Алтернативи за тест возење: ДЕЛ 1 - Гасна индустрија

Во 70-тите години Вилхелм Мејбах експериментираше со разни дизајни на мотори со внатрешно согорување, ги смени механизмите и размислуваше за најсоодветните легури за производство на одделни делови. Тој честопати се прашува која од тогаш познатите запаливи материи би била најпогодна за употреба во топлинските мотори.

Во 70-тите години Вилхелм Мејбах експериментираше со разни дизајни на мотори со внатрешно согорување, ги смени механизмите и размислуваше за најсоодветните легури за производство на одделни делови. Тој честопати се прашува која од тогаш познатите запаливи материи би била најпогодна за употреба во топлинските мотори.

Во 1875 година, кога бил вработен во Gasmotorenfabrik Deutz, Вилхелм Мајбах решил да тестира дали може да работи бензински мотор на течно гориво - поточно на бензин. Му текна да провери што ќе се случи ако го затвори петелот за гас и наместо тоа стави парче ткаенина натопена во бензин пред доводната колекторка. Моторот не застанува, туку продолжува да работи додека не ја „исцица“ целата течност од ткивото. Така се роди идејата за првиот импровизиран „карбуратор“, а по создавањето на автомобилот, бензинот стана главно гориво за него.

Ја раскажувам оваа приказна за да ве потсетам дека пред да се појави бензинот како алтернатива на горивото, првите мотори користеа гас како гориво. Тогаш стануваше збор за употреба на (осветлување) гас за осветлување, добиен со методи кои не се познати денес, но со преработка на јаглен. Моторот, измислен од Швајцарецот Исак де Ривак, првиот „природно аспириран“ (некомпресиран) индустриски мотор Етилен Леноар од 1862 година и класичната четиритактна единица создадена од Ото малку подоцна, работат на гас.

Тука е неопходно да се спомене разликата помеѓу природниот гас и течниот нафтен гас. Природниот гас содржи 70 до 98% метан, а останатите се повисоки органски и неоргански гасови како што се етан, пропан и бутан, јаглерод моноксид и други. Маслото исто така содржи гасови во различни пропорции, но овие гасови се ослободуваат преку фракциона дестилација или се произведуваат со некои странични процеси во рафинериите. Полињата за гас се многу различни - чист гас или „суви“ (односно, содржат главно метан) и „влажни“ (содржат метан, етан, пропан, некои други потешки гасови, па дури и „бензин“ - лесна течност, многу вредни фракции) . Видовите на масла се исто така различни, а концентрацијата на гасови во нив може да биде помала или поголема. Полињата често се комбинираат - гасот се издига над нафтата и делува како „гасна капа“. Составот на „капата“ и главното нафтено поле ги вклучува супстанциите споменати погоре, а различни фракции, фигуративно кажано, „влезат“ едни во други. Метанот што се користи како гориво за возилата „доаѓа“ од природен гас, а смесата пропан-бутан што ја знаеме доаѓа и од полињата со природен гас и од нафтените полиња. Околу 6% од природниот гас во светот се произведува од наоѓалишта на јаглен, кои често се придружени со наоѓалишта на гас.

Пропан-бутан се појавува на сцената на некој начин парадоксален начин. Во 1911 година, револтиран американски клиент на нафтена компанија му наложил на својот пријател, познатиот хемичар д -р Снелинг, да ги открие причините за мистериозниот настан. Причината за огорченоста на клиентот е што клиентот е изненаден кога дозна дека половина од резервоарот за полнење штотуку е наполнет. Форд Таа исчезна со непознати средства за време на краткото патување во неговата куќа. Резервоарот не тече од никаде ... По многу експерименти, д -р Снелинг откри дека причината за мистеријата е високата содржина на гасови од пропан и бутан во горивото, а набргу потоа ги разви првите практични методи за дестилација нив. Токму поради овие фундаментални достигнувања, д -р Снелинг сега се смета за „татко“ на индустријата.

Многу порано, пред околу 3000 години, овчарите откриле „пламен извор“ на планината Паранас во Грција. Подоцна, на ова „свето“ место беше изграден храм со пламени колони, а оракулот Делфиј ги прочита неговите молитви пред величествениот колос, предизвикувајќи луѓето да чувствуваат чувство на помирување, страв и восхит. Денес, дел од таа романса е изгубена затоа што знаеме дека изворот на пламенот е метан (CH4) што тече од пукнатините во карпите поврзани со длабочините на полињата со гас. Слични пожари има на многу места во Ирак, Иран и Азербејџан крај брегот на Каспиското Море, кои исто така горат со векови и одамна се познати како „Вечните пламени на Персија“.

Многу години подоцна, Кинезите користеле и гасови од полињата, но со многу прагматична цел - да загреваат големи котли со морска вода и да вадат сол од неа. Во 1785 година, Британците создале метод за производство на метан од јаглен (кој се користел во првите мотори со внатрешно согорување), а на почетокот на дваесеттиот век, германските хемичари Кекуле и Страдониц патентирале процес за производство на потешко течно гориво од него.

Во 1881 година, Вилијам Харт го ископал првиот бунар за гас во американскиот град Фредонија. Харт долго време гледал како меурчињата се издигнуваат на површината на водата во блискиот залив и решил да ископа дупка од земјата до предложеното поле за гас. На длабочина од девет метри под површината, тој стигнал до вена од која излета гас, кој подоцна го фатил, а неговата новоформирана компанија за гасна светлина „Фредониа“ станала пионер во бизнисот со гас. Сепак, и покрај пробивот на Харт, гасот за осветлување користен во XNUMX век беше извлечен главно од јаглен со методот опишан погоре - главно поради недостатокот на потенцијал за развој на технологии за транспорт на природен гас од полињата.

Сепак, првото комерцијално производство на нафта веќе беше факт тогаш. Нивната историја започнала во САД во 1859 година, а идејата била да се користи извлеченото масло за дестилација на керозин за осветлување и масла за парни мотори. Дури и тогаш, луѓето беа соочени со деструктивната моќ на природниот гас, компресиран илјадници години во утробата на земјата. Пионерите на групата на Едвин Дрејк за малку ќе загинаа за време на првото импровизно дупчење во близина на Титусвил, Пенсилванија, кога истече гас од пробивот, избувна џиновски пожар, кој ја однесе целата опрема. Денес, експлоатацијата на полињата со нафта и гас е придружена со систем на посебни мерки за блокирање на слободниот проток на запалив гас, но пожарите и експлозиите не се невообичаени. Меѓутоа, истиот гас во многу случаи се користи како еден вид „пумпа“ што ја турка нафтата на површината, а кога ќе му падне притисокот, нафтарите почнуваат да бараат и користат други методи за извлекување на „црното злато“.

Светот на јаглеводороди гасови

Во 1885 година, четири години по првото дупчење на гас на Вилијам Харт, друг Американец, Роберт Бунсен, измислил уред кој подоцна станал познат како „Бунзен горилник“. Пронајдокот служи за дозирање и мешање на гас и воздух во соодветна пропорција, што потоа може да се користи за безбедно согорување - токму овој пламеник денес е основата на современите млазници за кислород за печки и уреди за греење. Пронајдокот на Бунсен отвори нови можности за користење на природен гас, но иако првиот гасовод бил изграден уште во 1891 година, синото гориво не добило комерцијално значење до Втората светска војна.

За време на војната беа создадени доволно сигурни методи за сечење и заварување, што овозможи да се изградат безбедни метални гасоводи. Илјадници километри од нив се изградени во Америка по војната, а гасоводот од Либија до Италија е изграден во 60-тите години. Големи наоѓалишта на природен гас се откриени и во Холандија. Овие два факти ја објаснуваат подобрата инфраструктура за користење на компримиран природен гас (CNG) и течен нафтен гас (ТНГ) како гориво за возилата во овие две земји. Огромното стратешко значење што природниот гас почнува да го стекнува се потврдува и со следниот факт - кога Реган реши да ја уништи „Злобната империја“ во 80-тите, стави вето на набавката на високотехнолошка опрема за изградба на гасовод од СССР во Европа. За да се компензира за европските потреби, изградбата на гасовод од норвешкиот сектор на Северното Море до континентална Европа се забрзува, а СССР виси. Во тоа време, извозот на гас беше главниот извор на цврста валута за Советскиот Сојуз, а сериозниот недостиг како резултат на мерките на Реган набрзо доведе до добро познатите историски настани од раните 90-ти.

Денес, демократска Русија е главен снабдувач на природен гас за енергетските потреби на Германија и главен глобален играч во оваа област. Значењето на природниот гас почна да расте по двете нафтени кризи од 70-тите години, а денес тој е еден од главните енергетски ресурси од геостратешко значење. Во моментов природниот гас е најевтиното гориво за греење, се користи како суровина во хемиската индустрија, за производство на електрична енергија, за апарати за домаќинство, а неговиот „братучед“ пропан може да се најде дури и во шишиња со дезодоранси како дезодоранс. замена за флуор соединенија кои го осиромашуваат озонот. Потрошувачката на природен гас постојано расте, а гасоводната мрежа се подолга. Што се однесува до досега изградената инфраструктура за користење на ова гориво во автомобилите, сè е далеку зад себе.

Веќе ви кажавме за чудните одлуки кои Јапонците ги донеле во производството на толку потребното и дефицитарно гориво за време на Втората светска војна, а ја споменавме и програмата за производство на синтетички бензин во Германија. Сепак, малку се знае за фактот дека во тесните воени години во Германија имало сосема вистински автомобили кои возеле на ... дрво! Во овој случај, ова не е враќање на стариот добар парен мотор, туку мотори со внатрешно согорување, првично дизајнирани да работат на бензин. Всушност, идејата не е многу комплицирана, но бара употреба на гломазен, тежок и опасен систем за генерирање на гас. Јаглен, јаглен или само дрво се става во посебна и не многу сложена електрана. На неговото дно согоруваат во отсуство на кислород, а во услови на висока температура и влажност се ослободува гас кој содржи јаглерод моноксид, водород и метан. Потоа се лади, чисти и се внесува со вентилатор во доводните колектори на моторот за да се користи како гориво. Се разбира, возачите на овие машини ги извршуваа сложените и тешки функции на пожарникарите - бојлерот мораше периодично да се полни и чисти, а машините за пушење навистина изгледаа малку како парни локомотиви.

Денес, истражувањето на гас бара некои од најсофистицираните технологии во светот, а екстракцијата на природен гас и нафта е еден од најголемите предизвици со кои се соочува науката и технологијата. Овој факт е особено точно во САД, каде што се користат се повеќе неконвенционални методи за „цицање“ на гасот оставен во старите или напуштени полиња, како и за екстракција на таканаречениот „тесен“ гас. Според научниците, сега ќе биде потребно двојно повеќе дупчење за да се произведе гас на ниво на технологија во 1985 година. Ефикасноста на методите е значително зголемена, а тежината на опремата е намалена за 75%. Сè повеќе софистицирани компјутерски програми се користат за анализа на податоци од гравиметри, сеизмички технологии и ласерски сателити, од кои се создаваат тродимензионални компјутеризирани мапи на резервоари. Создадени се и таканаречени 4D слики, благодарение на кои е можно да се визуелизираат формите и движењата на наслагите со текот на времето. Сепак, најсовремените капацитети остануваат за производство на природен гас на брегот - само мал дел од човечкиот напредок во оваа област - системи за глобално позиционирање за дупчење, ултра-длабоко дупчење, цевководи на океанското дно и системи за течен клиренс. јаглерод моноксид и песок.

Рафинирањето на нафтата за производство на висококвалитетен бензин е многу покомплексна задача од рафинирањето гасови. Од друга страна, транспортот на гас по морски пат е многу поскап и покомплексен. Цистерните за ТНГ се прилично сложени по дизајн, но носачите на ТНГ се неверојатна креација. Бутанот се втечнува на -2 степени, додека пропанот се втечнува на -42 степени или релативно низок притисок. Сепак, потребни се -165 степени за да се втечне метанот! Следствено, изградбата на танкери за ТНГ бара поедноставни компресорски станици отколку за природен гас и резервоари кои се дизајнирани да издржат не особено високи притисоци од 20-25 бари. Спротивно на тоа, цистерните за течен природен гас се опремени со системи за континуирано ладење и суперизолирани резервоари - всушност, овие колоси се најголемите криогени фрижидери во светот. Сепак, дел од гасот успева да ги „напушти“ овие инсталации, но друг систем веднаш го фаќа и го внесува во цилиндрите на моторот на бродот.

Од горенаведените причини, сосема е разбирливо дека веќе во 1927 година технологијата дозволила да преживеат првите резервоари со пропан-бутан. Ова е дело на холандско-англиската Шел, која во тоа време веќе беше гигантска компанија. Нејзиниот шеф Кеслер е напреден човек и експериментатор кој долго време сонувал на некој начин да го искористи огромното количество гас што досега истекувало во атмосферата или изгорело во рафинериите за нафта. На негова идеја и иницијатива беше создаден првиот морско брод со носивост од 4700 тони за транспорт на јаглеводородни гасови со егзотичен изглед и импресивни димензии над резервоарите на палубата.

Сепак, потребни се уште триесет и две години за да се изгради првиот носач на метан Methane Pioneer, изграден по налог на гасната компанија Constock International Methane Limited. Шел, која веќе има стабилна инфраструктура за производство и дистрибуција на ТНГ, ја купи оваа компанија, а многу брзо беа изградени уште два огромни танкери - Шел почна да го развива бизнисот со течен природен гас. Кога жителите на англискиот остров Конвеј, каде што компанијата гради капацитети за складирање на метан, сфаќаат што всушност се складира и транспортира до нивниот остров, тие се шокирани и исплашени, мислејќи (и со право) дека бродовите се само џиновски бомби. Тогаш проблемот со безбедноста беше навистина актуелен, но денес танкерите за транспорт на течен метан се исклучително безбедни и не само што се едни од најбезбедните, туку и еден од најеколошките морски бродови - неспоредливо побезбедни за животната средина од танкери со нафта. Најголем клиент на флотата на танкери е Јапонија, која практично нема локални извори на енергија, а изградбата на гасоводи до островот е многу тежок потфат. Јапонија го има и најголемиот „парк“ на возила на гас. Главните снабдувачи на течен природен гас (LNG) денес се Соединетите Американски Држави, Оман и Катар, Канада.

Неодамна, бизнисот за производство на течни јаглеводороди од природен гас станува сè попопуларен. Ова е главно ултра чисто дизел гориво синтетизирано од метан, а оваа индустрија се очекува да се развива со забрзано темпо во иднина. На пример, енергетската политика на Буш бара користење на локални извори на енергија, а Алјаска има големи наоѓалишта на природен гас. Овие процеси се стимулирани од релативно високите цени на нафтата, кои создаваат предуслови за развој на скапи технологии - GTL (Gas-to-Liquids) е само еден од нив.

Во основа, GTL не е нова технологија. Создаден е во 20-тите од германските хемичари Франц Фишер и Ханс Тропш, споменати во претходните броеви како дел од нивната синтетичка програма. Меѓутоа, за разлика од деструктивната хидрогенизација на јагленот, овде се одвиваат процесите на спојување на светлосните молекули во подолги врски. Јужна Африка произведува такво гориво на индустриско ниво од 50-тите. Сепак, интересот за нив се зголеми во последните години во потрага по нови можности за намалување на штетните емисии на гориво во САД. Големите нафтени компании како BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol и Royal Dutch/Shell трошат огромни суми за развој на технологии поврзани со GTL, а како резултат на овие случувања, политичките и социјалните аспекти се повеќе се дискутираат во лице на стимулации. даноци за потрошувачите на чисто гориво. Овие горива ќе им овозможат на многу потрошувачи на дизел гориво да го заменат со поеколошки и ќе ги намалат трошоците за автомобилските компании да ги исполнат новите нивоа на штетни емисии утврдени со закон. Неодамнешното длабинско тестирање покажува дека горивата GTL го намалуваат јаглерод моноксидот за 90%, јаглеводородите за 63% и саѓите за 23% без потреба од филтри за дизел честички. Дополнително, природата на ова гориво со ниска содржина на сулфур овозможува користење на дополнителни катализатори кои можат дополнително да ги намалат емисиите на возилата.

Важна предност на горивото GTL е тоа што може да се користи директно во дизел мотори без никакви измени во единиците. Тие исто така можат да се мешаат со горива што содржат 30-60 ppm сулфур. За разлика од природниот гас и течните нафтени гасови, нема потреба да се менува постојната транспортна инфраструктура за транспорт на течни горива. Според претседателот на Рентех, Денис Јакубсон, овој вид на гориво може идеално да го надополни еколошкиот економски потенцијал на дизел моторите, а „Шел“ во моментов гради голема фабрика од 22,3 милијарди долари во Катар, со капацитет за проектирање од XNUMX милиони литри синтетичко гориво на ден. ... Најголемиот проблем со овие горива доаѓа од огромната инвестиција потребна во нови капацитети и типично скапиот процес на производство.

Биогас

Сепак, изворот на метан не се само подземните наоѓалишта. Во 1808 година, Хемфри Дејви експериментирал со слама сместена во вакуумски ректор и произвел биогас кој главно содржи метан, јаглерод диоксид, водород и азот. Даниел Дефо зборува и за биогасот во својот роман за „изгубениот остров“. Сепак, историјата на оваа идеја е уште постара - во 1776 век, Јан Баптита Ван Хелмонт верувал дека запаливи гасови може да се добијат од распаѓање на органски материи, а до слични заклучоци дошол и грофот Александар Волта (креаторот на батеријата). во 1859 година. Првата фабрика за биогас започна со работа во Бомбај и беше основана во истата година кога Едвин Дрејк го произведе првото успешно дупчење нафта. Индиска фабрика преработува фекалии и снабдува гас за улични светилки.

Takeе биде потребно многу време пред темелно да се разберат и проучат хемиските процеси во производството на биогас. Ова стана можно само во 30-тите години на ХХ век и е резултат на скок во развојот на микробиологијата. Излегува дека овој процес е предизвикан од анаеробни бактерии, кои се едни од најстарите форми на живот на Земјата. Тие „мелат“ органска материја во анаеробна средина (аеробното распаѓање бара многу кислород и создава топлина). Таквите процеси се јавуваат и природно во мочуришта, мочуришта, полиња, покриени лагуни итн.

Современите системи за производство на биогас стануваат се попопуларни во некои земји, а Шведска е лидер и во производството на биогас и во возилата прилагодени да работат на него. Единиците за синтеза користат специјално дизајнирани биогенератори, релативно евтини и едноставни уреди кои создаваат погодна средина за бактерии, кои, во зависност од нивниот тип, најефикасно „работат“ на температури кои се движат од 40 до 60 степени. Крајните производи на постројките за биогас, покрај гасот, содржат и соединенија богати со амонијак, фосфор и други елементи погодни за употреба во земјоделството како ѓубрива за почвата.