Alternativat e Test Drive: PJESA 1 - Industria e gazit

Në vitet 70, Wilhelm Maybach eksperimentoi me dizajne të ndryshme të motorëve me djegie të brendshme, ndryshoi mekanizmat dhe mendoi për lidhjet më të përshtatshme për prodhimin e pjesëve individuale. Ai shpesh pyet veten se cila nga substancat e djegshme të atëhershme do të ishte më e përshtatshme për t'u përdorur në motorët e nxehtësisë.

Në vitet 70, Wilhelm Maybach eksperimentoi me dizajne të ndryshme të motorëve me djegie të brendshme, ndryshoi mekanizmat dhe mendoi për lidhjet më të përshtatshme për prodhimin e pjesëve individuale. Ai shpesh pyet veten se cila nga substancat e djegshme të atëhershme do të ishte më e përshtatshme për t'u përdorur në motorët e nxehtësisë.

Në 1875, kur ai ishte një punonjës i Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach vendosi të testonte nëse mund të punonte një motor me gaz me karburant të lëngshëm - më saktë, me benzinë. I shkoi mendja të kontrollonte se çfarë do të ndodhte nëse mbyllte karin e gazit dhe në vend të kësaj vendoste një copë leckë të njomur me benzinë ​​përpara kolektorit të marrjes. Motori nuk ndalet, por vazhdon të punojë derisa të "thith" të gjithë lëngun nga indet. Kështu lindi ideja e "karburatorit" të parë të improvizuar dhe pas krijimit të makinës, benzina u bë karburanti kryesor për të.

Po e tregoj këtë histori për t'ju kujtuar se para se benzina të shfaqej si një alternativë ndaj karburantit, motorët e parë përdorën gazin si lëndë djegëse. Atëherë bëhej fjalë për përdorimin e gazit (ndriçimit) për ndriçim, i marrë me metoda që nuk dihen sot, por me përpunimin e qymyrit. Motori, i shpikur nga zvicerani Isaac de Rivak, motori i parë "i thithur natyrshëm" (i pakompresuar) me shkallë industriale Etilen Lenoir që nga viti 1862 dhe njësia klasike me katër goditje e krijuar nga Otto pak më vonë, funksionon me gaz.

Këtu është e nevojshme të përmendet ndryshimi midis gazit natyror dhe gazit të lëngshëm të naftës. Gazi natyror përmban 70 deri në 98% metan, ku pjesa tjetër janë gaze organike dhe inorganike më të larta si etani, propani dhe butani, monoksidi i karbonit etj. Nafta gjithashtu përmban gazra në përmasa të ndryshme, por këto gazra çlirohen përmes distilimit të pjesshëm ose prodhohen nga disa procese anësore në rafineri. Fushat e gazit janë shumë të ndryshme - gaz i pastër ose "i thatë" (d.m.th., që përmban kryesisht metan) dhe "të lagësht" (që përmbajnë metan, etan, propan, disa gazra të tjerë më të rëndë, madje edhe "benzinë" - lëng i lehtë, fraksione shumë të vlefshme) . Llojet e vajrave janë gjithashtu të ndryshme, dhe përqendrimi i gazrave në to mund të jetë ose më i ulët ose më i lartë. Fushat shpesh kombinohen - gazi ngrihet mbi naftë dhe vepron si një "kapak gazi". Përbërja e "kapakut" dhe e fushës kryesore të naftës përfshin substancat e përmendura më lart, dhe fraksione të ndryshme, në mënyrë figurative, "derdhen" në njëra-tjetrën. Metani i përdorur si lëndë djegëse automjetesh "vjen" nga gazi natyror, dhe përzierja propan-butan që ne e dimë vjen nga fushat e gazit natyror dhe nga fushat e naftës. Rreth 6% e gazit natyror në botë prodhohet nga depozitat e qymyrit, të cilat shpesh shoqërohen me depozita gazi.

Propan-butani shfaqet në skenë në një mënyrë disi paradoksale. Në vitin 1911, një klient i zemëruar amerikan i një kompanie nafte udhëzoi mikun e tij, kimistin e famshëm Dr. Snelling, të zbulonte arsyet e ngjarjes misterioze. Arsyeja e indinjatës së klientit është se klienti befasohet kur mëson se gjysma e rezervuarit të stacionit të mbushjes sapo është mbushur. Ford Ajo u zhduk me mjete të panjohura gjatë një udhëtimi të shkurtër në shtëpinë e tij. Rezervuari nuk rrjedh nga askund ... Pas shumë eksperimenteve, Dr Snelling zbuloi se arsyeja e misterit ishte përmbajtja e lartë e gazeve të propanit dhe butanit në karburant, dhe menjëherë pas kësaj ai zhvilloi metodat e para praktike të distilimit ato. Becauseshtë për shkak të këtyre përparimeve themelore që Dr Snelling tani konsiderohet "babai" i industrisë.

Shumë më herët, rreth 3000 vjet më parë, barinjtë zbuluan një "burim flakërues" në malin Paranas në Greqi. Më vonë, një tempull me kolona flakëruese u ndërtua në këtë vend "të shenjtë" dhe orakulli Delphius lexoi lutjet e tij përpara kolosit madhështor, duke bërë që njerëzit të ndienin një ndjenjë pajtimi, frike dhe admirimi. Sot, një pjesë e asaj romance ka humbur sepse ne e dimë se burimi i flakës është metani (CH4) që rrjedh nga çarjet e shkëmbinjve të lidhur me thellësitë e fushave të gazit. Zjarre të ngjashme ka në shumë vende në Irak, Iran dhe Azerbajxhan pranë brigjeve të Detit Kaspik, të cilat gjithashtu janë djegur për shekuj dhe janë njohur prej kohësh si "Flakët e Përjetshme të Persisë".

Shumë vite më vonë, kinezët përdorën edhe gazrat nga fushat, por me një qëllim shumë pragmatik - të ngrohnin kaldaja të mëdha me ujin e detit dhe të nxirrnin kripë prej tij. Në 1785, britanikët krijuan një metodë për prodhimin e metanit nga qymyri (i cili u përdor në motorët e parë me djegie të brendshme), dhe në fillim të shekullit të njëzetë, kimistët gjermanë Kekule dhe Stradonitz patentuan një proces për prodhimin e karburantit të lëngshëm më të rëndë prej tij.

Në 1881, William Hart shpoi pusin e parë të gazit në qytetin amerikan të Fredonia. Hart pa për një kohë të gjatë flluskat që ngriheshin në sipërfaqen e ujit në një gji të afërt dhe vendosi të gërmonte një vrimë nga toka në fushën e propozuar të gazit. Në një thellësi prej nëntë metrash nën sipërfaqe, ai arriti një venë nga e cila doli gazi, të cilin e kapi më vonë dhe kompania e tij e sapoformuar Fredonia Gas Light u bë një pionier në biznesin e gazit. Sidoqoftë, megjithë përparimin e Hart, gazi ndriçues i përdorur në shekullin e XNUMX-të u nxorr kryesisht nga qymyri me metodën e përshkruar më sipër - kryesisht për shkak të mungesës së potencialit për zhvillimin e teknologjive për transportimin e gazit natyror nga fushat.

Sidoqoftë, prodhimi i parë tregtar i naftës ishte tashmë një fakt atëherë. Historia e tyre filloi në SHBA në vitin 1859, dhe ideja ishte përdorimi i vajit të nxjerrë për të distiluar vajgurin për ndriçim dhe vajrat për motorët me avull. Edhe atëherë, njerëzit u përballën me fuqinë shkatërruese të gazit natyror, të ngjeshur për mijëra vjet në zorrët e tokës. Pionierët e grupit të Edwin Drake pothuajse vdiqën gjatë shpimit të parë të improvizuar pranë Titusville, Pennsylvania, kur gazi doli nga çarja, shpërtheu një zjarr gjigant, i cili mori me vete të gjitha pajisjet. Sot, shfrytëzimi i vendburimeve të naftës dhe gazit shoqërohet me një sistem masash të veçanta për të bllokuar rrjedhën e lirë të gazit të djegshëm, por zjarret dhe shpërthimet nuk janë të rralla. Megjithatë, i njëjti gaz përdoret në shumë raste si një lloj “pompe” që e shtyn naftën në sipërfaqe dhe kur presioni i saj bie, naftëtarët fillojnë të kërkojnë dhe përdorin metoda të tjera për nxjerrjen e “arit të zi”.

Bota e gazrave hidrokarbure

Në 1885, katër vjet pas shpimit të parë të gazit të William Hart, një tjetër amerikan, Robert Bunsen, shpiku një pajisje që më vonë u bë e njohur si "djegësi i Bunsen". Shpikja shërben për të dozuar dhe përzier gazin dhe ajrin në një proporcion të përshtatshëm, i cili më pas mund të përdoret për djegie të sigurt - është ky djegës që sot është baza e grykave moderne të oksigjenit për sobat dhe pajisjet e ngrohjes. Shpikja e Bunsen hapi mundësi të reja për përdorimin e gazit natyror, por megjithëse tubacioni i parë i gazit u ndërtua që në vitin 1891, karburanti blu nuk fitoi rëndësi tregtare deri në Luftën e Dytë Botërore.

Ishte gjatë luftës që u krijuan metoda mjaft të besueshme të prerjes dhe saldimit, të cilat bënë të mundur ndërtimin e tubacioneve të sigurta të gazit metalik. Mijëra kilometra prej tyre u ndërtuan në Amerikë pas luftës, dhe tubacioni nga Libia në Itali u ndërtua në vitet '60. Depozita të mëdha të gazit natyror janë zbuluar edhe në Holandë. Këto dy fakte shpjegojnë infrastrukturën më të mirë për përdorimin e gazit natyror të kompresuar (CNG) dhe gazit të lëngshëm të naftës (LPG) si karburant automjetesh në këto dy vende. Rëndësia e madhe strategjike që gazi natyror po fillon të fitojë konfirmohet nga fakti i mëposhtëm - kur Reagan vendosi të shkatërrojë "Perandorinë e Keqe" në vitet '80, ai vuri veton për furnizimin e pajisjeve të teknologjisë së lartë për ndërtimin e një tubacioni gazi nga BRSS në Evropë. Për të kompensuar nevojat evropiane, ndërtimi i një tubacioni gazi nga sektori norvegjez i Detit të Veriut në Evropën kontinentale po përshpejtohet dhe BRSS është pezull. Në atë kohë, eksportet e gazit ishin burimi kryesor i monedhës së fortë për Bashkimin Sovjetik dhe mungesat e rënda që rezultuan nga masat e Reganit çuan shpejt në ngjarjet e njohura historike të fillimit të viteve 90.

Sot, Rusia demokratike është furnizuesi kryesor i gazit natyror për nevojat energjetike të Gjermanisë dhe një lojtar i madh global në këtë fushë. Rëndësia e gazit natyror filloi të rritet pas dy krizave të naftës të viteve '70, dhe sot ai është një nga burimet kryesore energjetike me rëndësi gjeostrategjike. Aktualisht gazi natyror është lënda djegëse më e lirë për ngrohje, përdoret si lëndë e parë në industrinë kimike, për prodhimin e energjisë elektrike, për elektroshtëpiake, madje propani “kushëriri” i tij mund të gjendet edhe në shishe deodorant si deodorant. zëvendësues i komponimeve të fluorit që shkatërrojnë ozonin. Konsumi i gazit natyror është vazhdimisht në rritje, dhe rrjeti i gazsjellësit po zgjatet. Për sa i përket infrastrukturës së ndërtuar deri tani për përdorimin e këtij karburanti në makina, gjithçka është shumë prapa.

Ne ju kemi treguar tashmë për vendimet e çuditshme që morën japonezët në prodhimin e karburantit shumë të nevojshëm dhe të pakët gjatë Luftës së Dytë Botërore, si dhe përmendëm programin për prodhimin e benzinës sintetike në Gjermani. Sidoqoftë, dihet pak për faktin se në vitet e luftës së dobët në Gjermani kishte makina mjaft reale që lëviznin në ... dru! Në këtë rast, ky nuk është një kthim në motorin e vjetër të mirë me avull, por motorë me djegie të brendshme, të krijuar fillimisht për të punuar me benzinë. Në fakt, ideja nuk është shumë e ndërlikuar, por kërkon përdorimin e një sistemi gjenerator gazi të rëndë, të rëndë dhe të rrezikshëm. Qymyri, qymyri ose thjesht druri vendoset në një termocentral të veçantë dhe jo shumë kompleks. Në fund të tij, ato digjen në mungesë të oksigjenit, dhe në kushte të temperaturës dhe lagështisë së lartë, lëshohet një gaz që përmban monoksid karboni, hidrogjen dhe metan. Më pas ftohet, pastrohet dhe futet nga një ventilator në kolektorët e marrjes së motorit për t'u përdorur si karburant. Sigurisht, drejtuesit e këtyre makinave kryenin funksionet komplekse dhe të vështira të zjarrfikësve - kaldaja duhej të ngarkohej dhe pastrohej periodikisht, dhe makinat e duhanit me të vërtetë dukeshin paksa si lokomotiva me avull.

Sot, kërkimi i gazit kërkon disa nga teknologjitë më të sofistikuara në botë, dhe nxjerrja e gazit natyror dhe naftës është një nga sfidat më të mëdha me të cilat përballet shkenca dhe teknologjia. Ky fakt është veçanërisht i vërtetë në SHBA, ku gjithnjë e më shumë po përdoren metoda jokonvencionale për të "thithur" gazin e mbetur në fusha të vjetra apo të braktisura, si dhe për të nxjerrë të ashtuquajturin gaz "të ngushtë". Sipas shkencëtarëve, tani do të duhen dy herë më shumë shpime për të prodhuar gaz në nivelin e teknologjisë në 1985. Efikasiteti i metodave është rritur shumë, dhe pesha e pajisjeve është zvogëluar me 75%. Programe kompjuterike gjithnjë e më të sofistikuara po përdoren për të analizuar të dhënat nga gravimetrat, teknologjitë sizmike dhe satelitët lazer, nga të cilët krijohen harta të kompjuterizuara tredimensionale të rezervuarëve. Janë krijuar edhe të ashtuquajturat imazhe 4D, falë të cilave është e mundur të vizualizohen format dhe lëvizjet e depozitave me kalimin e kohës. Megjithatë, objektet më të avancuara mbeten për prodhimin e gazit natyror në det të hapur - vetëm një pjesë e përparimit njerëzor në këtë fushë - sistemet e pozicionimit global për shpime, shpime ultra të thella, tubacionet e dyshemesë së oqeanit dhe sistemet e pastrimit të lëngshëm. monoksidi i karbonit dhe rëra.

Rafinimi i naftës për të prodhuar benzinë ​​me cilësi të lartë është një detyrë shumë më komplekse sesa rafinimi i gazrave. Nga ana tjetër, transportimi i gazit nga deti është shumë më i kushtueshëm dhe kompleks. Cisternat e LPG-së janë mjaft komplekse në dizajn, por transportuesit LNG janë një krijim mahnitës. Butani lëngëzohet në -2 gradë, ndërsa propani në -42 gradë ose presion relativisht të ulët. Megjithatë, duhen -165 gradë për të lëngëzuar metanin! Rrjedhimisht, ndërtimi i cisternave të LPG-së kërkon stacione kompresorësh më të thjeshta sesa për gazin natyror dhe rezervuarët që janë projektuar për t'i bërë ballë presioneve jo veçanërisht të larta prej 20-25 bar. Në të kundërt, cisternat e gazit të lëngshëm natyror janë të pajisur me sisteme ftohjeje të vazhdueshme dhe rezervuarë super të izoluar - në fakt, këta kolosë janë frigoriferët më të mëdhenj kriogjenë në botë. Megjithatë, një pjesë e gazit arrin të "largohet" nga këto instalime, por një sistem tjetër e kap menjëherë dhe e fut në cilindrat e motorit të anijes.

Për arsyet e mësipërme, është mjaft e kuptueshme që tashmë në 1927 teknologjia lejoi që tanket e para të propan-butanit të mbijetonin. Kjo është vepër e Holandisht-Angleze Shell, e cila në atë kohë ishte tashmë një kompani gjigante. Shefi i saj Kessler është një njeri i avancuar dhe një eksperimentues që ka ëndërruar prej kohësh të përdorë në një farë mënyre sasinë e madhe të gazit që deri më tani ka rrjedhur në atmosferë ose është djegur në rafineritë e naftës. Me idenë dhe iniciativën e tij, u krijua anija e parë në det të hapur me një kapacitet mbajtës 4700 tonë për të transportuar gaze hidrokarbure me pamje ekzotike dhe përmasa mbresëlënëse mbi rezervuarët e kuvertës.

Megjithatë, nevojiten edhe tridhjetë e dy vjet të tjerë për të ndërtuar transportuesin e parë të metanit Methane Pioneer, i ndërtuar me porosi të kompanisë së gazit Constock International Methane Limited. Shell, e cila tashmë ka një infrastrukturë të qëndrueshme për prodhimin dhe shpërndarjen e LPG, bleu këtë kompani dhe shumë shpejt u ndërtuan dy cisterna të tjera të mëdha - Shell filloi të zhvillojë biznesin e gazit të lëngshëm natyror. Kur banorët e ishullit anglez Conway, ku kompania po ndërton objektet e magazinimit të metanit, kuptojnë se çfarë ruhet dhe transportohet në të vërtetë në ishullin e tyre, ata tronditen dhe tremben, duke menduar (dhe me të drejtë) se anijet janë thjesht bomba gjigante. Atëherë problemi i sigurisë ishte vërtet i rëndësishëm, por sot cisternat për transportin e metanit të lëngshëm janë jashtëzakonisht të sigurt dhe janë jo vetëm një nga më të sigurtat, por edhe një nga anijet detare më miqësore me mjedisin - pakrahasueshëm më të sigurta për mjedisin sesa cisternat e naftës. Konsumatori më i madh i flotës së cisternave është Japonia, e cila praktikisht nuk ka burime lokale të energjisë, dhe ndërtimi i tubacioneve të gazit në ishull është një ndërmarrje shumë e vështirë. Japonia ka gjithashtu "parkun" më të madh të automjeteve me gaz. Furnizuesit kryesorë të gazit natyror të lëngshëm (LNG) sot janë Shtetet e Bashkuara, Omani dhe Katari, Kanada.

Kohët e fundit, biznesi i prodhimit të hidrokarbureve të lëngëta nga gazi natyror është bërë gjithnjë e më popullor. Ky është kryesisht karburant dizel ultra i pastër i sintetizuar nga metani dhe kjo industri pritet të zhvillohet me një ritëm të përshpejtuar në të ardhmen. Për shembull, politika energjetike e Bushit kërkon përdorimin e burimeve lokale të energjisë dhe Alaska ka depozita të mëdha gazi natyror. Këto procese stimulohen nga çmimet relativisht të larta të naftës, të cilat krijojnë parakushte për zhvillimin e teknologjive të shtrenjta - GTL (Gas-to-Liquids) është vetëm një prej tyre.

Në thelb, GTL nuk është një teknologji e re. Ajo u krijua në vitet 20 nga kimistët gjermanë Franz Fischer dhe Hans Tropsch, të përmendur në numrat e mëparshëm si pjesë e programit të tyre sintetik. Megjithatë, ndryshe nga hidrogjenizimi shkatërrues i qymyrit, këtu ndodhin proceset e bashkimit të molekulave të dritës në lidhje më të gjata. Afrika e Jugut ka prodhuar karburant të tillë në një shkallë industriale që nga vitet 50. Megjithatë, interesi për to është rritur vitet e fundit në kërkim të mundësive të reja për të reduktuar emetimet e dëmshme të karburantit në Shtetet e Bashkuara. Kompanitë e mëdha të naftës si BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol dhe Royal Dutch/Shell po shpenzojnë shuma të mëdha për zhvillimin e teknologjive të lidhura me GTL, dhe si rezultat i këtyre zhvillimeve, aspektet politike dhe sociale po diskutohen gjithnjë e më shumë në fytyra e stimujve. taksat për konsumatorët e karburantit të pastër. Këto lëndë djegëse do të lejojnë shumë konsumatorë të karburantit dizel ta zëvendësojnë atë me më miqësore me mjedisin dhe do të ulin koston për kompanitë e makinave për të përmbushur nivelet e reja të emetimeve të dëmshme të përcaktuara me ligj. Testimet e fundit të thelluara tregojnë se karburantet GTL reduktojnë monoksidin e karbonit me 90%, hidrokarburet me 63% dhe blozën me 23% pa ​​pasur nevojë për filtra të grimcave me naftë. Përveç kësaj, natyra me përmbajtje të ulët squfuri të këtij karburanti lejon përdorimin e katalizatorëve shtesë që mund të reduktojnë më tej emetimet e automjeteve.

Një avantazh i rëndësishëm i karburantit GTL është se ai mund të përdoret direkt në motorët me naftë pa ndonjë modifikim në njësi. Ato gjithashtu mund të përzihen me lëndë djegëse që përmbajnë 30 deri në 60 ppm squfur. Ndryshe nga gazi natyror dhe gazrat e lëngshëm të naftës, nuk ka nevojë të modifikojmë infrastrukturën ekzistuese të transportit për të transportuar lëndë djegëse të lëngshme. Sipas Presidentit të Rentech, Denis Yakubson, ky lloj i karburantit mund të plotësojë idealisht potencialin ekonomik miqësor të motorëve me naftë dhe Shell aktualisht po ndërton një fabrikë të madhe prej 22,3 miliardë dollarësh në Katar me një kapacitet të projektimit prej XNUMX milion litra karburant sintetik në ditë. ... Problemi më i madh me këto lëndë djegëse buron nga investimi i madh i kërkuar në pajisje të reja dhe procesi tipikisht i shtrenjtë i prodhimit.

Biogazit

Megjithatë, burimi i metanit nuk janë vetëm depozitat nëntokësore. Në 1808 Humphry Davy eksperimentoi me kashtë të vendosur në një rezervuar vakum dhe prodhoi një biogaz që përmbante kryesisht metan, dioksid karboni, hidrogjen dhe azot. Daniel Defoe flet edhe për biogazin në romanin e tij për "ishullin e humbur". Sidoqoftë, historia e kësaj ideje është edhe më e vjetër - në shekullin 1776, Jan Baptita Van Helmont besonte se gazrat e djegshëm mund të përftoheshin nga dekompozimi i substancave organike, dhe konti Alexander Volta (krijuesi i baterisë) gjithashtu arriti në përfundime të ngjashme. në 1859. Fabrika e parë e biogazit filloi të funksionojë në Bombei dhe u themelua në të njëjtin vit kur Edwin Drake prodhoi shpimin e parë të suksesshëm të naftës. Një fabrikë indiane përpunon feçet dhe furnizon me gaz për llambat e rrugëve.

Do të duhet shumë kohë para se proceset kimike në prodhimin e biogazit të kuptohen dhe studiohen plotësisht. Kjo u bë e mundur vetëm në vitet 30 të shekullit XX dhe është rezultat i një kërcimi në zhvillimin e mikrobiologjisë. Rezulton se ky proces është shkaktuar nga bakteret anaerobe, të cilat janë një nga format më të vjetra të jetës në Tokë. Ata "bluajnë" lëndën organike në një mjedis anaerobe (dekompozimi aerobik kërkon shumë oksigjen dhe gjeneron nxehtësi). Procese të tilla ndodhin gjithashtu natyrshëm në kënetat, kënetat, fushat e padisë, lagunat e mbuluara, etj.

Sistemet moderne të prodhimit të biogazit po bëhen gjithnjë e më të njohura në disa vende dhe Suedia është lider si në prodhimin e biogazit ashtu edhe në automjetet e përshtatura për të funksionuar në të. Njësitë e sintezës përdorin biogjeneratorë të projektuar posaçërisht, pajisje relativisht të lira dhe të thjeshta që krijojnë një mjedis të përshtatshëm për bakteret, të cilat, në varësi të llojit të tyre, "punojnë" në mënyrë më efikase në temperaturat që variojnë nga 40 deri në 60 gradë. Produktet përfundimtare të impianteve të biogazit, përveç gazit, përmbajnë edhe komponime të pasura me amoniak, fosfor dhe elementë të tjerë të përshtatshëm për t'u përdorur në bujqësi si plehra tokësore.