Алтернативи за тест драйв: ЧАСТ 1 - Газова индустрия

През 70-те години Вилхелм Майбах експериментира с различни конструкции на двигатели с вътрешно горене, променя механизмите и мисли за най-подходящите сплави за производството на отделни части. Той често се чуди кое от известните тогава горими вещества би било най-подходящо за използване в топлинни машини.

През 70-те години Вилхелм Майбах експериментира с различни конструкции на двигатели с вътрешно горене, променя механизмите и мисли за най-подходящите сплави за производството на отделни части. Той често се чуди кое от известните тогава горими вещества би било най-подходящо за използване в топлинни машини.

През 1875 г., когато е служител на Gasmotorenfabrik Deutz, Вилхелм Майбах решава да провери дали може да задвижва газов двигател с течно гориво - по-точно с бензин. Хрумна му да провери какво ще стане, ако затвори газовия кран и вместо това постави парче плат, напоено с бензин пред всмукателния колектор. Двигателят не спира, а продължава да работи, докато „изсмуче“ цялата течност от тъканта. Така се ражда идеята за първия импровизиран "карбуратор", а след създаването на автомобила основно гориво за него става бензина.

Разказвам тази история, за да ви напомня, че преди бензинът да се появи като алтернатива на горивото, първите двигатели са използвали газ като гориво. Тогава ставаше дума за използването на (осветление) газ за осветление, получен по методи, които не са известни днес, а чрез преработка на въглища. Двигателят, изобретен от швейцареца Исак де Ривак, първият "атмосферен" (некомпресиран) двигател от етилен леноар от индустриален клас от 1862 г. и класическият четиритактов агрегат, създаден от Ото малко по-късно, работи на газ.

Тук е необходимо да се спомене разликата между природния газ и втечнения нефтен газ. Природният газ съдържа от 70 до 98% метан, а останалото са висши органични и неорганични газове като етан, пропан и бутан, въглероден окис и др. Петролът също съдържа газове в различни пропорции, но тези газове се отделят чрез фракционна дестилация или се произвеждат от някои странични процеси в рафинериите. Газовите находища са много различни - чист газ или "сух" (т.е. съдържащ главно метан) и "мокър" (съдържащ метан, етан, пропан, някои други по-тежки газове и дори "бензин" - лека течност, много ценни фракции) . Видовете масла също са различни и концентрацията на газове в тях може да бъде както по-ниска, така и по-висока. Находищата често са комбинирани - газът се издига над петрола и действа като "газова шапка". В състава на „шапката” и основното нефтено находище влизат споменатите по-горе вещества, а различни фракции, образно казано, „преливат” една в друга. Метанът, използван като гориво за превозни средства, „идва“ от природен газ, а сместа от пропан-бутан, която познаваме, идва както от находища на природен газ, така и от нефтени находища. Около 6% от световния природен газ се произвежда от находища на въглища, които често са придружени от находища на газ.

Пропан-бутанът се появява на сцената по някакъв парадоксален начин. През 1911 г. възмутен американски клиент на петролна компания инструктира своя приятел, известния химик д -р Снелинг, да разбере причините за мистериозното събитие. Причината за възмущението на клиента е, че клиентът е изненадан да разбере, че половината от резервоара на бензиностанцията току -що е бил напълнен. Форд Тя изчезна по неизвестен начин по време на кратко пътуване до дома му. Резервоарът не тече от нищото ... След много експерименти д -р Снелинг открива, че причината за мистерията е високото съдържание на пропан и бутанови газове в горивото и скоро след това той разработва първите практически методи за дестилация тях. Именно поради тези фундаментални постижения д -р Снелинг сега се счита за „баща“ на индустрията.

Много по-рано, преди около 3000 години, овчарите открили „пламтящ извор“ на планината Паранас в Гърция. По-късно на това „свещено“ място е построен храм с пламтящи колони и оракулът Делфий чете молитвите си пред величествения колос, карайки хората да изпитват чувство на помирение, страх и възхищение. Днес част от тази романтика е загубена, защото знаем, че източникът на пламъка е метан (CH4), изтичащ от пукнатини в скали, свързани с дълбините на газовите полета. Подобни пожари има на много места в Ирак, Иран и Азербайджан край бреговете на Каспийско море, които също горят от векове и отдавна са известни като „Вечните пламъци на Персия“.

Много години по-късно китайците също използват газове от находищата, но с много прагматична цел - да загряват големи котли с морска вода и да добиват сол от нея. През 1785 г. британците създават метод за производство на метан от въглища (който се използва в първите двигатели с вътрешно горене), а в началото на ХХ век немските химици Кекуле и Страдониц патентоват процес за производство на по-тежко течно гориво от него.

През 1881 г. Уилям Харт пробива първия газов кладенец в американския град Фредония. Харт дълго време наблюдаваше как мехурчетата се издигат на повърхността на водата в близкия залив и реши да изкопае дупка от земята до предложеното газово находище. На дълбочина от девет метра под повърхността той достига до вена, от която извира газ, която по-късно улавя и новосъздадената му Fredonia Gas Light Company става пионер в газовия бизнес. Въпреки пробива на Харт обаче, газът за осветление, използван през XNUMX-ти век, се извлича главно от въглища по описания по-горе метод - главно поради липсата на потенциал за разработване на технологии за транспортиране на природен газ от находища.

Тогава обаче вече е факт първото търговско производство на петрол. Историята им започва в САЩ през 1859 г., като идеята е извлеченият нефт да се използва за дестилация на керосин за осветление и масла за парни машини. Още тогава хората са били изправени пред разрушителната сила на природния газ, компресиран в продължение на хиляди години в недрата на земята. Пионерите от групата на Едуин Дрейк почти загинаха по време на първото импровизирано сондиране близо до Титусвил, Пенсилвания, когато от пробива изтече газ, избухна огромен пожар, който отнесе цялото оборудване. Днес експлоатацията на нефтени и газови находища е придружена от система от специални мерки за блокиране на свободния поток на горим газ, но пожарите и експлозиите не са рядкост. Същият газ обаче в много случаи се използва като своеобразна „помпа“, която изтласква петрола на повърхността и когато налягането му падне, нефтените производители започват да търсят и използват други методи за извличане на „черно злато“.

Светът на въглеводородните газове

През 1885 г., четири години след първия газов сондаж на Уилям Харт, друг американец, Робърт Бунзен, изобретява устройство, което по-късно става известно като "горелката на Бунзен". Изобретението служи за дозиране и смесване на газ и въздух в подходящо съотношение, което след това може да се използва за безопасно изгаряне - именно тази горелка днес е в основата на съвременните кислородни дюзи за печки и отоплителни уреди. Изобретението на Бунзен открива нови възможности за използването на природния газ, но въпреки че първият газопровод е построен още през 1891 г., синьото гориво придобива търговско значение едва през Втората световна война.

По време на войната бяха създадени достатъчно надеждни методи за рязане и заваряване, което направи възможно изграждането на безопасни метални газопроводи. Хиляди километри от тях са построени в Америка след войната, а тръбопроводът от Либия до Италия е построен през 60-те години. Големи находища на природен газ са открити и в Холандия. Тези два факта обясняват по-добрата инфраструктура за използване на компресиран природен газ (CNG) и втечнен нефтен газ (LPG) като гориво за превозни средства в тези две страни. Огромното стратегическо значение, което природният газ започва да придобива, се потвърждава от следния факт – когато Рейгън решава да унищожи „Империята на злото“ през 80-те години, той налага вето върху доставката на високотехнологично оборудване за изграждането на газопровод от СССР към Европа. За да компенсира европейските нужди, изграждането на газопровод от норвежкия сектор на Северно море до континентална Европа се ускорява, а СССР виси. По това време износът на газ беше основният източник на твърда валута за Съветския съюз и сериозният недостиг, произтичащ от мерките на Рейгън, скоро доведе до добре известните исторически събития от началото на 90-те години.

Днес демократична Русия е основен доставчик на природен газ за енергийните нужди на Германия и основен глобален играч в тази област. Значението на природния газ започва да нараства след двете петролни кризи от 70-те години и днес той е един от основните енергийни ресурси с геостратегическо значение. В момента природният газ е най-евтиното гориво за отопление, използва се като суровина в химическата промишленост, за производство на електроенергия, за домакински уреди, а неговият „братовчед“ пропан може да се намери дори в бутилките с дезодоранти като дезодорант. заместител на озоноразрушаващите флуорни съединения. Потреблението на природен газ непрекъснато нараства, а газопроводната мрежа се удължава. Що се отнася до изградената досега инфраструктура за използването на това гориво в автомобилите, всичко е много назад.

Вече ви разказахме за странните решения, които японците взеха в производството на така необходимото и дефицитно гориво по време на Втората световна война, а също така споменахме програмата за производство на синтетичен бензин в Германия. Малко известен обаче е фактът, че в годините на бедната война в Германия е имало съвсем истински автомобили, движещи се на... дърво! В случая не става дума за връщане към добрата стара парна машина, а за двигатели с вътрешно горене, първоначално проектирани да работят с бензин. Всъщност идеята не е много сложна, но изисква използването на обемиста, тежка и опасна газогенераторна система. Въглища, дървени въглища или просто дърва се поставят в специална и не особено сложна централа. На дъното му те горят при липса на кислород, а при условия на висока температура и влажност се отделя газ, съдържащ въглероден окис, водород и метан. След това се охлажда, почиства и подава от вентилатор във всмукателните колектори на двигателя за използване като гориво. Разбира се, машинистите на тези машини изпълняваха сложните и тежки функции на нестинарите - котелът трябваше периодично да се зарежда и почиства, а димящите машини наистина приличаха малко на парни локомотиви.

Днес проучването на газ изисква някои от най-сложните технологии в света, а добивът на природен газ и петрол е едно от най-големите предизвикателства пред науката и технологиите. Този факт важи с особена сила за САЩ, където се използват все по-неконвенционални методи за "изсмукване" на газ, останал в стари или изоставени находища, както и за извличане на така наречения "тесен" газ. Според учените сега ще са необходими два пъти повече сондажи, за да се добие газ на нивото на технологиите от 1985 г. Ефективността на методите е значително повишена, а теглото на оборудването е намалено със 75%. Все по-сложни компютърни програми се използват за анализиране на данни от гравиметри, сеизмични технологии и лазерни сателити, от които се създават триизмерни компютъризирани карти на резервоари. Създадени са и така наречените 4D изображения, благодарение на които е възможно да се визуализират формите и движенията на отлаганията във времето. Остават обаче най-съвременните съоръжения за офшорно производство на природен газ – само част от човешкия напредък в тази област – системи за глобално позициониране за сондиране, свръхдълбоко сондиране, тръбопроводи на дъното на океана и системи за почистване на втечнени течности. въглероден окис и пясък.

Рафинирането на петрол за производство на висококачествен бензин е много по-сложна задача от рафинирането на газове. От друга страна транспортирането на газ по море е много по-скъпо и сложно. LPG танкерите са доста сложни по дизайн, но LNG превозвачите са зашеметяващо творение. Бутанът се втечнява при -2 градуса, докато пропанът се втечнява при -42 градуса или относително ниско налягане. За втечняване на метана обаче са необходими -165 градуса! Следователно конструкцията на танкери за LPG изисква по-прости компресорни станции, отколкото за природен газ и резервоари, които са проектирани да издържат на не особено високо налягане от 20-25 бара. За разлика от тях танкерите за втечнен природен газ са оборудвани със системи за непрекъснато охлаждане и суперизолирани резервоари – всъщност тези колоси са най-големите криогенни хладилници в света. Част от газа обаче успява да "напусне" тези инсталации, но друга система веднага го улавя и го подава в цилиндрите на двигателя на кораба.

Поради горепосочените причини е съвсем разбираемо, че още през 1927 г. технологията позволява на първите резервоари за пропан-бутан да оцелеят. Това е дело на холандско-английската Shell, която по това време вече е гигантска компания. Нейният шеф Кеслер е напреднал човек и експериментатор, който отдавна мечтае да използва по някакъв начин огромното количество газ, което досега е изтекло в атмосферата или е изгоряло в петролните рафинерии. По негова идея и инициатива е създаден първият офшорен кораб с товароподемност 4700 тона за превоз на въглеводородни газове с екзотични и внушителни размери над палубни резервоари.

Въпреки това са необходими още тридесет и две години, за да се построи първият превозвач на метан Methane Pioneer, построен по поръчка на газовата компания Constock International Methane Limited. Shell, която вече има стабилна инфраструктура за производство и разпространение на пропан-бутан, купи тази компания и много скоро бяха построени още два огромни танкера - Shell започна да развива бизнеса с втечнен природен газ. Когато жителите на английския остров Конуей, където компанията изгражда съоръжения за съхранение на метан, разбират какво всъщност се съхранява и транспортира до техния остров, те са шокирани и уплашени, мислейки (и с право), че корабите са просто гигантски бомби. Тогава проблемът с безопасността беше наистина актуален, но днес танкерите за превоз на втечнен метан са изключително безопасни и са не само едни от най-сигурните, но и едни от най-екологичните морски съдове – несравнимо по-безопасни за околната среда от петролните танкери. Най-големият клиент на танкерния флот е Япония, която практически няма местни енергийни източници, а изграждането на газопроводи до острова е много трудно начинание. Япония има и най-големия "парк" от газови автомобили. Основните доставчици на втечнен природен газ (LNG) днес са САЩ, Оман и Катар, Канада.

Напоследък бизнесът за производство на течни въглеводороди от природен газ става все по-популярен. Това е основно ултрачисто дизелово гориво, синтезирано от метан, и се очаква тази индустрия да се развива с ускорени темпове в бъдеще. Например, енергийната политика на Буш изисква използването на местни енергийни източници, а Аляска има големи находища на природен газ. Тези процеси се стимулират от относително високите цени на петрола, които създават предпоставки за развитие на скъпи технологии – GTL (Gas-to-Liquids) е само една от тях.

По принцип GTL не е нова технология. Създаден е през 20-те години на миналия век от немските химици Франц Фишер и Ханс Тропш, споменати в предишни броеве като част от тяхната синтетична програма. Въпреки това, за разлика от разрушителното хидрогениране на въглищата, тук протичат процесите на свързване на леки молекули в по-дълги връзки. Южна Африка произвежда такова гориво в индустриален мащаб от 50-те години на миналия век. Интересът към тях обаче нарасна през последните години в търсене на нови възможности за намаляване на вредните емисии на горива в САЩ. Големи петролни компании като BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol и Royal Dutch/Shell харчат огромни суми за разработване на технологии, свързани с GTL, и в резултат на тези развития политическите и социалните аспекти все повече се обсъждат в лицето на стимулите. данъци върху потребителите на чисто гориво. Тези горива ще позволят на много потребители на дизелово гориво да го заменят с по-екологично и ще намалят разходите на автомобилните компании, за да отговорят на новите нива на вредни емисии, определени от закона. Скорошни задълбочени тестове показват, че GTL горивата намаляват въглеродния окис с 90%, въглеводородите с 63% и саждите с 23%, без да са необходими филтри за дизелови частици. В допълнение, естеството на това гориво с ниско съдържание на сяра позволява използването на допълнителни катализатори, които могат допълнително да намалят емисиите от превозните средства.

Важно предимство на GTL горивото е, че то може да се използва директно в дизелови двигатели, без никакви модификации на агрегатите. Те могат също да се смесват с горива, съдържащи 30 до 60 ppm сяра. За разлика от природния газ и втечнените петролни газове, няма нужда да се модифицира съществуващата транспортна инфраструктура за транспортиране на течни горива. Според президента на Rentech Денис Якубсон този вид гориво би могло в идеалния случай да допълни екологичния икономически потенциал на дизеловите двигатели, а в момента Shell изгражда голям завод за 22,3 милиарда долара в Катар с конструктивен капацитет от XNUMX милиона литра синтетично гориво на ден. ... Най-големият проблем с тези горива произтича от огромните инвестиции, необходими за нови съоръжения и типично скъпия производствен процес.

Биогаз

Източникът на метан обаче не са само подземните находища. През 1808 г. Хъмфри Дейви експериментира със слама, поставена във вакуумна реторта, и произвежда биогаз, съдържащ главно метан, въглероден диоксид, водород и азот. Даниел Дефо също говори за биогаз в романа си за "изгубения остров". Историята на тази идея обаче е още по-стара - през 1776 век Ян Баптита Ван Хелмонт вярва, че горими газове могат да се получат от разлагането на органични вещества, а граф Александър Волта (създателят на батерията) също стига до подобни заключения през 1859г. Първата инсталация за биогаз започва работа в Бомбай и е създадена през същата година, в която Едуин Дрейк извършва първия успешен нефтен сондаж. Индийски завод преработва фекалии и доставя газ за улични лампи.

Ще отнеме много време, преди химическите процеси в производството на биогаз да бъдат напълно разбрани и проучени. Това стана възможно едва през 30-те години на XX век и е резултат от скок в развитието на микробиологията. Оказва се, че този процес се причинява от анаеробни бактерии, които са една от най-старите форми на живот на Земята. Те „смилат“ органични вещества в анаеробна среда (аеробното разлагане изисква много кислород и генерира топлина). Такива процеси се срещат естествено и в блата, блата, рисови полета, покрити лагуни и др.

Модерните системи за производство на биогаз стават все по-популярни в някои страни, а Швеция е лидер както в производството на биогаз, така и в превозните средства, адаптирани да работят с него. Блоковете за синтез използват специално проектирани биогенератори, относително евтини и прости устройства, които създават подходяща среда за бактериите, които в зависимост от вида си „работят“ най-ефективно при температури от 40 до 60 градуса. Крайните продукти на биогаз инсталациите, освен газ, съдържат и съединения, богати на амоняк, фосфор и други елементи, подходящи за използване в селското стопанство като почвени торове.