Сынақ дискінің баламалары: 1-БӨЛІМ - Газ өнеркәсібі

70-жылдары Вильгельм Майбах іштен жанатын қозғалтқыштардың әртүрлі конструкцияларымен тәжірибе жасап, механизмдерін өзгертті және жеке бөлшектерді шығаруға ең қолайлы қорытпалар туралы ойлады. Ол жиі сол кезде белгілі болған жанғыш заттардың қайсысы жылу қозғалтқыштарында қолдануға ыңғайлы болады деп жиі ойланады.

70-жылдары Вильгельм Майбах іштен жанатын қозғалтқыштардың әртүрлі конструкцияларымен тәжірибе жасап, механизмдерін өзгертті және жеке бөлшектерді шығаруға ең қолайлы қорытпалар туралы ойлады. Ол жиі сол кезде белгілі болған жанғыш заттардың қайсысы жылу қозғалтқыштарында қолдануға ыңғайлы болады деп жиі ойланады.

1875 жылы, ол Gasmotorenfabrik Deutz компаниясының қызметкері болған кезде, Вильгельм Майбах газ қозғалтқышын сұйық отынмен - дәлірек айтқанда, бензинмен басқара алатынын сынауды шешті. Оның ойына газ вентиляторын жауып, орнына бензинге малынған шүберекті сорғыштың алдына қойса, не болатынын тексеру келді. Қозғалтқыш тоқтамайды, бірақ ол барлық сұйықтықты матадан «сорып алғанша» жұмысын жалғастырады. Бірінші импровизацияланған «карбюратор» идеясы осылай пайда болды және автомобиль жасалғаннан кейін бензин оның негізгі отынына айналды.

Мен бұл оқиғаны бензин жанармайға балама ретінде пайда болғанға дейін алғашқы қозғалтқыштар газды отын ретінде қолданғанын еске салу үшін айтып отырмын. Содан кейін әңгіме қазіргі кезде белгісіз әдістермен алынған, бірақ көмірді өңдеу арқылы алынған (жарықтандырғыш) газды жарықтандыру үшін пайдалану туралы болды. Швейцариялық Исаак де Ривак ойлап тапқан қозғалтқыш, 1862 жылдан бастап алғашқы «табиғи түрде сорылатын» (сығымдалмаған) өнеркәсіптік деңгейдегі этилен ленуар қозғалтқышы және Отто сәл кейінірек жасаған классикалық төрт тактілі қондырғы газбен жұмыс істейді.

Бұл жерде табиғи газ бен сұйытылған мұнай газының айырмашылығын айта кеткен жөн. Табиғи газдың құрамында 70-98% метан бар, ал қалғандары этан, пропан және бутан, көміртегі тотығы және т.б. сияқты жоғары органикалық және бейорганикалық газдар. Мұнайдың құрамында да әртүрлі пропорциядағы газдар бар, бірақ бұл газдар фракциялық айдау арқылы шығарылады немесе мұнай өңдеу зауыттарында кейбір жанама процестер арқылы өндіріледі. Газ кен орындары өте әртүрлі – таза газ немесе «құрғақ» (яғни құрамында негізінен метан бар) және «ылғалды» (құрамында метан, этан, пропан, кейбір басқа да ауыр газдар, тіпті «бензин» - жеңіл сұйық, өте құнды фракциялар бар) . Мұнай түрлері де әртүрлі, олардағы газдардың концентрациясы не аз, не жоғары болуы мүмкін. Кен орындары жиі біріктіріледі – газ мұнайдан жоғары көтеріледі және «газ қақпағы» қызметін атқарады. «Қақпақтың» және негізгі мұнай кен орнының құрамына жоғарыда аталған заттар кіреді және әртүрлі фракциялар, бейнелеп айтқанда, бір-біріне «ағылады». Көлік отыны ретінде пайдаланылатын метан табиғи газдан «келеді», ал біз білетін пропан-бутан қоспасы табиғи газ кен орындарынан да, мұнай кен орындарынан да келеді. Дүние жүзіндегі табиғи газдың шамамен 6% көмір кен орындарынан өндіріледі, олар көбінесе газ кен орындарымен бірге жүреді.

Пропан-бутан сахнада біршама парадоксалды түрде пайда болады. 1911 жылы мұнай компаниясының ашулы американдық клиенті өзінің досы атақты химик доктор Снелингке жұмбақ оқиғаның себептерін білуді тапсырды. Клиенттің наразылығының себебі - тұтынушы жанармай құю бекетінің резервуарының жартысы ғана толтырылғанын білгенде таң қалады. Форд Ше оның үйіне қысқа саяхат кезінде белгісіз түрде жоғалып кетті. Цистерна еш жерден ағып кетпейді ... Көптеген эксперименттерден кейін доктор Снеллинг жұмбақтың себебі отынның құрамында пропан мен бутан газдарының көп болуы екенін анықтады, содан кейін көп ұзамай ол айдаудың алғашқы практикалық әдістерін жасады. олар Дәл осы іргелі жетістіктердің арқасында қазір доктор Снелинг индустрияның «әкесі» болып саналады.

Бұдан ертерек, шамамен 3000 жыл бұрын, қойшылар Грекиядағы Паранас тауынан «жалынды бұлақты» тапты. Кейінірек бұл «қасиетті» жерде жалындаған бағандары бар ғибадатхана салынды, ал Дельфий оракласы керемет колос алдында дұғаларын оқып, адамдарға татуласу сезімін, қорқыныш пен таңданысты тудырды. Бүгінде бұл романстың бір бөлігі жоғалып кетті, өйткені біз жалынның көзі газ кен орындарының тереңдігімен байланысты жыныстардағы жарықтардан ағып жатқан метан (CH4) екенін білеміз. Каспий теңізінің жағалауында Ирак, Иран және Әзірбайжанның көптеген жерлерінде осындай өрттер бар, олар да ғасырлар бойы жанып келеді және ежелден «Персияның мәңгілік алауы» деп аталды.

Көптеген жылдар өткен соң қытайлықтар да кен орындарындағы газдарды пайдаланды, бірақ өте прагматикалық мақсатпен - үлкен қазандықтарды теңіз суымен жылыту және одан тұз алу. 1785 жылы британдықтар көмірден метан алу әдісін жасады (ол бірінші іштен жанатын қозғалтқыштарда қолданылды), ал ХХ ғасырдың басында неміс химиктері Кекуле мен Страдониц одан ауыр сұйық отын алу процесін патенттеді.

1881 жылы Уильям Харт Американың Фредония қаласында алғашқы газ ұңғымасын бұрғылады. Харт жақын маңдағы шығанақтағы судың бетіне көтерілген көпіршіктерді ұзақ бақылап, жерден болжанған газ кен орнына дейін шұңқыр қазуды ұйғарды. Жер бетінен тоғыз метр тереңдікте ол газ атқылаған тамырға жетті, оны кейінірек басып алды және оның жаңадан құрылған Fredonia Gas Light компаниясы газ бизнесінде пионер болды. Дегенмен, Харттың жетістіктеріне қарамастан, XNUMX ғасырда пайдаланылған жарықтандыру газы негізінен жоғарыда сипатталған әдіспен көмірден алынды - негізінен кен орындарынан табиғи газды тасымалдау технологияларын әзірлеу әлеуетінің болмауына байланысты.

Алайда, мұнайдың алғашқы коммерциялық өндірісі ол кезде факт болды. Олардың тарихы 1859 жылы АҚШ-та басталып, алынған майды жарықтандыруға арналған керосинді және бу машиналарына арналған майларды айдау үшін пайдалану идеясы болды. Сол кездің өзінде адамдар мыңдаған жылдар бойы жер қойнауында қысылған табиғи газдың жойқын күшімен бетпе-бет келді. Эдвин Дрейк тобының пионерлері Титусвилл, Пенсильвания маңындағы алғашқы экспромттық бұрғылау кезінде өліп қала жаздады, ол жерден газ ағып кеткен кезде үлкен өрт шығып, барлық жабдықты алып кетті. Бүгінгі таңда мұнай және газ кен орындарын пайдалану жанғыш газдың еркін ағынын бөгейтін арнайы шаралар жүйесімен қатар жүреді, бірақ өрттер мен жарылыстар сирек емес. Алайда, сол газ көп жағдайда мұнайды жер бетіне шығаратын «сорғы» ретінде пайдаланылады, оның қысымы төмендеген кезде мұнайшылар «қара алтынды» алудың басқа әдістерін іздеп, қолдана бастайды.

Көмірсутекті газдар әлемі

1885 жылы Уильям Харт бірінші газ бұрғылауынан төрт жыл өткен соң, тағы бір американдық Роберт Бунсен кейін «Бунсен оттығы» деген атпен белгілі болған құрылғыны ойлап тапты. Өнертабыс газ бен ауаны қолайлы пропорцияда мөлшерлеуге және араластыруға қызмет етеді, оны кейін қауіпсіз жану үшін пайдалануға болады - дәл осы оттық бүгінгі күні пештер мен жылыту құрылғыларына арналған заманауи оттегі саптамаларының негізі болып табылады. Бунсеннің өнертабысы табиғи газды пайдаланудың жаңа мүмкіндіктерін ашты, бірақ бірінші газ құбыры 1891 жылы салынғанымен, көгілдір отын Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін коммерциялық маңыздылыққа ие болмады.

Дәл соғыс кезінде кесу мен дәнекерлеудің жеткілікті сенімді әдістері жасалды, бұл қауіпсіз металл газ құбырларын салуға мүмкіндік берді. Олардың мыңдаған шақырымы соғыстан кейін Америкада салынды, ал Ливиядан Италияға құбыр 60-жылдары салынды. Нидерландыда да табиғи газдың ірі кен орындары ашылды. Бұл екі факт осы екі елде көлік отыны ретінде сығылған табиғи газды (CNG) және сұйытылған мұнай газын (СКГ) пайдаланудың жақсы инфрақұрылымын түсіндіреді. Табиғи газдың игере бастаған орасан зор стратегиялық маңыздылығын келесі факт растайды - Рейган 80-жылдары «Зұлым империяны» жою туралы шешім қабылдаған кезде, ол газ құбырын салу үшін жоғары технологиялық жабдықты жеткізуге вето қойды. КСРО Еуропаға. Еуропалық қажеттіліктерді өтеу үшін Солтүстік теңіздің Норвегиялық секторынан материктік Еуропаға газ құбырының құрылысы жеделдетіліп, КСРО ілулі тұр. Сол кезде газ экспорты Кеңес Одағы үшін еркін валютаның негізгі көзі болды, ал Рейганның шараларынан туындаған ауыр тапшылық көп ұзамай 90 жылдардың басындағы белгілі тарихи оқиғаларға әкелді.

Бүгінде демократиялық Ресей Германияның энергетикалық қажеттіліктерін табиғи газбен қамтамасыз етуші және осы саладағы негізгі жаһандық ойыншы болып табылады. Табиғи газдың маңыздылығы 70-ші жылдардағы екі мұнай дағдарысынан кейін өсе бастады және бүгінгі таңда ол геостратегиялық маңызы бар негізгі энергетикалық ресурстардың бірі болып табылады. Қазіргі уақытта табиғи газ жылытуға арналған ең арзан отын болып табылады, химия өнеркәсібінде шикізат ретінде, электр энергиясын өндіруде, тұрмыстық техникада қолданылады, ал оның «туысы» пропан тіпті дезодорант бөтелкелерінен дезодорант ретінде де кездеседі. озонды бұзатын фтор қосылыстарының орнын басады. Табиғи газды тұтыну үнемі өсіп, газ құбырлары желісі ұзарып келеді. Бұл жанармайды көліктерде пайдалану үшін осы уақытқа дейін салынған инфрақұрылымға келетін болсақ, бәрі артта қалды.

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жапондықтардың аса қажетті және тапшы жанармай өндірісінде қабылдаған оғаш шешімдері туралы айтып өттік, сонымен қатар Германиядағы синтетикалық бензин өндіру бағдарламасын да атап өттік. Дегенмен, Германияда соғыс жылдарында ағашпен жүретін нақты машиналар болғаны туралы аз біледі! Бұл жағдайда бұл ескі жақсы бу қозғалтқышына оралу емес, бастапқыда бензинмен жұмыс істеуге арналған ішкі жану қозғалтқыштары. Шындығында, идея өте күрделі емес, бірақ көлемді, ауыр және қауіпті газ генераторы жүйесін пайдалануды талап етеді. Көмір, көмір немесе жай ағаш арнайы және өте күрделі емес электр станциясына орналастырылады. Оның түбінде олар оттегі болмаған кезде жанады, ал жоғары температура мен ылғалдылық жағдайында көміртегі тотығы, сутегі және метан бар газ бөлінеді. Содан кейін ол салқындатылады, тазаланады және отын ретінде пайдалану үшін желдеткіш арқылы қозғалтқыштың қабылдау коллекторларына беріледі. Әрине, бұл машиналардың машинистері өрт сөндірушілердің күрделі және қиын функцияларын орындады - қазандықты мезгіл-мезгіл зарядтау және тазалау керек болды, ал темекі шегетін машиналар шынымен де паровоздарға ұқсайтын.

Бүгінгі таңда газды барлау әлемдегі ең күрделі технологияларды қажет етеді, ал табиғи газ мен мұнай өндіру ғылым мен техника алдында тұрған ең үлкен міндеттердің бірі болып табылады. Бұл факт, әсіресе, ескі немесе қараусыз қалған кен орындарында қалдырылған газды «сору» үшін, сондай-ақ «тығыз» деп аталатын газды алу үшін дәстүрлі емес әдістер көбірек қолданылып жатқан АҚШ-қа қатысты. Ғалымдардың айтуынша, 1985 жылғы технология деңгейінде газ өндіру үшін енді екі есе көп бұрғылау қажет болады. Әдістердің тиімділігі айтарлықтай артып, жабдықтың салмағы 75% -ға төмендеді. Гравиметрлерден, сейсмикалық технологиялардан және лазерлік спутниктерден алынған мәліметтерді талдау үшін барған сайын күрделі компьютерлік бағдарламалар пайдаланылады, олардан су қоймаларының үш өлшемді компьютерленген карталары жасалады. Сондай-ақ 4D деп аталатын кескіндер жасалды, олардың арқасында уақыт бойынша кен орындарының формалары мен қозғалысын визуализациялауға болады. Дегенмен, теңізде табиғи газ өндіруге арналған заманауи қондырғылар қалады - бұл саладағы адамзат прогресінің бір бөлігі ғана - бұрғылау, ультра терең бұрғылау, мұхит түбіндегі құбырлар және сұйытылған тазарту жүйелері үшін жаһандық позициялау жүйелері. көміртегі тотығы және құм.

Жоғары сапалы бензин алу үшін мұнайды өңдеу газдарды өңдеуге қарағанда әлдеқайда күрделі міндет. Екінші жағынан, газды теңіз арқылы тасымалдау әлдеқайда қымбат және күрделі. СТГ цистерналары дизайны бойынша өте күрделі, бірақ СТГ тасымалдаушылары керемет туынды болып табылады. Бутан -2 градуста, ал пропан -42 градуста немесе салыстырмалы түрде төмен қысымда сұйылтады. Дегенмен, метанды сұйылту үшін -165 градус қажет! Демек, СКГ цистерналарының құрылысы табиғи газға және 20-25 бар аса жоғары емес қысымға төтеп беруге арналған резервуарларға қарағанда қарапайым компрессорлық станцияларды қажет етеді. Керісінше, сұйытылған табиғи газ цистерналары үздіксіз салқындату жүйелерімен және супероқшауланған резервуарлармен жабдықталған - шын мәнінде, бұл колосси әлемдегі ең үлкен криогенді тоңазытқыштар болып табылады. Дегенмен, газдың бір бөлігі бұл қондырғыларды «кетуге» үлгереді, бірақ басқа жүйе оны дереу басып алып, кеме қозғалтқышының цилиндрлеріне жібереді.

Жоғарыда аталған себептерге байланысты 1927 жылы технология алғашқы пропан-бутан цистерналарының аман қалуына мүмкіндік бергені түсінікті. Бұл сол кездегі алпауыт компания болған голланд-ағылшын Shell компаниясының жұмысы. Оның бастығы Кесслер - осы уақытқа дейін атмосфераға ағып кеткен немесе мұнай өңдеу зауыттарында өртеніп кеткен орасан зор газды қандай да бір жолмен пайдалануды көптен бері армандаған озық адам және тәжірибеші. Оның идеясы мен бастамасымен палубалық цистерналардың үстінде экзотикалық және әсерлі өлшемдері бар көмірсутек газдарын тасымалдауға арналған жүк көтерімділігі 4700 тонна бірінші теңіз кемесі жасалды.

Дегенмен, Constock International Methane Limited газ компаниясының тапсырысы бойынша салынған алғашқы Metan Pioneer метан тасығышын салу үшін тағы отыз екі жыл қажет. СКГ өндіру және тарату бойынша тұрақты инфрақұрылымы бар Shell бұл компанияны сатып алды және көп ұзамай тағы екі үлкен танкер салынды - Shell сұйытылған табиғи газ бизнесін дамыта бастады. Компания метан сақтау қоймаларын салып жатқан Англияның Конвей аралының тұрғындары шын мәнінде ненің сақталып, өз аралына тасымалданатынын түсінгенде, олар кемелер жай алып бомбалар деп ойлап, шошып, қорқады (және солай). Содан кейін қауіпсіздік мәселесі шынымен өзекті болды, бірақ бүгінде сұйытылған метанды тасымалдауға арналған танкерлер өте қауіпсіз және ең қауіпсіз ғана емес, сонымен бірге ең экологиялық таза теңіз кемелерінің бірі болып табылады - мұнай танкерлеріне қарағанда қоршаған орта үшін салыстырмалы түрде қауіпсіз. Танкерлік флоттың ең ірі тапсырыс берушісі Жапония болып табылады, онда жергілікті энергия көздері іс жүзінде жоқ, ал аралға газ құбырларын тарту өте қиын іс. Жапония да газбен жүретін көліктердің ең үлкен «паркіне» ие. Бүгінгі таңда сұйытылған табиғи газды (СТГ) негізгі жеткізушілер АҚШ, Оман және Катар, Канада болып табылады.

Соңғы кездері табиғи газдан сұйық көмірсутектерді өндіру бизнесі танымал бола бастады. Бұл негізінен метаннан синтезделген өте таза дизельдік отын және бұл сала болашақта жедел қарқынмен дамиды деп күтілуде. Мысалы, Буштың энергетикалық саясаты жергілікті энергия көздерін пайдалануды талап етеді, ал Аляскада табиғи газдың үлкен кен орындары бар. Бұл процестер қымбат технологияларды дамытуға алғышарттар жасайтын мұнайдың салыстырмалы түрде жоғары бағасымен ынталандырылады - GTL (Gas-to-Liquids) солардың бірі ғана.

Негізінде GTL жаңа технология емес. Оны 20 жылдары неміс химиктері Франц Фишер мен Ганс Тропш жасаған, олардың синтетикалық бағдарламасының бөлігі ретінде алдыңғы сандарда айтылған. Дегенмен, көмірді деструктивті гидрлеуден айырмашылығы, мұнда жеңіл молекулалардың ұзағырақ байланыстарға қосылу процестері жүреді. Оңтүстік Африка мұндай отынды өнеркәсіптік көлемде 50 жылдардан бастап өндіріп келеді. Дегенмен, соңғы жылдары АҚШ-та зиянды отын шығарындыларын азайтудың жаңа мүмкіндіктерін іздеуде оларға деген қызығушылық артты. BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol және Royal Dutch/Shell сияқты ірі мұнай компаниялары GTL-ге қатысты технологияларды дамытуға орасан зор қаражат жұмсауда және осы оқиғалардың нәтижесінде саяси және әлеуметтік аспектілер барған сайын талқылануда. ынталандырудың бет-бейнесі. таза отын тұтынушыларына салынатын салықтар. Бұл отындар дизельдік отынның көптеген тұтынушыларына оны экологиялық таза отынмен ауыстыруға мүмкіндік береді және заңмен белгіленген зиянды шығарындылардың жаңа деңгейіне сәйкес келетін автокөлік компанияларының шығындарын азайтады. Жақында жүргізілген тереңдетілген сынақтар GTL отындары дизельдік бөлшектерді сүзгілерді қажет етпестен көміртегі тотығын 90%-ға, көмірсутектерді 63%-ға және күйені 23%-ға азайтатынын көрсетті. Сонымен қатар, бұл отынның күкірттілігі аз болғандықтан, көлік құралдарының шығарындыларын одан әрі азайта алатын қосымша катализаторларды пайдалануға мүмкіндік береді.

GTL отынының маңызды артықшылығы - оны дизельді қозғалтқыштарда қондырғыларға ешқандай өзгертусіз тікелей қолдануға болады. Оларды 30-дан 60 промиллеге дейінгі күкірті бар отынмен араластыруға болады. Табиғи газ бен сұйытылған мұнай газдарынан айырмашылығы, сұйық отынды тасымалдау үшін қолданыстағы көлік инфрақұрылымын өзгертудің қажеті жоқ. Rentech президенті Денис Якубсонның айтуынша, отынның бұл түрі дизельді қозғалтқыштардың экологиялық таза әлеуетін өте жақсы толықтыра алады және Shell қазіргі уақытта Катарда жобалық қуаттылығы тәулігіне 22,3 миллион литр синтетикалық отын шығаратын XNUMX миллиард долларлық үлкен зауыт салуда. ... Бұл жанармайдың ең үлкен проблемасы жаңа қондырғыларға талап етілетін үлкен инвестициялардан және әдетте қымбат өндіріс процесінен туындайды.

Биогаз

Алайда метанның көзі тек жер асты кен орындары емес. 1808 жылы Хамфри Дэви вакуумдық ретортқа салынған сабанмен тәжірибе жасап, құрамында негізінен метан, көмірқышқыл газы, сутегі және азот бар биогаз өндірді. Дэниел Дефо да «жоғалған арал» туралы романында биогаз туралы айтады. Дегенмен, бұл идеяның тарихы одан да ертерек - 1776 ғасырда Ян Баптита Ван Гельмонт органикалық заттардың ыдырауынан жанғыш газдарды алуға болады деп есептеді, ал граф Александр Вольта (батареяны жасаушы) да осындай қорытындыға келді. 1859 жылы. Бірінші биогаз қондырғысы Бомбейде жұмыс істей бастады және Эдвин Дрейк алғашқы сәтті мұнай бұрғылау жұмыстарын жүргізген жылы құрылды. Үндістандық зауыт нәжіс өңдеп, көше шамдары үшін газ береді.

Биогаз өндірісіндегі химиялық процестерді мұқият түсініп, зерттеуге көп уақыт кетеді. Бұл ХХ ғасырдың 30-шы жылдарында ғана мүмкін болды және микробиологияның дамуындағы секірістің нәтижесі болып табылады. Бұл процесті Жердегі ежелгі тіршілік формаларының бірі болып табылатын анаэробты бактериялар тудырады екен. Олар анаэробты ортада органикалық заттарды «ұнтақтайды» (аэробты ыдырау оттегін көп қажет етеді және жылу шығарады). Мұндай процестер табиғи түрде батпақтарда, батпақтарда, жаздық алқаптарда, жабық лагуналарда және т.б. жүреді.

Қазіргі заманғы биогаз өндіру жүйелері кейбір елдерде танымал бола түсуде, ал Швеция биогаз өндіруде де, онымен жұмыс істеуге бейімделген көліктерде де көшбасшы болып табылады. Синтез қондырғыларында бактериялар үшін қолайлы орта жасайтын, олардың түріне қарай 40-тан 60 градусқа дейінгі температурада ең тиімді «жұмыс істейтін» арнайы жасалған биогенераторлар, салыстырмалы түрде арзан және қарапайым құрылғылар қолданылады. Биогаз қондырғыларының соңғы өнімінде газдан басқа, топырақ тыңайтқышы ретінде ауыл шаруашылығында қолдануға жарамды аммиак, фосфор және басқа элементтерге бай қосылыстар да болады.