kile unahitaji. Awali, hata hivyo, ni tatizo. Baada ya yote, kitu kipya na wakati huo huo rahisi hakijazuliwa hapa. Hiyo ni, tunapaswa kufanya kazi juu ya kuundwa kwa gesi ya awali, na kutoka kwake ili kuhakikisha uundaji wa petroli. Hii inafanywa (kulingana na mpango wa kawaida) kupitia methanoli. Ingawa unaweza kufanya kazi kupitia dimethyl ether. Linapokuja suala la methanoli, unapaswa kukumbuka kila wakati kuwa ni hatari sana. Hali ni ngumu na ukweli kwamba ina harufu ya pombe, na kiwango cha kuchemsha ni digrii 65 Celsius. Kwa ujumla, kufanya kazi na awali ya mafuta sio mchezo wa mtoto. Kwa hiyo, haitakuwa superfluous kujifunza kemia na fizikia ikiwa ujuzi huu haupatikani. Kwa kifupi, petroli ya synthetic hupatikana kwa kunereka kwa gesi na condenser. Njia hii sio haraka, lakini ikiwa kuna historia nzuri ya kinadharia, si vigumu. Lakini bila ujuzi haiwezekani kufanya kaziilipendekeza. Baada ya yote, methanoli safi ni mafuta ya juu ya octane, na kwa hiyo ni hatari. Na injini ya gari la kawaida "haitaichimba" - haijaundwa kwa hili.

Hitimisho

Hiyo ndio jinsi ya kupata mafuta ya sintetiki. Ikumbukwe kwamba hizi sio toys, lakini shughuli inayowaka. Kwa hiyo, bila maandalizi sahihi ya kinadharia, mtu haipaswi kushiriki katika jambo hilo. Baada ya yote, hii itakuwa ukiukwaji wa moja kwa moja wa sheria za usalama. Na wao, ikumbukwe, daima wameandikwa katika damu.