Альтернативы: ЧАСТЬ 1 — Газовая промышленность

Альтернативы: ЧАСТЬ 1 — Газовая промышленность

В 70-х годах Вильгельм Майбах экспериментировал с различными конструкциями двигателей внутреннего сгорания, менял механизмы и думал о сплавах, наиболее подходящих для производства отдельных деталей. Он часто задается вопросом, какое из известных тогда горючих веществ было бы наиболее подходящим для использования в тепловых двигателях.

В 70-х годах Вильгельм Майбах экспериментировал с различными конструкциями двигателей внутреннего сгорания, менял механизмы и думал о сплавах, наиболее подходящих для производства отдельных деталей. Он часто задается вопросом, какое из известных тогда горючих веществ было бы наиболее подходящим для использования в тепловых двигателях.

В 1875 году, когда он был сотрудником Gasmotorenfabrik Deutz, Вильгельм Майбах решил проверить, может ли он запустить газовый двигатель на жидком топливе — точнее, на бензине. Ему пришло в голову проверить, что произойдет, если он закроет газовый кран и вместо этого положит кусок ткани, пропитанный бензином, перед впускным коллектором. Двигатель не останавливается, а продолжает работать до тех пор, пока не «высосет» всю жидкость из ткани. Так родилась идея первого импровизированного «карбюратора», а после создания автомобиля основным топливом для него стал бензин.

Я рассказываю эту историю, чтобы напомнить вам, что до того, как бензин появился в качестве альтернативы топливу, первые двигатели использовали газ в качестве топлива. Тогда речь шла об использовании (осветительного) газа для освещения, получаемого не известными сегодня методами, а при переработке угля. Двигатель, изобретенный швейцарцем Исааком де Риваком, первый «атмосферный» (работающий без сжатия) двигатель промышленного значения Этилена Ленуара с 1862 года, а также классический четырехтактный агрегат, созданный Отто несколько позже, работают на газе.

Здесь необходимо упомянуть разницу между природным газом и сжиженным углеводородным газом. Природный газ содержит от 70 до 98% метана, а остальное — это более высокие органические и неорганические газы, такие как этан, пропан и бутан, окись углерода и другие. Нефть также содержит газы в различных пропорциях, но эти газы выделяются путем фракционной перегонки или производятся некоторыми побочными процессами на нефтеперерабатывающих заводах. Газовые месторождения очень разные — чистый газ или «сухой» (то есть содержащий в основном метан) и «влажный» (содержащий метан, этан, пропан, некоторые другие более тяжелые газы и даже «бензин» — легкую жидкость. очень ценные фракции). Типы масел тоже разные, и концентрация газов в них может быть как ниже, так и выше. Месторождения часто совмещают — газ поднимается над нефтью и выступает «газовой шапкой». В состав «шапки» и основного месторождения нефти входят упомянутые выше вещества, а различные фракции, образно говоря, «перетекают» друг в друга. Метан, используемый в качестве автомобильного топлива, «поступает» из природного газа, а известная нам смесь пропан-бутана поступает как из месторождений природного газа, так и из нефтяных месторождений. Около 6% мирового природного газа добывается из угольных месторождений, которые часто сопровождаются газовыми месторождениями.

Пропан-бутан появляется на сцене несколько парадоксальным образом. В 1911 году возмущенный американский клиент нефтяной компании поручил своему другу, известному химику доктору Снеллингу, выяснить причины загадочного события. Причина возмущения заказчика заключается в том, что заказчик удивлен, узнав, как только что была заполнена половина бака АЗС. ford Она неизвестным образом исчезла во время короткой поездки к нему домой. При этом бак не течет ниоткуда… После множества экспериментов доктор Снеллинг обнаружил, что причиной загадки является высокое содержание газов пропана и бутана в составе заправляемого топлива, и вскоре после этого разработал первые практические методы их дистилляции. Именно из-за этих фундаментальных достижений доктора Снеллинга теперь считают «отцом» этой индустрии.

Намного раньше, около 3000 лет назад, пастухи обнаружили «пылающий источник» на горе Паранас в Греции. Позже на этом «священном» месте был построен храм с пылающими колоннами, и оракул Дельфий читал свои молитвы перед величественным колоссом, вызывая у людей чувство примирения, страха и восхищения. Сегодня часть этой романтики утеряна, потому что мы знаем, что источником пламени является метан (CH4), вытекающий из трещин в породах, связанных с глубинами газовых полей. Подобные пожары есть во многих местах в Ираке, Иране и Азербайджане у побережья Каспийского моря, которые также горят веками и давно известны как «Вечные огни Персии».

Спустя много лет китайцы также использовали газы с полей, но с очень прагматичной целью — топить большие котлы морской водой и извлекать из нее соль. В 1785 году британцы создали метод производства метана из угля (именно он использовался в первых двигателях внутреннего сгорания), а в начале двадцатого века немецкие химики Кекуле и Страдониц запатентовали процесс производства из него более тяжелого жидкого топлива.

В 1881 году в американском городе Фредония Уильям Харт пробурил первую газовую скважину. Харт долго наблюдал за пузырьками, поднимающимися на поверхность воды в соседней бухте, и решил вырыть яму с земли до предполагаемого газового месторождения. На глубине девяти метров под поверхностью он достиг жилы, из которой хлынул газ, который он позже уловил, а его недавно созданная компания Fredonia Gas Light Company стала пионером в газовом бизнесе. Однако, несмотря на прорыв Харта, осветительный газ, использовавшийся в XIX веке, добывался в основном из угля указанным выше методом — в основном из-за отсутствия потенциала для развития технологий транспортировки природного газа с месторождений.

Однако первая промышленная добыча нефти уже тогда была фактом. Их история началась в США в 1859 году, и идея заключалась в том, чтобы использовать добытое масло для дистилляции керосина для освещения и масел для паровых двигателей. Уже тогда люди столкнулись с разрушительной силой природного газа, тысячи лет сжатого в недрах земли. Пионеры группы Эдвина Дрейка чуть не погибли во время первого импровизированного бурения недалеко от Титусвилля, штат Пенсильвания, — произошла утечка газа из прорыва, вспыхнул гигантский пожар, унесший все оборудование. Сегодня эксплуатация нефтяных и газовых месторождений сопровождается системой специальных мер по блокированию свободного потока горючего газа, но пожары и взрывы не редкость. Однако этот же газ во многих случаях используется как своего рода «насос», выталкивающий нефть на поверхность, и когда его давление падает, нефтяники начинают искать и использовать другие методы для добычи «черного золота».

Мир углеводородных газов

В 1885 году, через четыре года после первого бурения газом Уильяма Харта, другой американец, Роберт Бунзен, изобрел устройство, которое позже стало известно как «горелка Бунзена». Изобретение служит для дозирования и смешивания газа и воздуха в подходящей пропорции, которую затем можно использовать для безопасного горения — именно эта горелка сегодня является основой современных кислородных форсунок для печей и отопительных приборов. Изобретение Бунзена открыло новые возможности для использования природного газа, но, хотя первый газопровод был построен еще в 1891 году, голубое топливо не приобрело промышленного значения до Второй мировой войны.

Именно во время войны были созданы достаточно надежные методы резки и сварки, позволившие строить безопасные металлические газопроводы. Тысячи километров из них были построены в Америке после войны, а трубопровод из Ливии в Италию был построен в 60-х годах. В Нидерландах также открыты крупные месторождения природного газа. Эти два факта объясняют наличие лучшей инфраструктуры для использования сжатого природного газа (КПГ) и сжиженного нефтяного газа (СНГ) в качестве автомобильного топлива в этих двух странах. Огромное стратегическое значение, которое начинает приобретать природный газ, подтверждается следующим фактом — когда Рейган решил в 80-х годах разрушить «Империю зла», он наложил вето на поставку высокотехнологичного оборудования для строительства газопровода из СССР в Европа. Чтобы компенсировать европейские потребности, строительство газопровода из норвежского сектора Северного моря в материковую Европу ускоряется, а СССР «висит». В то время экспорт газа был основным источником твердой валюты для Советского Союза, и острый дефицит, возникший в результате мер Рейгана, вскоре привел к известным историческим событиям начала 90-х годов.

Сегодня демократическая Россия является крупным поставщиком природного газа для энергетических нужд Германии и крупным глобальным игроком в этой области. Значение природного газа стало расти после двух нефтяных кризисов 70-х годов, и сегодня он является одним из основных энергетических ресурсов геостратегической важности. В настоящее время природный газ является самым дешевым топливом для отопления, используется в качестве сырья в химической промышленности, для производства электроэнергии, для бытовой техники, а его «двоюродный брат» — пропан можно найти даже в бутылках с дезодорантом в качестве дезодоранта. заменитель озоноразрушающих соединений фтора. Потребление природного газа постоянно растет, а сеть газопроводов становится длиннее. Что касается инфраструктуры, построенной до сих пор для использования этого топлива в автомобилях, то все далеко позади.

Мы уже рассказывали вам о странных решениях, которые приняли японцы в производстве столь необходимого и дефицитного топлива во время Второй мировой войны, а также упоминали программу производства синтетического бензина в Германии. Однако мало что известно о том, что в скудные военные годы в Германии были вполне настоящие автомобили, работающие на … дровах! В данном случае это не возврат к старой доброй паровой машине, а двигатели внутреннего сгорания, изначально рассчитанные на работу на бензине. На самом деле идея не очень сложная, но требует применения громоздкой, тяжелой и опасной газогенераторной системы. Уголь, древесный уголь или просто древесина помещаются в специальную и не очень сложную энергетическую установку. На его дне горят в отсутствие кислорода, а в условиях высокой температуры и влажности выделяется газ, содержащий окись углерода, водород и метан. Затем он охлаждается, очищается и с помощью вентилятора подается во впускные коллекторы двигателя для использования в качестве топлива. Конечно, водители этих машин выполняли сложные и непростые функции пожарных — котел нужно было периодически заряжать и чистить, а коптильные машины действительно немного напоминали паровозы.

Сегодня разведка газоносных пластов требует создания некоторых из самых сложных в мире технологий, а добыча природного газа и нефти является одной из самых серьезных проблем, стоящих перед наукой и технологиями. Этот факт особенно актуален в США, где все больше и больше нетрадиционных методов используется для «всасывания» газа, оставшегося на старых или заброшенных месторождениях, а также для добычи так называемого «плотного» газа. По оценкам ученых, теперь для добычи газа на уровне технологий 1985 года потребуется вдвое больше бурения. Эффективность методов значительно увеличена, а вес оборудования снизился на 75%. Все более сложные компьютерные программы используются для анализа данных с гравиметров, сейсмических технологий и лазерных спутников, на основе которых создаются компьютерные трехмерные карты залежей в пластах. Также были созданы так называемые 4D-изображения, благодаря которым можно визуализировать формы и движения отложений во времени. Однако самые современные объекты остаются для добычи природного газа на шельфе — только часть человеческого прогресса в этой области — это глобальные системы позиционирования при бурении, сверхглубокое бурение, трубопроводы на дне океана и системы сжиженных зазоров. окись углерода и песок.

Переработка нефти для производства высококачественных бензинов — задача значительно более сложная, чем переработка газов. С другой стороны, транспортировка газа морским транспортом оказывается гораздо более дорогостоящим и сложным занятием. Танкеры для перевозки сжиженного нефтяного газа довольно сложны по конструкции, но танкеры для перевозки сжиженного природного газа представляют собой ошеломляющее творение. Бутан сжижается при -2 градусах, а пропан — при -42 градусах или при относительно низком давлении. Однако для сжижения метана требуется -165 градусов! Следовательно, для строительства танкеров для сжиженного нефтяного газа требуются более простые компрессорные станции, чем для природного газа и резервуары, которые предназначены для выдерживания не особенно высокого давления 20-25 бар. В отличие от этого, танкеры для перевозки сжиженного природного газа оснащены системами непрерывного охлаждения и сверхизолированными резервуарами — по сути, эти колоссы являются крупнейшими в мире криогенными холодильниками. Однако часть газа успевает «уйти» из этих установок, но другая система немедленно улавливает его и подает в цилиндры двигателей корабля.

По указанным выше причинам вполне понятно, что уже в 1927 году технология позволила выстоять первым пропан-бутановым цистернам. Это работа голландско-английской Shell, которая в то время уже была гигантской компанией. Ее босс Кесслер — продвинутый человек и экспериментатор, который давно мечтал каким-либо образом использовать огромное количество газа, которое до сих пор просочилось в атмосферу или сгорело на нефтеперерабатывающих заводах. По его идее и инициативе было создано первое морское судно грузоподъемностью 4700 тонн для перевозки углеводородных газов с экзотическими на вид и внушительными размерами над палубными резервуарами.

Однако еще тридцать два года нужно, чтобы построить первый метановоз Methane Pioneer, построенный по заказу газовой компании Constock International Methane Limited. Shell, у которой уже есть стабильная инфраструктура для производства и распределения СНГ, купила эту компанию, и очень скоро были построены еще два огромных танкера — Shell начала развивать бизнес по сжиженному природному газу. Когда жители английского острова Кануэй, где компания строит хранилища метана, понимают, что на самом деле хранится и транспортируется на их остров, они шокированы и напуганы, думая (и это правильно), что корабли — это просто гигантские бомбы. Тогда проблема безопасности была действительно актуальной, но сегодня танкеры для перевозки сжиженного метана чрезвычайно безопасны и являются не только одними из самых безопасных, но и одним из самых экологически чистых морских судов — несравнимо безопаснее для окружающей среды, чем нефтяные танкеры. Крупнейшим заказчиком танкерного флота является Япония, у которой практически нет местных источников энергии, а строительство газопроводов на остров — очень сложное мероприятие. Япония также имеет самый большой «парк» газовых автомобилей. Основными поставщиками сжиженного природного газа (СПГ) сегодня являются США, Оман и Катар, Канада.

В последнее время все большую популярность приобретает бизнес по производству жидких углеводородов из природного газа. В основном это ультрачистое дизельное топливо, синтезируемое из метана, и в будущем ожидается, что эта отрасль будет развиваться ускоренными темпами. Например, энергетическая политика Буша требует использования местных источников энергии, а на Аляске есть большие месторождения природного газа. Стимулятором этих процессов являются достаточно высокие цены на нефть, которые создают предпосылки для развития дорогостоящих технологий — GTL (Gas-to-Liquids) — лишь одна из них.

В принципе, GTL — не новая технология. Он был создан в 20-х годах немецкими химиками Францем Фишером и Гансом Тропшем, упомянутыми в предыдущих выпусках как часть их синтетической программы. Однако, в отличие от деструктивного гидрирования угля, здесь происходят процессы соединения легких молекул в более длинные связи. Южная Африка производит такое топливо в промышленных количествах с 50-х годов. Однако интерес к ним в последние годы вырос в поисках новых возможностей для снижения вредных выбросов топлива в Соединенных Штатах. Крупные нефтяные компании, такие как BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol и Royal Dutch / Shell тратят огромные суммы на разработку технологий, связанных с GTL, и в результате этих событий все чаще обсуждаются политические и социальные аспекты перед лицом стимулов. налоги на потребителей чистого топлива. Эти виды топлива позволят многим потребителям дизельного топлива заменить его более экологически чистым и позволят снизить затраты автомобильных компаний на достижение новых уровней вредных выбросов, установленных законом. Недавние углубленные испытания показывают, что GTL-топливо снижает уровень окиси углерода на 90%, углеводородов на 63% и сажи на 23% без необходимости использования сажевых фильтров. Кроме того, природа этого топлива с низким содержанием серы позволяет использовать дополнительные катализаторы, способные еще больше снизить вредные выбросы от автомобилей.

Важным преимуществом топлива GTL является то, что его можно использовать непосредственно в дизельных двигателях без каких-либо модификаций агрегатов. Их также можно смешивать с топливом, содержащим от 30 до 60 частей на миллион серы. В отличие от природного газа и сжиженных углеводородных газов, нет необходимости изменять существующую транспортную инфраструктуру для транспортировки жидкого топлива. По словам президента Rentech Дениса Якубсона, топливо этого типа может идеально дополнить экономический потенциал дизельных двигателей в направлении экологичности, и в настоящее время Shell строит в Катаре большой завод стоимостью пять миллиардов долларов с проектной мощностью 22,3 миллиона литров синтетического топлива в день. . Самая большая проблема с этими видами топлива связана с необходимостью огромных инвестиций в новые объекты и, как правило, с дорогостоящим процессом их производства.

Биогаз

Однако источником метана являются не только подземные месторождения. В 1808 году Хамфри Дэви экспериментировал с соломой, помещенной в вакуумную реторту, и получил биогаз, содержащий в основном метан, диоксид углерода, водород и азот. Даниэль Дефо также говорит о биогазе в своем романе о «затерянном острове». Однако история этой идеи еще более древняя — в 1776 веке Ян Баптита Ван Гельмонт считал, что горючие газы могут быть получены при разложении органических веществ, и граф Александр Вольта (создатель батареи) также пришел к аналогичным выводам в 1859 году. Первая биогазовая установка начала работать в Бомбее и была создана в том же XNUMX году, когда Эдвин Дрейк произвел первое успешное бурение нефтяных скважин. Индийский завод перерабатывает фекалии и подает газ для уличных фонарей.

Пройдет много времени, прежде чем химические процессы при производстве биогаза будут досконально выяснены и изучены. Это стало возможным только в 30-х годах XX века и является результатом скачка в развитии микробиологии. Оказывается, этот процесс вызван анаэробными бактериями, которые являются одной из древнейших форм жизни на Земле. Они «измельчают» органические вещества в анаэробной среде (аэробное разложение требует большого количества кислорода и выделяет тепло). Такие процессы также происходят естественным образом на болотах, болотах, рисовых полях, крытых лагунах и т. D. D.

Современные системы производства биогаза становятся все более популярными в некоторых странах, и Швеция является лидером как в производстве биогаза, так и в производстве автомобилей, адаптированных для работы с ним. В установках синтеза используются специально разработанные биогенераторы — относительно недорогие и простые устройства, которые создают подходящую среду для бактерий, которые, в зависимости от их типа, наиболее эффективно «работают» при температурах в диапазоне от 40 до 60 градусов. Конечные продукты биогазовых установок, помимо газа, также содержат соединения, богатые аммиаком, фосфором и другими элементами, подходящие для использования в сельском хозяйстве в качестве почвенных удобрений.

ÄHNLICHE ARTIKEL

LESEN SIE AUCH

Home » Probefahrt » Alternativen: TEIL 1 - Gasindustrie

Kommentar hinzufügen