Testkjøringsalternativer: DEL 1 - Gassindustri
På 70-tallet eksperimenterte Wilhelm Maybach med forskjellige design av forbrenningsmotorer, endret mekanisme og tenkte på de mest passende legeringene for produksjon av individuelle deler. Han lurer ofte på hvilke av de da kjente brennbare stoffene som ville være mest egnet for bruk i varmemotorer.
På 70-tallet eksperimenterte Wilhelm Maybach med forskjellige design av forbrenningsmotorer, endret mekanisme og tenkte på de mest passende legeringene for produksjon av individuelle deler. Han lurer ofte på hvilke av de da kjente brennbare stoffene som ville være mest egnet for bruk i varmemotorer.
I 1875, da han var ansatt ved Gasmotorenfabrik Deutz, bestemte Wilhelm Maybach seg for å teste om han kunne kjøre en gassmotor på flytende drivstoff - nærmere bestemt på bensin. Det falt ham å sjekke hva som ville skje hvis han stengte gasskranen og i stedet la et tøystykke dynket i bensin foran inntaksmanifolden. Motoren stopper ikke, men fortsetter å jobbe til den "suger" all væsken fra vevet. Dette er hvordan ideen om den første improviserte "forgasseren" ble født, og etter opprettelsen av bilen ble bensin hoveddrivstoffet for den.
Jeg forteller denne historien for å minne deg om at før bensin var et alternativ til drivstoff, brukte de første motorene gass som drivstoff. Da handlet det om bruk av (belysning) gass til belysning, oppnådd ved metoder som ikke er kjent i dag, men ved prosessering av kull. Motoren, oppfunnet av sveitseren Isaac de Rivak, den første "naturlig aspirerte" (ukomprimerte) Ethylene Lenoir-motoren i industriell klasse siden 1862, og den klassiske firetaktsenheten opprettet av Otto litt senere, kjørte på bensin.
Her er det nødvendig å nevne forskjellen mellom naturgass og flytende petroleumsgass. Naturgass inneholder 70 til 98% metan, mens resten er høyere organiske og uorganiske gasser som etan, propan og butan, karbonmonoksid og andre. Olje inneholder også gasser i varierende proporsjoner, men disse gassene frigjøres gjennom fraksjonert destillasjon eller produseres ved noen sideprosesser i raffinerier. Gassfelt er veldig forskjellige - ren gass eller "tørr" (det vil si inneholder hovedsakelig metan) og "våt" (inneholder metan, etan, propan, noen andre tyngre gasser, og til og med "bensin" - lett væske, svært verdifulle fraksjoner) . Oljetypene er også forskjellige, og konsentrasjonen av gasser i dem kan enten være lavere eller høyere. Felt er ofte kombinert – gass stiger over oljen og fungerer som en «gasskappe». Sammensetningen av "hetten" og hovedoljefeltet inkluderer stoffene nevnt ovenfor, og forskjellige fraksjoner, billedlig talt, "flyter" inn i hverandre. Metanet som brukes som drivstoff for kjøretøy «kommer» fra naturgass, og propan-butanblandingen vi kjenner kommer fra både naturgassfelt og oljefelt. Omtrent 6 % av verdens naturgass produseres fra kullforekomster, som ofte er ledsaget av gassforekomster.
Propan-butan dukker opp på scenen på en litt paradoksal måte. I 1911 instruerte en opprørt amerikansk klient fra et oljeselskap sin venn, den berømte kjemikeren Dr. Snelling, om å finne ut årsakene til den mystiske hendelsen. Årsaken til kundens harme er at kunden er overrasket over å høre at halvparten av tankstasjonens tank nettopp er fylt. Ford Hun forsvant på ukjent måte under en kort tur til huset hans. Tanken renner ikke ut av ingenting ... Etter mange forsøk oppdaget Dr. Snelling at årsaken til mysteriet var det høye innholdet av propan og butangasser i drivstoffet, og like etter utviklet han de første praktiske metodene for destillering dem. Det er på grunn av disse grunnleggende fremskrittene at Dr. Snelling nå regnes som "far" til industrien.
Mye tidligere, for rundt 3000 år siden, oppdaget gjeter en "flammende kilde" på Paranas-fjellet i Hellas. Senere ble det bygget et tempel med flammende søyler på dette "hellige" stedet, og oraklet Delphius leste bønnene sine før den majestetiske kolossen, og fikk folk til å føle en følelse av forsoning, frykt og beundring. I dag er noe av den romantikken tapt fordi vi vet at kilden til flammen er metan (CH4) som strømmer fra sprekker i bergarter forbundet med dypet av gassfelt. Det er lignende branner mange steder i Irak, Iran og Aserbajdsjan utenfor kysten av Kaspihavet, som også har brent i århundrer og har lenge vært kjent som "De evige flammene i Persia."
Mange år senere brukte kineserne også gasser fra åkrene, men med et veldig pragmatisk formål – å varme opp store kjeler med sjøvann og utvinne salt fra det. I 1785 skapte britene en metode for å produsere metan fra kull (som ble brukt i de første forbrenningsmotorene), og på begynnelsen av det tjuende århundre patenterte de tyske kjemikerne Kekule og Stradonitz en prosess for å produsere tyngre flytende brensel fra det.
I 1881 boret William Hart den første gassbrønnen i den amerikanske byen Fredonia. Hart så boblene som steg opp til vannoverflaten i en nærliggende bukt i lang tid og bestemte seg for å grave et hull fra bakken til det foreslåtte gassfeltet. På ni meters dyp under overflaten nådde han en blodåre som det fosset ut gass fra, som han senere fanget, og hans nyopprettede Fredonia Gas Light Company ble en pioner innen gassbransjen. Til tross for Harts gjennombrudd ble imidlertid belysningsgassen som ble brukt på XNUMX-tallet utvunnet hovedsakelig fra kull etter metoden beskrevet ovenfor – hovedsakelig på grunn av mangelen på potensiale for å utvikle teknologier for transport av naturgass fra felt.
Den første kommersielle oljeproduksjonen var imidlertid et faktum allerede da. Historien deres begynte i USA i 1859, og tanken var å bruke den utvunnede oljen til å destillere parafin til belysning og oljer til dampmaskiner. Selv da ble folk møtt med den ødeleggende kraften til naturgass, komprimert i tusenvis av år i jordens tarm. Pionerene i Edwin Drakes gruppe døde nesten under den første improviserte boringen nær Titusville, Pennsylvania, da gass lekket ut fra bruddet, det brøt ut en gigantisk brann som bar bort alt utstyret. I dag er utnyttelsen av olje- og gassfelt ledsaget av et system med spesielle tiltak for å blokkere fri flyt av brennbar gass, men branner og eksplosjoner er ikke uvanlige. Imidlertid brukes den samme gassen i mange tilfeller som en slags "pumpe" som skyver olje til overflaten, og når trykket faller, begynner oljemenn å lete etter og bruke andre metoder for å utvinne "svart gull".
Verden av hydrokarbongasser
I 1885, fire år etter William Harts første gassboring, oppfant en annen amerikaner, Robert Bunsen, en enhet som senere ble kjent som «Bunsen-brenneren». Oppfinnelsen tjener til å dosere og blande gass og luft i passende proporsjoner, som deretter kan brukes for sikker forbrenning - det er denne brenneren som i dag er grunnlaget for moderne oksygendyser for komfyrer og varmeapparater. Bunsens oppfinnelse åpnet nye muligheter for bruk av naturgass, men selv om den første gassrørledningen ble bygget allerede i 1891, fikk blått drivstoff ikke kommersiell betydning før andre verdenskrig.
Det var under krigen at tilstrekkelig pålitelige metoder for skjæring og sveising ble opprettet, som gjorde det mulig å bygge sikre metallgassrørledninger. Tusenvis av kilometer av dem ble bygget i Amerika etter krigen, og rørledningen fra Libya til Italia ble bygget på 60-tallet. Store forekomster av naturgass er også oppdaget i Nederland. Disse to fakta forklarer den bedre infrastrukturen for bruk av komprimert naturgass (CNG) og flytende petroleumsgass (LPG) som drivstoff for kjøretøy i disse to landene. Den enorme strategiske betydningen naturgass begynner å få bekreftes av følgende faktum - da Reagan bestemte seg for å ødelegge "det onde imperiet" på 80-tallet, la han ned veto mot levering av høyteknologisk utstyr for bygging av en gassrørledning fra USSR til Europa. For å kompensere for europeiske behov akselererer byggingen av en gassrørledning fra den norske delen av Nordsjøen til det europeiske fastlandet, og USSR henger. På den tiden var gasseksport den viktigste kilden til hard valuta for Sovjetunionen, og den alvorlige mangelen som følge av Reagan-tiltakene førte snart til de velkjente historiske hendelsene på begynnelsen av 90-tallet.
I dag er det demokratiske Russland en stor leverandør av naturgass til Tysklands energibehov og en stor global aktør på dette området. Betydningen av naturgass begynte å vokse etter de to oljekrisene på 70-tallet, og i dag er den en av de viktigste energiressursene av geostrategisk betydning. For tiden er naturgass det billigste drivstoffet for oppvarming, brukes som råstoff i den kjemiske industrien, til elektrisitetsproduksjon, til husholdningsapparater, og dens "kusine" propan kan til og med finnes i deodorantflasker som en deodorant. erstatning for ozonnedbrytende fluorforbindelser. Forbruket av naturgass vokser stadig, og gassrørnettet blir lengre. Når det gjelder infrastrukturen som er bygget så langt for bruk av dette drivstoffet i biler, ligger alt langt bak.
Vi har allerede fortalt deg om de merkelige avgjørelsene som japanerne tok i produksjonen av sårt tiltrengt og knappe drivstoff under andre verdenskrig, og også nevnt programmet for produksjon av syntetisk bensin i Tyskland. Det er imidlertid lite kjent om at det i de magre krigsårene i Tyskland var ganske ekte biler som kjørte på ... tre! I dette tilfellet er dette ikke en retur til den gode gamle dampmaskinen, men forbrenningsmotorer, opprinnelig designet for å gå på bensin. Faktisk er ideen ikke veldig komplisert, men krever bruk av et klumpete, tungt og farlig gassgeneratorsystem. Kull, trekull eller bare ved plasseres i et spesielt og lite komplekst kraftverk. På bunnen brenner de i fravær av oksygen, og under forhold med høy temperatur og fuktighet frigjøres en gass som inneholder karbonmonoksid, hydrogen og metan. Den blir deretter avkjølt, rengjort og matet av en vifte inn i motorens inntaksmanifolder for bruk som drivstoff. Sjåførene til disse maskinene utførte selvfølgelig de komplekse og vanskelige funksjonene til brannmenn - kjelen måtte periodisk lades og rengjøres, og røykemaskinene så egentlig litt ut som damplokomotiver.
I dag krever gassleting noe av verdens mest sofistikerte teknologi, og utvinning av naturgass og olje er en av de største utfordringene vitenskap og teknologi står overfor. Dette faktum gjelder spesielt i USA, hvor flere og flere ukonvensjonelle metoder brukes for å "suge" gass som er igjen i gamle eller forlatte felt, samt for å utvinne såkalt "tight" gass. Ifølge forskere vil det nå kreve dobbelt så mye boring for å produsere gass på teknologinivå i 1985. Effektiviteten til metodene økes kraftig, og vekten på utstyret er redusert med 75 %. Stadig mer sofistikerte dataprogrammer brukes til å analysere data fra gravimetre, seismiske teknologier og lasersatellitter, hvorfra tredimensjonale datastyrte kart over reservoarer lages. Det er også laget såkalte 4D-bilder, takket være disse er det mulig å visualisere formene og bevegelsene til avsetninger over tid. Imidlertid gjenstår det toppmoderne anlegg for offshore naturgassproduksjon - bare en brøkdel av menneskelig fremgang på dette området - globale posisjoneringssystemer for boring, ultradyp boring, havbunnsrørledninger og flytende klaringssystemer. karbonmonoksid og sand.
Raffinering av olje for å produsere bensin av høy kvalitet er en mye mer kompleks oppgave enn å raffinere gasser. På den annen side er transport av gass til sjøs mye mer kostbart og komplekst. LPG-tankere er ganske komplekse i design, men LNG-skip er en fantastisk skapelse. Butan flyter ved -2 grader, mens propan flyter ved -42 grader eller relativt lavt trykk. Det tar imidlertid -165 grader for å gjøre metan flytende! Konstruksjonen av LPG-tankere krever derfor enklere kompressorstasjoner enn for naturgass og tanker som er konstruert for å tåle ikke spesielt høye trykk på 20-25 bar. I motsetning til dette er tankskip for flytende naturgass utstyrt med kontinuerlige kjølesystemer og superisolerte tanker – faktisk er disse kolossene verdens største kryogene kjøleskap. En del av gassen klarer imidlertid å "forlate" disse installasjonene, men et annet system fanger den umiddelbart opp og mater den inn i skipets motorsylindre.
Av de ovennevnte grunnene er det ganske forståelig at teknologien allerede i 1927 tillot de første propan-butan-tankene å overleve. Dette er arbeidet til det nederlandsk-engelske Shell, som på den tiden allerede var et gigantisk selskap. Sjefen hennes Kessler er en avansert mann og en eksperimenter som lenge har drømt om å bruke på en eller annen måte den enorme mengden gass som så langt har lekket ut i atmosfæren eller brent ned i oljeraffinerier. På hans idé og initiativ ble det første offshorefartøyet med en lastekapasitet på 4700 tonn skapt for å transportere hydrokarbongasser med eksotisk utseende og imponerende dimensjoner over dekkstanker.
Det trengs imidlertid ytterligere trettito år for å bygge den første Methane Pioneer metanbæreren, bygget etter ordre fra gasselskapet Constock International Methane Limited. Shell, som allerede har en stabil infrastruktur for produksjon og distribusjon av LPG, kjøpte dette selskapet, og ganske snart ble ytterligere to enorme tankskip bygget - Shell begynte å utvikle virksomheten for flytende naturgass. Når innbyggerne på den engelske øya Conway, hvor selskapet bygger metanlagringsanlegg, innser hva som faktisk lagres og fraktes til øya deres, blir de sjokkerte og redde, og tenker (og med rette) at skipene bare er gigantiske bomber. Da var sikkerhetsproblemet virkelig aktuelt, men i dag er tankskip for transport av flytende metan ekstremt sikre og er ikke bare et av de sikreste, men også et av de mest miljøvennlige sjøfartøyene – uforlignelig tryggere for miljøet enn oljetankere. Den største kunden til tankflåten er Japan, som praktisk talt ikke har lokale energikilder, og bygging av gassrørledninger til øya er en svært vanskelig oppgave. Japan har også den største "parken" av gassbiler. Hovedleverandørene av flytende naturgass (LNG) i dag er USA, Oman og Qatar, Canada.
Nylig har virksomheten med å produsere flytende hydrokarboner fra naturgass blitt stadig mer populær. Dette er hovedsakelig ultrarent diesel som er syntetisert fra metan, og denne industrien forventes å utvikle seg i et akselerert tempo i fremtiden. For eksempel krever Bushs energipolitikk bruk av lokale energikilder, og Alaska har store forekomster av naturgass. Disse prosessene stimuleres av relativt høye oljepriser, som skaper forutsetninger for utvikling av dyre teknologier – GTL (Gas-to-Liquids) er bare en av dem.
I utgangspunktet er ikke GTL en ny teknologi. Den ble laget på 20-tallet av de tyske kjemikerne Franz Fischer og Hans Tropsch, nevnt i tidligere utgaver som en del av deres syntetiske program. Imidlertid, i motsetning til den destruktive hydrogeneringen av kull, foregår prosessene med å binde lette molekyler til lengre bindinger her. Sør-Afrika har produsert slikt drivstoff i industriell skala siden 50-tallet. Interessen for dem har imidlertid vokst de siste årene i jakten på nye muligheter for å redusere skadelige drivstoffutslipp i USA. Store oljeselskaper som BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol og Royal Dutch/Shell bruker enorme summer på å utvikle GTL-relaterte teknologier, og som et resultat av denne utviklingen blir politiske og sosiale aspekter i økende grad diskutert i ansikt til insentiver. avgifter på forbrukere av rent drivstoff. Disse drivstoffene vil tillate mange forbrukere av diesel å erstatte det med mer miljøvennlig og vil redusere kostnadene for bilselskaper for å møte nye nivåer av skadelige utslipp fastsatt ved lov. Nyere dybdetester viser at GTL-drivstoff reduserer karbonmonoksid med 90 %, hydrokarboner med 63 % og sot med 23 % uten behov for dieselpartikkelfiltre. I tillegg tillater det lave svovelinnholdet til dette drivstoffet bruk av ytterligere katalysatorer som kan redusere utslipp fra kjøretøy ytterligere.
En viktig fordel med GTL-drivstoff er at det kan brukes direkte i dieselmotorer uten noen endringer i enhetene. De kan også blandes med drivstoff som inneholder 30 til 60 ppm svovel. I motsetning til naturgass og flytende petroleumsgasser, er det ikke behov for å endre den eksisterende transportinfrastrukturen for å transportere flytende drivstoff. I følge Rentech-president Denis Yakubson kan denne typen drivstoff ideelt sett komplettere det miljøvennlige økonomiske potensialet til dieselmotorer, og Shell bygger for tiden et stort anlegg på 22,3 milliarder dollar i Qatar med en designkapasitet på XNUMX millioner liter syntetisk drivstoff per dag. ... Det største problemet med disse drivstoffene stammer fra de enorme investeringene som kreves i nye anlegg og den typisk dyre produksjonsprosessen.
Biogass
Kilden til metan er imidlertid ikke bare underjordiske forekomster. I 1808 eksperimenterte Humphry Davy med halm plassert i en vakuumretort og produserte en biogass som hovedsakelig inneholder metan, karbondioksid, hydrogen og nitrogen. Daniel Defoe snakker også om biogass i sin roman om «den tapte øya». Historien til denne ideen er imidlertid enda eldre - på 1776-tallet trodde Jan Baptita Van Helmont at brennbare gasser kunne oppnås fra nedbryting av organiske stoffer, og grev Alexander Volta (skaperen av batteriet) kom også til lignende konklusjoner i 1859. Det første biogassanlegget begynte å operere i Bombay og ble etablert samme år som Edwin Drake produserte den første vellykkede oljeboringen. Et indisk anlegg behandler avføring og leverer gass til gatelykter.
Det vil ta lang tid før de kjemiske prosessene i produksjonen av biogass blir grundig forstått og studert. Dette ble mulig bare på 30-tallet av XX-tallet og er resultatet av et sprang i utviklingen av mikrobiologi. Det viser seg at denne prosessen er forårsaket av anaerobe bakterier, som er en av de eldste livsformene på jorden. De ”maler” organisk materiale i et anaerobt miljø (aerob nedbrytning krever mye oksygen og genererer varme). Slike prosesser forekommer også naturlig i sump, myr, feltete, tildekkede laguner osv.
Moderne produksjonssystemer for biogass blir stadig mer populære i enkelte land, og Sverige er ledende innen både biogassproduksjon og kjøretøy tilpasset den. Synteseenheter bruker spesialdesignede biogeneratorer, relativt rimelige og enkle enheter som skaper et passende miljø for bakterier, som, avhengig av type, "fungerer" mest effektivt ved temperaturer fra 40 til 60 grader. Sluttproduktene til biogassanlegg inneholder i tillegg til gass også forbindelser rike på ammoniakk, fosfor og andre grunnstoffer egnet for bruk i landbruket som jordgjødsel.
