Tesztvezetési alternatívák: 1. RÉSZ – Gázipar
A 70-es években Wilhelm Maybach a belső égésű motorok különböző konstrukcióival kísérletezett, megváltoztatta a mechanizmusokat, és gondolkodott az egyes alkatrészek gyártásához legmegfelelőbb ötvözetekről. Gyakran kíváncsi arra, hogy az akkor ismert éghető anyagok közül melyik lenne a legmegfelelőbb a hőmotorokban.
A 70-es években Wilhelm Maybach a belső égésű motorok különböző konstrukcióival kísérletezett, megváltoztatta a mechanizmusokat, és gondolkodott az egyes alkatrészek gyártásához legmegfelelőbb ötvözetekről. Gyakran kíváncsi arra, hogy az akkor ismert éghető anyagok közül melyik lenne a legmegfelelőbb a hőmotorokban.
1875-ben, amikor a Gasmotorenfabrik Deutz alkalmazottja volt, Wilhelm Maybach elhatározta, hogy kipróbálja, képes-e folyékony üzemanyaggal – pontosabban benzinnel – üzemeltetni egy gázmotort. Eszébe jutott, hogy ellenőrizze, mi történik, ha elzárja a gázcsapot, és helyette egy benzinnel átitatott ruhadarabot tesz a szívócső elé. A motor nem áll le, hanem tovább működik, amíg „kiszívja” az összes folyadékot a szövetből. Így született meg az első rögtönzött "karburátor" ötlete, és az autó megalkotása után a benzin lett a fő üzemanyag.
Azért mondom ezt a történetet, hogy emlékeztessem önöket arra, hogy mielőtt a benzin az üzemanyag alternatívájaként megjelent volna, az első motorok benzint használtak üzemanyagként. Ezután a világításhoz használt (világító) gáz használatáról volt szó, amelyet ma nem ismert módszerekkel, hanem szén feldolgozásával nyertek. A svájci Isaac de Rivac által feltalált motor, 1862 óta az első "természetes szívású" (tömörítetlen) ipari minőségű etilén Lenoir motor, és az Otto által kissé később létrehozott klasszikus négyütemű egység gázzal működik.
Itt szükséges megemlíteni a földgáz és a cseppfolyósított kőolajgáz közötti különbséget. A földgáz 70-98% metánt tartalmaz, a többi magasabb szerves és szervetlen gáz, például etán, propán és bután, szén-monoxid és mások. Az olaj is tartalmaz gázokat változó arányban, de ezek a gázok frakcionált desztillációval szabadulnak fel, vagy finomítókban mellékeljárások során keletkeznek. A gázmezők nagyon különbözőek - tiszta gáz vagy "száraz" (azaz főleg metánt tartalmaz) és "nedves" (metánt, etánt, propánt, néhány más nehezebb gázt, sőt "benzint" is tartalmaz - könnyű folyadék, nagyon értékes frakciók). . Az olajok fajtái is eltérőek, a gázok koncentrációja bennük lehet alacsonyabb vagy magasabb. A mezőket gyakran kombinálják - a gáz az olaj fölé emelkedik, és "gázsapkaként" működik. A „sapka” és a fő olajmező összetétele tartalmazza a fent említett anyagokat, és képletesen szólva különféle frakciók „folynak” egymásba. A járművek üzemanyagaként használt metán földgázból "származik", az általunk ismert propán-bután keverék pedig földgázmezőkről és olajmezőkről egyaránt. A világ földgázának mintegy 6%-át szénlelőhelyekből állítják elő, amelyekhez gyakran gázlelőhelyek is társulnak.
A propán-bután kissé paradox módon jelenik meg a színen. 1911 -ben egy olajipari vállalat felháborodott amerikai ügyfele utasította barátját, a híres vegyészt, Dr. Snelling -et, hogy derítse ki a titokzatos esemény okait. Az ügyfél felháborodásának oka az, hogy az ügyfél meglepődve tapasztalja, hogy a töltőállomás tartályának felét most töltötték fel. Ford A lány ismeretlen módon eltűnt a házába tett rövid utazás során. A tartály nem folyik ki a semmiből ... Sok kísérlet után Dr. Snelling felfedezte, hogy a rejtély oka a magas propán- és butángáz -tartalom az üzemanyagban, és nem sokkal később kifejlesztette az első gyakorlati módszereket a lepárlásra őket. Ezen alapvető előrelépések miatt tartják most Dr. Snellinget az iparág „atyjának”.
Sokkal korábban, mintegy 3000 évvel ezelőtt, a pásztorok felfedeztek egy "lángoló forrást" a görögországi Paranas-hegyen. Később lángoló oszlopokkal ellátott templomot építettek erre a "szent" helyre, és Delphius orákulum a fenséges kolosszus előtt elmondta imáit, aminek következtében az emberek megbékélést, félelmet és csodálatot éreztek. Ma e romantika egy része elvész, mert tudjuk, hogy a láng forrása a metán (CH4), amely a gázmezők mélységéhez kapcsolódó kőzetrepedésekből származik. Irakban, Iránban és Azerbajdzsánban, a Kaszpi-tenger partjainál sok helyen hasonló tűzesetek fordulnak elő, amelyek szintén évszázadok óta égnek és régóta "Perzsia örök lángjai" néven ismertek.
Sok évvel később a kínaiak is használtak a mezőkről származó gázokat, de nagyon pragmatikus céllal - nagy kazánok tengervízzel való fűtésére és só kivonására. 1785-ben a britek megalkották a metán szénből történő előállításának módszerét (amit az első belső égésű motorokban használtak), majd a huszadik század elején Kekule és Stradonitz német vegyészek szabadalmaztattak egy eljárást nehezebb folyékony üzemanyag előállítására belőle.
1881-ben William Hart fúrta meg az első gázkutat az amerikai Fredonia városában. Hart sokáig nézte a víz felszínére emelkedő buborékokat egy közeli öbölben, és úgy döntött, lyukat ás a földből a tervezett gázmezőbe. Kilenc méteres mélységben a felszín alatt elért egy eret, amelyből gáz tört ki, amit később elfogott, és újonnan alakult Fredonia Gas Light Company úttörője lett a gázüzletnek. A XNUMX. században használt gyújtógázt azonban Hart áttörése ellenére főként a szénből nyerték ki a fent leírt módszerrel - elsősorban azért, mert nem volt lehetőség a földgáz mezőkről történő szállítására szolgáló technológiák fejlesztésére.
Az első kereskedelmi olajtermelés azonban már akkor tény volt. Történetük az USA-ban kezdődött 1859-ben, és az volt az ötlet, hogy a kivont olajból kerozint világításhoz, illetve gőzgépek olajait desztillálják. Az emberek már akkor is szembesültek a földgáz pusztító erejével, amely évezredekig összenyomódott a föld belsejében. Edwin Drake csoportjának úttörői majdnem meghaltak az első rögtönzött fúrás során a pennsylvaniai Titusville közelében, amikor a szivárgásból gáz szivárgott ki, és óriási tűz ütött ki, ami az összes berendezést elvitte. Napjainkban az olaj- és gázmezők kiaknázását az éghető gáz szabad áramlását akadályozó speciális intézkedések rendszere kíséri, de a tüzek és robbanások sem ritkák. Ugyanezt a gázt azonban sok esetben egyfajta „szivattyúként” használják, amely az olajat a felszínre löki, és amikor annak nyomása csökken, az olajosok más módszereket kezdenek keresni és használni a „fekete arany” kinyerésére.
A szénhidrogén-gázok világa
1885-ben, négy évvel William Hart első gázfúrása után, egy másik amerikai, Robert Bunsen feltalált egy berendezést, amely később „Bunsen-égő” néven vált ismertté. A találmány a gáz és a levegő megfelelő arányú adagolására és keverésére szolgál, amely aztán biztonságos égetésre használható - ez az égő ma a modern kályhák és fűtőberendezések oxigénfúvóinak alapja. Bunsen találmánya új lehetőségeket nyitott meg a földgáz felhasználásában, de bár az első gázvezetéket már 1891-ben megépítették, a kék üzemanyag a második világháborúig nem kapott kereskedelmi jelentőséget.
A háború alatt jöttek létre kellően megbízható vágási és hegesztési módszerek, amelyek lehetővé tették a biztonságos fém gázvezetékek építését. Több ezer kilométert építettek belőlük a háború után Amerikában, a 60-as években pedig a Líbiából Olaszországba tartó vezetéket. Hollandiában is nagy földgázlelőhelyeket fedeztek fel. Ez a két tény magyarázza a sűrített földgáz (CNG) és a cseppfolyósított kőolajgáz (LPG) jármű-üzemanyagként való használatának jobb infrastruktúráját ebben a két országban. A földgáz óriási stratégiai fontosságát igazolja a következő tény: amikor Reagan a 80-as években úgy döntött, hogy megsemmisíti a "Gonosz Birodalmat", megvétózta a csúcstechnológiás berendezések szállítását egy gázvezeték építéséhez. Szovjetunió Európába. Az európai igények kompenzálására felgyorsul a gázvezeték építése az északi-tengeri norvég szektorból a szárazföldi Európába, a Szovjetunió pedig lóg. Abban az időben a gázexport volt a Szovjetunió fő kemény valutaforrása, és a Reagan-intézkedésekből adódó súlyos hiányok hamarosan a 90-es évek elejének jól ismert történelmi eseményeihez vezettek.
Napjainkban a demokratikus Oroszország a földgáz egyik fő szállítója Németország energiaszükségleteinek kielégítésére, és jelentős globális szereplő ezen a területen. A földgáz jelentősége a 70-es évek két olajválsága után kezdett növekedni, ma már az egyik fő geostratégiai jelentőségű energiaforrás. Jelenleg a földgáz a legolcsóbb fűtési tüzelőanyag, alapanyagként használják a vegyiparban, villamosenergia-termeléshez, háztartási gépekhez, "unokatestvére" propán pedig még dezodoros flakonokban is megtalálható dezodorként. az ózonréteget lebontó fluorvegyületek helyettesítője. A földgáz fogyasztás folyamatosan növekszik, a gázvezeték-hálózat meghosszabbodik. Ami az eddig kiépített infrastruktúrát illeti ennek az üzemanyagnak az autókban való felhasználására, minden messze elmarad.
Korábban már beszámoltunk Önnek arról, hogy a japánok milyen furcsa döntéseket hoztak a második világháború idején a nagyon szükséges és szűkös üzemanyag-termelésben, és megemlítettük a németországi szintetikus benzin előállításának programját is. Arról azonban keveset tudunk, hogy a szegény háborús években Németországban egészen igazi autók jártak... fával! Ebben az esetben nem a jó öreg gőzgéphez való visszatérésről van szó, hanem az eredetileg benzinüzemre tervezett belsőégésű motorokról. Valójában az ötlet nem túl bonyolult, de egy terjedelmes, nehéz és veszélyes gázgenerátor rendszert igényel. A szenet, a szenet vagy éppen a fát egy speciális és nem túl bonyolult erőműbe helyezik. Alján oxigén hiányában égnek, magas hőmérséklet és páratartalom mellett pedig szén-monoxidot, hidrogént és metánt tartalmazó gáz szabadul fel. Ezt követően lehűtik, megtisztítják, és egy ventilátor a motor szívócsonkjába táplálja üzemanyagként való felhasználás céljából. Természetesen ezeknek a gépeknek a sofőrjei a tűzoltók bonyolult és nehéz feladatait látták el - a kazánt időszakonként fel kellett tölteni és tisztítani, a füstölő gépek pedig valóban úgy néztek ki, mint a gőzmozdonyok.
Napjainkban a gázkutatáshoz a világ legkifinomultabb technológiáira van szüksége, és a földgáz és az olaj kitermelése a tudomány és a technológia egyik legnagyobb kihívása. Ez a tény különösen igaz az Egyesült Államokban, ahol egyre több nem szokványos módszert alkalmaznak a régi vagy elhagyott mezőkön maradt gáz "szívására", illetve az úgynevezett "tömör" gáz kitermelésére. A tudósok szerint most kétszer annyi fúrásra lesz szükség, hogy 1985-ben a technológia szintjén gázt állítsanak elő. A módszerek hatékonysága nagymértékben megnő, a berendezés tömege 75%-kal csökkent. Egyre kifinomultabb számítógépes programokat használnak a graviméterek, szeizmikus technológiák és lézerműholdak adatainak elemzésére, amelyekből háromdimenziós számítógépes térképeket készítenek a tározókról. Készültek úgynevezett 4D-s képek is, amelyeknek köszönhetően a lerakódások formái, időbeli mozgásai is láthatóvá válnak. Mindazonáltal a legmodernebb létesítmények maradnak a tengeri földgáztermeléshez – csak töredéke az emberiség fejlődésének ezen a területen – a globális helymeghatározó rendszerek a fúráshoz, az ultramély fúrásokhoz, az óceánfenék csővezetékei és a cseppfolyósított vízelvezető rendszerek. szén-monoxid és homok.
Az olaj finomítása jó minőségű benzin előállítására sokkal összetettebb feladat, mint a gázok finomítása. Másrészt a gáz tengeri szállítása sokkal költségesebb és bonyolultabb. Az LPG-szállító tartályhajók meglehetősen összetett felépítésűek, de az LNG-szállítók lenyűgöző alkotások. A bután -2 fokon, míg a propán -42 fokon vagy viszonylag alacsony nyomáson cseppfolyósodik. A metán cseppfolyósításához azonban -165 fok kell! Következésképpen a PB-gáz tartályhajók építéséhez egyszerűbb kompresszorállomásokra van szükség, mint a földgáznál, és olyan tartályokat, amelyek nem túl nagy, 20-25 bar nyomásnak ellenállnak. Ezzel szemben a cseppfolyósított földgáz tartályhajók folyamatos hűtőrendszerekkel és szuperszigetelt tartályokkal vannak felszerelve – valójában ezek a kolosszusok a világ legnagyobb kriogén hűtőszekrényei. A gáz egy részének azonban sikerül "elhagynia" ezeket a berendezéseket, de egy másik rendszer azonnal felfogja és a hajó motorhengereibe táplálja.
A fenti okokból teljesen érthető, hogy a technológia már 1927-ben lehetővé tette az első propán-bután tartályok fennmaradását. Ez a holland-angol Shell munkája, amely akkoriban már óriási cég volt. Főnöke, Kessler haladó ember és kísérletező, aki régóta álmodott arról, hogy valamilyen módon felhasználja azt a hatalmas mennyiségű gázt, amely eddig a légkörbe szivárgott, vagy az olajfinomítókban leégett. Ötletére és kezdeményezésére létrehozták az első 4700 tonna teherbírású offshore hajót, amely egzotikus megjelenésű és lenyűgöző méretű szénhidrogén gázokat szállít a fedélzeti tartályok felett.
Azonban további harminckét évre van szükség az első Methane Pioneer metánszállító megépítéséhez, amelyet a Constock International Methane Limited gázipari vállalat megrendelésére építettek. A Shell, amely már stabil infrastruktúrával rendelkezik az LPG előállításához és forgalmazásához, megvásárolta ezt a céget, és hamarosan további két hatalmas tartályhajó épült - a Shell elkezdte fejleszteni a cseppfolyósított földgáz üzletágat. Amikor az angol Conway sziget lakói, ahol a cég metántárolókat épít, rájönnek, hogy valójában mit is tárolnak és szállítanak a szigetükre, megdöbbennek és megijednek, azt gondolva (és joggal), hogy a hajók csak óriási bombák. Akkoriban a biztonság kérdése valóban aktuális volt, de ma a cseppfolyósított metán szállítására szolgáló tartályhajók rendkívül biztonságosak, és nem csak az egyik legbiztonságosabb, de egyben az egyik legkörnyezetbarátabb tengeri hajó is - összehasonlíthatatlanul biztonságosabbak a környezet számára, mint az olajszállító tartályhajók. A tankerflotta legnagyobb megrendelője Japán, amely gyakorlatilag nem rendelkezik helyi energiaforrással, a sziget felé vezető gázvezetékek építése pedig igen nehéz vállalkozás. Japánban van a gázüzemű járművek legnagyobb "parkja". A cseppfolyósított földgáz (LNG) fő szállítói ma az Egyesült Államok, Omán és Katar, Kanada.
A közelmúltban a folyékony szénhidrogének földgázból történő előállítása egyre népszerűbb. Ez főleg metánból szintetizált ultratiszta dízel üzemanyag, és ez az iparág várhatóan felgyorsult ütemben fejlődik a jövőben. Például Bush energiapolitikája megköveteli a helyi energiaforrások használatát, Alaszkában pedig nagy földgázlelőhelyek vannak. Ezeket a folyamatokat a viszonylag magas olajárak ösztönzik, amelyek előfeltételeket teremtenek a drága technológiák kifejlesztéséhez – a GTL (Gas-to-Liquids) csak egy ezek közül.
Alapvetően a GTL nem új technológia. Az 20-as években Franz Fischer és Hans Tropsch német kémikusok alkották meg, akiket a korábbi számokban emlegettek szintetikus programjuk részeként. A szén destruktív hidrogénezésével szemben azonban itt zajlanak le a könnyű molekulák hosszabb kötésekké való kapcsolódási folyamatai. Dél-Afrika az 50-es évek óta gyárt ilyen üzemanyagot ipari méretekben. Az utóbbi években azonban megnőtt az érdeklődés irántuk, új lehetőségeket keresve a káros üzemanyag-kibocsátás csökkentésére az Egyesült Államokban. A nagy olajcégek, mint a BP, a ChevronTexaco, a Conoco, az ExxonMobil, a Rentech, a Sasol és a Royal Dutch/Shell hatalmas összegeket költenek a GTL-hez kapcsolódó technológiák fejlesztésére, és e fejlemények eredményeként a politikai és társadalmi szempontok egyre gyakrabban kerülnek szóba a az ösztönzők arca. a tiszta üzemanyag-fogyasztókra kivetett adók. Ezek az üzemanyagok lehetővé teszik a dízelüzemanyag-fogyasztók számára, hogy környezetbarátabbra cseréljék, és csökkentik az autógyártó cégek költségeit, hogy megfeleljenek a törvény által meghatározott káros kibocsátás új szintjének. A közelmúltban végzett mélyreható tesztelések azt mutatják, hogy a GTL üzemanyagok 90%-kal csökkentik a szén-monoxidot, 63%-kal a szénhidrogéneket és 23%-kal a kormot anélkül, hogy dízel részecskeszűrőkre lenne szükség. Ezen túlmenően az üzemanyag alacsony kéntartalmú jellege lehetővé teszi további katalizátorok használatát, amelyek tovább csökkenthetik a járművek károsanyag-kibocsátását.
A GTL üzemanyag fontos előnye, hogy közvetlenül használható a dízelmotorokban az egységek módosítása nélkül. Keverhetők 30–60 ppm ként tartalmazó üzemanyagokkal is. A földgáztól és a cseppfolyósított kőolajgáztól eltérően nincs szükség a meglévő közlekedési infrastruktúra folyékony üzemanyagok szállítására történő megváltoztatására. Denis Yakubson, a Rentech elnöke szerint ez a fajta üzemanyag ideális esetben kiegészítheti a dízelmotorok környezetbarát gazdasági potenciálját, és a Shell jelenleg Katarban nagy, 22,3 milliárd dolláros üzemet épít, amelynek tervezési kapacitása napi XNUMX millió liter szintetikus üzemanyag. ... Ezekkel az üzemanyagokkal a legnagyobb probléma az új létesítményekhez szükséges hatalmas beruházásokból és a jellemzően drága gyártási folyamatból ered.
Biogáz
A metán forrása azonban nem csak a föld alatti lerakódások. 1808-ban Humphry Davy vákuumretortába helyezett szalmával kísérletezett, és főként metánt, szén-dioxidot, hidrogént és nitrogént tartalmazó biogázt állított elő. Daniel Defoe az „elveszett szigetről” szóló regényében a biogázról is beszél. Ennek az elképzelésnek a története azonban még régebbi - az 1776. században Jan Baptita Van Helmont úgy vélte, hogy a szerves anyagok lebontásából éghető gázok nyerhetők, és Alexander Volta gróf (az akkumulátor megalkotója) is hasonló következtetésekre jutott. 1859-ben. Az első biogáz üzem Bombayben kezdte meg működését, és ugyanabban az évben hozták létre, amikor Edwin Drake elkészítette az első sikeres olajfúrást. Egy indiai üzem ürüléket dolgoz fel, és gázt szállít az utcai lámpákhoz.
Hosszú időbe telik, mire a biogáz előállításának kémiai folyamatait alaposan megértik és tanulmányozzák. Ez csak a XX. Század 30-as éveiben vált lehetségessé, és a mikrobiológia fejlődésének ugrásának eredménye. Kiderült, hogy ezt a folyamatot anaerob baktériumok okozzák, amelyek a Föld egyik legrégebbi életformája. Anaerob környezetben „őrlik” a szerves anyagokat (az aerob bomláshoz sok oxigén szükséges és hő keletkezik). Ilyen folyamatok természetesen előfordulnak mocsarakban, mocsarakban, rizsföldeken, fedett lagúnákban stb.
A modern biogáz-előállító rendszerek egyre népszerűbbek egyes országokban, és Svédország vezető szerepet tölt be mind a biogáz-termelésben, mind az arra alkalmas járművekben. A szintetizáló egységek speciális tervezésű biogenerátorokat, viszonylag olcsó és egyszerű eszközöket használnak, amelyek megfelelő környezetet teremtenek a baktériumok számára, amelyek típusuktól függően 40-60 fok közötti hőmérsékleten „működnek” a leghatékonyabban. A biogázüzemek végtermékei a gázon kívül ammóniában, foszforban és más, a mezőgazdaságban talajműtrágyaként hasznosítható elemekben gazdag vegyületeket is tartalmaznak.
