Gasolina sintética: descripción, características, rendimiento, métodos de producción

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La ciencia y el progreso te permiten crear cosas que nunca antes se habían visto, que muchos ni siquiera podrían pensar. Tomemos, por ejemplo, un desarrollo relativamente nuevo como la gasolina sintética. Mucha gente sabe que este combustible se obtiene por destilación del petróleo. Pero también se puede sintetizar a partir de carbón, madera, gas natural. La producción de gasolina sintética, aunque no puede reemplazar completamente la ruta convencional de producción, aún merece ser estudiada. Por lo tanto, se considerará su historia, así como las formas de obtenerlo.

Introducción

Es difícil imaginar la civilización moderna sin combustible para motores: diesel, queroseno, gasolina. Coches, aviones, cohetes, transporte acuático trabajan para ellos. Pero la cantidad de aceite en los intestinos es limitada. No hace mucho tiempo, se creía que la humanidad pronto se enfrentaría inevitablemente a una escasez de combustible. Pero resultó,no es tan triste Se están desarrollando nuevas tecnologías para extraer reservas difíciles de recuperar y están surgiendo opciones alternativas. También podemos mencionar la energía verde y el aumento de la eficiencia en el uso de los recursos (los autos pequeños modernos manejan fácilmente 4-6 litros de combustible cada cien kilómetros, aunque a principios de nuestro milenio requerían alrededor de 10). Y resultó que el combustible de alta calidad se puede obtener a partir de diversas materias primas no derivadas del petróleo.

¿Cómo empezó todo?

Necesitamos comenzar con eventos que tuvieron lugar hace más de 150 años. Fue entonces cuando comenzó la producción comercial de petróleo. Desde entonces, la humanidad ha consumido más de la mitad de las llamadas materias primas ligeras. Inicialmente, el petróleo se utilizó como fuente de energía térmica. En nuestro tiempo, este enfoque no es económicamente viable. Cuando llegó la era del automóvil, los productos del fraccionamiento del petróleo se generalizaron en el papel de combustible para motores. Al mismo tiempo, cuanto más se agotaban las materias primas, más rentable se volvía buscar una alternativa.

¿Qué es el petróleo? Se trata de una mezcla de hidrocarburos y, más concretamente, de cicloalcanos. ¿Qué son? El alcano más simple es conocido por muchos como gas metano. Además, hay impurezas nitrogenadas y sulfurosas en el aceite. Y si se procesa correctamente, puede obtener muchos materiales diferentes. Por ejemplo, tome la conocida gasolina. ¿Qué representa? De hecho, se trata de una fracción de aceite de bajo punto de ebullición formada por hidrocarburos de cadena corta con una cantidadátomos de cinco a nueve. La gasolina es el principal combustible de los turismos y de las aeronaves pequeñas. El siguiente tipo res altado es el queroseno. Es más viscoso y pesado. Se forma a partir de hidrocarburos en los que hay de 10 a 16 átomos. El queroseno se utiliza en aviones y motores a reacción. Una fracción aún más pesada es el gasóleo. Se utiliza en combustible diesel, que es una mezcla con queroseno.

Búsqueda científica de una alternativa

Aunque las fracciones principales se obtienen del petróleo, resultó que también se pueden utilizar otras materias primas de carbono para este propósito. Este problema fue resuelto por los químicos ya en 1926. Luego, los científicos Fischer y Tropsch descubrieron la reacción de reducción del monóxido de carbono bajo presión atmosférica. Se encontró que se pueden formar hidrocarburos líquidos y sólidos a partir de una mezcla de gases en presencia de catalizadores. En cuanto a su composición química, se aproximaban a los productos obtenidos del petróleo. El resultado de la investigación química se denominó "gas de síntesis". Resultó bastante fácil. Tanto es así que puede repetirlo en casa cualquier persona que no se haya s altado la química y la física en el colegio. Se obtuvo pasando vapor de agua sobre carbón (esta es su gasificación) o mediante la conversión de gas natural ordinario (se compone principalmente de metano). En el segundo caso, se utilizaron adicionalmente catalizadores metálicos. Cabe señalar que el gas de síntesis se puede crear no solo a partir de metano y carbón. Ahora se considera que una dirección prometedora es el trabajo en sistemas enzimáticos ytratamiento termoquímico de residuos de materias primas vegetales. Tampoco debemos olvidarnos de la conversión de biogás, es decir, sustancias volátiles obtenidas de la descomposición de residuos orgánicos.

¿Cómo ha evolucionado la aplicación?

La Alemania nazi sobresalió en este sentido. Durante la Segunda Guerra Mundial, tuvo importantes problemas en términos de suministro de combustible. Por lo tanto, se crearon complejos completos que procesaban el carbón en combustible líquido. Y la gasolina sintética del Tercer Reich hizo su contribución significativa, posponiendo con bastante fuerza la caída de este terrible estado. Luego se utilizó el método de licuefacción química del carbón hasta obtener combustible de pirólisis. Al final de la guerra, la Alemania nazi logró alcanzar el nivel de 100.000 barriles de petróleo sintético por día. En términos más habituales, ¡son más de 130 toneladas! El uso de carbón es conveniente debido a la composición química similar. Así, en él el contenido de hidrógeno es del 8%, mientras que en el aceite es del 15%. Si crea un cierto régimen de temperatura y satura el carbón con hidrógeno en un volumen significativo, pasará a un estado líquido. Este proceso se llama hidrogenación. Además, se puede acelerar y aumentar de volumen si se utilizan catalizadores: hierro, estaño, níquel, molibdeno, aluminio y muchos otros. Todo esto hace posible aislar varias fracciones y usarlas para su posterior procesamiento.

La gasolina sintética se produce ahora en Alemania. Después de la Segunda Guerra Mundial, Sudáfrica hizo lo mismo. DespuésChina, Australia y Estados Unidos comenzaron a sumarse. Cabe señalar que también tenemos el potencial para el desarrollo de esta área.

Acerca de caer y levantarse

En la Unión Soviética, incluso antes del inicio de la Segunda Guerra Mundial, se buscaba una posible extracción de gasolina del lignito. Pero, por desgracia, no fue posible obtener resultados adecuados para la producción industrial. Tras el fin del conflicto, el precio del petróleo cayó y con él desapareció la necesidad de combustible sintético. Ahora, debido a la disminución de las reservas de petróleo, esta zona está experimentando un renacimiento. La producción de gasolina sintética se está generalizando cada vez más y, a menudo, cuenta con el apoyo del Estado. Por ejemplo, en los Estados Unidos, los fabricantes de tales combustibles pueden contar con subsidios del gobierno. A pesar de todos los requisitos previos, los combustibles líquidos se producen a escala limitada. El hecho es que la ampliación de las capacidades existentes está limitada por el alto costo, que supera significativamente lo que se obtiene de las materias primas convencionales. Por ejemplo, la gasolina sintética en Alemania puede fabricarse a partir de agua y dióxido de carbono, pero en solo un año costará un automóvil nuevo. Y todo por el alto costo de instalación. La dirección principal del trabajo es la búsqueda de soluciones técnicas económicas. Por ejemplo, el tema de la reducción de presión para la licuefacción del carbón está abierto. Ahora es necesario crear 300-700 atmósferas, y la búsqueda se lleva a cabo para lograr un valor de 100 o menos. También son relevantes los temas de aumento de la productividad de los generadores, el desarrollo de nuevos catalizadores (más eficientes). Sí, y no debemos olvidar que no hay tanto carbón natural de alta calidad. Por lo tanto, se considera más prometedor obtenerlo del gas. ¿Cuáles son las oportunidades aquí?

Producido a partir de gas natural

Esto es especialmente cierto debido a los problemas de transporte existentes. Entonces, si transporta gas natural, el costo de esto será del 30-50% del costo del producto final. Por lo tanto, su procesamiento inmediatamente cerca del lugar de extracción en gasolina y combustible diesel de alta calidad es muy relevante. Esto plantea una serie de requisitos para la compacidad de las instalaciones. Si los productos finales se obtienen a través de la etapa de metanol, entonces dicho proceso es conveniente debido al hecho de que se lleva a cabo en un solo reactor. Pero se requiere mucha energía, por lo que el combustible sintético cuesta el doble que el petróleo. El Instituto de Síntesis Petroquímica de la Academia Rusa de Ciencias propuso una alternativa a este método común. Se trata de trabajar con otro intermedio: dimetil éter. No es difícil trabajar de esta manera si se aumenta la proporción de monóxido de carbono en el gas de síntesis resultante. La producción de gasolina sintética en este caso es un combustible adicional y bastante ecológico. Especialmente se mostró bien al arrancar motores fríos debido a su alto índice de cetano. Y para la producción de gasolina, esta opción no es mala. Por lo tanto, puede fabricar combustible con un octanaje de 92. La gasolina sintética a partir de gas natural al mismo tiempo tiene menos impurezas nocivas que las que se pueden encontrar en las fabricadas a partir de petróleo. La instalación propuesta por la Academia Rusa de Ciencias ofrece un esquema de funcionamiento, según el cual, cuanto mayor sea la temperatura de reacción, másrendimiento.

¿Puedes hacerlo todo tú mismo?

A pesar de que la energía alternativa se considera una ciencia relativamente joven, no es un problema repetir sus logros dentro de un hogar. Por lo tanto, sí, es muy posible crear gasolina sintética con sus propias manos. Además, dadas las condiciones específicas en las que uno tiene que existir, es posible confiar en la madera, el carbón y el biogás. A cuál de ellos dar preferencia en casa: cada uno decide por sí mismo.

Como el más simple, el más relevante es la cuestión de cómo obtener gasolina sintética de la madera con sus propias manos. Muchos lo consideran únicamente como material de construcción o materia prima para juguetes. Pero vale la pena recordar al menos el alcohol de madera, y queda claro que existe el potencial. ¿Cómo obtener gas de síntesis en este caso? Es necesario tomar madera (o sus desechos, lo que exactamente no es importante). En casa, puede hacer un dispositivo a partir de tres partes, cada una de las cuales realizará su función. Inicialmente, es necesario asegurar su secado y calentamiento a una temperatura de 250-300 grados centígrados. Luego llega el turno de la pirólisis. Aquí la temperatura debe subir a 700 grados. Y la etapa final es la generación de gas. Comienza reformando con vapor. El proceso tiene lugar a una temperatura de 700-1000 grados. El resultado es un gas de síntesis muy puro. No se requiere intervención adicional. Luego, usamos catalizadores, ¡y la gasolina sintética está lista!

Hacer con carbón

Y un pequeño punto más que no se mencionó antes: cuando se trabaja en casa, las instalaciones, sin duda, resultarán bastante grandes. Por lo tanto, no se recomienda colocarlos en un apartamento. Pero crearlos en tu propia casa o cerca de ella es algo muy real.

La gasolina sintética se puede obtener del carbón mediante la influencia del vapor. Su gasificación es la forma más fácil y factible para las condiciones del hogar. Entonces empecemos. Inicialmente, para una mayor eficiencia y un aumento de la velocidad del proceso, se debe triturar el carbón. Luego se satura con hidrógeno. Entonces es necesario crear una temperatura de 400-500 grados centígrados y una presión de 50-300 kg/cm2. Y estamos esperando el momento de transición al estado líquido. Si no se usa solvente, solo el 5-8% de la masa total de carbón se volverá así. Luego llega el turno de los catalizadores. Apto para carbón: molibdeno, níquel, cob alto, estaño, aluminio, hierro, así como sus compuestos. Cualquier tipo de materia prima puede ser utilizada para la gasificación. Marrón, piedra: todo servirá. Aunque su calidad afecta la eficiencia de conversión. Anteriormente se daba la designación de la cantidad de carbono y la cifra se denominaba 8%. Esto no es enteramente verdad. Dependiendo de la marca y la calidad, el valor puede oscilar entre el 4% y el 8%. Y para la idoneidad mínima del procesamiento posterior y separación de la gasolina, es necesario alcanzar un valor del 11% (mejor que el 15%). Inicialmente, no es el hecho de que todo saldrá bien. Especialmente si te s altaste lecciones de física yquímica. No obstante, la gasolina sintética a partir del carbón se puede fabricar y utilizar con éxito.

Trabajando con biogás

Este es un enfoque bastante inusual y extravagante, pero funciona. Su belleza también radica en el hecho de que, como combustible, tiene una aplicación más amplia que la gasolina sintética. Es cierto que ocupa mucho espacio. Así, por ejemplo, un metro cúbico de biogás equivale a 0,6 litros de gasolina. Si no lo usa en un estado comprimido, incluso llevándolo a los globos oculares en un camión, no podrá conducir más de cien o dos kilómetros. Por lo tanto, ¿cómo sintetizar la gasolina deseada a partir de ella? Esto es posible debido a que, de hecho, es metano con pequeñas impurezas. Eso es prácticamente lo que necesitas. La síntesis, sin embargo, es problemática. Después de todo, aquí no se ha inventado algo nuevo y al mismo tiempo simple. Es decir, tenemos que trabajar en la creación de gas de síntesis y, a partir de él, garantizar la formación de gasolina. Esto se hace (según el esquema más común) a través de metanol. Aunque se puede trabajar a través de dimetil éter. Cuando se trata de metanol, siempre debe recordar que es extremadamente peligroso. La situación se complica por el hecho de que huele a alcohol y el punto de ebullición es de 65 grados centígrados. En general, trabajar con la síntesis de combustible no es un juego de niños. Por lo tanto, no estará de más aprender química y física si no se dispone de estos conocimientos. En resumen, la gasolina sintética se obtiene por destilación de gas y un condensador. Este método no es rápido, pero si hay una buena base teórica, no es difícil. Pero sin conocimiento es imposible trabajar.recomendado. Después de todo, el metanol puro es el combustible de mayor octanaje y, por lo tanto, peligroso. Y el motor de un automóvil ordinario no lo "digerirá", no está diseñado para esto.

Conclusión

Así se obtiene combustible sintético. Cabe señalar que estos no son juguetes, sino una actividad inflamable. Por lo tanto, sin una preparación teórica adecuada, uno no debería involucrarse en tal asunto. Después de todo, esto sería una violación directa de las reglas de seguridad. Y ellos, cabe recordar, siempre están escritos con sangre.