Как делают бензин из нефти – топливо своими руками

Из чего делают бензин?

Метод извлечения нефти из сланца

Для производства бензина необходимо извлечь из земли чистую, незагрязненную нефть. Они используют буровые установки и специальное оборудование, чтобы закачать ее на поверхность и заполнить резервуары для хранения. Затем нефть транспортируется на грузовиках или по трубопроводу на специальный нефтеперерабатывающий завод. Нефть проходит несколько этапов переработки и отделения чистого высокооктанового бензина и других компонентов от исходной массы. В результате получаются бензин, дизельное и реактивное топливо. Готовая продукция отправляется на продажу по всему миру.

Хранение сырой нефти

Хранение масла

Каждый нефтеперерабатывающий завод имеет специальные резервуары, в которых сырая нефть хранится до того дня, когда из нее будет произведен бензин. Специальный трубопровод наполняет резервуары свежей нефтью из скважин и перекачивает ее после заполнения на этап очистки на НПЗ.

Очистка сырой нефти

Переработка сырой нефти

Сырая нефть подается в специальный аппарат предварительной очистки для удаления посторонних примесей. К сырому маслу добавляют воду и осторожно перемешивают до получения однородной массы. Через резервуар пропускается электрический ток, в результате чего соли оседают на дно. Пока масло находится под воздействием тока, оно промывается водой, и 90% солей удаляется. Затем чистое масло по трубопроводу поступает на стадию дистилляции под атмосферным вакуумом и каталитического крекинга.

Первичная переработка

Прямая дистилляция

В аппарате атмосферно-вакуумной дистилляции сырая нефть нагревается до температуры кипения при повышенных температурах и разделяется на компоненты. В результате получается прямогонная нафта, которая идет на экспорт, и сырая нефть для дальнейшей переработки. После завершения сепарации бензин транспортируется по специальной системе трубопроводов во временное хранилище, а сырье — в вакуумную установку. Кипящее сырье подвергается дальнейшему нагреву для получения светлых продуктов, пригодных для дизельного топлива. Для отделения фракций 92 и 95 сырая нефть направляется на стадию каталитического риформинга и крекинга.

Вторичная переработка

Сырая нефть поступает в каталитический риформер по системе трубопроводов. Здесь она очищается от примесей и посторонних остатков, в результате чего получаются чистые фракции. Они получают октановое число 95 или 92 и отправляются на этап смешивания. Во второй части установки осуществляется процесс каталитического крекинга, в ходе которого загрязненное сырье очищается от серы и посторонних примесей. После полной очистки жидкости из обоих процессов смешиваются, и получается бензин.

Интересный факт: 2 литра сырой нефти, которую вы можете легко купить в виде бензина и заправить ею свой автомобиль, уже были добыты и переработаны за один день жизни одного человека на планете.

Вакуумная дистилляция

Вакуумная перегонка — это процесс отгонки фракций из мазута (остатка атмосферной перегонки), которые могут быть переработаны в моторные топлива, масла, парафины и церезины и другие продукты нефтепереработки и нефтехимического синтеза. Оставшийся тяжелый осадок называется смолой. Он может служить сырьем для производства битума.

Проверка качества

Качество сырой нефти, сырья на различных этапах производства и готового бензина проверяется в лаборатории.

Контроль качества

Если производственный процесс не контролируется должным образом, продукт отправляется на дальнейшую переработку или доработку.

Суть процесса рафинирования заключается в том, чтобы разбить вязкую жидкость на множество частиц. Легкие молекулы разделяются, в результате чего образуются газы, дизельное топливо и бензин.

Каталитический риформинг

В процессе каталитического риформинга происходит ароматизация, т.е. образование ароматических веществ, увеличение содержания аренов и водородсодержащих газов.

В процессе риформинга образуются:

• Неэтилированный высокооктановый бензин с повышенным октановым числом;
• арены (ароматические углеводороды);
• водосодержащий газ для дальнейшей гидроочистки (изомеризации, гидрокрекинга и других процессов).

Жидкий риформат — это высокооктановый компонент авиационного и автомобильного топлива, из которого отделяются ароматические вещества и газы. Водород, выделяемый в этом процессе, дешевле, чем специально произведенный водород. В процессе риформинга он используется для замещения потерь циркулирующего газа.

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг — важный процесс термической переработки углеводородных фракций, в результате которого получаются высокооктановые топлива, ненасыщенные жирные газы и легкие дизельные масла. Она включает в себя глубокую переработку сырой нефти с использованием эффективных алюмосиликатных катализаторов с длительным сроком службы.

Процесс каталитического крекинга является гибким и универсальным. Она позволяет разделять нефтяные фракции на высокооктановый бензин и газы, богатые пропиленом, бутенами и изобутаном. Крекинг легко сочетается со смежными процессами (гидроочистка, гидрокрекинг, адсорбционная рафинация, алкилирование, деасфальтизация и т.д.).

Основными реакциями в каталитическом крекинге являются:

• перераспределение водорода — гидрогенизация и дегидрогенизация;
• деалкилирование
• полимеризация;
• дегидроциклирование
• изомеризация
• циклизация
• реакции с олефинами;
• алкилирование;
• тяжелые вещества, которые подвергаются дальнейшей конденсации с образованием кокса.

Процесс прямой перегонки

Распространенным физическим методом извлечения бензина из сырой нефти является прямая перегонка, при которой нефть разделяется на фракции с различными температурами кипения. При нагревании масла образуются пары, которые собираются и конденсируются в части. В результате перегонки образуются топливные дистилляты и мазут, которые используются для производства смазочных масел.

Прямая перегонка сырой нефти — это один процесс в непрерывной производственной установке (выпаривание и фракционирование дистиллята). Нагретый масляный пар поднимается наверх в специальном резервуаре, разделенном металлическими дисками с заглушенными отверстиями. Поднимающаяся паровая смесь конденсируется на пластинах резервуара по мере охлаждения.

В верхней части бака часть легкокипящей фракции распыляется, пары отводятся, охлаждаются и, конденсируясь, превращаются в жидкое топливо. Прямая перегонка дает до 15% бензина (относительно веса исходного сырья) и множество полезных продуктов, таких как парафин, парафины, дизельное топливо и т.д.

Мазут остается на дне резервуара для дальнейшего нагрева (выше 400 °C) с целью получения нефтепродуктов. Нефтяной гудрон и серое масло получают из остатков нефтедобычи, которые перерабатываются с помощью серной кислоты в высоковязкое смазочное масло (в том числе авиационное).

Изомеризация

Превращение линейных углеводородов в более высокооктановые соединения с разветвленной цепью называется изомеризацией. Низкооктановые фракции преобразуются в высокооктановый бензин с помощью катализаторов. Изомеризация сопровождает переработку на НПЗ (крекинг, пиролиз).

Изомеризация приводит к образованию соединений с различным расположением атомных групп, но не изменяет состав или молекулярный вес вещества. Изомеризация извлекает из бензина ароматические углеводороды, легкие фракции с низким октановым числом, олефины и бензол.

В технологии изомеризации используются катализаторы со специфическими каталитическими и химическими свойствами, устойчивые к ядам. Уникальность этого процесса заключается в сочетании селективной адсорбции жидкости на молекулярных ситах. Это повышает конверсию парафинов и улучшает характеристики легкого прямогонного бензина.

Алкилирование

Получение высокооктанового бензина из ненасыщенного углеводородного газа называется алкилированием. При соединении алкана и алкена происходит реакция, в результате которой образуется алкан, в котором число атомов углерода равно сумме атомов в родительском алкане и алкене. Молекулы алканов имеют более высокое октановое число, чем молекулы алкенов, поэтому получаемое топливо обладает теми же свойствами.

Сырьем для алкилирования является BBF (бутан-бутиленовая фракция), получаемая при каталитическом крекинге. Основными компонентами BBF являются бутилен и изобутан. В качестве катализаторов используются фтористый водород и серная кислота. Однако высокая токсичность и высокая летучесть фтора не позволяют широко использовать его в промышленности, поэтому в нефтепереработке применяется алкилирование серной кислотой.

Компаундирование

Контролируемое смешивание сырой нефти известно как компаундирование. Эта техника используется для смешивания нескольких потоков в один. При неконтролируемом смешивании качество масла не стабильно во времени и изменяется в зависимости от различных условий перекачки. В отличие от этого, компаундирование сглаживает нестабильный поток путем введения в нефтяной поток высокосернистой смеси с запасом качества.

Для регулирования потоков установлены заслонки. Сама регулировка проходит в 3 этапа:

• относительно скорости потока;
• против давления на входе;
• содержание серы на выходе.

Во время процесса компаундирования контролируется следующее:

• плотность в потоке;
• температура в потоке;
• расход нефти в потоке.

Контролируемое смешивание снижает выбросы серы. Качество нефтепродуктов более стабильно. Неконтролируемое смешивание, с другой стороны, приводит к неравномерным качественным характеристикам. Это позволяет обеспечить стабильные и высококачественные поставки заказчику.

Лабораторная проверка

Лабораторные испытания исследуют параметры горючих материалов и смазочных материалов. К веществам, подлежащим тестированию, относятся:

• бензин;
• дизельное топливо; — парафин
• парафин
• моторные масла;
• парафин.

Список вопросов для экспертов, проводящих исследование:

• Соответствие топлива или технологии производства ГСМ принятым стандартам;
• Соответствие состава нефтепродукта стандартам для данной марки;
• Топливо или ГСМ могут стать причиной выхода из строя двигателей или механических компонентов.

Сколько топлива можно получить из барреля сырой нефти

Когда мы перерабатываем баррель нефти (159 литров), объем нефти увеличивается на 9 литров (до 168 литров). Из этого объема добывается сырая нефть:

• бензин — 102 л
• дизельное топливо — 30л;
• 25 литров авиационного бензина
• газ после перегонки — 11л;
• кола — 10 л
• мазут — 5,6 л;
• сжиженный нефтяной газ — 4,5 литра;
• древесный уголь — 1,5 кг;
• газ пропан — 12 баллонов;
• моторное масло — 1 л.

Основные характеристики продукта перегонки

В результате перегонки сырой нефти получается поистине уникальный продукт. Бензин содержит различные добавки и примеси производных продуктов. Чтобы понять, что это значит, важно знать, что каждый вид бензина содержит определенный процент примесей с дополнительными химическими веществами.

К ним относятся различные кислоты, основания и органические соединения. Часто в процессе производства топлива в составе остаются механические примеси: металл, окалина и другие вещества.

Помимо вышеупомянутых веществ, в бензине часто встречаются различные виды присадок. Они используются для улучшения качественных характеристик и смягчения агрессивного процесса детонации. Производители бензина утверждают, что использование бензина с присадками улучшает разгон автомобиля.

Моющие компоненты, содержащиеся в присадках, эффективно очищают топливную систему двигателя, особенно клапаны двигателя. На самом деле, бензин с присадками препятствует отложению продуктов нефтепереработки на стенках двигателя.

Отложения, которые остаются после использования любого другого топлива, сгорают. Бензин начинает работать, как только попадает в топливный бак автомобиля, и работает до полного израсходования. Со временем эффективность использования топлива только увеличивается. Автовладельцы отмечают, что автомобиль работает более плавно. Со временем, если вы постоянно используете такое топливо, эффективность двигателя увеличивается, а посторонние шумы исчезают.

Существуют разрешенные и запрещенные добавки. Нужно быть осторожным, потому что недобросовестные производители часто добавляют в бензин спирт, ацетон или другой растворитель. Таким образом, они искусственно пытаются повысить октановое число топлива. Поначалу водитель, заправляющий автомобиль таким топливом, заметит положительные тенденции.

Это может быть, например, увеличение мощности и ускорения. И наоборот, снижается расход топлива, что приводит к значительной экономии. К сожалению, первое впечатление часто бывает обманчивым, и такие присадки приводят к поломкам автомобилей.

Октановое число и разбавление

Еще хотелось бы немного поговорить о разбавлении оригинального бензина. Это дает нам октановое число, которое сейчас используется в 92, 95 и 98.

Октановое число характеризует устойчивость бензина к детонации, и простыми словами это можно описать следующим образом — в топливной смеси (бензин + воздух), которая сжимается в камере сгорания, пламя распространяется со скоростью 1500-2500 м/с. Если давление воспламенения смеси слишком высокое, образуются дополнительные перекиси и увеличивается взрывная сила — происходит обычный процесс детонации, что никак не идет на пользу поршням двигателя.

Именно октановое число измеряет устойчивость топлива к детонации. В настоящее время существуют установки, содержащие эталонную жидкость — обычно смесь изо-октана (имеет число, равное «100») и гептана (имеет ровно «0»).

Затем на стенде сравниваются два вида топлива: одно, полученное из нефти (смесь бензина), и другое — из изооктана. Их сравнивают и, если двигатели работают одинаково, смотрят на вторую смесь и изооктановое число в ней — так получают октановое число. Конечно, это все идеальные, лабораторные тесты.

На практике детонация может быть вызвана многими другими неисправностями двигателя, например, неправильным положением дроссельной заслонки, бедной смесью, неправильным зажиганием, перегревом двигателя, заеданием топливной системы и т.д.

Таким образом, в качестве октаноповышающих добавок в настоящее время используются спирты, сложные эфиры, алкилы, которые очень экологичны, и антифризы. Пропорции в рецептуре примерно следующие — композиция каталитического крекинга (73 — 75%), алкилы (25 — 30%), бутиленовые фракции (5 — 7%). Для сравнения, тетраэтилсвинец ранее использовался для повышения октанового числа — он делает отличное топливо, но вреден для экологии (всех живых существ), кроме того, он оседает в легких и может вызвать рак. Поэтому в настоящее время от него отказались.

Как своими руками сделать бензин?

Наибольший урожай получается при использовании использованных резиновых шин, а также любых других резиновых изделий. Они должны быть измельчены любым способом до размера, позволяющего протолкнуть кусочки через загрузочное отверстие в реакторе, который представляет собой металлический котел с плотно закрытой крышкой и приваренной к ней вентиляционной трубой. Под реактором возникает пожар. В процессе используется технология разложения резины на сложные газообразные компоненты. Каучук растворяется жидкой фазой непосредственно в газе.

Дымовая труба соединена с конденсатором (охладителем) через водяное уплотнение (для предотвращения попадания кислорода в реактор). Это простой змеевик, помещенный в холодную воду или рубашку, охлаждаемую проточной водой. Здесь газ частично конденсируется в жидкость, которая после дополнительной дистилляции превращается в бытовой бензин. Он периодически опорожняется через клапан на дальнем конце охладителя. Часть газа, которая не сконденсировалась, направляется в трубку с отверстиями — горелку. Его поджигают, используя для дополнительного нагрева реактора.

Полученная жидкость является разновидностью масла, которое будет перегоняться во втором цикле. Его загружают в аппарат, аналогичный первому, который уже работает как дистиллятор с температурой нагрева жидкости не более 200 ºС. Если разделить полученную в результате дистилляции жидкость на фракции (в соответствии с порядком следования дистиллятных порций), то при исследовании интенсивности их горения можно заметить, что первые горят как бензин, последующие — как дизельное топливо или парафин. Жидкость, напоминающая бензин, используется в бензиновых двигателях.

Как произвести бензин дома – инструкция

Знаете, мой дедушка легко делал бензиновое топливо у себя дома! А все потому, что самогонный аппарат идеально подходит для этого мероприятия. Осталось только найти где-то нефть!

Итак, вот пошаговый процесс:

1. Мы ищем герметичный резервуар, обязательно, чтобы сверху была газовая труба, которая будет идти к другому резервуару. Также следует установить высокотемпературный термометр для контроля температуры внутри помещения.
2. Теперь налейте масло в первую емкость, поставьте ее на нагреватель (можно на газ, но это взрывоопасно, так как получится бензин), лучше использовать электрический. Второй бак ставим в холодное помещение, примерно + 5 градусов, если это невозможно, то трубку, которая идет к емкости, ставим в холодное, но даже со льдом из холодильника.
3. В первой емкости мы начинаем нагрев и, поскольку мы снимали сверху, температура 35 — 200 градусов Цельсия достаточна для начала испарения легких фракций (бензина). Обычно достаточно 100 — 120 градусов. Мы нагреваем его, и когда пар проходит через трубку в более холодный контейнер или трубку, он конденсируется — выпадает в жидкое состояние, во второй контейнер.

Наше топливо готово! По сути, это метод прямой перегонки сырой нефти. Но у него будет низкое октановое число, как я уже говорил выше, около 50-60. Чтобы его использовать, нужно добавить присадки — спирты, алкилы, эфиры. Таким образом, вы получите законное число 92 — 95 октанов. Конечно, это довольно сложно сделать в домашних условиях, но методом проб и ошибок можно прийти к вполне рабочей формуле. На самом деле метод прямой дистилляции прост как «три копейки».

Кстати, если мы нагреем оставшиеся фракции при более высокой температуре (+ 300, + 350 градусов), то уже получим парафин и дизельное топливо.

Самостоятельное производство бензина

Узнав о процессе перегонки нефти, вы сможете понять, что для создания топлива не обязательно иметь завод и лабораторию. Его можно сделать на даче или в другом месте с помощью простого станка и минимальных знаний. Конечно, первоначальное качество такого топлива будет оставлять желать лучшего — его нужно будет кондиционировать различными присадками.

Что вам понадобится:

• Герметичный контейнер с вентиляционной трубкой. Подойдет любая железная бочка с плотной крышкой и приваренным отводом;
• Промышленный термометр для контроля температуры внутри контейнера;
• Конденсатор — любой сосуд, в который будет поступать газ из первого во время дистилляции;
• Дистиллятор (достаточно простого дистиллятора);
• Нагревательный элемент — подойдет даже электрическая плита;
• Третий сосуд, выполняющий роль водяного затвора;
• Нефть или отходы нефтепереработки (включая старые шины или отработанное масло).

Сбор установки

После подготовки всех трех контейнеров можно приступать к сборке системы. Первый сосуд (реторта) соединен со вторым сосудом (конденсатором) трубой для отвода газа. Эта структура является основной в процессе дистилляции. Емкость конденсатора должна иметь шланг, соединенный с сифонной трубкой (одной из двух) — обе находятся ниже уровня воды. Вторая труба водяного уплотнения соединяется с печью, на которую помещается реторта. Это сооружение является закрытым и позволяет перегонять нефтепродукты. Процесс должен происходить на открытом воздухе или в помещении с сильной вытяжкой — пары бензина взрывоопасны!

Если обычное масло найти не удается, могут подойти вторичные продукты. Это может быть мазут, старые шины, отработанное масло или другие отходы. Конечно, при использовании таких материалов конечный объем топлива будет даже меньше, чем 15% от первоначального объема.

Как использовать аппарат для перегонки

Масло или его побочные продукты помещаются в реторту. Емкость ставится на подогрев (если используется плита, то она должна иметь электрические конфорки — газовые конфорки создают риск воспламенения паров бензина). Конденсатор следует поместить в прохладное место (около +5°C). Если это невозможно, по крайней мере, покройте льдом трубку, соединяющую реторту и конденсатор.

Первый резервуар должен быть нагрет в диапазоне температур 35-200°C. При температуре выше двухсот градусов вы получите не бензин, а другой вид топлива — дизельное или парафиновое. По трубке в охлаждаемый второй резервуар будет поступать газ, который при конденсации превращается в жидкость — основу бензина. В результате нагревания его пары будут подниматься над нефтепродуктами, так как он легче других веществ. В реторте остаются высококипящие соединения: парафин, нефтяное масло и другие.

Аппарат производит не только газ, который является основой бензина, но и метан (а также пропан и бутан в меньших количествах). Поэтому необходима труба, которая либо выводит углеводородные газы наружу, либо направляет их в печь, если используется система сжигания.

Чтобы получить больше жидкости, остаток от первого процесса следует поместить в герметичный контейнер с толстыми стенками и нагреть до 450 градусов. Тяжелые компоненты нефтепродуктов разлагаются, и полученное вещество можно снова перегонять. Этот процесс представляет собой упрощенную версию крекинга, который используется в промышленности.

Повышение октанового числа

Технически, жидкость, полученная в конденсаторе, является бензином. У него низкое октановое число, поэтому он не подходит в качестве топлива. Поэтому прямогонный бензин необходимо обогащать присадками (подойдет даже тетраэтилсвинец — в небольших количествах, необходимых для одного автомобиля, он не опасен). Полученный бензин можно использовать по назначению, но вряд ли он подойдет для автомобилей с чувствительной топливной системой — низкое октановое число вместе с присадками только испортит дорогой автомобиль.

Если речь идет об использовании в простых и недорогих автомобилях, имеющих нетребовательную топливную систему, самодельный бензин идеально подходит для них. Повышение октанового числа до необходимого значения происходит методом проб и ошибок, поэтому не экспериментируйте на чувствительных автомобилях.

Самостоятельное изготовление дизельного топлива и парафина происходит точно так же, за исключением температуры нагрева в реторте. Для этих видов топлива требуется температура 300 и 350 градусов Цельсия соответственно.

Получение бензина из угля

Топливо чаще всего производится из сырой нефти. Но многие страны, не имеющие запасов нефти, также производят топливо, используя в качестве сырья уголь. Примером могут служить европейские страны, которые в начале 20-го века производили топливо из бурого угля.

В частности, довоенная Германия производила свое топливо именно таким образом. Благодаря большим запасам угля (это Рурская область), добыча и производство бензина находились на промышленном уровне.

Как происходит выделение бензина из угля

Бензин добывается из угля двумя различными способами. Уголь и сырая нефть имеют схожий химический состав с общей основой — углеродно-водородными соединениями, только в буром угле меньше молекул водорода. Увеличивая количество молекул водорода в угле, получают вещество, равное по химической структуре сырой нефти, что позволяет в дальнейшем производить и бензин. Производство бензина путем переработки бурого угля было разработано учеными в Германии в 1920-х годах:

1. Гидрогенизация, или сжижение (метод Бергиуса).
2. Газификация и синтез топлива (метод Фишера-Тропша).

Что собой представляет гидрогенизация

Технология производства синтетического бензина из бурого угля путем гидрогенизации заключается в следующем:

1. Уголь мелко измельчается и смешивается с маслянистой и вязкой жидкостью, такой как мазут или сырая нефть, для получения пастообразного вещества.
2. Пастообразный уголь помещают в герметичный сосуд, добавляют катализатор и растворитель, где под высоким давлением (200 атм) и температурой (+500ºC) происходит обогащение угля, которое происходит сначала в жидкой фазе, а затем переходит в паровую.
3. Для получения конечного продукта топливо, полученное из автоклава, центрифугируют, удаляют кокс и перегоняют топливо.

Производство бензина таким способом в домашних условиях, вероятно, невозможно из-за технологической сложности оборудования, которое трудно и дорого производить в домашних условиях.

Получение бензина путем газификации

Бензин производится путем газификации (метод Фишера-Тропша), сначала соединяя воду и угольное сырье. Водяной пар очищается под высоким давлением в герметичном паровом сосуде при температуре +350°C и давлении до 30 атм.

В результате получается сингаз, который затем используется для нефтепереработки и производства топлива. Полученный сингаз помещается во второй сосуд под давлением, заполненный катализатором на основе железа, никеля или кобальта. На выходе из второго резервуара получается топливо, из которого в процессе крекинга производятся бензин и дизельное топливо.

Побочными продуктами, получаемыми в процессе производства топлива, являются парафин и газообразные смеси, в основном углекислый газ. Такой способ производства топлива загрязняет окружающую среду и неэффективен с точки зрения затрат.

Существует также термический метод обработки угля, аналогичный процессу пиролиза, при котором сырье нагревается в емкости снаружи, без присутствия кислорода. Процесс разложения твердого топлива и переход в газообразное состояние происходит при температуре +1200ºC, чего крайне сложно добиться в домашних условиях.

А для получения конечного продукта необходимо дополнительное оборудование. Преимуществом этого метода является использование пиролизных газов для нагрева сырья и синтеза бензина, что может несколько снизить стоимость продукта.

Изготовление бензина из автошин

Производство бензина в домашних условиях из автомобильных покрышек возможно при наличии необходимого оборудования, состоящего из трех металлических бочек с плотно закрывающимися крышками, дистиллятора, источника тепла (используется печь) и сырья, из которого можно получить топливо.

Технология аналогична пиролизу, продукты разложения нагретого сырья из одной бочки попадают в другую бочку, наполненную водой, где охлаждаются водой и в виде конденсата попадают в другую емкость. Благодаря системе закрытых емкостей побочный продукт процесса пиролиза, метан, используется для термической обработки сырья. Для преобразования конденсата в топливо используется перегонный аппарат, аналогичный дистиллятору.

Учитывая условия, в которых происходит процесс добычи бензина, дым, гарь и запахи, можно с уверенностью сказать, что этот процесс неприемлем в квартире или в центре густонаселенного района.

Бензин из мусора на производственном уровне

Мы рассмотрели проблему на национальном уровне. Переработка отходов в бензин может осуществляться в гораздо больших масштабах. Если довести его до промышленного уровня, то в качестве сырья можно использовать

• уголь;
• свалки отходов от добычи природных ископаемых.

Уголь используется в качестве топлива со времен Второй мировой войны. Нацисты использовали этот материал для добычи нефти, поскольку ее запасы были очень скудными. Этот метод переработки включает в себя газификацию.

Получение сырья для производства горючего спирта на дому

Самой большой проблемой при изготовлении горючего спирта в домашних условиях в настоящее время или в каком-то гипотетическом или апокалиптическом будущем является само сырье. Чтобы приготовить сусло, которое затем можно перегнать в топливный спирт, необходимо зерно или другое растительное сырье, причем в больших количествах. Если у вас есть место, где вы можете выращивать сырье, у вас будет гораздо меньше проблем в том же денежном выражении.

Наиболее распространенный этанол производится из кукурузы. Каждый участок площадью 40 гектаров может производить до 1 500 000 литров этанола в год. Среди других культур просо показало еще большую эффективность, дав за 1 год более 2200000 литров этанола с той же площади. В идеальных условиях просо может производить 4 500 000 литров этанола.

При отсутствии пахотных земель для выращивания, скажем, той же кукурузы, проса, сахарной свеклы или других видов культур, получение этанола в домашних условиях не будет жизнеспособным проектом.

Что такое природный газ?

Единой химической формулы природного газа не существует — каждое месторождение имеет свой состав с различным соотношением компонентов.

Природный газ представляет собой смесь углеводородов, большую часть которых составляет метан. Другие компоненты включают бутан, пропан, этан, водород, сероводород, гелий, азот и двуокись углерода.

Природный газ не имеет цвета и запаха, и его присутствие в воздухе невозможно обнаружить без специальных приборов. Дезодорация — это искусственный процесс, который придает газу известный запах. Благодаря этому процессу можно определить наличие газа в воздухе и предотвратить опасные для жизни ситуации.

Происхождение и состав сырья

Природный газ представляет собой соединение углеводородов с различными компонентами. Состав углеводородов варьируется в зависимости от места их добычи. В минералах встречаются следующие химические элементы.

• водород;
• сероводород;
• Углеродные соединения;
• Гелий;
• азот;
• этан;
• метан;
• пропан;
• бутан;
• примеси.

На глубине 10 000 метров находятся залежи сланцевого газа. В процессе добычи на поверхность поднимается ресурс, состоящий из множества соединений, поэтому универсальной формулы состава природного газа не существует.

Добываемый газ не имеет запаха и цвета, поэтому его присутствие в породе можно обнаружить только с помощью высокочувствительного оборудования. В болотистых местах, где выделяется газообразное вещество, его можно почувствовать, но оно пахнет разлагающейся органикой.

Происхождение природного ископаемого связано с появлением углеводородных соединений. Много веков назад микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности образовывали органические вещества, которые затем накапливались в местах, где не было доступа кислорода. Органические остатки разлагаются под высоким давлением, а затем их компоненты вступают в реакцию с молекулами водорода. Так образовались первые углеводороды.

На протяжении веков происходили тектонические смещения, менялась температура, повышался и понижался уровень давления. Все эти изменения привели к образованию газовых и нефтяных месторождений из углеводородов.

Газовые месторождения различаются по структуре и расположению. Например, ископаемое может образовывать самостоятельное месторождение или находиться в верхней части нефтяного месторождения. По агрегатному состоянию он может быть кристаллическим (при низких температурах), газообразным или жидким. В последнем случае газ растворяется в воде или масле.

Происхождение

Универсальной теории относительно происхождения газа не существует, но среди ученых есть два мнения:

• Раньше на месте континентов был океан. После смерти живые существа скапливались в месте, лишенном воздуха и бактерий, которые могли бы запустить процесс разложения. В результате геологических движений скопившиеся массы опускались все глубже и глубже в недра Земли, где при высоких давлениях и температурах вступали в химическую реакцию с водородом, образуя углеводороды.
• Динамика Земли заставляет углеводороды подниматься вверх, на большую глубину, где давление меньше. В результате образуются залежи газа или нефти.

Месторождения природного газа

 В природе газ встречается в следующих формах:

• Залежи газа в слоях определенных горных пород. Газовые залежи углеводородов обычно сосредоточены на глубине 1 000 м и более. Вопреки распространенному мнению, газ в таких месторождениях находится не в объемных пустотах, а в основном в небольших трещинах, микроскопических порах и каналах в таких породах, как песчаник. В составе такого газа преобладают низшие алканы — метан и этан. Самые крупные запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде.
• Газовые шапки над нефтью и газ, растворенный в нефти. Эти скопления газа называются попутным нефтяным газом (ПНГ). В отличие от «обычного» природного газа, ПНГ содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов в дополнение к метану и этану.
• Газовые гидраты. Газовые гидраты — это кристаллические соединения, образующиеся при растворении газообразных углеводородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях — высоком давлении и относительно низкой температуре. 1 объем воды, переходя в гидратное состояние, связывает до 220 объемов газа. Эта форма скопления газа была открыта во второй половине 20-го века. Месторождения газогидратов в основном встречаются в районах вечной мерзлоты и на относительно небольшой глубине под дном океана.

Доказано, что в мантии Земли присутствуют большие количества углеводородов, но в настоящее время они не имеют практического значения из-за технической недоступности.

Помимо газовых месторождений в недрах Земли, следует упомянуть, что углеводороды можно найти и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия. В виде метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие пласты не считаются месторождениями природного газа, и при нынешнем уровне технологий их невозможно добыть.

Химический состав природного газа

Основным компонентом природного газа является метан (CH4) — его содержание варьируется от 70 до 98%. Природный газ может также содержать более тяжелые насыщенные углеводороды — гомологи метана:

• этан
• пропан
• бутан

В дополнение к углеводородному компоненту природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:

• водород
• сульфид водорода
• двуокись углерода
• азот
• Инертные газы (в основном гелий)

Добыча

Вопреки распространенному мнению, природный газ может залегать под землей не только в пустотах, добыча которых не слишком сложна в материальном и энергетическом плане. Она часто сосредоточена внутри скальных образований с пористыми структурами, настолько мелкими, что невидимы для человеческого глаза. Глубина может быть небольшой, но иногда она достигает нескольких километров.

Процесс добычи газа включает в себя несколько этапов:

• Геологические работы, определяющие точное местоположение водохранилища.
• Бурение эксплуатационных скважин. Это делается по всему пласту, что важно для равномерного понижения давления газа в пласте. Максимальная глубина скважин составляет 12 км.
• Экстракция. Этот процесс происходит из-за разницы в уровнях давления в газоносном коллекторе и на поверхности. Газ выходит через скважины в область с более низким давлением и поступает непосредственно в систему сбора. Попутный газ, побочный продукт добычи нефти, также извлекается. Он также представляет ценность для многих отраслей промышленности.
• Подготовка к транспортировке. Полученный газ содержит много примесей. Если количество газа незначительно, его транспортируют на судах или по трубопроводам на нефтеперерабатывающий завод для дальнейшей переработки. Природный газ очищается от большого количества примесей на установке комплексной очистки, которая строится рядом с месторождением.

Важность переработки

Первое, что необходимо сделать с добытыми природными ресурсами, — удалить соединения серы и другие химические элементы. Затем газ осушается на специальных установках, после чего он готов к транспортировке. Сера, выделяющаяся в процессе предварительной обработки, соединяется с водородом. В результате образуется сероводород, который затем транспортируется на заводы по дальнейшей переработке и очистке.
Следующий этап процесса очистки происходит на газоочистных и химических заводах. Основными вопросами, которые необходимо решить при плотной очистке ископаемого газа, являются минимизация загрязнения окружающей среды и снижение энергозатрат на воспроизводство топлива.

Также имеет смысл очищать добытый газ на месте добычи, поскольку трубопроводы подвергаются быстрому коррозионному износу при транспортировке с примесями. Полностью очищенное сырье транспортируется двумя способами:

• танкерные перевозки в сжиженном виде — 10%;
• в бензовозах — 90%.

Способы переработки

Существуют следующие методы переработки газа:

• физико-энергетический;;
• химико-каталитический;
• термохимический.

Физико-энергетические методы используются для сжатия газа и разделения его на компоненты с помощью охлаждающих или нагревательных установок. Эта технология переработки природного газа чаще всего используется непосредственно в пластах.

Первоначально процесс сжатия и разделения осуществлялся с помощью компрессоров. В настоящее время успешно используется менее дорогостоящее оборудование — эжекторы и масляные насосы.

Химико-каталитическая переработка природного газа включает в себя преобразование метана в синтез-газ для дальнейшей переработки. Это можно сделать тремя способами: преобразование пара или углекислого газа, частичное окисление.

Частичное окисление метана является часто используемым методом. Это объясняется удобством ведения процесса в автотермическом режиме (когда неполные углеводороды нагреваются за счет выделения тепла), скоростью реакции и отсутствием необходимости в катализаторе (как при конверсии пара и углекислого газа).

Термохимические процессы подразумевают термическую обработку природного газа для получения ненасыщенных углеводородов (например, этилена, пропилена). Этот процесс может осуществляться только при очень высоких температурах (около 11 000 градусов Цельсия) и под давлением в несколько атмосфер.

Варианты процесса

В отличие от сырой нефти, которая перед поступлением в трубопровод должна пройти процедуры очистки и подготовки, очищенная газовая смесь поступает в трубопровод без какой-либо дополнительной подготовки. Однако перед транспортировкой сырой нефти она проходит обработку на химических заводах, а технологические этапы делятся на первичные и вторичные.

Физический способ

Этот метод основан на энергетических и физических свойствах природного газа. Сырье подвергается воздействию высоких температур и интенсивному сжатию. Это приводит к разделению химических элементов.
При повышении температуры меняется фракционный состав и происходит очистка от посторонних веществ. Этот метод в основном используется на месте добычи. Процедуры очистки проводятся в высокопроизводительных компрессорах. Газ выкачивается из нефтяных пластов с помощью специальных насосов, которые относительно дешевы в эксплуатации.

Метод химической реакции предполагает, что метан сначала преобразуется в синтез-газ, а затем подвергается повторной обработке. Существует два основных метода химико-каталитической конверсии:

• частичное окисление;
• преобразование углекислого газа (пар).

С экономической точки зрения первый способ выгоден. Реакция частичного окисления протекает очень быстро, и катализаторы не требуются.

Термохимическая технология

Суть метода термохимической газопереработки заключается в том, что сырье подвергается воздействию высоких и низких температур. Происходят химические реакции и образуются соединения различной сложности (например, пропилен или этилен). Переработка газа, добываемого термохимическим способом, затруднена, поскольку он очень дорог. Используется дорогостоящее оборудование, способное создавать давление до трех атмосфер и температуру до 11 000 градусов.
Некоторые из используемых технологий включают синтез метана. Такие методы переработки природного газа довольно часто используются в России. В ходе процесса выделяется в два раза больше водорода — ценного сырья, используемого в промышленности для производства анилина, азотной кислоты и соединений, входящих в состав аммиака.

Виды

Существует несколько видов природного газа.

Сухой

В сухом газе преобладает метан, с относительно небольшим количеством этана и тяжелых углеводородов. Сухой газ также называют нефтяным газом, поскольку он связан с нефтяными месторождениями.

Бедный

На каждом этапе процесса гидрогенизации образуются отходящие газы. В нем отсутствуют сероводород и углекислый газ. Она содержит примерно 55 % водорода, 30 % метана и до 6 % этана.

Полученная фракция поступает на установку глубокого охлаждения и газоразделения.

Тощий

Кислый газ — это другое название сухого газа, в котором преобладает метан при низком содержании этана.

Жирный

Это газ, растворенный в сырой нефти, с высокой долей гомологов метана и тяжелых углеводородов (C3 и выше). Сжиженный нефтяной газ в его естественном виде не подходит в качестве топлива: он должен быть переработан на нефтеперерабатывающих заводах.

Применение и использование природного газа

Природный газ удовлетворяет потребности страны в отоплении, производстве электроэнергии и бытовых целях.

Природный газ используется в следующих секторах

•   
• Металлургическая промышленность (экономия до 15 процентов кокса, снижение затрат на производство стали и чугуна и повышение производительности труда на 10 и более процентов)
• Электроснабжение (природный газ, используемый на электростанциях, снижает затраты на топливо, тем самым снижая стоимость электроэнергии)
• Цементная, текстильная, стекольная и пищевая промышленность (газ повышает производительность труда и снижает производственные затраты).

Из газа производятся следующие виды топлива

• моторное топливо;
• полимеры и каучуки (их сырьем являются легкие углеводороды, добываемые из газа);
• сложные химические вещества (лаки, краски, изоляционные материалы, формальдегид).

Используемый в качестве топлива, природный газ намного дешевле и экологичнее нефтепродуктов.

Утилизация и сжигание попутного нефтяного газа:

Сжигание попутного газа не только наносит необратимый экологический ущерб, нарушая экологию в районах нефтепромыслов и во всем мире, но и приводит к значительным экономическим потерям, составляющим сотни миллиардов рублей ежегодно.

Во-первых, при сжигании газа, помимо углекислого газа, образуются твердые отходы в виде активной сажи, которой ежегодно накапливается до 0,5 млн. тонн.

Во-вторых, при сжигании газа образуется избыток CO2, что увеличивает количество парниковых газов на планете Земля.

В-третьих, метан, содержащийся в ПНГ, не полностью сгорает при сжигании. В результате он попадает в атмосферу и вносит дополнительный вклад в парниковый эффект. Помимо несгоревшего метана, в атмосферу попадают закись азота, диоксид серы и другие несгоревшие тяжелые углеводороды, опасные для человека, растений и животных.

В-четвертых, вокруг факелов нефтяных скважин радиус термического разрушения почвы варьируется от 10 до 25 метров, растительности — от 50 до 150 метров.

В результате такое нерациональное использование сопутствующего природного газа приводит к значительным выбросам твердых загрязняющих веществ, ухудшению экологической обстановки в районах нефтепромыслов и во всем мире, росту заболеваемости местного населения: раку легких, бронхов, изменениям в печени и желудочно-кишечном тракте, нервной системе, зрении.

Постановление Правительства РФ от 8 января 2009 г. № 7. «О мерах по стимулированию снижения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа» установлен целевой показатель для сжигания попутного нефтяного газа — не более 5 процентов от объема добытого попутного газа. По предварительным экспертным оценкам, в России ежегодно сжигается около 25 млрд м3 попутного газа. Хотя даже эта цифра может быть значительно занижена из-за отсутствия газоизмерительных станций на многих газовых месторождениях.

Пути переработки ПНГ

Как и в советские времена, сегодня перерабатывать попутный природный газ невыгодно. Отличие нашего времени в том, что химики активно ищут пути решения этой проблемы. В прошлом веке большее внимание уделялось экономической целесообразности, что было ошибкой, поскольку традиционное сжигание топлива ухудшило состояние окружающей среды и здоровье планеты стало ухудшаться.

Когда общественность пришла к выводу, что ПНГ нельзя сжигать, начался поиск способов его переработки. Было найдено несколько решений. Наиболее популярным методом является фракционирование.

Особенности фракционного способа

При использовании этого метода происходит разделение ПНГ на составные части. Продуктами переработки являются:

• широкая фракция легких углеводородов;
• очищенные сухие газы.

Все вышеперечисленное можно легко осуществить как в РФ, так и за рубежом. Проблема заключается в том, что полученное сырье необходимо транспортировать по трубопроводам. Есть и другой недостаток — полученные продукты тяжелее воздуха, поэтому они имеют тенденцию скапливаться в низинах. Это создает облака, которые могут легко взорваться и причинить значительный ущерб.

Закачивание нефтяного попутного газа в пласт для интенсификации нефтеотдачи

Еще один способ рационального использования попутного газа — применение его для повышения нефтеотдачи пластов. Это делается путем закачки в пласт для повышения давления. Это позволит извлечь из скважины на 10 000 тонн больше нефти.

Этот метод является очень дорогостоящим. По этой причине он не используется в России. Однако этот метод широко распространен в Европе, где экологии и устойчивому развитию уделяется больше внимания.

При использовании этого метода компания должна установить специальное оборудование. Это не решает проблему, но продлевает ее на некоторое время.

Метод мембранной очистки

Эта технология является одним из самых передовых методов. Его суть заключается в том, что сырье пропускается через специальные мембраны с разной скоростью. Алгоритм следующий:

1. ПНГ находится в сжиженном состоянии.
2. Сырье разделяется на 2 промышленных сегмента: для получения нефтехимического сырья или топлива.
3. Полученная руда и ШФЛУ транспортируются на последующие предприятия или нефтеперерабатывающие заводы.

Экология

Природный газ является самым чистым из углеводородных ископаемых видов топлива. В идеале при сгорании образуются только вода и углекислый газ, тогда как при сгорании нефтепродуктов образуются сажа и зола.

Конечно, большое количество углекислого газа само по себе небезопасно. По мнению некоторых ученых, они могут вызвать парниковый эффект и, как следствие, привести к значительному глобальному потеплению. Однако стоит отметить, что природный газ имеет преимущество и в этом отношении — его выбросы CO2 значительно ниже, чем у топлива на основе нефти.