Essence synthétique : description, caractéristiques, performances, méthodes de production

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

La science et le progrès vous permettent de créer des choses qui n'ont jamais été vues auparavant, auxquelles beaucoup ne pouvaient même pas penser. Prenons, par exemple, un développement relativement nouveau comme l'essence synthétique. Beaucoup de gens savent que ce carburant est obtenu par distillation à partir du pétrole. Mais il peut aussi être synthétisé à partir de charbon, de bois, de gaz naturel. La production d'essence de synthèse, bien qu'elle ne puisse se substituer totalement à la voie de production conventionnelle, mérite tout de même d'être étudiée. Par conséquent, son histoire sera considérée, ainsi que les moyens de l'obtenir.

Présentation

Il est difficile d'imaginer la civilisation moderne sans carburant - diesel, kérosène, essence. Les voitures, les avions, les fusées, le transport par eau travaillent pour eux. Mais la quantité d'huile dans les intestins est limitée. Il n'y a pas si longtemps, on pensait que l'humanité serait bientôt inévitablement confrontée à une pénurie de carburant. Mais il s'est avéré,tout n'est pas si triste. De nouvelles technologies sont développées pour extraire des réserves difficiles à récupérer, et des options alternatives émergent. On peut également mentionner l'énergie verte et l'augmentation de l'efficacité de l'utilisation des ressources (les petites voitures modernes gèrent facilement 4 à 6 litres de carburant aux cent kilomètres, alors qu'au début de notre millénaire, elles en nécessitaient environ 10). Et il s'est avéré qu'un carburant de haute qualité peut être obtenu à partir de diverses matières premières non pétrolières.

Comment tout a commencé ?

Nous devons commencer par des événements qui ont eu lieu il y a plus de 150 ans. C'est alors que la production pétrolière commerciale a commencé. Depuis, l'humanité a consommé plus de la moitié des matières premières dites légères. Initialement, le pétrole était utilisé comme source d'énergie thermique. A notre époque, cette approche n'est pas économiquement viable. Avec l'avènement de l'ère automobile, les produits du fractionnement du pétrole se sont généralisés dans le rôle de carburant moteur. Dans le même temps, plus les matières premières s'épuisaient, plus il devenait rentable de chercher une alternative.

Qu'est-ce que le pétrole ? Il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures, et plus précisément de cycloalcanes. Que sont-ils? L'alcane le plus simple est connu de beaucoup sous le nom de gaz méthane. De plus, il y a des impuretés azotées et sulfureuses dans l'huile. Et s'il est traité correctement, vous pouvez obtenir de nombreux matériaux différents. Par exemple, prenez l'essence bien connue. Que représente-t-il ? En fait, il s'agit d'une fraction pétrolière à bas point d'ébullition formée d'hydrocarbures à chaîne courte dont la quantitéatomes de cinq à neuf. L'essence est le carburant principal des voitures particulières ainsi que des petits avions. Le type suivant en surbrillance est le kérosène. Il est plus visqueux et lourd. Il est formé d'hydrocarbures contenant de 10 à 16 atomes. Le kérosène est utilisé dans les avions à réaction et les moteurs. Une fraction encore plus lourde est le gazole. Il est utilisé dans le carburant diesel, qui est un mélange avec du kérosène.

Recherche scientifique d'une alternative

Bien que les principales fractions soient obtenues à partir du pétrole, il s'est avéré que d'autres matières premières carbonées peuvent également être utilisées à cette fin. Ce problème a été résolu par les chimistes dès 1926. Puis les scientifiques Fischer et Tropsch ont découvert la réaction de réduction du monoxyde de carbone sous pression atmosphérique. Il a été constaté que des hydrocarbures liquides et solides peuvent être formés à partir d'un mélange gazeux en présence de catalyseurs. Du point de vue de leur composition chimique, ils étaient proches des produits obtenus à partir du pétrole. Le résultat de la recherche chimique s'appelait "gaz de synthèse". Cela s'est avéré assez facile. A tel point qu'il peut être répété à la maison par toute personne qui n'a pas sauté la chimie et la physique à l'école. Il a été obtenu en faisant passer de la vapeur d'eau sur du charbon (c'est sa gazéification) ou en convertissant du gaz naturel ordinaire (il est principalement constitué de méthane). Dans le second cas, des catalyseurs métalliques ont également été utilisés. Il convient de noter que le gaz de synthèse peut être créé non seulement à partir de méthane et de charbon. Une direction prometteuse est maintenant considérée comme les travaux sur les enzymatiques ettraitement thermochimique des déchets de matières premières végétales. N'oublions pas non plus la conversion du biogaz, c'est-à-dire des substances volatiles issues de la décomposition des déchets organiques.

Comment l'application a-t-elle évolué ?

L'Allemagne nazie a excellé à cet égard. Pendant la Seconde Guerre mondiale, elle a eu des problèmes importants en termes d'approvisionnement en carburant. Par conséquent, des complexes entiers ont été créés pour transformer le charbon en combustible liquide. Et l'essence synthétique du Troisième Reich a apporté sa contribution significative, reportant assez fortement la chute de ce terrible état. Ensuite, la méthode de liquéfaction chimique du charbon a été utilisée jusqu'à l'obtention du combustible de pyrolyse. À la fin de la guerre, l'Allemagne nazie a réussi à atteindre le niveau de 100 000 barils de pétrole synthétique par jour. En termes plus habituels, c'est plus de 130 tonnes ! L'utilisation du charbon est opportune en raison de la composition chimique similaire. Ainsi, la teneur en hydrogène y est de 8%, tandis que dans l'huile, elle est de 15%. Si vous créez un certain régime de température et saturez le charbon avec de l'hydrogène dans un volume important, il passera à l'état liquide. Ce processus est appelé hydrogénation. De plus, il peut être accéléré et augmenté en volume si des catalyseurs sont utilisés: fer, étain, nickel, molybdène, aluminium et bien d'autres. Tout cela permet d'isoler diverses fractions et de les utiliser pour un traitement ultérieur.

L'essence synthétique est désormais produite en Allemagne. Après la Seconde Guerre mondiale, l'Afrique du Sud a emboîté le pas. AlorsLa Chine, l'Australie et les États-Unis ont commencé à s'y joindre. Il convient de noter que nous avons également le potentiel pour le développement de cette zone.

À propos de la chute et de la montée

En Union soviétique, avant même le début de la Seconde Guerre mondiale, on cherchait une éventuelle extraction d'essence à partir de lignite. Mais, hélas, il n'a pas été possible d'obtenir des résultats adaptés à une production industrielle. Après la fin du conflit, le prix du pétrole a chuté, et avec lui, le besoin de carburant synthétique a disparu. Désormais, en raison de la diminution des réserves de pétrole, ce domaine connaît une renaissance. La production d'essence de synthèse se généralise de plus en plus, rencontrant souvent le soutien de l'État. Par exemple, aux États-Unis, les fabricants de ces carburants peuvent compter sur des subventions gouvernementales. Malgré toutes les conditions préalables, les combustibles liquides sont produits à une échelle limitée. Le fait est que l'expansion des capacités existantes est limitée par le coût élevé, qui dépasse largement ce qui est obtenu à partir de matières premières conventionnelles. Par exemple, l'essence synthétique en Allemagne peut être fabriquée à partir d'eau et de dioxyde de carbone, mais en seulement un an, cela coûtera une nouvelle voiture. Et tout cela à cause du coût élevé de l'installation. La direction principale du travail est la recherche de solutions techniques économiques. Par exemple, la question de la réduction de pression pour la liquéfaction du charbon est ouverte. Maintenant, il est nécessaire de créer 300 à 700 atmosphères, et la recherche est effectuée pour atteindre une valeur de 100 et moins. Sont également d'actualité les enjeux de l'augmentation de la productivité des générateurs, le développement de nouveaux catalyseurs (plus performants). Oui, et nous ne devons pas oublier qu'il n'y a pas tellement de charbon naturel de haute qualité. Par conséquent, il est considéré comme plus prometteur de l'obtenir à partir de gaz. Quelles sont les opportunités ici ?

Produit à partir de gaz naturel

Cela est particulièrement vrai en raison des problèmes de transport existants. Donc, si vous transportez du gaz naturel, le coût de celui-ci sera de 30 à 50 % du coût du produit final. Par conséquent, sa transformation à proximité immédiate du lieu d'extraction en essence et carburant diesel de haute qualité est très pertinente. Cela pose un certain nombre d'exigences quant à la compacité des installations. Si les produits finaux sont obtenus par l'étape du méthanol, alors un tel procédé est pratique en raison du fait qu'il se déroule dans un seul réacteur. Mais beaucoup d'énergie est nécessaire, c'est pourquoi le carburant synthétique est deux fois plus cher que le pétrole. Une alternative à cette méthode courante a été proposée par l'Institut de synthèse pétrochimique de l'Académie russe des sciences. Cela implique de travailler avec un autre intermédiaire - l'éther diméthylique. Il n'est pas difficile de travailler de cette manière si la proportion de monoxyde de carbone dans le gaz de synthèse résultant est augmentée. La production d'essence synthétique dans ce cas est un carburant supplémentaire et plutôt respectueux de l'environnement. Surtout, il s'est bien montré lors du démarrage de moteurs froids en raison de son indice de cétane élevé. Et pour la production d'essence, cette option n'est pas mauvaise. Ainsi, vous pouvez fabriquer du carburant avec un indice d'octane de 92. L'essence synthétique à partir de gaz naturel contient en même temps moins d'impuretés nocives que celles que l'on peut trouver dans celles à base de pétrole. L'installation proposée par l'Académie russe des sciences propose un schéma de fonctionnement selon lequel, plus la température de réaction est élevée, plusperformances.

Pouvez-vous tout faire vous-même ?

Malgré le fait que l'énergie alternative soit considérée comme une science relativement jeune, ce n'est pas un problème de répéter ses réalisations au sein d'un même ménage. Par conséquent, oui, il est tout à fait possible de créer de l'essence synthétique de vos propres mains. De plus, compte tenu des spécificités des conditions dans lesquelles il faut exister, il est possible de miser sur le bois, le charbon et le biogaz. Lequel d'entre eux privilégier à la maison - chacun décide par lui-même.

Comme le plus simple, le plus pertinent est la question de savoir comment obtenir de l'essence synthétique à partir de bois de vos propres mains. Beaucoup le considèrent uniquement comme un matériau de construction ou une matière première pour les jouets. Mais il convient de rappeler au moins l'alcool de bois, et il devient clair que le potentiel existe. Comment obtenir du gaz de synthèse dans ce cas ? Il faut prendre du bois (ou ses déchets, ce qui n'est pas important exactement). À la maison, vous pouvez fabriquer un appareil en trois parties, chacune remplissant sa fonction. Dans un premier temps, il est nécessaire d'assurer leur séchage et leur chauffage à une température de 250-300 degrés Celsius. Vient ensuite le tour de la pyrolyse. Ici, la température devrait monter à 700 degrés. Et la dernière étape est la génération de gaz. Il commence le reformage à la vapeur. Le processus se déroule à une température de 700 à 1000 degrés. Le résultat est un gaz de synthèse très pur. Une intervention supplémentaire n'est pas nécessaire. Ensuite, nous utilisons des catalyseurs et l'essence synthétique est prête !

Fabriqué à partir de charbon

Et encore un petit point qui n'a pas été mentionné auparavant - lorsque vous travaillez à la maison, les installations se révéleront certainement assez volumineuses. Par conséquent, il n'est pas recommandé de les placer dans un appartement. Mais les créer dans votre propre maison ou à proximité est une chose très réelle.

L'essence synthétique peut être obtenue à partir du charbon grâce à l'influence de la vapeur. Sa gazéification est le moyen le plus simple et le plus réalisable pour les conditions domestiques. Alors, commençons. Initialement, pour une plus grande efficacité et une augmentation de la vitesse du processus, le charbon doit être broyé. Ensuite, il est saturé d'hydrogène. Ensuite, il faut créer une température de 400-500 degrés Celsius et une pression de 50-300 kg/cm2. Et nous attendons le moment du passage à l'état liquide. Si aucun solvant n'est utilisé, seuls 5 à 8% de la masse totale de charbon le deviendront. Vient ensuite le tour des catalyseurs. Convient au charbon: molybdène, nickel, cob alt, étain, aluminium, fer, ainsi que leurs composés. Tout type de matière première peut être utilisé pour la gazéification. Brown, pierre - tout ira. Bien que sa qualité affecte l'efficacité de la conversion. Auparavant, la désignation de la quantité de carbone était donnée et le chiffre s'appelait 8%. Ce n'est pas tout à fait vrai. Selon la marque et la qualité, la valeur peut varier de 4% à 8%. Et pour l'adéquation minimale du traitement ultérieur et de la séparation de l'essence, il est nécessaire d'atteindre une valeur de 11% (mieux que 15%). Au départ, pas le fait que tout ira bien. Surtout si vous avez sauté des cours de physique etchimie. Néanmoins, l'essence synthétique à partir du charbon peut être fabriquée et utilisée avec succès.

Travailler avec du biogaz

C'est une approche plutôt inhabituelle et extravagante, mais ça marche. Sa beauté réside également dans le fait qu'en tant que carburant, il a une application plus large que la simple essence synthétique. C'est vrai que ça prend beaucoup de place. Ainsi, par exemple, un mètre cube de biogaz équivaut à 0,6 litre d'essence. Si vous ne l'utilisez pas dans un état compressé, même si vous le portez aux globes oculaires d'un camion, vous ne pourrez pas parcourir plus de cent ou deux kilomètres. Par conséquent, comment en synthétiser l'essence souhaitée? Ceci est possible du fait qu'il s'agit en fait de méthane avec de petites impuretés. C'est pratiquement ce dont vous avez besoin. La synthèse est cependant problématique. Après tout, quelque chose de nouveau et en même temps simple n'a pas été inventé ici. Autrement dit, nous devons travailler sur la création de gaz de synthèse, et à partir de celui-ci assurer la formation d'essence. Cela se fait (selon le schéma le plus courant) au moyen de méthanol. Bien que vous puissiez travailler avec de l'éther diméthylique. En ce qui concerne le méthanol, vous devez toujours vous rappeler qu'il est extrêmement dangereux. La situation est compliquée par le fait qu'il a une odeur d'alcool et que le point d'ébullition est de 65 degrés Celsius. En général, travailler avec la synthèse de carburant n'est pas un jeu d'enfant. Il ne sera donc pas superflu d'apprendre la chimie et la physique si ces connaissances ne sont pas disponibles. En bref, l'essence synthétique est obtenue par distillation du gaz et d'un condenseur. Cette méthode n'est pas rapide, mais s'il y a un bon bagage théorique, ce n'est pas difficile. Mais sans connaissance il est impossible de travaillerconseillé. Après tout, le méthanol pur est le carburant à indice d'octane le plus élevé, et donc dangereux. Et le moteur d'une voiture ordinaire ne le "digérera" pas - il n'est pas conçu pour cela.

Conclusion

Voilà comment obtenir du carburant synthétique. Il est à noter qu'il ne s'agit pas de jouets, mais d'une activité inflammable. Par conséquent, sans une préparation théorique appropriée, il ne faut pas s'engager dans une telle affaire. Après tout, ce serait une violation directe des règles de sécurité. Et ils, rappelons-le, sont toujours écrits avec du sang.