试驾替代方案：第 1 部分 - 天然气行业

在70年代，威廉·迈巴赫（Wilhelm Maybach）尝试了各种内燃机设计，改变了机构，并考虑了最适合用于生产单个零件的合金。他经常想知道当时哪种可燃物质最适合用于热力发动机。

在70年代，威廉·迈巴赫（Wilhelm Maybach）尝试了各种内燃机设计，改变了机构，并考虑了最适合用于生产单个零件的合金。他经常想知道当时哪种可燃物质最适合用于热力发动机。

1875 年，当 Wilhelm Maybach 还是 Gasmotorenfabrik Deutz 的一名雇员时，他决定测试他是否可以使用液体燃料（更准确地说，使用汽油）来驱动燃气发动机。他突然想到，如果他关闭燃气开关，而是在进气歧管前放一块浸过汽油的布，看看会发生什么。引擎不会停止，而是继续工作，直到它从组织中“吸走”所有液体。第一个简易“化油器”的想法就是这样诞生的，在汽车诞生之后，汽油成为了它的主要燃料。

我在讲这个故事是为了提醒您，在汽油代替燃料出现之前，第一批发动机使用汽油作为燃料。然后是关于使用（照明）气体进行照明的方法，这种气体是通过当今尚不知道的方法通过加工煤炭而获得的。该发动机由瑞士Isaac de Rivak发明，是自1862年以来第一台“自然吸气”（未压缩）工业级乙烯Lenoir发动机，以及稍后由Otto创建的经典四冲程单元，都使用汽油驱动。

这里有必要提一下天然气和液化石油气的区别。天然气含有 70% 至 98% 的甲烷，其余为高级有机和无机气体，如乙烷、丙烷和丁烷、一氧化碳等。石油还含有不同比例的气体，但这些气体是通过分馏释放出来的，或者是由炼油厂的一些副工艺产生的。气田非常不同——纯气或“干”气（即主要含有甲烷）和“湿气”（含有甲烷、乙烷、丙烷和其他一些较重的气体，甚至“汽油”——轻质液体，非常有价值的馏分） . 油的种类也不同，其中的气体浓度可低可高。油田通常合并在一起——天然气高于石油并充当“气顶”。 “盖帽”和主力油田的成分包括上述物质，各种馏分，形象地说，相互“流动”。用作汽车燃料的甲烷“来自”天然气，而我们所知道的丙烷-丁烷混合物则来自天然气田和油田。世界上约 6% 的天然气产自煤矿床，煤矿床通常伴有天然气矿床。

丙烷-丁烷以一种有点自相矛盾的方式出现在现场。 1911 年，一家石油公司的一位愤怒的美国客户指示他的朋友、著名化学家斯内林博士找出神秘事件的原因。客户愤怒的原因是客户惊讶地发现加油站的油箱刚刚加满了一半。福特她在去他家的短途旅行中以不明方式失踪。油箱不是凭空流出来的……经过多次实验，斯内林博士发现这个谜团的原因是燃料中丙烷和丁烷气体的含量很高，不久之后他开发了第一个实用的蒸馏方法他们。正是由于这些根本性的进步，Snelling 博士现在被认为是该行业的“父亲”。

大约3000年前，更早的时候，牧羊人在希腊的帕拉纳斯山发现了一个“燃烧的春天”。后来，在这个“神圣”的地方建造了一座带有火柱的庙宇，神谕德尔斐斯在宏伟的巨像前背诵了他的祈祷文，使人们感到和解，恐惧和钦佩之感。如今，这种浪漫已经失去了一部分，因为我们知道火焰的来源是甲烷（CH4），它是从与气田深度有关的岩石裂缝中流出的。在里海沿岸的伊拉克，伊朗和阿塞拜疆的许多地方也发生了类似的大火，这些大火也已经燃烧了几个世纪，并长期以来被称为“波斯的永恒之火”。

许多年后，中国人也使用田间的气体，但有一个非常务实的目的——用海水加热大型锅炉并从中提取盐分。 1785 年，英国人发明了一种从煤中生产甲烷的方法（用于第一台内燃机），XNUMX 世纪初，德国化学家凯库勒和斯特拉多尼茨获得了从煤中生产较重液体燃料的工艺专利。

1881 年，威廉·哈特 (William Hart) 在美国弗雷多尼亚市钻出了第一口气井。哈特在附近的海湾注视着气泡上升到水面很长一段时间，并决定从地面挖一个洞到拟建的气田。在地表以下 XNUMX 米的深度，他到达了一条天然气从中喷出的矿脉，后来他占领了这条矿脉，他新成立的 Fredonia Gas Light Company 成为了天然气行业的先驱。然而，尽管哈特取得了突破，但 XNUMX 世纪使用的照明气体主要是通过上述方法从煤中提取的——这主要是由于缺乏开发从油田输送天然气的技术的潜力。

然而，第一次商业石油生产在当时已经成为事实。他们的历史始于 1859 年的美国，当时的想法是使用提取的油来蒸馏煤油用于照明和蒸汽机油。即使在那时，人们也面临着在地球内部压缩了数千年的天然气的破坏力。埃德温·德雷克 (Edwin Drake) 小组的先驱们在宾夕法尼亚州泰特斯维尔 (Titusville) 附近的第一次即兴钻探中差点丧命，当时气体从缺口泄漏，一场大火爆发，将所有设备带走。今天，油气田的开采伴随着一套特殊的措施来阻止可燃气体的自由流动，但火灾和爆炸并不少见。然而，同样的气体在很多情况下被用作一种将石油推向地面的“泵”，当其压力下降时，石油商们开始寻找并使用其他方法来提取“黑金”。

碳氢化合物气体的世界

1885 年，即威廉·哈特 (William Hart) 首次进行气体钻探四年后，另一位美国人罗伯特·本生 (Robert Bunsen) 发明了一种装置，后来被称为“本生灯”。本发明用于按合适的比例计量和混合燃气和空气，然后可用于安全燃烧 - 这种燃烧器是当今用于炉子和加热设备的现代氧气喷嘴的基础。本生的发明为天然气的使用开辟了新的可能性，但尽管第一条天然气管道早在 1891 年就建成了，蓝色燃料直到二战才获得商业重要性。

正是在战争期间，创造了足够可靠的切割和焊接方法，这使得建造安全的金属天然气管道成为可能。其中数千公里是战后在美国修建的，从利比亚到意大利的管道是60年代修建的。荷兰也发现了大量天然气储量。这两个事实解释了这两个国家使用压缩天然气 (CNG) 和液化石油气 (LPG) 作为车辆燃料的基础设施更好。天然气开始获得的巨大战略重要性被以下事实所证实——里根在 80 年代决定摧毁“邪恶帝国”时，他否决了从美国供应用于建设天然气管道的高科技设备。苏联到欧洲。为了弥补欧洲的需求，正在加速建设从北海挪威部分到欧洲大陆的天然气管道，而苏联悬而未决。当时，天然气出口是苏联硬通货的主要来源，而里根措施造成的严重短缺很快导致了 90 年代初期众所周知的历史事件。

今天，民主的俄罗斯是德国能源需求的主要天然气供应国，也是该领域的主要全球参与者。在 70 年代的两次石油危机之后，天然气的重要性开始增长，如今它已成为具有地缘战略重要性的主要能源之一。目前，天然气是最便宜的取暖燃料，被用作化学工业、发电和家用电器的原料，它的“表亲”丙烷甚至可以作为除臭剂出现在除臭剂瓶中。替代消耗臭氧层的氟化合物。天然气消费量不断增长，天然气管网越来越长。至于迄今为止为在汽车中使用这种燃料而建造的基础设施，一切都远远落后。

我们已经告诉过你日本在第二次世界大战期间在生产急需和稀缺的燃料方面做出的奇怪决定，还提到了德国生产合成汽油的计划。然而，鲜为人知的事实是，在德国贫瘠的战争年代，有相当多的真实汽车在……木头上行驶！在这种情况下，这不是回到良好的旧蒸汽机，而是最初设计为使用汽油运行的内燃机。其实这个想法并不是很复杂，只是需要使用体积庞大、笨重且危险的气体发生器系统。煤炭、木炭或只是木材被放置在一个特殊且不是很复杂的发电厂中。在底部，它们在没有氧气的情况下燃烧，在高温高湿的条件下，会释放出一种含有一氧化碳、氢气和甲烷的气体。然后将其冷却、清洁并通过风扇送入发动机的进气歧管用作燃料。当然，这些机器的驾驶员执行的是消防员复杂而艰巨的功能——锅炉必须定期充电和清洁，而吸烟机看起来确实有点像蒸汽机车。

今天，天然气勘探需要一些世界上最尖端的技术，而天然气和石油的开采是科学技术面临的最大挑战之一。这一事实在美国尤其如此，越来越多的非常规方法被用于“吸取”旧油田或废弃油田中残留的天然气，以及提取所谓的“致密”天然气。据科学家称，以 1985 年的技术水平，现在需要两倍的钻探才能生产天然气。这些方法的效率大大提高，设备重量减轻了75%。越来越复杂的计算机程序被用来分析来自重力仪、地震技术和激光卫星的数据，并根据这些数据创建水库的三维计算机化地图。还创建了所谓的 4D 图像，由此可以可视化沉积物随时间的形态和运动。然而，用于海上天然气生产的最先进设施仍然存在——仅占该领域人类进步的一小部分——用于钻探、超深钻探、海底管道和液化清除系统的全球定位系统。一氧化碳和沙子。

精炼石油以生产优质汽油是一项比精炼气体复杂得多的任务。另一方面，海上运输天然气成本更高，也更复杂。液化石油气运输船的设计相当复杂，但液化天然气运输船却是一个惊人的创造。丁烷在-2 度液化，而丙烷在-42 度或相对较低的压力下液化。然而，甲烷液化需要-165度！因此，液化石油气罐车的建造需要比天然气罐更简单的压缩机站，并且设计用于承受 20-25 巴的不是特别高的压力的罐。相比之下，液化天然气罐车则配备了连续冷却系统和超级绝热罐——事实上，这些巨人是世界上最大的低温冰箱。然而，部分气体设法“离开”这些装置，但另一个系统立即捕获它并将其送入船的发动机气缸。

由于上述原因，可以理解的是，早在 1927 年，该技术就让第一批丙烷-丁烷罐得以幸存。这是荷英壳牌的作品，在当时已经是一家巨无霸公司了。她的老板凯斯勒 (Kessler) 是一位先进的人和一位实验家，他长期以来一直梦想以某种方式利用迄今为止泄漏到大气中或在炼油厂燃烧的大量天然气。在他的想法和倡议下，第一艘承载能力为 4700 吨的近海船舶诞生，用于在甲板储罐上方运输具有奇特外观和令人印象深刻的尺寸的碳氢化合物气体。

然而，还需要 XNUMX 年的时间才能建造第一艘甲烷先锋甲烷运输船，该运输船是按照天然气公司 Constock International Methane Limited 的订单建造的。已经拥有稳定的液化石油气生产和分销基础设施的壳牌收购了这家公司，很快又建造了两艘大型油轮——壳牌开始发展液化天然气业务。当该公司正在建设甲烷储存设施的英国康威岛的居民意识到实际储存和运输到他们岛上的东西时，他们感到震惊和害怕，认为（这是正确的）这些船只是巨大的炸弹。那时安全问题确实很重要，但今天运输液化甲烷的油轮非常安全，不仅是最安全的船舶之一，也是最环保的海运船舶之一 - 对环境而言比油轮安全得多。油轮船队的最大客户是日本，该国几乎没有当地能源，而建设通往该岛的天然气管道是一项非常艰巨的任务。日本还拥有最大的燃气汽车“公园”。今天液化天然气 (LNG) 的主要供应商是美国、阿曼和卡塔尔、加拿大。

最近，从天然气中生产液态碳氢化合物的业务越来越受欢迎。这主要是以甲烷为原料合成的超清洁柴油，未来该产业有望加速发展。例如，布什的能源政策要求使用当地能源，而阿拉斯加拥有大量天然气储量。这些过程受到相对较高的油价的刺激，这为开发昂贵的技术创造了先决条件——GTL（天然气制油）只是其中之一。

基本上，GTL 并不是一项新技术。它是由德国化学家 Franz Fischer 和 Hans Tropsch 在 20 年代创造的，作为他们合成计划的一部分在前几期中提到过。然而，与煤的破坏性加氢相反，这里发生了将轻分子连接成更长键的过程。自 50 年代以来，南非一直在以工业规模生产这种燃料。然而，近年来，为了寻找减少美国有害燃料排放的新机会，人们对它们的兴趣有所增加。 BP、ChevronTexaco、Conoco、ExxonMobil、Rentech、Sasol 和 Royal Dutch/Shell 等主要石油公司正投入巨资开发 GTL 相关技术，由于这些发展，政治和社会方面的讨论越来越多面对激励。对清洁燃料消费者征税。这些燃料将使许多柴油消费者能够用更环保的燃料代替它，并将降低汽车公司满足法律规定的新有害排放水平的成本。最近的深入测试表明，GTL 燃料可减少 90% 的一氧化碳、63% 的碳氢化合物和 23% 的烟灰，而无需柴油微粒过滤器。此外，这种燃料的低硫特性允许使用额外的催化剂，进一步减少车辆排放。

GTL燃料的一个重要优点是，它可以直接用于柴油发动机，而无需对设备进行任何改动。它们也可以与含30至60 ppm硫的燃料混合。与天然气和液化石油气不同，无需修改现有的运输基础设施来运输液体燃料。根据Rentech总裁Denis Yakubson的说法，这种燃料可以理想地补充柴油发动机的生态友好型经济潜力，壳牌目前正在卡塔尔建设一座耗资22,3亿美元的大型工厂，设计能力为每天XNUMX万升合成燃料。 ... 这些燃料的最大问题源于对新设备的巨额投资以及通常昂贵的生产过程。

沼气

然而，甲烷的来源不仅仅是地下沉积物。 1808 年，汉弗莱·戴维 (Humphry Davy) 对放置在真空罐中的稻草进行了实验，并产生了一种主要含有甲烷、二氧化碳、氢气和氮气的沼气。丹尼尔笛福在他关于“失落的岛屿”的小说中也谈到了沼气。然而，这个想法的历史更为悠久——1776 世纪，Jan Baptita Van Helmont 认为可以从有机物质的分解中获得可燃气体，而 Count Alexander Volta（电池的发明者）也得出了类似的结论1859 年。第一家沼气厂在孟买开始运营，同年埃德温·德雷克 (Edwin Drake) 进行了第一次成功的石油钻探。一家印度工厂处理粪便并为路灯供应气体。

彻底理解和研究沼气生产中的化学过程需要很长时间。这仅在30世纪XNUMX年代才成为可能，并且是微生物学发展突飞猛进的结果。事实证明，此过程是由厌氧细菌引起的，厌氧细菌是地球上最古老的生命形式之一。他们在厌氧环境中“磨碎”有机物（有氧分解需要大量氧气并产生热量）。这种过程也自然发生在沼泽，沼泽，水田，有盖泻湖等中。

现代沼气生产系统在一些国家越来越受欢迎，瑞典在沼气生产和适用于沼气的车辆方面处于领先地位。合成装置使用专门设计的生物发电机，这种相对便宜且简单的设备可为细菌创造合适的环境，根据细菌的类型，细菌在 40 至 60 度的温度范围内“工作”效率最高。沼气厂的最终产品，除气体外，还含有富含氨、磷和其他适合在农业中用作土壤肥料的元素的化合物。