Gasolina sintética: descrição, características, desempenho, métodos de produção

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Ciência e progresso permitem que você crie coisas que nunca foram vistas antes, que muitos nem imaginavam. Tomemos, por exemplo, um desenvolvimento relativamente novo como a gasolina sintética. Muitas pessoas sabem que esse combustível é obtido por destilação do petróleo. Mas também pode ser sintetizado a partir de carvão, madeira, gás natural. A produção de gasolina sintética, embora não possa substituir totalmente a rota convencional de produção, ainda merece ser estudada. Portanto, será considerado seu histórico, bem como as formas de obtê-lo.

Introdução

É difícil imaginar a civilização moderna sem combustível para motores - diesel, querosene, gasolina. Carros, aviões, foguetes, transporte de água trabalham para eles. Mas a quantidade de óleo nas entranhas é limitada. Não muito tempo atrás, acreditava-se que a humanidade logo inevitavelmente enfrentaria uma escassez de combustível. Mas acabou,não é tão triste. Novas tecnologias estão sendo desenvolvidas para extrair reservas difíceis de recuperar e opções alternativas estão surgindo. Também podemos mencionar a energia verde e o aumento da eficiência do uso de recursos (carros pequenos modernos gerenciam facilmente 4-6 litros de combustível por cem quilômetros, embora no início do nosso milênio exigissem cerca de 10). E combustível de alta qualidade, como se viu, pode ser obtido a partir de várias matérias-primas não petrolíferas.

Como tudo começou?

Precisamos começar com eventos que ocorreram há mais de 150 anos. Foi então que a produção comercial de petróleo começou. Desde então, a humanidade consumiu mais da metade das chamadas matérias-primas leves. Inicialmente, o petróleo era utilizado como fonte de energia térmica. Em nosso tempo, essa abordagem não é economicamente viável. Com a chegada da era automobilística, os produtos do fracionamento do petróleo tornaram-se difundidos no papel de combustível para motores. Ao mesmo tempo, quanto mais matérias-primas se esgotavam, mais lucrativo se tornava procurar uma alternativa.

O que é petróleo? Esta é uma mistura de hidrocarbonetos e, mais especificamente, cicloalcanos. O que eles são? O alcano mais simples é conhecido por muitos como gás metano. Além disso, existem impurezas nitrogenadas e sulfurosas no óleo. E se for processado corretamente, você poderá obter muitos materiais diferentes. Por exemplo, tome a gasolina bem conhecida. O que ele representa? Na verdade, esta é uma fração de óleo de baixo ponto de ebulição formada por hidrocarbonetos de cadeia curta com uma quantidadeátomos de cinco a nove. A gasolina é o principal combustível para carros de passeio e aeronaves de pequeno porte. O próximo tipo destacado é o querosene. É mais viscoso e pesado. É formado a partir de hidrocarbonetos nos quais existem de 10 a 16 átomos. O querosene é usado em aviões a jato e motores. Uma fração ainda mais pesada é o gasóleo. É utilizado no óleo diesel, que é uma mistura com querosene.

Busca científica por uma alternativa

Embora as principais frações sejam obtidas do petróleo, verificou-se que outras matérias-primas de carbono também podem ser utilizadas para esse fim. Este problema foi resolvido por químicos já em 1926. Então os cientistas Fischer e Tropsch descobriram a reação de redução do monóxido de carbono sob pressão atmosférica. Verificou-se que hidrocarbonetos líquidos e sólidos podem ser formados a partir de uma mistura gasosa na presença de catalisadores. Em termos de composição química, aproximavam-se dos produtos obtidos a partir do petróleo. O resultado da pesquisa química foi chamado de "gás de síntese". Ficou bem fácil. Tanto que pode ser repetido em casa por qualquer pessoa que não f altou química e física na escola. Foi obtido passando vapor de água sobre carvão (esta é a sua gaseificação) ou convertendo gás natural comum (constituído principalmente de metano). No segundo caso, catalisadores metálicos foram usados adicionalmente. Deve-se notar que o gás de síntese pode ser criado não apenas a partir de metano e carvão. Uma direção promissora é agora considerada o trabalho em estudos enzimáticos eprocessamento termoquímico de resíduos de matérias-primas vegetais. Também não devemos esquecer a conversão do biogás, ou seja, substâncias voláteis obtidas a partir da decomposição de resíduos orgânicos.

Como o aplicativo evoluiu?

A Alemanha nazista se destacou nesse quesito. Durante a Segunda Guerra Mundial, ela teve problemas significativos em termos de abastecimento de combustível. Portanto, foram criados complexos inteiros que processavam carvão em combustível líquido. E a gasolina sintética do Terceiro Reich deu sua contribuição significativa, adiando fortemente a queda desse terrível estado. Em seguida, foi utilizado o método de liquefação química do carvão até a obtenção do combustível de pirólise. Ao final da guerra, a Alemanha nazista conseguiu atingir o nível de 100.000 barris de óleo sintético por dia. Em termos mais usuais, são mais de 130 toneladas! O uso de carvão é conveniente devido à composição química semelhante. Então, nele o teor de hidrogênio é de 8%, enquanto no óleo é de 15%. Se você criar um certo regime de temperatura e saturar o carvão com hidrogênio em um volume significativo, ele entrará em estado líquido. Este processo é chamado de hidrogenação. Além disso, pode ser acelerado e aumentado em volume se forem usados catalisadores: ferro, estanho, níquel, molibdênio, alumínio e muitos outros. Tudo isso torna possível isolar várias frações e usá-las para processamento posterior.

Gasolina sintética é produzida na Alemanha agora. Após a Segunda Guerra Mundial, a África do Sul seguiu o exemplo. EntãoChina, Austrália e Estados Unidos começaram a aderir. Ress alta-se que também temos potencial para o desenvolvimento desta área.

Sobre cair e subir

Na União Soviética, mesmo antes do início da Segunda Guerra Mundial, havia buscas por uma possível extração de gasolina do carvão marrom. Mas, infelizmente, não foi possível obter resultados adequados à produção industrial. Após o fim do conflito, o preço do petróleo caiu e, com ele, desapareceu a necessidade de combustível sintético. Agora, devido à diminuição das reservas de petróleo, esta área está a renascer. A produção de gasolina sintética está se tornando cada vez mais difundida, muitas vezes encontrando apoio do estado. Por exemplo, nos Estados Unidos, os fabricantes desses combustíveis podem contar com subsídios governamentais. Apesar de todos os pré-requisitos, os combustíveis líquidos são produzidos em escala limitada. O fato é que a expansão das capacidades existentes é limitada pelo alto custo, que supera significativamente o que é obtido a partir de matérias-primas convencionais. Por exemplo, a gasolina sintética na Alemanha pode ser feita de água e dióxido de carbono, mas em apenas um ano custará um carro novo. E tudo por causa do alto custo de instalação. A principal direção de trabalho é a busca de soluções técnicas econômicas. Por exemplo, a questão da redução de pressão para liquefação de carvão está aberta. Agora é necessário criar 300-700 atmosferas, e a pesquisa é realizada para atingir um valor de 100 e abaixo. Também são relevantes as questões do aumento da produtividade dos geradores, o desenvolvimento de novos catalisadores (mais eficientes). Sim, e não devemos esquecer que não há tanto carvão natural de alta qualidade. Portanto, considera-se mais promissor obtê-lo a partir do gás. Quais são as oportunidades aqui?

Produzido a partir de gás natural

Isto é especialmente verdadeiro devido aos problemas de transporte existentes. Portanto, se você transportar gás natural, o custo disso será de 30 a 50% do custo do produto final. Portanto, seu processamento imediatamente próximo ao local de extração em gasolina e óleo diesel de alta qualidade é muito relevante. Isto apresenta uma série de requisitos para a compacidade das instalações. Se os produtos finais são obtidos através do estágio de metanol, esse processo é conveniente devido ao fato de ocorrer em um único reator. Mas é necessária muita energia, e é por isso que o combustível sintético é duas vezes mais caro que o petróleo. Uma alternativa a este método comum foi proposta pelo Instituto de Síntese Petroquímica da Academia Russa de Ciências. Envolve trabalhar com outro intermediário - éter dimetílico. Não é difícil trabalhar desta forma se a proporção de monóxido de carbono no gás de síntese resultante for aumentada. A produção de gasolina sintética, neste caso, é um combustível adicional e bastante ecológico. Especialmente mostrou-se bem na partida de motores frios devido ao seu alto índice de cetano. E para a produção de gasolina, essa opção não é ruim. Assim, você pode fazer combustível com uma octanagem de 92. A gasolina sintética a partir de gás natural, ao mesmo tempo, tem menos impurezas nocivas do que aquelas que podem ser encontradas nas feitas de petróleo. A instalação proposta pela Academia Russa de Ciências oferece um esquema de operação, segundo o qual, quanto maior a temperatura da reação, maisdesempenho.

Você pode fazer tudo sozinho?

Apesar do fato de que a energia alternativa é considerada uma ciência relativamente jovem, não é um problema repetir suas conquistas dentro de uma casa. Portanto, sim, é bem possível criar gasolina sintética com suas próprias mãos. Além disso, dadas as especificidades das condições em que se tem de existir, é possível contar com madeira, carvão e biogás. Qual deles dar preferência em casa - cada um decide por si mesmo.

Como o mais simples, o mais relevante é a questão de como obter gasolina sintética da madeira com suas próprias mãos. Muitos o consideram apenas como material de construção ou matéria-prima para brinquedos. Mas vale lembrar pelo menos o álcool de madeira, e fica claro que o potencial existe. Como obter gás de síntese neste caso? É necessário levar madeira (ou seus resíduos, o que exatamente não é importante). Em casa, você pode fazer um dispositivo de três partes, cada uma das quais desempenhará sua função. Inicialmente, é necessário garantir sua secagem e aquecimento a uma temperatura de 250 a 300 graus Celsius. Então vem a vez da pirólise. Aqui a temperatura deve subir para 700 graus. E a etapa final é a geração de gás. Começa a reforma a vapor. O processo ocorre a uma temperatura de 700-1000 graus. O resultado é um gás de síntese muito puro. Não é necessária intervenção adicional. Em seguida, usamos catalisadores e a gasolina sintética está pronta!

Faça com carvão

E mais um pequeno ponto que não foi mencionado antes - ao trabalhar em casa, as instalações, com certeza, serão bem grandes. Portanto, não é recomendável colocá-los em um apartamento. Mas criá-los em sua própria casa ou perto dela é uma coisa muito real.

Gasolina sintética pode ser obtida do carvão através da influência do vapor. Sua gaseificação é a maneira mais fácil e viável para as condições da casa. Então vamos começar. Inicialmente, para maior eficiência e aumento da velocidade do processo, o carvão deve ser triturado. Em seguida, é saturado com hidrogênio. Então é necessário criar uma temperatura de 400-500 graus Celsius e uma pressão de 50-300 kg/cm2. E estamos aguardando o momento de transição para o estado líquido. Se nenhum solvente for usado, apenas 5-8% da massa total de carvão se tornará assim. Depois vem a vez dos catalisadores. Adequado para carvão: molibdênio, níquel, cob alto, estanho, alumínio, ferro, bem como seus compostos. Qualquer tipo de matéria-prima pode ser utilizada para gaseificação. Brown, pedra - tudo vai fazer. Embora sua qualidade afete a eficiência de conversão. Anteriormente, a designação da quantidade de carbono era dada e o número era chamado de 8%. Isso não é inteiramente verdade. Dependendo da marca e da qualidade, o valor pode variar de 4% a 8%. E para a adequação mínima do posterior processamento e separação da gasolina, é necessário atingir um valor de 11% (melhor que 15%). Inicialmente, não o fato de que tudo vai dar certo. Especialmente se você f altou às aulas de física equímica. No entanto, a gasolina sintética a partir do carvão pode ser feita e usada com sucesso.

Trabalho com biogás

Esta é uma abordagem bastante incomum e extravagante, mas funciona. Sua beleza também está no fato de que, como combustível, tem uma aplicação mais ampla do que apenas a gasolina sintética. É verdade que ocupa muito espaço. Assim, por exemplo, um metro cúbico de biogás equivale a 0,6 litros de gasolina. Se você não usá-lo em um estado comprimido, mesmo levando-o aos olhos em um caminhão, não poderá dirigir mais de cem ou dois quilômetros. Portanto, como sintetizar a gasolina desejada a partir dele? Isso é possível devido ao fato de que, na verdade, é metano com pequenas impurezas. Isso é praticamente o que você precisa. A síntese, no entanto, é problemática. Afinal, algo novo e ao mesmo tempo simples não foi inventado aqui. Ou seja, temos que trabalhar na criação do gás de síntese e, a partir dele, garantir a formação da gasolina. Isso é feito (de acordo com o esquema mais comum) através do metanol. Embora você possa trabalhar com éter dimetílico. Quando se trata de metanol, você deve sempre lembrar que é extremamente perigoso. A situação é complicada pelo fato de ter cheiro de álcool e o ponto de ebulição é de 65 graus Celsius. Em geral, trabalhar com síntese de combustível não é brincadeira de criança. Portanto, não será supérfluo aprender química e física se esse conhecimento não estiver disponível. Em suma, a gasolina sintética é obtida por destilação de gás e um condensador. Este método não é rápido, mas se houver um bom embasamento teórico, não é difícil. Mas sem conhecimento é impossível trabalharrecomendado. Afinal, o metanol puro é o combustível de maior octanagem e, portanto, perigoso. E o motor de um carro comum não o “digere” - ele não foi projetado para isso.

Conclusão

É assim que se consegue combustível sintético. Deve-se notar que estes não são brinquedos, mas uma atividade inflamável. Portanto, sem a devida preparação teórica, não se deve se envolver em tal assunto. Afinal, isso seria uma violação direta das regras de segurança. E eles, deve ser lembrado, são sempre escritos com sangue.