Как происходит выделение бензина из угля?
Стоит отметить, что переработка угля с целью получить разные виды моторного топлива – вовсе не миф. Более, того существует две проверенных методики, реализованные на практике еще в начале прошлого века.
В те времена нацистская Германия, стремящаяся завоевать всю Европу, именно этими способами обеспечивала свою военную технику горючим, поскольку собственных месторождений нефти у нее нет. В то же время в распоряжении страны имелись залежи бурого угля, из которого на двух десятках заводов производился синтетический бензин и дизельное топливо.
Для справки. Обе методики были изобретены разными немецкими учеными в начале 20-го века, соответственно, получили их имена.
Как оказалось, уголь по своему химическому составу не слишком отличается от нефти. Основа у них общая – горючие соединения углерода с водородом, только доля водорода в нефти значительно больше. Если число водорода в углях удастся уравнять с нефтью, то и получение жидкого горючего станет реальностью. Вот способы решения проблемы:
- гидрогенизация, иначе – ожижение (процесс Бергиуса).
- газификация с последующим синтезом топлива (процесс Фишера – Тропша).
Чтобы понять, удастся ли наладить выделение бензина в домашних условиях, надо получить общее представление об этих химико-технологических процессах, о них будет рассказано ниже.
Помощь при отравлении
Важно знать, что чем раньше будет оказана помощь при отравлении, тем большего эффекта можно будет добиться. При первых признаках нездоровья необходимо принять 6-8 таблеток активированного угля, запив их достаточным количеством воды. Измельченные таблетки можно размешать в стакане с водой и выпить
Учитывая, что уголь не растворяется в воде, полученную взвесь нужно хорошенько взболтать перед употреблением
Измельченные таблетки можно размешать в стакане с водой и выпить. Учитывая, что уголь не растворяется в воде, полученную взвесь нужно хорошенько взболтать перед употреблением
При первых признаках нездоровья необходимо принять 6-8 таблеток активированного угля, запив их достаточным количеством воды. Измельченные таблетки можно размешать в стакане с водой и выпить. Учитывая, что уголь не растворяется в воде, полученную взвесь нужно хорошенько взболтать перед употреблением.
Прием препарата продолжают до выздоровления, за раз выпивают 3-4 таблетки.
В случае острой интоксикации предварительно очищают желудок углем, разведенным в воде (10-20 г угля на 0,1 л воды), а затем дают больному 6-8 таблеток.
Алкогольное отравление лечится по такой же схеме, инструкция к препарату рекомендует принимать 3-5 таблеток за час-два перед алкоголем, чтобы снизить ущерб, наносимый организму.
При сильной рвоте предварительно необходимо принять противорвотные препараты, а только затем – активированный уголь.
Процесс гидрогенизации
Для успешного проведения процесса и получения до 800 кг жидкого топлива из 1 т сырья берут бурый или каменный уголь. Главное условие эффективного достижения результата – наличие в углях 35% летучих веществ. Перед переработкой их перемалывают, измельчая до пылевидной фракции, а затем просушивают. После этого угольную фракцию смешивают с мазутом или тяжелыми маслами, чтобы получилось сырье в виде пасты.
Во время протекания процесса деструктивной гидрогенизации технология предусматривает прямое добавление недостающего водорода в уголь.
Для этого сырье помещают в специальный автоклав и производят его нагрев. При этом давление внутри сосуда достигает 200 Бар, а температура – 500 °С. Мало того, в зоне химической реакции должны находиться вещества — катализаторы и растворители. По данной методике получение бензина из угля проходит внутри автоклава в 2 стадии:
- жидкофазная;
- парофазная.
В сосуде под большим давлением и при высокой температуре протекает несколько сложных химических реакций. Чтобы не нагружать рассказ специфическими терминами, поясним простыми словами: в автоклаве происходит насыщение угля водородом и распад сложных органических соединений на простые. В результате после операций очистки на выходе получаем синтетическое дизтопливо или бензин. Это зависит от условий протекания процесса и степени трансформации угольно-масляной смеси. Но выходу горючего из установки предшествует еще ряд операций:
- центрифугирование;
- полукоксование;
- дистилляция.
Как видите, наладить столь сложное производство своими руками не представляется возможным. Главная сложность – оборудование, вряд ли удастся такое изготовить самому. Взять хотя бы автоклав, где давление выше, чем в кислородных баллонах. Да и в целом подобное производство представляет взрывопожарную опасность.
Каменный уголь
Куда большую популярность в топливной энергетике имеет каменный уголь. Он намного старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.
В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания – около 5500-7500 ккал\кг – каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.
По степени углефикации каменный уголь разделяют на множество разновидностей. Среди марок угля сегодня выделяют длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощённый спекающийся (ОС), тощий (Т) и антрацит (А).
Все подвиды каменного угля отличаются степенью выхода летучих веществ, элементарным составом, теплотой сгорания, объёмным весом и выходом летучих веществ. Например, у каменных углей марок Г и Д выход летучих веществ составляет 30-50%, марок Т – 13%, А – 2-9%.
В тощих углях много углеродов, но мало летучих веществ и битумов. К газовым и жирным относятся угли с большим содержанием летучих веществ. А коксовые угли имеют наибольшую теплоту сгорания – свыше 8 тысяч ккал/кг.
Территория России изобилует количеством каменноугольных бассейнов, рассредоточенных в самых разных регионах. Главные «угольные» точки находятся в Минусинском, Кузнецком, Ленском, Тунгусском, Таймырском, Печорском, Южно-Якутском и Буреинском бассейнах.
Так, на территории Минусинского бассейна залегает около 2,7 млрд т каменного угля. А в Кузнецком угольном бассейне хранится порядка 61,6 млрд т разведанных запасов углей.
Также к крупнейшим месторождениям каменного угля причисляют Эльгинское месторождение в Якутии: его запасы составляют порядка 2,2 млрд т. Ещё одно месторождение – Элегестское (Тува) – обладает запасами в около 20 млрд т.
Получение бензина путем газификации
Данный метод, изобретенный немецкими учеными Ф. Фишером и Г. Тропшем, предусматривает производство дизельного топлива и бензина путем предварительной газификации угольного сырья. Это происходит в большой емкости – реакторе при температуре до 350 °С и давлении не более 30 Бар. Хотя здесь условия и не настолько жесткие, как при гидрогенизации, но реализовать их ничуть не проще. Например, потому что сквозь слой угля надо под большим давлением продувать перегретый водяной пар, а значит, не обойтись без мощного парового котла.
После газификации на выходе из реактора образуется так называемый синтез-газ, состоящий из водорода и обычного угарного газа (СО). Кстати, сингаз можно прямо использовать в качестве газообразного топлива без последующей переработки.
Полученные газы поступают во второй реактор, где и происходит окончательная переработка угля в жидкое топливо. Там же располагаются вещества – катализаторы. В промышленности для этой цели могут использоваться разные соединения, но любое из них обязательно содержит железо, никель или кобальт. Не вдаваясь в тонкости химии, отметим, что на выходе из второго реактора получается горючее, которое должно еще пройти процедуру крекинга. То есть, разделение на бензин и дизельное топливо из угля.
Побочными продуктами реакции являются различные вещества и парафин. Среди выделяющихся летучих веществ наибольшая доля приходится на углекислый газ, что считается большой проблемой производства горючего подобным методом. Также достаточно быстро теряет активность катализатор, поэтому его постоянно требуется обновлять. Эти факторы, да еще ряд не столь значительных причин, приводят к высокой себестоимости продукта. При цене на нефть 50 долларов за баррель производство бензина из угля методом Фишера – Тропша считается нерентабельным.
Существует и другой метод газификации углей – термический. Он схож с явлением пиролиза, поскольку осуществляется нагревом сырья в емкости извне и при отсутствии кислорода. Другое дело, что разложение твердого топлива на газы происходит при температуре 1200 °С, а для этого требуется соответствующее оборудование. Позитивная сторона термического метода состоит в том, что часть пиролизных газов направляется на подогрев исходного сырья, а другая – на синтез бензина. За счет этого снижаются затраты на энергоносители, так как уголь во время разложения может подогревать себя сам.
Для справки. На просторах интернета можно найти описание разных установок, с помощью которых можно получить бензин из природного газа в домашних условиях. Вначале он конвертируется в синтез-газ, а затем перерабатывается в жидкое топливо. Даже если считать, что эти самодельные аппараты работоспособны, провести газификацию угля гораздо сложнее.
Демонстрационные проекты и коммерческое развитие
Завод по синтезу метана мощностью 250 киловатт был построен Центром солнечной энергии и исследований водорода (ZSW) в Баден-Вюртемберге и Обществом Фраунгофера в Германии и начал работать в 2010 году. Он модернизируется до 10 мегаватт, завершение строительства запланировано на осень. 2012 г.
Завод Джорджа Олаха по переработке углекислого газа, которым управляет компания Carbon Recycling International в Гриндавике , Исландия, с года производит 2 миллиона литров топлива для транспорта метанола в год из дымовых газов электростанции Сварценги . Его мощность составляет 5 миллионов литров в год. .
Audi построила завод по производству сжиженного природного газа (СПГ) с нулевым выбросом углерода в Верльте, Германия . Завод предназначен для производства транспортного топлива для компенсации СПГ, используемого в их автомобилях , и может удерживать 2800 метрических тонн CO 2 в год на своей первоначальной мощности.
Коммерческие разработки ведутся в Колумбии, Южной Каролине , Камарилло, Калифорния , и Дарлингтоне, Англия . Демонстрационный проект в Беркли, Калифорния, предлагает синтез топлива и пищевых масел из восстановленных дымовых газов.
Выводы
Невзирая на то, что выделение моторного топлива из каменного и бурого угля вполне реально и давно проверено на производстве, организовать его в домашних условиях вряд ли возможно. Конечно, всегда найдется несколько умельцев – энтузиастов, что любят добиваться поставленной цели и смогут синтезировать бензин своими руками. Но для этого надо подробно изучить технологию и прилично повозиться с оборудованием, не говоря уже о пожарной опасности.
Для широкого круга домовладельцев и автолюбителей получение солярки и бензина из угля недоступно. А если подойти к вопросу с точки зрения экономики, то и нерентабельно. На данный момент, пока на эту тему не появилось новых изобретений и разработок, проще и надежнее пользоваться обычным, «нефтяным» бензином.
Что позволяет обеспечить высокую теплоотдачу от бездымных брикетов? И каким образом вы ее замеряли?
Сергей Степанов:
Чтобы замерить теплоотдачу, сжигали 10 килограммов брикетов в бытовом котле, а по теплосчётчику определяли отпуск полезного тепла (горячей воды).
Высокий КПД котла обеспечивается тем, что котел большую часть времени работает равномерно. При сжигании угля режим горения другой — сначала пиковое выделение тепла, потом затухание. Поэтому на угле большая часть тепла просто улетает в трубу.
Кстати, когда мы говорим о высокой теплоотдаче и экономии топлива — важно понимать, что загружать брикетов по объему нужно столько же, сколько вы обычно загружаете угля. То, что брикетов для отопления надо в 1,5-2 раза меньше, означает, что подгружать топливо вам придется в 1,5-2 раза реже
Разовую порцию загрузки снижать не нужно!
Фракции нефти
- Фракция, собираемая от 40 до 200°С — фракция бензинов — содержит углеводороды от С6Н12 до С11Н24.
- Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.
- Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 180 до 300°С.
- В следующей фракции получают газойль (выше 275°С) — дизельное топливо.
- Остаток после перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. После отгонки остается гудрон. Его применяют в дорожном строительстве.
