Alternatives: PARTIE 1 & # 8212; Industrie du gaz

Alternatives: PARTIE 1 & # 8212; Industrie du gaz

Dans les années 70, Wilhelm Maybach a expérimenté différentes conceptions de moteurs à combustion interne, modifié les mécanismes et pensé aux alliages les plus appropriés pour la production de pièces individuelles. Il se demande souvent laquelle des substances combustibles alors connues serait la plus appropriée pour une utilisation dans les moteurs thermiques.

Dans les années 70, Wilhelm Maybach a expérimenté différentes conceptions de moteurs à combustion interne, modifié les mécanismes et pensé aux alliages les plus appropriés pour la production de pièces individuelles. Il se demande souvent laquelle des substances combustibles alors connues serait la plus appropriée pour une utilisation dans les moteurs thermiques.

En 1875, alors qu'il était employé de Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach décida de tester s'il pouvait démarrer un moteur à essence avec du carburant liquide - plus précisément de l'essence. Il lui vint à l'esprit de vérifier ce qui se passerait s'il fermait le robinet de gaz et mettait à la place un morceau de tissu imbibé d'essence devant le collecteur d'admission. Le moteur ne s'arrête pas, mais continue de tourner jusqu'à ce qu'il «suce» tout le liquide du tissu. C'est ainsi qu'est née l'idée du premier "carburateur" improvisé, et après la création de la voiture, l'essence en est devenue le principal carburant.

Je raconte cette histoire pour vous rappeler qu'avant l'apparition de l'essence comme alternative au carburant, les premiers moteurs utilisaient le gaz comme carburant. Il s'agissait ensuite de l'utilisation du gaz (d'éclairage) pour l'éclairage, obtenu par des méthodes inconnues aujourd'hui, mais par le traitement du charbon. Le moteur, inventé par le Suisse Isaac de Rivak, le premier moteur Ethylène Lenoir de qualité industrielle «à aspiration naturelle» (non compressé) depuis 1862, et le classique quatre temps créé par Otto un peu plus tard, fonctionnent au gaz.

La différence entre le gaz naturel et le gaz de pétrole liquéfié doit être mentionnée ici. Le gaz naturel contient de 70 à 98% de méthane, et le reste est constitué de gaz organiques et inorganiques supérieurs tels que l'éthane, le propane et le butane, le monoxyde de carbone et autres. Le pétrole contient également des gaz dans des proportions variables, mais ces gaz sont séparés par distillation fractionnée ou produits par certains procédés secondaires dans les raffineries. Les champs de gaz sont très différents - gaz propre ou «sec» (c'est-à-dire contenant principalement du méthane) et «humide» (contenant du méthane, de l'éthane, du propane, d'autres gaz plus lourds et même de «l'essence» - un liquide léger. fractions très précieuses). Les types d'huiles sont également différents et la concentration de gaz qu'ils contiennent peut être inférieure ou supérieure. Les champs sont souvent combinés - le gaz monte au-dessus du pétrole et agit comme un «bouchon à gaz». La composition du «bouchon» et du champ pétrolifère principal comprend les substances mentionnées ci-dessus, et les différentes fractions, au sens figuré, «s'écoulent» l'une dans l'autre. Le méthane utilisé comme carburant pour véhicule «provient» du gaz naturel, tandis que le mélange propane-butane que nous connaissons provient à la fois des champs de gaz naturel et de pétrole. Environ 6% du gaz naturel mondial provient de gisements de charbon, souvent accompagnés de gisements de gaz.

Le propane-butane apparaît sur la scène de manière quelque peu paradoxale. En 1911, un client américain indigné d'une compagnie pétrolière a chargé son ami, le célèbre chimiste Dr Snelling, de découvrir les raisons de cet événement mystérieux. L'indignation du client s'explique par le fait que le client a été surpris d'apprendre dès que la moitié du réservoir de la station-service était remplie. gué Elle a disparu par des moyens inconnus lors d'un court voyage à son domicile. Le réservoir ne fuit pas de nulle part ... Après de nombreuses expériences, le Dr Snelling a découvert que la raison du mystère était la teneur élevée en gaz propane et butane dans le carburant, et peu de temps après, il a développé les premières méthodes pratiques de distillation. C'est en raison de ces réalisations fondamentales que le Dr Snelling est désormais considéré comme le «père» de l'industrie.

Bien plus tôt, il y a environ 3000 XNUMX ans, les bergers ont découvert une «source flamboyante» sur le mont Paranas en Grèce. Plus tard, un temple avec des colonnes enflammées a été construit sur ce lieu «sacré», et l'oracle Delphius a récité ses prières devant le majestueux colosse, faisant ressentir aux gens un sentiment de réconciliation, de peur et d'admiration. Aujourd'hui, une partie de cette romance est perdue parce que nous savons que la source de la flamme est le méthane (CH4) qui s'écoule des fissures dans les roches associées aux profondeurs des champs de gaz. Il y a des incendies similaires dans de nombreux endroits en Irak, en Iran et en Azerbaïdjan au large des côtes de la mer Caspienne, qui brûlent également depuis des siècles et sont connus depuis longtemps comme les «flammes éternelles de la Perse».

Au fil des ans, les Chinois ont également utilisé des gaz de champ, mais dans un but très pragmatique: chauffer de grandes chaudières avec de l'eau de mer et en extraire le sel. En 1785, les Britanniques ont créé une méthode de production de méthane à partir du charbon (c'est lui qui a été utilisé dans les premiers moteurs à combustion interne), et au début du XXe siècle, les chimistes allemands Kekule et Stradonitz ont breveté le processus de production d'un carburant liquide plus lourd à partir de celui-ci.

En 1881, dans la ville américaine de Fredonia, William Hart fora le premier puits de gaz. Hart a longtemps observé les bulles remonter à la surface de l'eau dans une crique voisine et a décidé de creuser un trou entre le sol et le prétendu champ de gaz. À une profondeur de neuf mètres sous la surface, il a atteint une veine à partir de laquelle du gaz a coulé, qu'il a ensuite piégé, et sa nouvelle Fredonia Gas Light Company est devenue un pionnier dans le secteur du gaz. Cependant, malgré la percée de Hart, le gaz d'éclairage utilisé au XNUMXème siècle était principalement extrait du charbon par la méthode ci-dessus - principalement en raison du manque de potentiel pour le développement de technologies de transport du gaz naturel des champs.

Cependant, la première production pétrolière commerciale était déjà un fait. Leur histoire a commencé aux États-Unis en 1859, et l'idée était d'utiliser l'huile extraite pour distiller le kérosène pour l'éclairage et les huiles pour les moteurs à vapeur. Même alors, les gens étaient confrontés au pouvoir destructeur du gaz naturel, comprimé pendant des milliers d'années dans les entrailles de la terre. Les pionniers du groupe d'Edwin Drake ont failli mourir lors du premier forage impromptu près de Titusville, en Pennsylvanie, après qu'une fuite de gaz d'une brèche se soit déclarée et qu'un énorme incendie se soit déclaré, qui a emporté tout l'équipement. Aujourd'hui, l'exploitation des gisements de pétrole et de gaz s'accompagne d'un système de mesures spéciales pour bloquer la libre circulation des gaz combustibles, mais les incendies et les explosions ne sont pas rares. Cependant, dans de nombreux cas, le même gaz est utilisé comme une sorte de «pompe» qui pousse le pétrole à la surface, et lorsque sa pression baisse, les pétroliers commencent à rechercher et à utiliser d'autres méthodes pour extraire «l'or noir».

Le monde des gaz d'hydrocarbures

En 1885, quatre ans après le premier forage de gaz de William Hart, un autre Américain, Robert Bunsen, inventa ce qui deviendra plus tard le «bec Bunsen». L'invention sert à doser et mélanger du gaz et de l'air dans une proportion appropriée, qui peut ensuite être utilisée pour une combustion sûre - c'est ce brûleur qui est aujourd'hui la base des buses d'oxygène modernes pour les fours et les appareils de chauffage. L'invention de Bunsen a ouvert de nouvelles possibilités pour l'utilisation du gaz naturel, mais bien que le premier gazoduc ait été construit en 1891, le carburant bleu n'a pas acquis d'importance industrielle avant la Seconde Guerre mondiale.

C'est pendant la guerre que des méthodes de découpe et de soudage suffisamment fiables ont été créées, ce qui a permis de construire des gazoducs métalliques sûrs. Des milliers de kilomètres de ceux-ci ont été construits en Amérique après la guerre, et le pipeline reliant la Libye à l'Italie a été construit dans les années 60. De grands gisements de gaz naturel ont également été découverts aux Pays-Bas. Ces deux faits expliquent la meilleure infrastructure d'utilisation du gaz naturel comprimé (GNC) et du gaz de pétrole liquéfié (GPL) comme carburant automobile dans ces deux pays. L'énorme importance stratégique que le gaz naturel commence à acquérir est confirmée par le fait suivant: lorsque Reagan a décidé de détruire «l'Empire du Mal» dans les années 80, il a opposé son veto à la fourniture d'équipements de haute technologie pour la construction d'un gazoduc de l'URSS vers l'Europe. Pour compenser les besoins européens, la construction d'un gazoduc entre le secteur norvégien de la mer du Nord et l'Europe continentale s'accélère et l'URSS est suspendue. À l'époque, les exportations de gaz étaient la principale source de devises fortes pour l'Union soviétique, et les pénuries aiguës résultant des mesures de Reagan ont rapidement conduit à des événements historiques bien connus au début des années 90.

Aujourd'hui, la Russie démocratique est un fournisseur majeur de gaz naturel pour les besoins énergétiques de l'Allemagne et un acteur mondial majeur dans ce domaine. Le gaz naturel a commencé à prendre de l'importance après deux crises pétrolières dans les années 70, et il est aujourd'hui l'une des principales ressources énergétiques d'importance géostratégique. Actuellement, le gaz naturel est le combustible le moins cher pour le chauffage, il est utilisé comme matière première dans l'industrie chimique, pour la production d'électricité, pour les appareils ménagers, et son «cousin» - le propane se trouve même dans des bouteilles contenant du déodorant comme déodorant. substitut aux composés fluorés qui appauvrissent la couche d’ozone. La consommation de gaz naturel augmente constamment et le réseau de gazoducs s'allonge. Quant aux infrastructures construites jusqu'à présent pour utiliser ce carburant dans les voitures, tout est loin derrière.

Nous vous avons déjà parlé des décisions étranges que les Japonais ont prises dans la production de carburant très nécessaire et rare pendant la Seconde Guerre mondiale, et avons également mentionné le programme de production d'essence synthétique en Allemagne. Cependant, on sait peu de choses sur le fait que pendant les maigres années de guerre en Allemagne, il y avait des voitures bien réelles qui roulaient sur ... du bois! Dans ce cas, ce n'est pas un retour à la bonne vieille machine à vapeur, mais des moteurs à combustion interne, conçus à l'origine pour fonctionner à l'essence. En fait, l'idée n'est pas très compliquée, mais elle nécessite l'utilisation d'un système de générateur de gaz encombrant, lourd et dangereux. Le charbon, le charbon de bois ou simplement le bois sont placés dans une centrale électrique spéciale et peu complexe. Au fond, ils brûlent en l'absence d'oxygène, et dans des conditions de température et d'humidité élevées, un gaz contenant du monoxyde de carbone, de l'hydrogène et du méthane est libéré. Il est ensuite refroidi, nettoyé et soufflé dans les collecteurs d'admission du moteur par un ventilateur pour être utilisé comme carburant. Bien sûr, les conducteurs de ces voitures remplissaient des fonctions complexes et difficiles de pompiers - la chaudière devait être périodiquement chargée et nettoyée, et les machines à fumer ressemblaient vraiment un peu à des locomotives à vapeur.

L'exploration des réservoirs de gaz nécessite aujourd'hui certaines des technologies les plus complexes au monde, et la production de gaz naturel et de pétrole est l'un des plus grands défis auxquels la science et la technologie sont confrontées. Ce fait est particulièrement pertinent aux États-Unis, où de plus en plus de méthodes non conventionnelles sont utilisées pour «aspirer» le gaz laissé par des champs anciens ou abandonnés, ainsi que pour extraire le gaz dit «dense». Les scientifiques estiment qu'il faudra désormais deux fois plus de forage pour produire du gaz au niveau technologique de 1985. L'efficacité des méthodes a été considérablement augmentée et le poids de l'équipement a été réduit de 75%. Des programmes informatiques de plus en plus sophistiqués sont utilisés pour analyser les données des gravimètres, des technologies sismiques et des satellites laser, sur la base desquels des cartes informatiques tridimensionnelles des dépôts dans les réservoirs sont créées. De plus, des images dites 4D ont été créées, grâce auxquelles il est possible de visualiser les formes et les mouvements des dépôts dans le temps. Cependant, les installations les plus avancées restent pour la production de gaz naturel en mer - seule une fraction du progrès humain dans ce domaine concerne les systèmes de positionnement mondial pour le forage, le forage ultra-profond, les pipelines au fond de l'océan et les systèmes de trou liquéfié. monoxyde de carbone et sable.

Le raffinage du pétrole pour produire des essences de haute qualité est une tâche beaucoup plus difficile que le raffinage des gaz. En revanche, le transport du gaz par voie maritime est beaucoup plus coûteux et compliqué. Les pétroliers de gaz de pétrole liquéfié sont de conception assez complexe, mais les méthaniers sont une création étonnante. Le butane se liquéfie à -2 degrés et le propane se liquéfie à -42 degrés, ou à une pression relativement basse. Cependant, la liquéfaction du méthane nécessite -165 degrés! Par conséquent, pour la construction de camions-citernes GPL, des stations de compression plus simples sont nécessaires que pour le gaz naturel et les réservoirs, qui sont conçus pour résister à des pressions pas particulièrement élevées de 20 à 25 bars. En revanche, les méthaniers sont équipés de systèmes de réfrigération en continu et de réservoirs super-isolés - en fait, ces colosses sont les plus grands réfrigérateurs cryogéniques au monde. Cependant, une partie du gaz a le temps de «s'échapper» de ces installations, mais un autre système le rattrape immédiatement et l'introduit dans les cylindres des moteurs du navire.

Pour les raisons ci-dessus, il est assez clair que déjà en 1927, la technologie a permis aux premiers réservoirs de propane-butane de survivre. C'est le travail de la société néerlandaise-anglaise Shell, qui à l'époque était déjà une entreprise géante. Son patron, Kessler, est une personne expérimentée et expérimentatrice qui rêve depuis longtemps d'utiliser l'énorme quantité de gaz qui a encore fui dans l'atmosphère ou brûlé dans les raffineries. Sur son idée et son initiative, le premier navire de mer d'une capacité de charge de 4700 tonnes a été créé pour transporter des gaz d'hydrocarbures aux dimensions exotiques et impressionnantes au-dessus des réservoirs de pont.

Cependant, il faudra encore trente-deux ans pour construire le premier méthanier Methane Pioneer, commandé par la compagnie gazière Constock International Methane Limited. Shell, qui dispose déjà d'une infrastructure stable pour la production et la distribution de GPL, a racheté l'entreprise et très bientôt deux énormes camions-citernes ont été construits - Shell a commencé à développer son activité de gaz naturel liquéfié. Lorsque les habitants de l'île anglaise de Conway, où l'entreprise construit des stockages de méthane, réalisent ce qui est réellement stocké et transporté sur leur île, ils sont choqués et effrayés, pensant (à juste titre) que les navires ne sont que des bombes géantes. Le problème de la sécurité était alors vraiment urgent, mais aujourd'hui, les pétroliers pour le transport du méthane liquéfié sont extrêmement sûrs et sont non seulement l'un des navires les plus sûrs, mais aussi l'un des navires les plus respectueux de l'environnement - incomparablement plus sûrs pour l'environnement que les pétroliers. Le plus gros client de la flotte de pétroliers est le Japon, qui n'a pratiquement pas de sources d'énergie locales, et la construction de gazoducs vers l'île est une entreprise très difficile. Le Japon possède également la plus grande flotte de véhicules à essence. Les principaux fournisseurs de gaz naturel liquéfié (GNL) sont aujourd'hui les États-Unis, Oman et le Qatar, au Canada.

Récemment, la production d'hydrocarbures liquides à partir du gaz naturel est devenue de plus en plus populaire. Il s'agit principalement d'un carburant diesel ultra pur fabriqué à partir de méthane et devrait croître à un rythme accéléré à l'avenir. Par exemple, la politique énergétique de Bush nécessite l'utilisation de sources d'énergie locales, et l'Alaska possède d'importants gisements de gaz naturel. Ces processus sont stimulés par des prix du pétrole plutôt élevés, qui créent des conditions préalables au développement de technologies coûteuses - GTL (Gas-to-Liquids) n'est que l'une d'entre elles.

Fondamentalement, GTL n'est pas une nouvelle technologie. Il a été créé dans les années 20 par les chimistes allemands Franz Fischer et Hans Tropsch, mentionnés dans les numéros précédents dans le cadre de leur programme de synthèse. Cependant, contrairement à l'hydrogénation destructive du charbon, les processus de combinaison de molécules légères en liaisons plus longues ont lieu ici. L'Afrique du Sud produit de tels carburants en quantités commerciales depuis les années 50. Cependant, leur intérêt s'est accru ces dernières années à la recherche de nouvelles opportunités pour réduire les émissions nocives de carburant aux États-Unis. Les majors pétrolières telles que BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol et Royal Dutch / Shell dépensent d'énormes sommes pour développer des technologies liées au GTL, et à la suite de ces événements, les questions politiques et sociales sont de plus en plus discutées face aux incitations. taxes sur les consommateurs de carburant propre. Ces carburants permettront à de nombreux consommateurs de carburant diesel de le remplacer par un carburant plus respectueux de l'environnement et réduiront les coûts des constructeurs automobiles pour atteindre de nouveaux niveaux d'émissions nocives établis par la loi. Des tests approfondis récents montrent que les carburants GTL réduisent le monoxyde de carbone de 90%, les hydrocarbures de 63% et la suie de 23% sans avoir besoin de filtres à particules. De plus, la nature de ce carburant à faible teneur en soufre permet l'utilisation de catalyseurs supplémentaires qui peuvent réduire davantage les émissions nocives des véhicules.

Un avantage important du carburant GTL est qu'il peut être utilisé directement dans les moteurs diesel sans aucune modification des unités. Ils peuvent également être mélangés avec des carburants contenant 30 à 60 ppm de soufre. Contrairement au gaz naturel et aux gaz de pétrole liquéfiés, il n'est pas nécessaire de modifier l'infrastructure de transport existante pour transporter des carburants liquides. Selon le président de Rentech, Denis Yakubson, ce type de carburant pourrait idéalement compléter le potentiel économique écologique des moteurs diesel, et Shell construit actuellement une grande usine de 22,3 milliards de dollars au Qatar avec une capacité nominale de XNUMX millions de litres de carburant synthétique par jour. . Le plus gros problème avec ces carburants est l'énorme investissement requis dans de nouvelles installations et le processus généralement coûteux pour les fabriquer.

Biogaz

Cependant, la source de méthane n'est pas uniquement constituée de gisements souterrains. En 1808, Humphrey Davy a expérimenté la paille placée dans une cornue à vide et produit du biogaz contenant principalement du méthane, du dioxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'azote. Daniel Defoe parle également du biogaz dans son roman "Lost Island". Cependant, l'histoire de cette idée est encore plus ancienne - au 1776 siècle, Jan Baptita Van Helmont pensait que des gaz combustibles pouvaient être obtenus à partir de la décomposition de substances organiques, et le comte Alexander Volta (le créateur de la batterie) est également arrivé à des conclusions similaires en 1859. La première usine de biogaz a commencé à fonctionner à Bombay et a été mise en place la même année qu'Edwin Drake a réalisé le premier forage pétrolier réussi. Une usine indienne recycle les matières fécales et fournit du gaz pour les lampadaires.

Il faudra beaucoup de temps avant que les processus chimiques de production de biogaz soient bien compris et étudiés. Cela n'est devenu possible que dans les années 30 du XXe siècle et est le résultat d'un bond dans le développement de la microbiologie. Il s'avère que ce processus est causé par des bactéries anaérobies, qui sont l'une des plus anciennes formes de vie sur Terre. Ils «broient» la matière organique dans un environnement anaérobie (la décomposition aérobie nécessite beaucoup d'oxygène et génère de la chaleur). De tels processus se produisent également naturellement dans les marécages, les marais, les rizières, les lagunes couvertes, etc. RÉ.

Les systèmes de production de biogaz modernes sont de plus en plus populaires dans certains pays, et la Suède est un leader à la fois dans la production de biogaz et dans la production de véhicules adaptés pour fonctionner avec lui. Les usines de synthèse utilisent des biogénérateurs spécialement conçus - des dispositifs relativement peu coûteux et simples qui créent un environnement approprié pour les bactéries qui, selon leur type, «fonctionnent» le plus efficacement à des températures allant de 40 à 60 degrés. Les produits finaux des usines de biogaz, en plus du gaz, contiennent également des composés riches en ammoniac, phosphore et autres éléments, appropriés pour une utilisation en agriculture comme engrais pour le sol.

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