Bensin sintetis: deskripsi, karakteristik, kinerja, metode produksi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Ilmu pengetahuan dan kemajuan memungkinkan Anda menciptakan hal-hal yang belum pernah dilihat sebelumnya, yang bahkan tidak terpikirkan oleh banyak orang. Ambil contoh, perkembangan yang relatif baru seperti bensin sintetis. Banyak orang mengetahui bahwa bahan bakar ini diperoleh dengan cara penyulingan dari minyak bumi. Tetapi juga dapat disintesis dari batu bara, kayu, gas alam. Produksi bensin sintetis, meskipun tidak dapat sepenuhnya menggantikan jalur produksi konvensional, masih layak untuk dipelajari. Oleh karena itu, akan dipertimbangkan sejarahnya, serta cara mendapatkannya.

Pengantar

Sulit membayangkan peradaban modern tanpa bahan bakar motor - solar, minyak tanah, bensin. Mobil, pesawat, roket, transportasi air bekerja untuk mereka. Tapi jumlah minyak di perut terbatas. Belum lama ini, diyakini bahwa umat manusia akan segera menghadapi kekurangan bahan bakar. Tapi ternyata,itu tidak terlalu menyedihkan. Teknologi baru sedang dikembangkan untuk mengekstrak cadangan yang sulit dipulihkan, dan opsi alternatif muncul. Kami juga dapat menyebutkan energi hijau dan meningkatkan efisiensi penggunaan sumber daya (mobil kecil modern dengan mudah mengelola 4-6 liter bahan bakar per seratus kilometer, meskipun pada awal milenium kami mereka membutuhkan sekitar 10). Dan ternyata bahan bakar berkualitas tinggi dapat diperoleh dari berbagai bahan baku non-minyak bumi.

Bagaimana semuanya dimulai?

Kita harus mulai dengan peristiwa yang terjadi lebih dari 150 tahun yang lalu. Saat itulah produksi minyak komersial dimulai. Sejak itu, umat manusia telah menggunakan lebih dari setengah dari apa yang disebut bahan mentah ringan. Awalnya, minyak digunakan sebagai sumber energi panas. Di zaman kita, pendekatan ini tidak layak secara ekonomi. Ketika era mobil datang, produk fraksinasi minyak menjadi luas dalam peran bahan bakar motor. Pada saat yang sama, semakin banyak bahan baku yang habis, semakin menguntungkan untuk mencari alternatif.

Apa itu minyak? Ini adalah campuran hidrokarbon, dan lebih khusus lagi, sikloalkana. Apakah mereka? Alkana paling sederhana dikenal banyak orang sebagai gas metana. Selain itu, ada kotoran nitrogen dan sulfur dalam minyak. Dan jika diproses dengan benar, maka Anda bisa mendapatkan banyak bahan yang berbeda. Misalnya, ambil bensin yang terkenal. Apa yang dia wakili? Faktanya, ini adalah fraksi minyak dengan titik didih rendah yang dibentuk oleh hidrokarbon rantai pendek dengan jumlahatom dari lima sampai sembilan. Bensin merupakan bahan bakar utama untuk mobil penumpang maupun pesawat kecil. Jenis yang disorot berikutnya adalah minyak tanah. Ini lebih kental dan berat. Itu terbentuk dari hidrokarbon di mana ada 10 hingga 16 atom. Minyak tanah digunakan dalam pesawat jet dan mesin. Fraksi yang lebih berat lagi adalah minyak gas. Ini digunakan dalam bahan bakar diesel, yang merupakan campuran dengan minyak tanah.

Pencarian ilmiah untuk alternatif

Meskipun fraksi utama diperoleh dari minyak, ternyata bahan baku karbon lainnya juga dapat digunakan untuk tujuan ini. Masalah ini diselesaikan oleh ahli kimia pada awal tahun 1926. Kemudian ilmuwan Fischer dan Tropsch menemukan reaksi reduksi karbon monoksida di bawah tekanan atmosfer. Ditemukan bahwa hidrokarbon cair dan padat dapat dibentuk dari campuran gas dengan adanya katalis. Dalam hal komposisi kimianya, mereka dekat dengan produk yang diperoleh dari minyak. Hasil penelitian kimia itu disebut "gas sintesis". Ternyata cukup mudah. Sedemikian rupa sehingga dapat diulang di rumah oleh siapa saja yang tidak melewatkan pelajaran kimia dan fisika di sekolah. Itu diperoleh dengan melewatkan uap air di atas batu bara (ini adalah gasifikasinya) atau dengan mengubah gas alam biasa (terutama terdiri dari metana). Dalam kasus kedua, katalis logam juga digunakan. Perlu dicatat bahwa gas sintesis dapat dibuat tidak hanya dari metana dan batu bara. Arah yang menjanjikan sekarang dianggap bekerja pada enzim danpengolahan termokimia limbah bahan baku nabati. Kita juga tidak boleh melupakan konversi biogas, yaitu zat volatil yang diperoleh dari penguraian sampah organik.

Bagaimana aplikasi berkembang?

Nazi Jerman unggul dalam hal ini. Selama Perang Dunia II, dia memiliki masalah yang signifikan dalam hal pasokan bahan bakar. Oleh karena itu, terciptalah seluruh kompleks yang mengolah batubara menjadi bahan bakar cair. Dan bensin sintetis dari Third Reich memberikan kontribusi yang signifikan, cukup kuat menunda jatuhnya negara yang mengerikan ini. Kemudian digunakan metode chemical liquefaction batubara sampai diperoleh bahan bakar pirolisis. Pada akhir perang, Nazi Jerman berhasil mencapai level 100.000 barel minyak sintetis per hari. Dalam istilah yang lebih biasa, ini lebih dari 130 ton! Penggunaan batubara adalah bijaksana karena komposisi kimia yang serupa. Jadi, di dalamnya kandungan hidrogennya 8%, sedangkan di minyak 15%. Jika Anda membuat rezim suhu tertentu dan menjenuhkan batubara dengan hidrogen dalam volume yang signifikan, maka itu akan menjadi cair. Proses ini disebut hidrogenasi. Selain itu, dapat dipercepat dan diperbesar volumenya jika digunakan katalis: besi, timah, nikel, molibdenum, aluminium dan banyak lainnya. Semua ini memungkinkan untuk mengisolasi berbagai pecahan dan menggunakannya untuk pemrosesan lebih lanjut.

Bensin sintetis diproduksi di Jerman sekarang. Setelah Perang Dunia II, Afrika Selatan mengikutinya. KemudianChina, Australia dan Amerika Serikat mulai bergabung. Perlu dicatat bahwa kita juga memiliki potensi untuk pengembangan daerah ini.

Tentang jatuh dan bangkit

Di Uni Soviet, bahkan sebelum dimulainya Perang Dunia Kedua, ada pencarian untuk kemungkinan ekstraksi bensin dari batubara coklat. Tapi, sayangnya, tidak mungkin mendapatkan hasil yang cocok untuk produksi industri. Setelah konflik berakhir, harga minyak turun, dan dengan itu, kebutuhan akan bahan bakar sintetis menghilang. Kini, akibat berkurangnya cadangan minyak, kawasan ini mengalami kelahiran kembali. Produksi bensin sintetis menjadi lebih dan lebih luas, sering bertemu dengan dukungan dari negara. Misalnya, di Amerika Serikat, produsen bahan bakar semacam itu dapat mengandalkan subsidi pemerintah. Terlepas dari semua prasyarat, bahan bakar cair diproduksi dalam skala terbatas. Faktanya adalah bahwa perluasan kapasitas yang ada dibatasi oleh biaya tinggi, yang secara signifikan melebihi apa yang diperoleh dari bahan baku konvensional. Misalnya, bensin sintetik di Jerman dapat dibuat dari air dan karbon dioksida, tetapi hanya dalam satu tahun akan menghabiskan biaya mobil baru. Dan semua karena tingginya biaya pemasangan. Arah utama pekerjaan adalah mencari solusi teknis ekonomi. Misalnya, isu pengurangan tekanan untuk pencairan batubara terbuka. Sekarang perlu untuk membuat 300-700 atmosfer, dan pencarian dilakukan untuk mencapai nilai 100 ke bawah. Juga relevan adalah isu peningkatan produktivitas generator, pengembangan katalis baru (lebih efisien). Ya, dan kita tidak boleh lupa bahwa tidak banyak batu bara alam berkualitas tinggi. Oleh karena itu, dianggap lebih menjanjikan untuk mendapatkannya dari gas. Apa peluang di sini?

Diproduksi dari gas alam

Hal ini terutama benar karena masalah transportasi yang ada. Jadi, jika Anda mengangkut gas alam, maka biayanya adalah 30-50% dari biaya produk akhir. Oleh karena itu, pemrosesannya segera di dekat tempat ekstraksi menjadi bensin dan solar berkualitas tinggi sangat relevan. Ini mengajukan sejumlah persyaratan untuk kekompakan instalasi. Jika produk akhir diperoleh melalui tahap metanol, maka proses seperti itu mudah dilakukan karena berlangsung dalam reaktor tunggal. Tetapi banyak energi yang dibutuhkan, itulah sebabnya bahan bakar sintetis dua kali lebih mahal dari minyak. Alternatif untuk metode umum ini diusulkan oleh Institut Sintesis Petrokimia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. Ini melibatkan bekerja dengan perantara lain - dimetil eter. Tidak sulit untuk bekerja dengan cara ini jika proporsi karbon monoksida dalam gas sintesis yang dihasilkan ditingkatkan. Produksi bensin sintetis dalam hal ini merupakan bahan bakar tambahan dan agak ramah lingkungan. Terutama itu menunjukkan dirinya dengan baik ketika memulai mesin dingin karena angka setana yang tinggi. Dan untuk produksi bensin, opsi ini lumayan. Jadi, Anda dapat membuat bahan bakar dengan nilai oktan 92. Bensin sintetis dari gas alam pada saat yang sama memiliki lebih sedikit kotoran berbahaya daripada yang dapat ditemukan pada yang terbuat dari minyak. Instalasi yang diusulkan oleh Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia menawarkan skema operasi, yang menurutnya, semakin tinggi suhu reaksi, semakin banyakkinerja.

Bisakah kamu melakukan semuanya sendiri?

Meskipun energi alternatif dianggap sebagai ilmu yang relatif muda, tidak masalah untuk mengulangi pencapaiannya dalam satu rumah tangga. Karena itu, ya, sangat mungkin untuk membuat bensin sintetis dengan tangan Anda sendiri. Terlebih lagi, mengingat kondisi spesifik di mana seseorang harus ada, dimungkinkan untuk mengandalkan kayu, batu bara, dan biogas. Manakah dari mereka yang lebih disukai di rumah - semua orang memutuskan sendiri.

Sebagai yang paling sederhana, yang paling relevan adalah pertanyaan tentang cara mendapatkan bensin sintetis dari kayu dengan tangan Anda sendiri. Banyak yang menganggapnya hanya sebagai bahan bangunan atau bahan baku mainan. Tetapi perlu diingat setidaknya alkohol kayu, dan menjadi jelas bahwa ada potensi. Bagaimana cara mendapatkan gas sintesis dalam kasus ini? Perlu untuk mengambil kayu (atau limbahnya, yang sebenarnya tidak penting). Di rumah, Anda dapat membuat perangkat dari tiga bagian, yang masing-masing akan menjalankan fungsinya. Awalnya, perlu untuk memastikan pengeringan dan pemanasannya pada suhu 250-300 derajat Celcius. Kemudian tiba giliran pirolisis. Di sini suhu harus naik hingga 700 derajat. Dan tahap terakhir adalah pembangkitan gas. Ini memulai reformasi uap. Prosesnya berlangsung pada suhu 700-1000 derajat. Hasilnya adalah gas sintesis yang sangat murni. Intervensi tambahan tidak diperlukan. Selanjutnya, kami menggunakan katalis, dan bensin sintetis siap!

Membuat dari batu bara

Dan satu lagi poin kecil yang tidak disebutkan sebelumnya - ketika bekerja di rumah, instalasi, pasti, akan menjadi cukup besar. Karena itu, tidak disarankan untuk menempatkannya di apartemen. Tetapi membuatnya di rumah Anda sendiri atau di sekitarnya adalah hal yang sangat nyata.

Bensin sintetis dapat diperoleh dari batu bara melalui pengaruh uap. Gasifikasinya adalah cara termudah dan paling layak untuk kondisi rumah. Jadi mari kita mulai. Awalnya, untuk efisiensi yang lebih besar dan peningkatan kecepatan proses, batu bara harus dihancurkan. Kemudian dijenuhkan dengan hidrogen. Maka perlu dibuat suhu 400-500 derajat Celcius dan tekanan 50-300 kg/cm2. Dan kami sedang menunggu momen transisi ke keadaan cair. Jika tidak ada pelarut yang digunakan, maka hanya 5-8% dari total massa batubara yang akan menjadi demikian. Kemudian datang giliran katalis. Cocok untuk batubara: molibdenum, nikel, kob alt, timah, aluminium, besi, serta senyawanya. Setiap jenis bahan baku dapat digunakan untuk gasifikasi. Coklat, batu - semuanya akan berhasil. Meskipun kualitasnya mempengaruhi efisiensi konversi. Sebelumnya, penunjukan jumlah karbon diberikan dan angka itu disebut 8%. Ini tidak sepenuhnya benar. Tergantung pada merek dan kualitasnya, nilainya dapat berkisar dari 4% hingga 8%. Dan untuk kesesuaian minimum pemrosesan dan pemisahan bensin selanjutnya, perlu untuk mencapai nilai 11% (lebih baik dari 15%). Awalnya, bukan fakta bahwa semuanya akan berhasil. Terutama jika Anda melewatkan pelajaran fisika dankimia. Namun demikian, bensin sintetis dari batubara dapat berhasil dibuat dan digunakan.

Bekerja dengan biogas

Ini adalah pendekatan yang agak tidak biasa dan berlebihan, tetapi berhasil. Keindahannya juga dalam kenyataan bahwa sebagai bahan bakar memiliki aplikasi yang lebih luas dari sekedar bensin sintetis. Benar, itu memakan banyak ruang. Jadi, misalnya, satu meter kubik biogas setara dengan 0,6 liter bensin. Jika Anda menggunakannya tidak dalam keadaan terkompresi, bahkan membawanya ke bola mata di atas truk, Anda tidak akan bisa mengemudi lebih dari seratus atau dua kilometer. Karena itu, bagaimana cara mensintesis bensin yang diinginkan darinya? Ini dimungkinkan karena faktanya, itu adalah metana dengan kotoran kecil. Itulah yang Anda butuhkan secara praktis. Sintesis, bagaimanapun, bermasalah. Lagi pula, sesuatu yang baru dan pada saat yang sama sederhana belum ditemukan di sini. Artinya, kita harus bekerja pada penciptaan gas sintesis, dan dari itu untuk memastikan pembentukan bensin. Ini dilakukan (menurut skema yang paling umum) melalui metanol. Meskipun Anda dapat bekerja melalui dimetil eter. Ketika berbicara tentang metanol, Anda harus selalu ingat bahwa itu sangat berbahaya. Situasinya diperumit oleh fakta bahwa ia memiliki bau alkohol, dan titik didihnya adalah 65 derajat Celcius. Secara umum, bekerja dengan sintesis bahan bakar bukanlah permainan anak-anak. Oleh karena itu, belajar kimia dan fisika tidak akan berlebihan jika pengetahuan ini tidak tersedia. Singkatnya, bensin sintetis diperoleh dengan distilasi gas dan kondensor. Metode ini tidak cepat, tetapi jika ada latar belakang teori yang baik, itu tidak sulit. Tapi tanpa ilmu tidak mungkin bekerjadirekomendasikan. Bagaimanapun, metanol murni adalah bahan bakar dengan oktan tertinggi, dan karenanya berbahaya. Dan mesin mobil biasa tidak akan "mencerna" - tidak dirancang untuk ini.

Kesimpulan

Begitulah cara mendapatkan bahan bakar sintetis. Perlu dicatat bahwa ini bukan mainan, tetapi aktivitas yang mudah terbakar. Oleh karena itu, tanpa persiapan teoretis yang tepat, seseorang tidak boleh terlibat dalam masalah seperti itu. Bagaimanapun, ini akan menjadi pelanggaran langsung terhadap aturan keselamatan. Dan mereka, harus diingat, selalu ditulis dengan darah.