Тэст драйв альтэрнатывы: ЧАСТКА 1 - Газавая прамысловасць

У 70-х гадах Вільгельм Майбах эксперыментаваў з рознымі канструкцыямі рухавікоў унутранага згарання, змяняў механізмы і думаў аб сплавах, найболей падыходных для вытворчасці асобных дэталяў. Ён часта задаецца пытаннем, якое з вядомых тады гаручых рэчываў было б найболей падыходным для выкарыстання ў цеплавых рухавіках.

У 70-х гадах Вільгельм Майбах эксперыментаваў з рознымі канструкцыямі рухавікоў унутранага згарання, змяняў механізмы і думаў аб сплавах, найболей падыходных для вытворчасці асобных дэталяў. Ён часта задаецца пытаннем, якое з вядомых тады гаручых рэчываў было б найболей падыходным для выкарыстання ў цеплавых рухавіках.

У 1875 годзе, калі ён быў супрацоўнікам Gasmotorenfabrik Deutz, Вільгельм Майбах вырашыў праверыць, ці можа ён запусціць газавы рухавік на вадкім паліве - дакладней, на бензіне. Яму нетутэйша ў галаву праверыць, што адбудзецца, калі ён зачыніць газавы кран і замест гэтага пакладзе кавалак тканіны, прасякнуты бензінам, перад впускным калектарам. Рухавік не спыняецца, а працягвае працаваць датуль, пакуль не высмакча ўсю вадкасць з тканіны. Так нарадзілася ідэя першага імправізаванага карбюратара , а пасля стварэння аўтамабіля асноўным палівам для яго стаў бензін.

Я расказваю гэтую гісторыю, каб нагадаць вам, што да таго, як бензін з'явіўся ў якасці альтэрнатывы паліва, першыя рухавікі выкарыстоўвалі газ у якасці паліва. Тады гаворка ішла аб выкарыстанні (асвятляльнага) газу для асвятлення, атрымоўванага не вядомымі сёння метадамі, а пры перапрацоўцы вугалю. Рухавік, вынайдзены швейцарцам Ісаакам дэ Риваком, першы атмасферны (які працуе без сціску) рухавік прамысловага значэння Этылена Ленуара з 1862 гады, а таксама класічны чатырохтактны агрэгат, створаны Ота некалькі пазней, працуюць на газе.

Тут неабходна згадаць розніцу паміж прыродным газам і звадкаваным вуглевадародным газам. Прыродны газ змяшчае ад 70 да 98% метану, а астатняе - гэта больш высокія арганічныя і неарганічныя газы, такія як этан, прапан і бутан, вокіс вугляроду і іншыя. Нафта таксама змяшчае газы ў розных прапорцыях, але гэтыя газы выдзяляюцца шляхам фракцыйнай перагонкі або вырабляюцца некаторымі пабочнымі працэсамі на нафтаперапрацоўчых заводах. Газавыя радовішчы вельмі розныя - чысты газ або "сухі" (гэта значыць які змяшчае ў асноўным метан) і "вільготны" (які змяшчае метан, этан, прапан, некаторыя іншыя больш цяжкія газы і нават "бензін" - лёгкую вадкасць. вельмі каштоўныя фракцыі). Тыпы алеяў таксама розныя, і канцэнтрацыя газаў у іх можа быць як ніжэй, так і вышэй. Радовішчы часта сумяшчаюць - газ падымаецца над нафтай і выступае "газавай шапкай". У склад "шапкі" і асноўнага радовішча нафты ўваходзяць згаданыя вышэй рэчывы, а розныя фракцыі, вобразна кажучы, "перацякаюць" сябар у сябра. Метан, які выкарыстоўваецца ў якасці аўтамабільнага паліва, "паступае" з прыроднага газу, а вядомая нам сумесь прапан-бутану паступае як з радовішчаў прыроднага газу, так і з нафтавых радовішчаў. Каля 6% сусветнага прыроднага газу здабываецца з вугальных радовішчаў, якія часта суправаджаюцца газавымі радовішчамі.

Прапан-бутан з'яўляецца на сцэне некалькі парадаксальным чынам. У 1911 годзе абураны амерыканскі кліент нафтавай кампаніі даручыў свайму сябру, вядомаму хіміку доктару Снелінг, высветліць прычыны загадкавай падзеі. Чыннік абурэння замоўца складаецца ў тым, што замоўца здзіўлены, пазнаўшы, як толькі што была запоўненая палова бака АЗС. Ford Яна невядомым чынам знікла падчас кароткай паездкі да яго дадому. Пры гэтым бак не цячэ ніадкуль… Пасля мноства эксперыментаў доктар Снелінг выявіў, што прычынай загадкі з'яўляецца высокае ўтрыманне газаў прапану і бутану ў складзе запраўляемага паліва, і неўзабаве пасля гэтага распрацаваў першыя практычныя метады іх дыстыляцыі. Менавіта з-за гэтых фундаментальных дасягненняў доктара Снэлінга зараз лічаць "бацькам" гэтай індустрыі.

Нашмат раней, каля 3000 гадоў назад, пастухі выявілі «палаючую крыніцу» на гары Паранас у Грэцыі. Пазней на гэтым «свяшчэнным» месцы быў пабудаваны храм з палаючымі калонамі, і аракул Дэльфій чытаў свае малітвы перад велічным коласам, выклікаючы ў людзей пачуццё прымірэння, страху і захаплення. Сёння частка гэтай рамантыкі згублена, таму што мы ведаем, што крыніцай полымя з'яўляецца метан (CH4), які вынікае з расколін у пародах, звязаных з глыбінямі газавых палёў. Падобныя пажары ёсць у многіх месцах у Іраку, Іране і Азербайджане ля ўзбярэжжа Каспійскага мора, якія таксама гараць стагоддзямі і даўно вядомыя як "Вечныя агні Персіі".

Праз шмат гадоў кітайцы таксама выкарыстоўвалі газы з палёў, але з вельмі прагматычнай мэтай - тапіць вялікія катлы марской вадой і здабываць з яе соль. У 1785 годзе брытанцы стварылі метад вытворчасці метану з вугалю (менавіта ён выкарыстоўваўся ў першых рухавіках унутранага згарання), а ў пачатку дваццатага стагоддзя нямецкія хімікі Кекуле і Страдоніц запатэнтавалі працэс вытворчасці з яго цяжэйшага вадкага паліва.

У 1881 годзе ў амерыканскім горадзе Фрэдонія Уільям Харт прасвідраваў першую газавую свідравіну. Харт доўга назіраў за бурбалкамі, якія падымаюцца на паверхню вады ў суседняй бухце, і вырашыў вырыць яму з зямлі да меркаванага газавага радовішча. На глыбіні дзевяці метраў пад паверхняй ён дасягнуў жылы, з якой лінуў газ, які ён пазней улавіў, а яго нядаўна створаная кампанія Fredonia Gas Light Company стала піянерам у газавым бізнэсе. Аднак, нягледзячы на ​​прарыў Харта, асвятляльны газ, які выкарыстоўваўся ў XIX стагоддзі, здабываўся ў асноўным з вугалю названым вышэй метадам - ​​у асноўным з-за адсутнасці патэнцыялу для развіцця тэхналогій транспарціроўкі прыроднага газу з радовішчаў.

Аднак першая прамысловая здабыча нафты ўжо тады была фактам. Іх гісторыя пачалася ў ЗША у 1859 году, і ідэя складалася ў тым, каб выкарыстаць здабыты алей для дыстыляцыі газы для асвятлення і алеяў для паравых рухавікоў. Ужо тады людзі сутыкнуліся з разбуральнай сілай прыроднага газу, тысячы гадоў сціснутага ў нетрах зямлі. Піянеры групы Эдвіна Дрэйка ледзь не загінулі падчас першага імправізаванага свідравання недалёка ад Цітусвіля, штат Пенсільванія, - адбылася ўцечка газу з прарыву, успыхнуў гіганцкі пажар, які забраў усё абсталяванне. Сёння эксплуатацыя нафтавых і газавых радовішчаў суправаджаецца сістэмай спецыяльных мер па блакаванні свабоднага патоку паліва, але пажары і выбухі не рэдкасць. Аднак гэты ж газ у многіх выпадках выкарыстоўваецца як свайго роду "помпа", які выштурхвае нафту на паверхню, і калі яго ціск падае, нафтавікі пачынаюць шукаць і выкарыстоўваць іншыя метады для здабычы "чорнага золата".

Мір вуглевадародных газаў

У 1885 годзе, праз чатыры гады пасля першага свідравання газам Уільяма Харта, іншы амерыканец, Роберт Бунзен, вынайшаў прыладу, якое пазней стала вядома як "гарэлка Бунзена". Вынаходства служыць для дазавання і змешванні газу і паветра ў прыдатнай прапорцыі, якую затым можна выкарыстоўваць для бяспечнага гарэння - менавіта гэтая гарэлка сёння з'яўляецца асновай сучасных кіслародных фарсунак для печаў і ацяпляльных прыбораў. Вынаходства Бунзена адкрыла новыя магчымасці для выкарыстання прыроднага газу, але, хоць першы газаправод быў пабудаваны яшчэ ў 1891 годзе, блакітнае паліва не набыло прамысловага значэння да Другой сусветнай вайны.

Менавіта падчас вайны былі створаны дастаткова надзейныя метады рэзкі і зваркі, якія дазволілі будаваць бяспечныя металічныя газаправоды. Тысячы кіламетраў з іх былі пабудаваны ў Амерыцы пасля вайны, а трубаправод з Лівіі ў Італію быў пабудаваны ў 60-х гадах. У Нідэрландах таксама адкрыты буйныя радовішчы прыроднага газу. Гэтыя два факты тлумачаць наяўнасць лепшай інфраструктуры для выкарыстання сціснутага прыроднага газу (КПГ) і звадкаванага нафтавага газу (СНД) у якасці аўтамабільнага паліва ў гэтых дзвюх краінах. Велізарнае стратэгічнае значэнне, якое пачынае набываць прыродны газ, пацвярджаецца наступным фактам - калі Рэйган вырашыў у 80-х гадах разбурыць "Імперыю зла", ён наклаў вета на пастаўку высокатэхналагічнага абсталявання для будаўніцтва газаправода з СССР у Еўропа. Каб кампенсаваць еўрапейскія патрэбы, будаўніцтва газаправода з нарвежскага сектара Паўночнага мора ў мацерыковую Еўропу паскараецца, а СССР "вісіць". У той час экспарт газу быў асноўнай крыніцай цвёрдай валюты для Савецкага Саюза, і востры дэфіцыт, які ўзнік у выніку мер Рэйгана, неўзабаве прывёў да вядомых гістарычных падзей пачатку 90-х гадоў.

Сёння дэмакратычная Расія з'яўляецца буйным пастаўшчыком прыроднага газу для энергетычных патрэб Германіі і буйным глабальным іграком у гэтай галіне. Значэнне прыроднага газу стала расці пасля двух нафтавых крызісаў 70-х гадоў, і сёння ён з'яўляецца адным з асноўных энергетычных рэсурсаў геастратэгічнай важнасці. У наш час прыродны газ з'яўляецца самым танным палівам для апалу, выкарыстоўваецца ў якасці сыравіны ў хімічнай прамысловасці, для вытворчасці электраэнергіі, для бытавой тэхнікі, а яго "стрыечны брат" - прапан можна знайсці нават у бутэльках з дэзадарантам у якасці дэзадаранта. заменнік азонаразбуральных злучэнняў фтору. Спажыванне прыроднага газу ўвесь час расце, а сетка газаправодаў становіцца даўжэй. Што тычыцца інфраструктуры, пабудаванай да гэтага часу для выкарыстання гэтага паліва ў аўтамабілях, то ўсё далёка ззаду.

Мы ўжо расказвалі вам пра дзіўныя рашэнні, якія прынялі японцы ў вытворчасці такога неабходнага і дэфіцытнага паліва падчас Другой сусветнай вайны, а таксама згадвалі праграму вытворчасці сінтэтычнага бензіну ў Германіі. Аднак мала што вядома аб тым, што ў бедныя ваенныя гады ў Нямеччыне былі суцэль сапраўдныя аўтамабілі, якія працуюць на … дровах! У дадзеным выпадку гэта не зварот да старой добрай паравой машыны, а рухавікі ўнутранага згарання, першапачаткова разлічаныя на працу на бензіне. Насамрэч ідэя не вельмі складаная, але патрабуе прымянення грувасткай, цяжкай і небяспечнай газагенератарнай сістэмы. Вугаль, драўняны вугаль ці проста драўніна змяшчаюцца ў адмысловую і не вельмі складаную энергетычную ўсталёўку. На яго дне гараць у адсутнасць кіслароду, а ва ўмовах высокай тэмпературы і вільготнасці вылучаецца газ, які змяшчае вокіс вугляроду, вадарод і метан. Затым ён астуджаецца, чысціцца і з дапамогай вентылятара падаецца ва ўпускныя калектары рухавіка для выкарыстання ў якасці паліва. Вядома, кіроўцы гэтых машын выконвалі складаныя і няпростыя функцыі пажарных - кацёл трэба было перыядычна зараджаць і чысціць, а вяндлярныя машыны сапраўды трохі нагадвалі паравозы.

Сёння разведка газаносных пластоў патрабуе стварэння некаторых з самых складаных у свеце тэхналогій, а здабыча прыроднага газу і нафты з'яўляецца адной з самых сур'ёзных праблем, якія стаяць перад навукай і тэхналогіямі. Гэты факт асабліва актуальны ў ЗША, дзе ўсё больш і больш нетрадыцыйных метадаў выкарыстоўваецца для "усмоктвання" газу, які застаўся на старых або закінутых радовішчах, а таксама для здабычы так званага "шчыльнага" газу. Паводле ацэнак навукоўцаў, зараз для здабычы газу на ўзроўні тэхналогій 1985 года спатрэбіцца ўдвая больш свідравання. Эфектыўнасць метадаў значна павялічана, а вага абсталявання знізілася на 75 працэнтаў. Усё больш складаныя кампутарныя праграмы выкарыстоўваюцца для аналізу дадзеных з гравіметраў, сейсмічных тэхналогій і лазерных спадарожнікаў, на аснове якіх ствараюцца кампутарныя трохмерныя карты пакладаў у пластах. Таксама былі створаны так званыя 4D-малюнкі, дзякуючы якім можна візуалізаваць формы і рухі адкладаў у часе. Аднак самыя сучасныя аб'екты застаюцца для здабычы прыроднага газу на шэльфе - толькі частка чалавечага прагрэсу ў гэтай галіне - гэта глабальныя сістэмы пазіцыянавання пры свідраванні, звышглыбокае свідраванне, трубаправоды на дне акіяна і сістэмы звадкаваных зазораў. вокіс вугляроду і пясок.

Перапрацоўка нафты для вытворчасці высакаякасных бензінаў - задача значна больш складаная, чым перапрацоўка газаў. З іншага боку, транспарціроўка газу марскім транспартам аказваецца значна даражэйшым і складаным заняткам. Танкеры для перавозкі звадкаванага нафтавага газу даволі складаныя па канструкцыі, але танкеры для перавозкі звадкаванага прыроднага газу ўяўляюць сабой ашаламляльнае тварэнне. Бутан звадкоўваецца пры -2 градусах, а прапан - пры -42 градусах або пры адносна нізкім ціску. Аднак для звадкавання метану патрабуецца -165 градусаў! Такім чынам, для будаўніцтва танкераў для звадкаванага нафтавага газу патрабуюцца прасцейшыя кампрэсарныя станцыі, чым для прыроднага газу і рэзервуары, якія прызначаны для вытрымлівання не асабліва высокага ціску 20-25 бар. У адрозненне ад гэтага, танкеры для перавозкі звадкаванага прыроднага газу аснашчаны сістэмамі бесперапыннага астуджэння і звышізаляванымі рэзервуарамі - па сутнасці, гэтыя коласы з'яўляюцца найбуйнейшымі ў свеце крыягеннымі халадзільнікамі. Аднак частка газу паспявае сысці з гэтых усталёвак, але іншая сістэма неадкладна ўлоўлівае яго і падае ў цыліндры рухавікоў карабля.

Па ўказаных вышэй прычынах цалкам зразумела, што ўжо ў 1927 годзе тэхналогія дазволіла выдужаць першым прапан-бутанавым цыстэрнам. Гэта праца галандска-ангельскай Shell, якая ў той час ужо была гіганцкай кампаніяй. Яе бос Кеслер - прасунуты чалавек і эксперыментатар, які даўно марыў якім-небудзь чынам выкарыстаць велізарную колькасць газу, якая да гэтага часу пратачылася ў атмасферу або згарэла на нафтаперапрацоўчых заводах. Па яго ідэі і ініцыятыве было створана першае марское судна грузападымальнасцю 4700 тон для перавозкі вуглевадародных газаў з экзатычнымі з выгляду і вялікімі памерамі над палубнымі рэзервуарамі.

Аднак яшчэ трыццаць два гады трэба, каб пабудаваць першы метанавоз Methane Pioneer, пабудаваны па замове газавай кампаніі Constock International Methane Limited. Shell, у якой ужо ёсць стабільная інфраструктура для вытворчасці і размеркавання СНД, купіла гэтую кампанію, і вельмі хутка былі пабудаваны яшчэ два велізарных танкера Shell пачала развіваць бізнэс па звадкаваным прыродным газе. Калі жыхары ангельскай выспы Кануэй, дзе кампанія будуе сховішчы метану, разумеюць, што насамрэч захоўваецца і транспартуецца на іх востраў, яны шакаваныя і напалоханыя, думаючы (і гэта правільна), што караблі - гэта проста гіганцкія бомбы. Тады праблема бяспекі была сапраўды актуальнай, але сёння танкеры для перавозкі звадкаванага метану надзвычай бяспечныя і з'яўляюцца не толькі аднымі з самых бяспечных, але і адным з самых экалагічна чыстых марскіх суднаў - непараўнальна бяспечней для навакольнага асяроддзя, чым нафтавыя танкеры. Найбуйнейшым заказчыкам танкернага флоту з'яўляецца Японія, у якой практычна няма мясцовых крыніц энергіі, а будаўніцтва газаправодаў на востраў - вельмі складанае мерапрыемства. Японія таксама мае самы вялікі "парк" газавых аўтамабіляў. Асноўнымі пастаўшчыкамі звадкаванага прыроднага газу (ЗПГ) сёння з'яўляюцца ЗША, Аман і Катар, Канада.

У апошні час усё большую папулярнасць набывае бізнэс па вытворчасці вадкіх вуглевадародаў з прыроднага газу. У асноўным гэта ультрачыстае дызельнае паліва, якое сінтэзуецца з метану, і ў будучым чакаецца, што гэта галіна будзе развівацца паскоранымі тэмпамі. Напрыклад, энергетычная палітыка Буша патрабуе выкарыстання мясцовых крыніц энергіі, а на Алясцы ёсць вялікія радовішчы прыроднага газу. Стымулятарам гэтых працэсаў з'яўляюцца дастаткова высокія цэны на нафту, якія ствараюць перадумовы для развіцця дарагіх тэхналогій – GTL (Gas-to-Liquids) – толькі адна з іх.

У прынцыпе, GTL - не новая тэхналогія. Ён быў створаны ў 20-х гадах нямецкімі хімікамі Францам Фішэрам і Гансам Тропшам, згаданымі ў папярэдніх выпусках як частка іх сінтэтычнай праграмы. Аднак, у адрозненне ад дэструктыўнага гідрыравання вугалю, тут адбываюцца працэсы злучэння лёгкіх малекул у даўжэйшыя сувязі. Паўднёвая Афрыка вырабляе такое паліва ў прамысловых колькасцях з 50-х гадоў. Аднак цікавасць да іх у апошнія гады вырасла ў пошуках новых магчымасцяў для зніжэння шкодных выкідаў паліва ў Злучаных Штатах. Буйныя нафтавыя кампаніі, такія як BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol і Royal Dutch / Shell марнуюць вялізныя сумы на распрацоўку тэхналогій, звязаных з GTL, і ў выніку гэтых падзей усё часцей абмяркоўваюцца палітычныя і сацыяльныя аспекты перад тварам стымулаў. падаткі на спажыўцоў чыстага паліва. Гэтыя віды паліва дазволяць многім спажыўцам дызельнага паліва замяніць яго больш экалагічна чыстым і дазволяць знізіць выдаткі аўтамабільных кампаній на дасягненне новых узроўняў шкодных выкідаў, устаноўленых законам. Нядаўнія паглыбленыя выпрабаванні паказваюць, што GTL-паліва змяншае ўзровень вокісу вугляроду на 90%, вуглевадародаў на 63% і сажы на 23% без неабходнасці выкарыстання сажавых фільтраў. Акрамя таго, прырода гэтага паліва з нізкім утрыманнем серы дазваляе выкарыстоўваць дадатковыя каталізатары, здольныя яшчэ больш зменшыць шкодныя выкіды ад аўтамабіляў.

Важнай перавагай паліва GTL з'яўляецца тое, што яго можна выкарыстоўваць непасрэдна ў дызельных рухавіках без якіх-небудзь мадыфікацый агрэгатаў. Іх таксама можна змешваць з палівам, якое змяшчае ад 30 да 60 частак на мільён серы. У адрозненне ад прыроднага газу і звадкаваных вуглевадародных газаў, няма неабходнасці змяняць існуючую транспартную інфраструктуру для транспарціроўкі вадкага паліва. Па словах прэзідэнта Rentech Дзяніса Якубсана, паліва гэтага тыпу можа ідэальна дапоўніць эканамічны патэнцыял дызельных рухавікоў у напрамку экалагічнасці, і ў цяперашні час Shell будуе ў Катары вялікі завод коштам пяць мільярдаў даляраў з праектнай магутнасцю 22,3 мільёна літраў сінтэтычнага паліва ў дзень. . Самая вялікая праблема з гэтымі відамі паліва звязана з неабходнасцю вялізных інвестыцый у новыя аб'екты і, як правіла, з дарагім працэсам іх вытворчасці.

Біягаз

Аднак крыніцай метану з'яўляюцца не толькі падземныя радовішчы. У 1808 годзе Хамфры Дэйві эксперыментаваў з саломай, змешчанай у вакуумную рэторту, і атрымаў біягаз, які змяшчае ў асноўным метан, дыяксід вугляроду, вадарод і азот. Даніэль Дэфо таксама кажа пра біягаз у сваім рамане пра «закінуты востраў». Аднак гісторыя гэтай ідэі яшчэ больш старажытная - у 1776 стагоддзі Ян Баптыта Ван Гельмонт лічыў, што гаручыя газы могуць быць атрыманы пры раскладанні арганічных рэчываў, і граф Аляксандр Вольта (стваральнік батарэі) таксама прыйшоў да аналагічных высноў у 1859 годзе. Першая біягазавая ўстаноўка пачала працаваць у Бамбеі і была створана ў тым жа XNUMX годзе, калі Эдвін Дрэйк вырабіў першае паспяховае бурэнне нафтавых свідравін. Індыйскі завод перапрацоўвае фекаліі і падае газ для вулічных ліхтароў.

Пройдзе шмат часу, перш чым хімічныя працэсы пры вытворчасці біягазу будуць дасканала высветлены і вывучаны. Гэта стала магчымым толькі ў 30-х гадах XX стагоддзі і з'яўляецца вынікам скачка ў развіцці мікрабіялогіі. Аказваецца, гэты працэс выкліканы анаэробнымі бактэрыямі, якія з'яўляюцца адной з найстаражытных форм жыцця на Зямлі. Яны «здрабняюць» арганічныя рэчывы ў анаэробным асяроддзі (аэробнае разлажэнне патрабуе вялікай колькасці кіслароду і вылучае цеплыню). Такія працэсы таксама адбываюцца натуральным чынам на балотах, балотах, рысавых палях, крытых лагунах і г.д.

Сучасныя сістэмы вытворчасці біягазу становяцца ўсё папулярнейшымі ў некаторых краінах, і Швецыя з'яўляецца лідэрам як у вытворчасці біягазу, так і ў вытворчасці аўтамабіляў, адаптаваных для працы з ім. Ва ўстаноўках сінтэзу выкарыстоўваюцца спецыяльна распрацаваныя біягенератары – адносна недарагія і простыя прылады, якія ствараюць прыдатнае асяроддзе для бактэрый, якія, у залежнасці ад іх тыпу, найбольш эфектыўна "працуюць" пры тэмпературах у дыяпазоне ад 40 да 60 градусаў. Канчатковыя прадукты біягазавых установак, акрамя газу, таксама змяшчаюць злучэнні, багатыя аміякам, фосфарам і іншымі элементамі, прыдатныя для выкарыстання ў сельскай гаспадарцы ў якасці глебавых угнаенняў.