Alternatif Pandu Uji: BAHAGIAN 1 - Industri Gas
Pada tahun 70-an, Wilhelm Maybach bereksperimen dengan pelbagai reka bentuk enjin pembakaran dalaman, mengubah mekanisme dan memikirkan aloi yang paling sesuai untuk pengeluaran bahagian-bahagian individu. Dia sering tertanya-tanya bahan pembakaran yang mana yang paling sesuai untuk digunakan dalam mesin haba.
Pada tahun 70-an, Wilhelm Maybach bereksperimen dengan pelbagai reka bentuk enjin pembakaran dalaman, mengubah mekanisme dan memikirkan aloi yang paling sesuai untuk pengeluaran bahagian-bahagian individu. Dia sering tertanya-tanya bahan pembakaran yang mana yang paling sesuai untuk digunakan dalam mesin haba.
Pada tahun 1875, semasa dia menjadi pekerja Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach memutuskan untuk menguji sama ada dia boleh menjalankan enjin gas pada bahan api cecair - lebih tepat lagi, pada petrol. Dia terfikir untuk memeriksa apa yang akan berlaku jika dia menutup batang gas dan sebaliknya meletakkan sehelai kain yang direndam dalam petrol di hadapan pancarongga masuk. Enjin tidak berhenti, tetapi terus berfungsi sehingga ia "menghisap" semua cecair dari tisu. Ini adalah bagaimana idea "karburator" improvisasi pertama dilahirkan, dan selepas penciptaan kereta, petrol menjadi bahan api utama untuknya.
Saya menceritakan kisah ini untuk mengingatkan anda bahawa sebelum petrol muncul sebagai alternatif untuk bahan bakar, enjin pertama menggunakan gas sebagai bahan bakar. Kemudian mengenai penggunaan (pencahayaan) gas untuk pencahayaan, diperoleh dengan kaedah yang tidak diketahui hari ini, tetapi dengan memproses arang batu. Enjin, dicipta oleh Swiss Isaac de Rivak, enjin Ethylene Lenoir kelas industri "aspirated natural" (tanpa kompresi) pertama sejak tahun 1862, dan unit empat lejang klasik yang dicipta oleh Otto tidak lama kemudian, menggunakan gas.
Di sini adalah perlu untuk menyebut perbezaan antara gas asli dan gas petroleum cecair. Gas asli mengandungi 70 hingga 98% metana, dengan selebihnya adalah gas organik dan bukan organik yang lebih tinggi seperti etana, propana dan butana, karbon monoksida dan lain-lain. Minyak juga mengandungi gas dalam perkadaran yang berbeza-beza, tetapi gas ini dibebaskan melalui penyulingan pecahan atau dihasilkan oleh beberapa proses sampingan di kilang penapisan. Medan gas sangat berbeza - gas tulen atau "kering" (iaitu, mengandungi terutamanya metana) dan "basah" (mengandungi metana, etana, propana, beberapa gas lain yang lebih berat, dan juga "petrol" - cecair ringan, pecahan yang sangat berharga) . Jenis minyak juga berbeza, dan kepekatan gas di dalamnya boleh sama ada lebih rendah atau lebih tinggi. Medan sering digabungkan - gas naik di atas minyak dan bertindak sebagai "topi gas". Komposisi "topi" dan medan minyak utama termasuk bahan yang disebutkan di atas, dan pelbagai pecahan, secara kiasan, "mengalir" antara satu sama lain. Metana yang digunakan sebagai bahan api kenderaan "berasal" daripada gas asli, dan campuran propana-butana yang kita ketahui berasal dari kedua-dua medan gas asli dan medan minyak. Kira-kira 6% daripada gas asli dunia dihasilkan daripada deposit arang batu, yang selalunya disertai dengan deposit gas.
Propana-butana muncul di tempat kejadian dengan cara yang agak paradoks. Pada tahun 1911, seorang pelanggan syarikat minyak Amerika yang marah memerintahkan rakannya, ahli kimia terkenal Dr Snelling, untuk mengetahui sebab-sebab kejadian misteri itu. Sebab kemarahan pelanggan adalah kerana pelanggan terkejut apabila mengetahui bahawa separuh tangki stesen minyak itu baru diisi. Ford Dia hilang dengan cara yang tidak diketahui semasa perjalanan singkat ke rumahnya. Tangki itu tidak mengalir entah dari mana ... Selepas banyak eksperimen, Dr. Snelling mendapati bahawa sebab misteri itu adalah kandungan gas propana dan butana yang tinggi dalam bahan bakar, dan tidak lama kemudian, dia mengembangkan kaedah praktikal suling pertama mereka. Oleh kerana kemajuan asas inilah Dr Snelling kini dianggap sebagai "bapa" industri ini.
Jauh lebih awal, sekitar 3000 tahun yang lalu, para gembala menemui "mata air yang menyala" di Gunung Paranas di Yunani. Kemudian, sebuah kuil dengan tiang-tiang yang menyala dibina di tempat "suci" ini, dan oracle Delphius membaca doanya di hadapan koloseus yang megah, menyebabkan orang-orang merasakan rasa pendamaian, ketakutan dan kekaguman. Hari ini, sebahagian daripada kisah cinta itu hilang kerana kita tahu bahawa sumber nyalaan itu adalah metana (CH4) yang mengalir dari celah-celah batu yang berkaitan dengan kedalaman medan gas. Terdapat kebakaran serupa di banyak tempat di Iraq, Iran dan Azerbaijan di lepas pantai Laut Kaspia, yang juga telah terbakar selama berabad-abad dan telah lama dikenal sebagai "Api Abadi Parsi."
Bertahun-tahun kemudian, orang Cina juga menggunakan gas dari ladang, tetapi dengan tujuan yang sangat pragmatik - untuk memanaskan dandang besar dengan air laut dan mengeluarkan garam daripadanya. Pada tahun 1785, British mencipta kaedah untuk menghasilkan metana daripada arang batu (yang digunakan dalam enjin pembakaran dalaman pertama), dan pada awal abad kedua puluh, ahli kimia Jerman Kekule dan Stradonitz telah mempatenkan proses untuk menghasilkan bahan api cecair yang lebih berat daripadanya.
Pada tahun 1881, William Hart menggerudi telaga gas pertama di bandar Fredonia di Amerika. Hart memerhatikan buih-buih naik ke permukaan air di teluk berdekatan untuk masa yang lama dan memutuskan untuk menggali lubang dari tanah ke medan gas yang dicadangkan. Pada kedalaman sembilan meter di bawah permukaan, dia mencapai urat dari mana gas terpancut keluar, yang kemudiannya ditangkap, dan Syarikat Cahaya Gas Fredonia yang baru ditubuhkannya menjadi perintis dalam perniagaan gas. Walau bagaimanapun, di sebalik kejayaan Hart, gas pencahayaan yang digunakan pada abad ke-XNUMX diekstrak terutamanya daripada arang batu dengan kaedah yang diterangkan di atas - terutamanya disebabkan oleh kekurangan potensi untuk membangunkan teknologi untuk mengangkut gas asli dari ladang.
Walau bagaimanapun, pengeluaran minyak komersil pertama sudah menjadi fakta ketika itu. Sejarah mereka bermula di Amerika Syarikat pada tahun 1859, dan ideanya adalah untuk menggunakan minyak yang diekstrak untuk menyuling minyak tanah untuk lampu dan minyak untuk enjin stim. Walaupun begitu, orang ramai berhadapan dengan kuasa pemusnah gas asli, dimampatkan selama beribu-ribu tahun di dalam perut bumi. Perintis kumpulan Edwin Drake hampir mati semasa penggerudian tiba-tiba pertama berhampiran Titusville, Pennsylvania, apabila gas bocor dari pelanggaran itu, kebakaran gergasi berlaku, yang memusnahkan semua peralatan. Hari ini, eksploitasi medan minyak dan gas disertai dengan sistem langkah khas untuk menyekat aliran bebas gas mudah terbakar, tetapi kebakaran dan letupan tidak jarang berlaku. Walau bagaimanapun, gas yang sama dalam banyak kes digunakan sebagai sejenis "pam" yang menolak minyak ke permukaan, dan apabila tekanannya menurun, ahli minyak mula mencari dan menggunakan kaedah lain untuk mengekstrak "emas hitam".
Dunia gas hidrokarbon
Pada tahun 1885, empat tahun selepas penggerudian gas pertama William Hart, seorang lagi warga Amerika, Robert Bunsen, mencipta alat yang kemudiannya dikenali sebagai "penunu Bunsen". Ciptaan ini berfungsi untuk dos dan mencampurkan gas dan udara dalam perkadaran yang sesuai, yang kemudiannya boleh digunakan untuk pembakaran yang selamat - pembakar inilah yang hari ini menjadi asas muncung oksigen moden untuk dapur dan peralatan pemanasan. Ciptaan Bunsen membuka kemungkinan baru untuk penggunaan gas asli, tetapi walaupun saluran paip gas pertama dibina seawal tahun 1891, bahan api biru tidak mendapat kepentingan komersial sehingga Perang Dunia II.
Semasa perang, kaedah pemotongan dan kimpalan yang boleh dipercayai telah dicipta, yang memungkinkan untuk membina saluran paip gas logam yang selamat. Beribu-ribu kilometer daripadanya dibina di Amerika selepas perang, dan saluran paip dari Libya ke Itali dibina pada tahun 60-an. Deposit besar gas asli juga telah ditemui di Belanda. Kedua-dua fakta ini menjelaskan infrastruktur yang lebih baik untuk menggunakan gas asli termampat (CNG) dan gas petroleum cecair (LPG) sebagai bahan api kenderaan di kedua-dua negara ini. Kepentingan strategik yang sangat besar yang mula diperolehi oleh gas asli disahkan oleh fakta berikut - apabila Reagan memutuskan untuk memusnahkan "Empayar Jahat" pada tahun 80-an, dia memveto bekalan peralatan berteknologi tinggi untuk pembinaan saluran paip gas dari USSR ke Eropah. Untuk mengimbangi keperluan Eropah, pembinaan saluran paip gas dari sektor Norway di Laut Utara ke tanah besar Eropah semakin pantas, dan USSR tergantung. Pada masa itu, eksport gas adalah sumber utama mata wang keras untuk Kesatuan Soviet, dan kekurangan teruk akibat daripada langkah-langkah Reagan tidak lama kemudian membawa kepada peristiwa sejarah yang terkenal pada awal 90-an.
Hari ini, Rusia demokratik ialah pembekal utama gas asli kepada keperluan tenaga Jerman dan pemain global utama dalam bidang ini. Kepentingan gas asli mula berkembang selepas dua krisis minyak pada tahun 70-an, dan hari ini ia merupakan salah satu sumber tenaga utama yang mempunyai kepentingan geostrategik. Pada masa ini, gas asli adalah bahan api termurah untuk pemanasan, digunakan sebagai bahan mentah dalam industri kimia, untuk penjanaan elektrik, untuk perkakas rumah, dan propana "sepupunya" bahkan boleh didapati dalam botol deodoran sebagai deodoran. menggantikan sebatian fluorin yang merosakkan ozon. Penggunaan gas asli sentiasa berkembang, dan rangkaian saluran paip gas semakin panjang. Bagi infrastruktur yang dibina setakat ini untuk kegunaan bahan api ini dalam kereta, semuanya jauh ketinggalan.
Kami telah memberitahu anda tentang keputusan aneh yang dibuat oleh Jepun dalam pengeluaran bahan api yang sangat diperlukan dan terhad semasa Perang Dunia Kedua, dan juga menyebut program untuk pengeluaran petrol sintetik di Jerman. Walau bagaimanapun, sedikit yang diketahui tentang fakta bahawa pada tahun-tahun perang kurus di Jerman terdapat kereta yang agak nyata berjalan di atas ... kayu! Dalam kes ini, ini bukan kembali kepada enjin stim lama yang baik, tetapi enjin pembakaran dalaman, yang pada asalnya direka untuk menggunakan petrol. Sebenarnya, idea itu tidak begitu rumit, tetapi memerlukan penggunaan sistem penjana gas yang besar, berat dan berbahaya. Arang batu, arang atau hanya kayu diletakkan di loji janakuasa khas dan tidak terlalu kompleks. Di bahagian bawahnya, mereka terbakar tanpa ketiadaan oksigen, dan dalam keadaan suhu dan kelembapan yang tinggi, gas dibebaskan yang mengandungi karbon monoksida, hidrogen dan metana. Ia kemudiannya disejukkan, dibersihkan dan disuapkan oleh kipas ke dalam manifold masuk enjin untuk digunakan sebagai bahan api. Sudah tentu, pemandu mesin ini melakukan fungsi pemadam kebakaran yang kompleks dan sukar - dandang perlu dicas dan dibersihkan secara berkala, dan mesin merokok benar-benar kelihatan seperti lokomotif wap.
Hari ini, penerokaan gas memerlukan beberapa teknologi paling canggih di dunia, dan pengekstrakan gas asli dan minyak merupakan salah satu cabaran terbesar yang dihadapi oleh sains dan teknologi. Fakta ini adalah benar terutamanya di AS, di mana semakin banyak kaedah tidak konvensional digunakan untuk "menghisap" gas yang ditinggalkan di ladang lama atau terbiar, serta mengekstrak gas yang dipanggil "ketat". Menurut saintis, kini ia akan mengambil dua kali lebih banyak penggerudian untuk menghasilkan gas pada tahap teknologi pada tahun 1985. Kecekapan kaedah sangat meningkat, dan berat peralatan telah dikurangkan sebanyak 75%. Program komputer yang semakin canggih digunakan untuk menganalisis data daripada gravimeter, teknologi seismik dan satelit laser, dari mana peta takungan berkomputer tiga dimensi dicipta. Imej 4D yang dipanggil juga telah dicipta, berkat yang memungkinkan untuk menggambarkan bentuk dan pergerakan deposit dari masa ke masa. Walau bagaimanapun, kemudahan tercanggih kekal untuk pengeluaran gas asli luar pesisir—hanya sebahagian kecil daripada kemajuan manusia di kawasan ini—sistem kedudukan global untuk penggerudian, penggerudian ultra dalam, saluran paip dasar laut dan sistem pelepasan cecair. karbon monoksida dan pasir.
Menapis minyak untuk menghasilkan petrol berkualiti tinggi adalah tugas yang lebih kompleks daripada menapis gas. Sebaliknya, mengangkut gas melalui laut jauh lebih mahal dan kompleks. Kapal tangki LPG agak rumit dalam reka bentuk, tetapi pembawa LNG adalah ciptaan yang menakjubkan. Butana mencair pada -2 darjah, manakala propana mencairkan pada -42 darjah atau tekanan yang agak rendah. Walau bagaimanapun, ia mengambil masa -165 darjah untuk mencairkan metana! Akibatnya, pembinaan lori tangki LPG memerlukan stesen pemampat yang lebih mudah daripada gas asli dan tangki yang direka bentuk untuk menahan tekanan yang tidak terlalu tinggi iaitu 20-25 bar. Sebaliknya, kapal tangki gas asli cecair dilengkapi dengan sistem penyejukan berterusan dan tangki super-penebat - sebenarnya, colossi ini adalah peti sejuk kriogenik terbesar di dunia. Walau bagaimanapun, sebahagian daripada gas berjaya "meninggalkan" pemasangan ini, tetapi sistem lain segera menangkapnya dan memasukkannya ke dalam silinder enjin kapal.
Atas sebab-sebab di atas, agak difahami bahawa pada tahun 1927 teknologi membenarkan tangki propana-butana pertama untuk bertahan. Ini adalah hasil kerja Dutch-English Shell, yang pada masa itu sudah menjadi syarikat gergasi. Bosnya Kessler ialah seorang yang maju dan seorang penguji yang telah lama bermimpi untuk menggunakan dalam beberapa cara jumlah besar gas yang setakat ini bocor ke atmosfera atau terbakar di kilang penapisan minyak. Atas idea dan inisiatif beliau, kapal luar pesisir pertama dengan kapasiti tampung 4700 tan telah dicipta untuk mengangkut gas hidrokarbon dengan dimensi yang kelihatan eksotik dan mengagumkan di atas tangki dek.
Walau bagaimanapun, tiga puluh dua tahun lagi diperlukan untuk membina pembawa metana Methane Pioneer yang pertama, dibina atas perintah syarikat gas Constock International Methane Limited. Shell, yang sudah mempunyai infrastruktur yang stabil untuk pengeluaran dan pengedaran LPG, membeli syarikat ini, dan tidak lama kemudian dua lagi kapal tangki besar telah dibina - Shell mula membangunkan perniagaan gas asli cecair. Apabila penduduk pulau Conway Inggeris, di mana syarikat sedang membina kemudahan penyimpanan metana, menyedari apa yang sebenarnya disimpan dan diangkut ke pulau mereka, mereka terkejut dan takut, berfikir (dan memang betul) bahawa kapal-kapal itu hanyalah bom gergasi. Kemudian masalah keselamatan benar-benar relevan, tetapi hari ini kapal tangki untuk pengangkutan metana cecair sangat selamat dan bukan sahaja salah satu yang paling selamat, tetapi juga salah satu kapal laut yang paling mesra alam - jauh lebih selamat untuk alam sekitar daripada kapal tangki minyak. Pelanggan terbesar armada kapal tangki ialah Jepun, yang hampir tidak mempunyai sumber tenaga tempatan, dan pembinaan saluran paip gas ke pulau itu adalah satu usaha yang sangat sukar. Jepun juga mempunyai "taman" terbesar kenderaan gas. Pembekal utama gas asli cecair (LNG) hari ini ialah Amerika Syarikat, Oman dan Qatar, Kanada.
Baru-baru ini, perniagaan menghasilkan hidrokarbon cecair daripada gas asli semakin popular. Ini terutamanya bahan api diesel ultra-bersih yang disintesis daripada metana, dan industri ini dijangka berkembang pada kadar yang dipercepatkan pada masa hadapan. Sebagai contoh, dasar tenaga Bush memerlukan penggunaan sumber tenaga tempatan, dan Alaska mempunyai deposit gas asli yang besar. Proses ini dirangsang oleh harga minyak yang agak tinggi, yang mewujudkan prasyarat untuk pembangunan teknologi mahal - GTL (Gas-to-Liquid) hanyalah salah satu daripadanya.
Pada asasnya, GTL bukanlah teknologi baharu. Ia dicipta pada tahun 20-an oleh ahli kimia Jerman Franz Fischer dan Hans Tropsch, yang disebut dalam keluaran sebelumnya sebagai sebahagian daripada program sintetik mereka. Walau bagaimanapun, berbeza dengan penghidrogenan arang batu yang merosakkan, proses penyatuan molekul cahaya menjadi ikatan yang lebih panjang berlaku di sini. Afrika Selatan telah menghasilkan bahan api sedemikian pada skala perindustrian sejak tahun 50-an. Walau bagaimanapun, minat terhadap mereka telah berkembang sejak beberapa tahun kebelakangan ini untuk mencari peluang baharu untuk mengurangkan pelepasan bahan api berbahaya di Amerika Syarikat. Syarikat minyak utama seperti BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol dan Royal Dutch/Shell membelanjakan sejumlah besar untuk membangunkan teknologi berkaitan GTL, dan hasil daripada perkembangan ini, aspek politik dan sosial semakin dibincangkan dalam menghadapi insentif. cukai ke atas pengguna bahan api bersih. Bahan api ini akan membolehkan ramai pengguna bahan api diesel menggantikannya dengan lebih mesra alam dan akan mengurangkan kos kepada syarikat kereta untuk memenuhi tahap baharu pelepasan berbahaya yang ditetapkan oleh undang-undang. Ujian mendalam baru-baru ini menunjukkan bahawa bahan api GTL mengurangkan karbon monoksida sebanyak 90%, hidrokarbon sebanyak 63% dan jelaga sebanyak 23% tanpa memerlukan penapis zarah diesel. Selain itu, bahan api ini mempunyai sifat sulfur yang rendah membolehkan penggunaan pemangkin tambahan yang dapat mengurangkan lagi pelepasan kenderaan.
Kelebihan penting dari bahan bakar GTL adalah ia dapat digunakan secara langsung dalam mesin diesel tanpa modifikasi pada unit. Mereka juga boleh dicampurkan dengan bahan bakar yang mengandung 30 hingga 60 ppm sulfur. Tidak seperti gas asli dan gas petroleum cecair, tidak perlu mengubah infrastruktur pengangkutan yang ada untuk mengangkut bahan bakar cair. Menurut Presiden Rentech, Denis Yakubson, jenis bahan bakar ini idealnya dapat melengkapi potensi ekonomi enjin diesel yang ramah lingkungan, dan Shell saat ini sedang membangun sebuah kilang bernilai $ 22,3 miliar di Qatar dengan kapasiti reka bentuk XNUMX juta liter bahan bakar sintetik per hari. ... Masalah terbesar dengan bahan bakar ini berpunca dari pelaburan besar yang diperlukan dalam kemudahan baru dan proses pengeluaran yang biasanya mahal.
Biogas
Walau bagaimanapun, sumber metana bukan sahaja mendapan di bawah tanah. Pada tahun 1808 Humphry Davy bereksperimen dengan jerami yang diletakkan dalam retort vakum dan menghasilkan biogas yang mengandungi terutamanya metana, karbon dioksida, hidrogen dan nitrogen. Daniel Defoe juga bercakap tentang biogas dalam novelnya tentang "pulau yang hilang". Walau bagaimanapun, sejarah idea ini lebih lama - pada abad ke-1776, Jan Baptita Van Helmont percaya bahawa gas mudah terbakar boleh diperoleh daripada penguraian bahan organik, dan Count Alexander Volta (pencipta bateri) juga membuat kesimpulan yang sama pada tahun 1859. Loji biogas pertama mula beroperasi di Bombay dan ditubuhkan pada tahun yang sama Edwin Drake menghasilkan penggerudian minyak pertama yang berjaya. Sebuah loji India memproses najis dan membekalkan gas untuk lampu jalan.
Ini akan memakan masa yang lama sebelum proses kimia dalam pengeluaran biogas difahami dan dikaji secara menyeluruh. Ini menjadi mungkin hanya pada 30-an abad XX dan merupakan hasil daripada lonjakan perkembangan mikrobiologi. Ternyata proses ini disebabkan oleh bakteria anaerob, yang merupakan salah satu bentuk kehidupan tertua di Bumi. Mereka "mengisar" bahan organik dalam persekitaran anaerob (penguraian aerobik memerlukan banyak oksigen dan menghasilkan haba). Proses sedemikian juga berlaku secara semula jadi di rawa, rawa, sawah, lagun tertutup, dll.
Sistem pengeluaran biogas moden semakin popular di sesetengah negara, dan Sweden adalah peneraju dalam pengeluaran biogas dan kenderaan yang disesuaikan untuk menjalankannya. Unit sintesis menggunakan biogenerator yang direka khas, peranti yang agak murah dan mudah yang mewujudkan persekitaran yang sesuai untuk bakteria, yang, bergantung pada jenisnya, "berfungsi" dengan paling cekap pada suhu antara 40 hingga 60 darjah. Hasil akhir loji biogas, selain gas, juga mengandungi sebatian yang kaya dengan ammonia, fosforus dan unsur-unsur lain yang sesuai untuk digunakan dalam pertanian sebagai baja tanah.
