Alternatif Test Drive: PART 1 - Industri Gas
Dina taun 70an, Wilhelm Maybach ékspérimén sareng desain anu béda tina mesin pembakaran internal, ngarobih mékanisme sareng mikirkeun paduan anu paling cocog pikeun produksi bagian masing-masing. Anjeunna sering naros mana zat pembakaran anu dikenal anu paling cocog pikeun dianggo dina mesin panas.
Dina taun 70an, Wilhelm Maybach ékspérimén sareng desain anu béda tina mesin pembakaran internal, ngarobih mékanisme sareng mikirkeun paduan anu paling cocog pikeun produksi bagian masing-masing. Anjeunna sering naros mana zat pembakaran anu dikenal anu paling cocog pikeun dianggo dina mesin panas.
Dina 1875, nalika anjeunna hiji pagawe ti Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach mutuskeun pikeun nguji naha anjeunna bisa ngajalankeun mesin gas dina bahan bakar cair - leuwih tepat, dina béngsin. Ieu lumangsung ka anjeunna mariksa naon anu bakal kajadian lamun manehna nutup cock gas jeung gantina nempatkeun sapotong lawon soaked dina béngsin di hareup intake manifold. Mesin henteu eureun, tapi terus dianggo dugi ka "nyedot" sadaya cairan tina jaringan. Ieu kumaha ideu mimiti improvisasi "karburator" lahir, sarta sanggeus kreasi mobil bensin geus jadi bahan bakar utama pikeun eta.
Abdi nyarioskeun carita ieu pikeun ngingetan yén sateuacan béngsin mangrupikeun alternatif pikeun bahan bakar, mesin anu munggaran nganggo bénsin salaku bahan bakar. Teras perkawis panggunaan (penerangan) gas pikeun pencahyaan, diala ku cara anu henteu dikenal ayeuna, tapi ku ngolah batubara. Mesinna, diciptakeun ku Swiss Isaac de Rivac, anu mimiti "alami aspirasi" (teu dikomprés) mesin kelas Étiléna Lenoir saprak 1862, sareng unit opat-stroke klasik anu didamel ku Otto sakedik engké, ngajalankeun gas.
Di dieu perlu disebutkeun bédana antara gas alam jeung gas minyak bumi liquefied. Gas alam ngandung 70 nepi ka 98% métana, sésana mangrupa gas organik jeung anorganik nu leuwih luhur kayaning etana, propana jeung butana, karbon monoksida jeung sajabana. Minyak ogé ngandung gas dina proporsi anu béda-béda, tapi gas ieu dileupaskeun ngaliwatan distilasi fraksional atanapi dihasilkeun ku sababaraha prosés samping di kilang. Widang gas béda pisan - gas murni atanapi "garing" (nyaéta, ngandung utamina métana) sareng "baseuh" (ngandung métana, étana, propana, sababaraha gas anu langkung beurat, bahkan "bensin" - cair ringan, fraksi anu berharga pisan). . Jinis minyak ogé béda, sareng konsentrasi gas di jerona tiasa langkung handap atanapi langkung luhur. Sawah sering digabungkeun - gas naék di luhur minyak sareng janten "cap gas". Komposisi "cap" jeung widang minyak utama ngawengku zat disebutkeun di luhur, sarta rupa-rupa fraksi, figuratively diomongkeun, "ngalir" kana unggal lianna. Métana dipaké salaku suluh kandaraan "asalna" tina gas alam, sarta campuran propana-butana urang nyaho asalna duanana widang gas alam jeung widang minyak. Kira-kira 6% tina gas alam dunya dihasilkeun tina deposit batubara, nu mindeng dibarengan ku deposit gas.
Propana-butane nembongan dina pamandangan ku cara anu rada paradoxical. Dina 1911, hiji klien Amérika anu amarah tina hiji perusahaan minyak maréntahkeun sobatna, kimiawan terkenal Dr. Snelling, pikeun milarian alesan kajadian misterius éta. Alesan pikeun ambek konsumén nyaéta palanggan reuwas mendakan yén satengah tina tanki stasiun dieusian nembé dieusian. Ford Anjeunna ngaleungit ku jalan anu teu dikenal nalika perjalanan pondok ka imahna. Tangki na henteu ngalir kaluar ti mana ... Saatos seueur ékspérimén, Dr. Snelling mendakan yén alesan tina misteri éta nyaéta kandungan gas propana sareng butana anu luhur dina bahan bakar, sareng teu lami saatos éta anjeunna ngembangkeun metode praktis munggaran pikeun nyaring aranjeunna. Kusabab kamajuan dasar ieu Dr Snelling ayeuna dianggap "bapak" industri.
Teuing tiheula, sakitar 3000 taun ka pengker, angon angon mendakan "cinyusu anu nyalaan" di Gunung Paranas di Yunani. Teras, candi anu nganggo kolom hurung diwangun dina tempat anu "suci" ieu, sareng oracle Delphius maca do'a na sateuacan kolosus megah, nyababkeun jalma-jalma ngaraos raos rukun, sieun sareng kagum. Kiwari, sababaraha romansa éta leungit sabab urang terang yén sumber seuneu nyaéta metana (CH4) ngalir tina retakan batu anu pakait sareng jero lapangan gas. Aya kahuruan anu sami di seueur tempat di Irak, Iran sareng Azerbaijan di luar basisir Laut Kaspia, anu ogé parantos ngaduruk mangabad-abad sareng parantos lami dikenal salaku "Flames Abadi Persia."
Mangtaun-taun saatosna, urang Cina ogé nganggo gas tina sawah, tapi kalayan tujuan anu pragmatis pisan - pikeun memanaskeun boiler ageung sareng cai laut sareng nimba uyah ti dinya. Dina 1785, Inggris nyieun métode pikeun ngahasilkeun métana tina batubara (anu dipaké dina mesin durukan internal munggaran), sarta dina awal abad ka, kimiawan Jérman Kekule jeung Stradonitz dipaténkeun prosés pikeun ngahasilkeun bahan bakar cair leuwih beurat ti dinya.
Dina 1881, William Hart dibor sumur gas munggaran di kota Amérika of Fredonia. Hart ningali gelembung naék kana beungeut cai dina teluk caket dieu pikeun lila sarta mutuskeun pikeun ngagali liang tina taneuh kana widang gas diusulkeun. Dina jero salapan méter di handapeun beungeut cai, anjeunna ngahontal urat ti mana gas gushed kaluar, nu engké direbut, sarta Fredonia Gas Light Company na karek kabentuk jadi pelopor dina bisnis gas. Nanging, sanaos terobosan Hart, gas pencahayaan anu dianggo dina abad ka-XNUMX sasari utamina tina batubara ku cara anu dijelaskeun di luhur - utamina kusabab kurangna poténsial pikeun ngembangkeun téknologi pikeun ngangkut gas alam ti sawah.
Nanging, produksi minyak komersil anu munggaran parantos janten kanyataan. Sajarah maranéhanana dimimitian di AS dina 1859, sarta gagasan ieu ngagunakeun minyak sasari keur nyuling minyak tanah keur cahaya jeung minyak pikeun mesin uap. Malah harita, jalma-jalma disanghareupan ku kakuatan ngancurkeun gas alam, dikomprés réwuan taun di jero bumi. Para panaratas grup Edwin Drake ampir maot salila pangeboran dadakan munggaran deukeut Titusville, Pennsylvania, nalika gas bocor ti breach nu, seuneu buta peupeus kaluar, nu mawa sagala parabot. Kiwari, eksploitasi widang minyak sareng gas dibarengan ku sistem ukuran khusus pikeun meungpeuk aliran bébas gas anu tiasa kaduruk, tapi kahuruan sareng ngabeledugna teu jarang. Sanajan kitu, gas sarua dina loba kasus dipaké salaku jenis "pompa" nu nyorong minyak kana beungeut cai, sarta nalika tekanan turun, oilmen mimiti néangan sarta ngagunakeun métode séjén pikeun nimba "emas hideung".
Dunya gas hidrokarbon
Dina 1885, opat taun sanggeus William Hart pangeboran gas munggaran, Amérika sejen, Robert Bunsen, nimukeun alat nu engké jadi katelah "Bunsen burner". Penemuan ieu dianggo pikeun dosis sareng nyampur gas sareng hawa dina proporsi anu cocog, anu teras tiasa dianggo pikeun durukan anu aman - pembakar ieu ayeuna mangrupikeun dasar nozzles oksigén modéren pikeun kompor sareng alat pemanasan. Penemuan Bunsen muka kamungkinan anyar pikeun pamakéan gas alam, tapi sanajan pipa gas munggaran diwangun ti mimiti 1891, suluh biru teu meunang pentingna komérsial dugi Perang Dunya II.
Ieu salila perang dijieun métode sahingga dipercaya tina motong na las, nu ngamungkinkeun pikeun ngawangun pipelines gas logam aman. Rébuan kilométer di antarana diwangun di Amérika sanggeus perang, sarta pipa ti Libya ka Italia diwangun dina 60s. deposit badag gas alam ogé geus kapanggih di Walanda. Dua fakta ieu ngajelaskeun infrastruktur anu langkung saé pikeun ngagunakeun gas alam dikomprés (CNG) sareng gas petroleum cair (LPG) salaku bahan bakar kendaraan di dua nagara ieu. Pentingna strategis pisan yén gas alam dimimitian pikeun acquire dikonfirmasi ku kanyataan di handap ieu - nalika Reagan mutuskeun pikeun ngancurkeun "Kakaisaran Jahat" dina 80s, anjeunna vetoed suplai parabot téhnologis tinggi pikeun pangwangunan pipa gas ti USSR ka Éropa. Pikeun ngimbangan kabutuhan Éropa, pangwangunan pipa gas ti séktor Norwegia Laut Kalér ka daratan Éropa ngagancangkeun, sareng USSR ngagantung. Dina waktos éta, ékspor gas mangrupikeun sumber utama mata uang keras pikeun Uni Soviét, sareng kakurangan parah akibat tina ukuran Reagan pas nyababkeun kajadian sajarah anu kasohor di awal 90-an.
Kiwari, Rusia demokratis mangrupikeun panyalur utama gas alam pikeun kabutuhan énergi Jerman sareng pamaén global utama di daérah ieu. Pentingna gas alam mimiti tumuwuh sanggeus dua krisis minyak taun 70an, sarta kiwari éta salah sahiji sumber énergi utama pentingna geostrategis. Ayeuna, gas alam mangrupikeun bahan bakar anu paling murah pikeun pemanasan, dianggo salaku bahan baku dina industri kimia, pikeun ngahasilkeun listrik, pikeun alat-alat rumah tangga, sareng propana "misan" na malah tiasa dipendakan dina botol deodoran salaku deodoran. ngagantikeun sanyawa fluorine-depleting ozon. Konsumsi gas alam terus ningkat, sareng jaringan pipa gas beuki panjang. Sedengkeun pikeun infrastruktur diwangun sajauh ieu pikeun pamakéan BBM dina mobil, sagalana geus jauh balik.
Kami parantos nyarioskeun ka anjeun ngeunaan kaputusan aneh anu dilakukeun ku Jepang dina produksi bahan bakar anu diperyogikeun sareng langka nalika Perang Dunya Kadua, sareng ogé nyarios program pikeun produksi béngsin sintétik di Jerman. Sanajan kitu, saeutik geus dipikawanoh ngeunaan kanyataan yén dina taun perang lean di Jerman aya mobil nyata ngajalankeun on ... kai! Dina hal ieu, ieu teu mulang ka mesin uap heubeul alus, tapi mesin durukan internal, asalna dirancang pikeun ngajalankeun on béngsin. Kanyataanna, gagasan teu pisan pajeulit, tapi merlukeun pamakéan sistem generator gas gede pisan, beurat jeung bahaya. Batubara, areng atawa ngan kai disimpen dina pembangkit listrik husus sarta teu pisan kompléks. Di handapeunna, aranjeunna kaduruk dina henteuna oksigén, sareng dina kaayaan suhu sareng kalembaban anu luhur, gas dileupaskeun anu ngandung karbon monoksida, hidrogén sareng métana. Ieu lajeng leuwih tiis, cleaned, sarta diasupkeun ku kipas kana manifolds asupan mesin pikeun dipaké salaku suluh. Tangtosna, supir mesin ieu ngalaksanakeun fungsi patugas pemadam kebakaran anu rumit sareng sesah - boiler kedah dieusi périodik sareng dibersihkeun, sareng mesin roko katingalina rada mirip lokomotif uap.
Kiwari, eksplorasi gas merlukeun sababaraha téknologi paling canggih di dunya, sarta ékstraksi gas alam jeung minyak mangrupa salah sahiji tantangan pangbadagna nyanghareupan sains jeung teknologi. Kanyataan ieu hususna leres di AS, dimana beuki loba métode unconventional anu dipaké pikeun "nyedot" gas ditinggalkeun di sawah heubeul atawa ditinggalkeun, kitu ogé nimba disebut gas "kedap". Numutkeun para ilmuwan, ayeuna bakal nyandak dua kali langkung seueur pangeboran pikeun ngahasilkeun gas dina tingkat téknologi dina 1985. Efisiensi sahiji metodeu geus greatly ngaronjat, sarta beurat pakakas geus ngurangan ku 75%. Program komputer anu beuki canggih dianggo pikeun nganalisis data tina gravimeters, téknologi seismik sareng satelit laser, dimana peta waduk komputerisasi tilu diménsi didamel. Nu disebut gambar 4D ogé geus dijieun, hatur nuhun nu kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun visualize bentuk jeung gerakan deposit kana waktu. Tapi, fasilitas canggih tetep pikeun produksi gas alam lepas pantai — ngan ukur sabagéan ageung kamajuan manusa di daérah ieu — sistem posisi global pikeun pangeboran, pangeboran ultra-jero, saluran pipa dasar laut, sareng sistem clearance cair. karbon monoksida jeung keusik.
Pemurnian minyak pikeun ngahasilkeun béngsin kualitas luhur mangrupikeun tugas anu langkung rumit tibatan nyaring gas. Di sisi anu sanés, ngangkut gas ku laut langkung mahal sareng rumit. Tangki elpiji cukup rumit dina desain, tapi pamawa LNG mangrupikeun ciptaan anu endah pisan. Butana cair dina -2 derajat, sedengkeun propana cair dina -42 derajat atawa tekanan rélatif low. Sanajan kitu, diperlukeun -165 derajat pikeun liquefy métana! Akibatna, pangwangunan tankers elpiji merlukeun stasiun compressor basajan ti pikeun gas alam jeung tank nu dirancang pikeun tahan teu utamana tekanan tinggi 20-25 bar. Kontras, tanker gas alam cair dilengkepan sistem cooling kontinyu sareng tank super-insulated - kanyataanna, colossi ieu mangrupikeun kulkas cryogenic panggedéna di dunya. Sanajan kitu, bagian tina gas junun "ninggalkeun" pamasangan ieu, tapi sistem sejen langsung ngarebut eta jeung eupan kana silinder mesin kapal urang.
Pikeun alesan di luhur, éta rada kaharti yén geus di 1927 téhnologi nu diwenangkeun tanghi propana-butana munggaran salamet. Ieu karya Walanda-Inggris Shell, anu dina waktu éta geus jadi parusahaan raksasa. Bosna Kessler mangrupikeun jalma maju sareng ékspérimén anu parantos lami ngimpi ngagunakeun sababaraha cara jumlah gas anu ageung anu dugi ka bocor ka atmosfir atanapi kaduruk di kilang minyak. Dina ide sareng inisiatifna, kapal lepas pantai anu munggaran kalayan kapasitas ngangkut 4700 ton diciptakeun pikeun ngangkut gas hidrokarbon kalayan dimensi anu eksotik sareng pikaresepeun di luhur bak dek.
Nanging, tilu puluh dua taun deui diperyogikeun pikeun ngawangun pamawa métana Metana Pioneer munggaran, diwangun ku paréntah perusahaan gas Constock International Methane Limited. Shell, anu geus boga infrastruktur stabil pikeun produksi jeung distribusi elpiji, meuli pausahaan ieu, sarta geura-giru dua tankers badag deui diwangun - Shell mimiti ngembangkeun bisnis gas alam liquefied. Nalika pangeusi pulo Inggris Conway, dimana parusahaan keur ngawangun fasilitas gudang métana, sadar naon sabenerna disimpen na diangkut ka pulo maranéhanana, aranjeunna ngajempolan jeung sieun, pamikiran (jeung rightly kitu) yén kapal téh ngan bom raksasa. Mangka masalah kasalametan éta bener relevan, tapi tanker kiwari keur angkutan métana cair pisan aman tur henteu ngan salah sahiji safest, tapi ogé salah sahiji kapal laut paling ramah lingkungan - incomparably aman pikeun lingkungan ti tanker minyak. Konsumén pangbadagna armada tanker nyaéta Jepang, anu praktis henteu ngagaduhan sumber énérgi lokal, sareng pangwangunan pipa gas ka pulo éta mangrupikeun palaksanaan anu sesah. Jepang ogé ngagaduhan "taman" kendaraan gas panggedéna. Pemasok utama gas alam cair (LNG) ayeuna nyaéta Amérika Serikat, Oman sareng Qatar, Kanada.
Anyar-anyar ieu, usaha ngahasilkeun hidrokarbon cair tina gas alam beuki populer. Ieu utamana bahan bakar solar ultra-bersih disintésis tina métana, sarta industri ieu diperkirakeun ngamekarkeun dina hiji Pace gancangan di mangsa nu bakal datang. Contona, kawijakan énergi Bush merlukeun pamakéan sumber énergi lokal, sarta Alaska boga deposit badag gas alam. Prosés ieu dirangsang ku harga minyak anu kawilang luhur, anu nyiptakeun prasyarat pikeun ngembangkeun téknologi mahal - GTL (Gas-to-Liquid) mangrupikeun salah sahijina.
Dasarna, GTL sanés téknologi énggal. Éta dijieun dina 20s ku kimiawan Jerman Franz Fischer jeung Hans Tropsch, disebutkeun dina isu saméméhna salaku bagian tina program sintétik maranéhanana. Nanging, kontras sareng hidrogénasi anu ngancurkeun batubara, prosés ngahijikeun molekul cahaya kana beungkeut anu langkung panjang lumangsung di dieu. Afrika Kidul geus ngahasilkeun suluh misalna dina skala industri saprak 50s. Nanging, minat aranjeunna parantos ningkat dina taun-taun ayeuna pikeun milarian kasempetan énggal pikeun ngirangan émisi bahan bakar anu ngabahayakeun di Amérika Serikat. Perusahaan minyak utama sapertos BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol sareng Royal Dutch/Shell nyéépkeun jumlah ageung pikeun ngembangkeun téknologi anu aya hubunganana sareng GTL, sareng salaku hasil tina kamajuan ieu, aspék politik sareng sosial beuki dibahas dina nyanghareupan insentif. pajeg on pamakéna BBM bersih. suluh ieu bakal ngidinan loba pamakéna suluh solar ngaganti eta kalawan leuwih ramah lingkungan sarta bakal ngurangan biaya pausahaan mobil pikeun minuhan tingkat anyar émisi ngabahayakeun diatur ku hukum. Pangujian jero panganyarna nunjukkeun yén suluh GTL ngirangan karbon monoksida ku 90%, hidrokarbon ku 63% sareng soot ku 23% tanpa peryogi saringan partikulat solar. Sajaba ti éta, sipat low-walirang tina suluh ieu ngamungkinkeun pamakéan katalis tambahan nu bisa salajengna ngurangan emisi kandaraan.
Kauntungan penting tina bahan bakar GTL nyaéta éta tiasa dianggo langsung dina mesin solar tanpa modifikasi kana unitna. Éta ogé tiasa dicampur sareng bahan bakar anu ngandung 30 dugi 60 ppm walirang. Beda sareng gas bumi sareng gas bumi cair, teu kedah ngarobih infrastruktur transportasi anu aya pikeun ngangkut suluh cair. Numutkeun ka Présidén Rentech Denis Yakubson, jenis bahan bakar ieu sacara ideal tiasa ngalengkepan poténsi ékonomi ramah-mesin mesin solar, sareng Shell ayeuna ngawangun pabrik $ 22,3 milyar ageung di Qatar kalayan kapasitas desain XNUMX juta liter bahan bakar sintétik per dinten. ... Masalah anu paling ageung ku bahan bakar ieu asalna tina investasi ageung anu diperyogikeun dina fasilitas énggal sareng prosés produksi anu biasana mahal.
Biogas
Sanajan kitu, sumber métana teu ukur deposit jero taneuh. Dina 1808 Humphry Davy experimented kalawan jarami disimpen dina retort vakum sarta ngahasilkeun biogas ngandung utamana métana, karbon dioksida, hidrogén jeung nitrogén. Daniel Defoe ogé ngobrol ngeunaan biogas dina novélna ngeunaan "pulo leungit". Sanajan kitu, sajarah gagasan ieu malah heubeul - dina abad ka-1776, Jan Baptita Van Helmont dipercaya yén gas combustible bisa didapet tina dékomposisi zat organik, sarta Count Alexander Volta (pencipta batré) ogé datang ka conclusions sarupa. taun 1859. Pabrik biogas munggaran mimiti beroperasi di Bombay sareng diadegkeun dina taun anu sami nalika Edwin Drake ngahasilkeun pangeboran minyak anu suksés. Pabrik India ngolah tai sareng nyayogikeun gas pikeun lampu jalan.
Butuh waktos anu lami sateuacan prosés kimia dina produksi biogas leres-leres dipahami sareng dikaji. Ieu tiasa dimungkinkeun nalika 30-an abad XX sareng mangrupikeun akibat tina kabisat dina kamekaran mikrobiologi. Tétéla prosés ieu disababkeun ku baktéri anaérobik, anu mangrupikeun salah sahiji bentuk kahirupan anu pangkolotna di Bumi. Aranjeunna "ngagiling" zat organik dina lingkungan anaérobik (dékomposisi aérobik peryogi seueur oksigén sareng ngahasilkeun panas). Prosés sapertos kitu ogé sacara alami di rawa, rawa, sawah, laguna katutupan, jst.
Sistem produksi biogas modéren janten langkung populer di sababaraha nagara, sareng Swédia mangrupikeun pamimpin dina produksi biogas sareng kendaraan anu diadaptasi pikeun ngajalankeun éta. Unit sintésis ngagunakeun biogenerators dirancang husus, alat rélatif murah tur basajan nu nyiptakeun lingkungan cocog pikeun baktéri, nu, gumantung kana jenis maranéhanana, "karya" paling éfisién dina suhu mimitian ti 40 nepi ka 60 derajat. Produk ahir tutuwuhan biogas, salian gas, ogé ngandung sanyawa anu beunghar amonia, fosfor sareng unsur-unsur sanés anu cocog pikeun dianggo dina tatanén salaku pupuk taneuh.
