試乗代替案: パート 1 - ガス業界
70年代、ウィルヘルムマイバッハはさまざまな設計の内燃機関を試し、メカニズムを変更し、個々の部品の製造に最も適した合金について考えました。 彼はしばしば、当時知られている可燃性物質のどれが熱機関での使用に最も適しているのか疑問に思っています。
70年代、ウィルヘルムマイバッハはさまざまな設計の内燃機関を試し、メカニズムを変更し、個々の部品の製造に最も適した合金について考えました。 彼はしばしば、当時知られている可燃性物質のどれが熱機関での使用に最も適しているのか疑問に思っています。
Gasmotorenfabrik Deutz の従業員だった 1875 年、Wilhelm Maybach は、液体燃料 (より正確にはガソリン) でガス エンジンを実行できるかどうかをテストすることにしました。 ガスコックを閉じ、代わりにガソリンに浸した布をインテークマニホールドの前に置くとどうなるかを確認するために彼は思いつきました。 エンジンは停止しませんが、組織からすべての液体を「吸い取る」まで働き続けます。 これが、最初の即席の「キャブレター」のアイデアが生まれた方法であり、車の作成後、ガソリンがその主な燃料になりました。
私がこの話をしているのは、ガソリンが燃料の代わりになる前は、最初のエンジンは燃料としてガスを使用していたことを思い出させるためです。 次に、今日では知られていない方法で石炭を処理することによって得られた、照明用の（照明）ガスの使用についてです。 スイスのアイザックデリバクによって発明されたこのエンジンは、1862年以来最初の「自然吸気」（非圧縮）工業グレードのエチレンレノアエンジンで、オットーが少し後に作成したクラシックなXNUMXストロークユニットはガスで作動します。
ここで、天然ガスと液化石油ガスの違いについて言及する必要があります。 天然ガスには 70 ～ 98% のメタンが含まれており、残りはエタン、プロパン、ブタン、一酸化炭素などの高級有機ガスと無機ガスです。 石油にはさまざまな割合のガスも含まれていますが、これらのガスは分別蒸留によって放出されるか、製油所での副次的プロセスによって生成されます。 ガス田は非常に異なります - 純粋なガスまたは「乾燥した」（つまり、主にメタンを含む）と「湿った」（メタン、エタン、プロパン、その他の重いガス、さらには「ガソリン」 - 軽い液体、非常に貴重な画分を含む） . 油の種類も異なり、油中のガス濃度は低くても高くてもかまいません。 フィールドはしばしば組み合わされます - ガスは石油の上に上昇し、「ガスキャップ」として機能します. 「キャップ」と主な油田の組成には、上記の物質が含まれており、比喩的に言えば、さまざまな部分が互いに「流れ込み」ます。 自動車燃料として使用されるメタンは天然ガスから「来て」おり、私たちが知っているプロパンとブタンの混合物は天然ガス田と油田の両方から来ています. 世界の天然ガスの約 6% は、しばしばガス鉱床を伴う石炭鉱床から生産されます。
プロパン-ブタンは、やや逆説的な方法でシーンに表示されます。 1911年、石油会社の憤慨したアメリカ人のクライアントは、彼の友人である有名な化学者のスネリング博士に、謎の出来事の理由を見つけるように指示しました。 お客さまの憤慨の理由は、給油所のタンクの半分が満タンになったことに驚いたからです。 フォード彼女は彼の家への短い旅行の間に未知の手段で姿を消した。 タンクはどこからともなく流れ出ません...多くの実験の後、スネリング博士は謎の理由が燃料中のプロパンとブタンガスの高含有量であることを発見し、その後すぐに彼は蒸留の最初の実用的な方法を開発しました彼ら。 スネリング博士が現在、業界の「父」と見なされているのは、これらの根本的な進歩によるものです。
はるか昔、約3000年前に、羊飼いたちはギリシャのパラナス山で「燃える泉」を発見しました。 後に、この「神聖な」場所に炎の柱のある寺院が建てられ、神託デルフィウスは壮大な巨像の前で祈りを読み、人々に和解、恐怖、そして賞賛の気持ちを感じさせました。 今日、火炎の発生源はガス田の深さに関連する岩石の亀裂から流れるメタン（CH4）であることを知っているため、そのロマンスの一部が失われています。 カスピ海沿岸のイラク、イラン、アゼルバイジャンの多くの場所で同様の火災が発生しており、何世紀にもわたって燃え続け、「ペルシャの永遠の炎」として長く知られています。
何年も後、中国人も畑からのガスを使用しましたが、非常に実用的な目的で、海水で大型ボイラーを加熱し、そこから塩を抽出しました。 1785 年、イギリス人は石炭からメタンを生成する方法を開発し (これは最初の内燃機関で使用されました)、XNUMX 世紀初頭にはドイツの化学者ケクレとストラドニッツがメタンからより重い液体燃料を生成する方法の特許を取得しました。
1881 年、ウィリアム ハートはアメリカの都市フレドニアで最初のガス井を掘削しました。 ハートは近くの湾の水面に泡が立ち上るのを長い間観察し、地面から提案されたガス田まで穴を掘ることに決めました。 地下XNUMXメートルの深さで、彼はガスが噴出する鉱脈に到達し、後にそれを捕獲し、彼が新たに設立したフレドニア・ガス・ライト・カンパニーはガス事業のパイオニアとなった. しかし、ハートの突破口にもかかわらず、XNUMX 世紀に使用された照明用ガスは主に上記の方法で石炭から抽出されました。これは主に、フィールドから天然ガスを輸送する技術を開発する可能性がないためです。
しかし、最初の商業的な石油生産はその時すでに事実でした. その歴史は 1859 年にアメリカで始まり、抽出された油を使用して照明用の灯油と蒸気機関用の油を蒸留するというアイデアがありました。 その時でさえ、人々は地球の奥深くで何千年もの間圧縮された天然ガスの破壊力に直面していました. エドウィン・ドレイクのグループの先駆者たちは、ペンシルベニア州タイタスビルの近くでの最初の即興の掘削中にガスが漏出し、大規模な火災が発生し、すべての機器が運び去られてほとんど死亡しました。 今日、油田とガス田の開発には、可燃性ガスの自由な流れを遮断するための特別な措置のシステムが伴いますが、火災や爆発は珍しくありません. しかし、多くの場合、同じガスが石油を地表に押し出す一種の「ポンプ」として使用され、その圧力が低下すると、石油業者は「黒い金」を抽出するために別の方法を探し始めます。
炭化水素ガスの世界
1885 年、ウィリアム ハートの最初のガス掘削から 1891 年後、別のアメリカ人ロバート ブンセンが、後に「ブンゼン バーナー」として知られるようになる装置を発明しました。 本発明は、ガスと空気を適切な割合で投与および混合するのに役立ち、安全な燃焼に使用できます。今日、ストーブや暖房器具用の最新の酸素ノズルの基礎となっているのはこのバーナーです。 ブンゼンの発明は、天然ガスの使用に新たな可能性を切り開いたが、最初のガス パイプラインは XNUMX 年に建設されたものの、青い燃料は第二次世界大戦まで商業的な重要性を得ることはなかった。
十分に信頼できる切断と溶接の方法が作成されたのは戦時中であり、それにより安全な金属ガスパイプラインを構築することが可能になりました。 戦後、数千キロに及ぶパイプラインがアメリカで建設され、リビアからイタリアへのパイプラインは 60 年代に建設されました。 オランダでも大量の天然ガス鉱床が発見されています。 これらの 80 つの事実は、圧縮天然ガス (CNG) と液化石油ガス (LPG) をこれら 90 つの国で車両燃料として使用するためのより優れたインフラストラクチャを説明しています。 天然ガスが獲得し始めている巨大な戦略的重要性は、次の事実によって確認されています。ソ連からヨーロッパへ。 ヨーロッパのニーズを補うために、北海のノルウェーのセクターからヨーロッパ本土へのガスパイプラインの建設が加速しており、ソ連はぶら下がっています。 当時、ガスの輸出はソ連にとって外貨の主な供給源であり、レーガンの措置による深刻な不足は、すぐに XNUMX 年代初頭の有名な歴史的出来事につながりました。
今日、民主的なロシアは、ドイツのエネルギー需要に対する天然ガスの主要な供給者であり、この分野における主要な世界的プレーヤーです。 天然ガスの重要性は、70 年代の XNUMX つの石油危機の後に高まり始め、今日では地政学的に重要な主要なエネルギー資源の XNUMX つとなっています。 現在、天然ガスは暖房用の最も安価な燃料であり、化学産業、発電、家庭用電化製品の原料として使用されており、その「いとこ」であるプロパンは、消臭剤として消臭剤のボトルに入っていることさえあります. オゾン層を破壊するフッ素化合物の代替品。 天然ガスの消費量は常に増加しており、ガスのパイプライン ネットワークは長くなっています。 自動車でこの燃料を使用するためにこれまでに構築されたインフラストラクチャに関しては、すべてがはるかに遅れています。
第二次世界大戦中、非常に必要とされていた希少な燃料の生産において日本人が下した奇妙な決定についてはすでにお話ししました。また、ドイツでの合成ガソリンの生産計画についても言及しました。 しかし、ドイツでの希薄な戦争の時代に、かなり本物の車が...木材で走っていたという事実についてはほとんど知られていません! この場合、これは古き良き蒸気機関への回帰ではなく、もともとガソリンで動くように設計された内燃機関です。 実際、このアイデアはそれほど複雑ではありませんが、かさばる重く危険なガス発生システムを使用する必要があります。 石炭、木炭、または木材だけが、特別でそれほど複雑ではない発電所に入れられます。 その底では、酸素のない状態で燃焼し、高温多湿の条件下では、一酸化炭素、水素、メタンを含むガスが放出されます。 その後、冷却、洗浄され、ファンによってエンジンのインテークマニホールドに供給され、燃料として使用されます。 もちろん、これらの機械の運転手は消防士の複雑で困難な機能を実行しました。ボイラーは定期的に充電して掃除する必要があり、喫煙機械は蒸気機関車のように見えました。
今日、ガス探査には世界で最も洗練された技術が必要であり、天然ガスと石油の抽出は科学技術が直面する最大の課題の 1985 つです。 この事実は特に米国に当てはまります。米国では、古いまたは放棄されたフィールドに残されたガスを「吸引」し、いわゆる「タイト」ガスを抽出するために、ますます型にはまらない方法が使用されています。 科学者によると、現在、75 年の技術レベルでガスを生産するには、4 倍の掘削が必要になります。 方法の効率が大幅に向上し、機器の重量が XNUMX% 削減されました。 ますます洗練されたコンピューター プログラムを使用して、重力計、地震技術、レーザー衛星からのデータを分析し、そこから貯水池のコンピューター化された XNUMX 次元マップを作成しています。 いわゆるXNUMXD画像も作成されており、堆積物の形態や動きを経時的に可視化することができます。 しかし、海洋天然ガス生産のための最先端の施設が残っています。掘削、超深度掘削、海底パイプライン、液化クリアランス システム用の全地球測位システムです。 一酸化炭素と砂。
石油を精製して高品質のガソリンを生産することは、ガスを精製するよりもはるかに複雑な作業です。 一方、海上輸送ははるかにコストがかかり、複雑です。 LPG タンカーの設計は非常に複雑ですが、LNG 運搬船は驚くべき創造物です。 ブタンはマイナス 2 度で液化しますが、プロパンはマイナス 42 度または比較的低い圧力で液化します。 しかし、メタンが液化するにはマイナス165度！ その結果、LPG タンカーの建造には、20 ～ 25 バールという特に高圧ではない圧力に耐えるように設計された天然ガスおよびタンクよりも単純なコンプレッサー ステーションが必要です。 対照的に、液化天然ガスタンカーには、連続冷却システムと超断熱タンクが装備されています。実際、これらの巨像は世界最大の極低温冷蔵庫です。 ただし、ガスの一部はこれらの設備を「離れる」ことができますが、別のシステムがすぐにそれを捕捉し、船のエンジンシリンダーに供給します.
上記の理由から、すでに 1927 年に技術によって最初のプロパン - ブタン タンクが生き残ることができたことは非常に理解できます。 これは、当時すでに巨大な会社であったオランダ英語シェルの作品です。 彼女の上司であるケスラーは、これまでに大気中に漏れたり、石油精製所で燃え尽きたりした膨大な量のガスを何らかの方法で使用することを長い間夢見てきた先進的で実験的な人物です。 彼のアイデアとイニシアチブにより、積載量 4700 トンの最初のオフショア船が作成され、エキゾチックな外観と印象的な寸法の炭化水素ガスをデッキ タンクの上に輸送しました。
しかし、ガス会社コンストック・インターナショナル・メタン・リミテッドの注文により建造された最初のメタン・パイオニア・メタン運搬船を建造するには、さらにXNUMX年が必要です。 すでにLPGの生産と流通のための安定したインフラストラクチャを持っているシェルがこの会社を買収し、すぐにさらにXNUMXつの巨大なタンカーが建造されました.シェルは液化天然ガス事業の開発を開始しました. 同社がメタン貯蔵施設を建設しているイギリスのコンウェイ島の住民が、実際に何が貯蔵され、自分たちの島に輸送されているかを知ったとき、彼らはショックを受けて怖がり、船はただの巨大な爆弾だと思った (そして当然のことながら)。 当時、安全性の問題は非常に重要でしたが、今日、液化メタンを輸送するタンカーは非常に安全であり、最も安全であるだけでなく、最も環境に優しい船舶の XNUMX つでもあります。石油タンカーよりも環境に対して比類のないほど安全です。 タンカー艦隊の最大の顧客は日本であり、国内には実質的にエネルギー源がなく、島へのガスパイプラインの建設は非常に困難な事業です。 日本にはまた、ガソリン車の最大の「パーク」があります。 今日の液化天然ガス (LNG) の主な供給国は、米国、オマーン、カタール、カナダです。
最近では、天然ガスから液体炭化水素を製造するビジネスがますます人気を集めています。 主にメタンから合成された超クリーンなディーゼル燃料であり、この産業は今後ますます加速することが期待されています。 たとえば、ブッシュ大統領のエネルギー政策では地元のエネルギー源を使用する必要があり、アラスカには大量の天然ガスが埋蔵されています。 これらのプロセスは、高価な技術の開発のための前提条件を作成する比較的高い石油価格によって刺激されます - GTL (Gas-to-Liquids) はその XNUMX つにすぎません。
基本的に、GTL は新しいテクノロジーではありません。 20 年代にドイツの化学者フランツ フィッシャーとハンス トロプシュによって作成されました。 ただし、石炭の破壊的な水素化とは対照的に、ここでは軽い分子をより長い結合に結合するプロセスが行われます。 南アフリカは、50 年代からこのような燃料を工業規模で生産してきました。 しかし、近年、米国で有害な燃料排出を削減する新しい機会を求めて、それらへの関心が高まっています。 BP、ChevronTexaco、Conoco、ExxonMobil、Rentech、Sasol、Royal Dutch/Shell などの大手石油会社は、GTL 関連技術の開発に多額の費用を費やしており、これらの開発の結果として、政治的および社会的側面がますます議論されています。インセンティブの顔。 クリーン燃料の消費者に対する税金。 これらの燃料は、ディーゼル燃料の多くの消費者がより環境に優しい燃料に置き換えることを可能にし、自動車会社が法律で設定された新しいレベルの有害な排出物を満たすためのコストを削減します。 最近の詳細なテストでは、GTL 燃料は、ディーゼル粒子フィルターを必要とせずに、一酸化炭素を 90%、炭化水素を 63%、すすを 23% 削減することが示されています。 さらに、この燃料の低硫黄の性質により、車両の排出ガスをさらに削減できる追加の触媒を使用することができます。
GTL燃料の重要な利点は、ユニットを変更せずに直接ディーゼルエンジンで使用できることです。 また、30〜60 ppmの硫黄を含む燃料とブレンドすることもできます。 天然ガスや液化石油ガスとは異なり、液体燃料を輸送するために既存の輸送インフラを変更する必要はありません。 レンテックの社長であるデニスヤクブソン氏によれば、このタイプの燃料はディーゼルエンジンの環境に優しい経済的可能性を理想的に補完することができ、シェルは現在、カタールに22,3日あたりXNUMX万リットルの合成燃料の設計能力を持つXNUMX億ドル規模の大規模プラントを建設しています。 ... これらの燃料の最大の問題は、新しい設備と通常は高価な製造プロセスに必要な莫大な投資から生じます。
バイオガス
しかし、メタンの発生源は地下堆積物だけではありません。 1808 年、Humphry Davy はストローを真空レトルトに入れて実験し、主にメタン、二酸化炭素、水素、窒素を含むバイオガスを生成しました。 ダニエル・デフォーも、「失われた島」についての小説でバイオガスについて語っています。 しかし、この考えの歴史はさらに古く、1776 世紀にヤン・バプティタ・ヴァン・ヘルモントが有機物質の分解から可燃性ガスを得ることができると信じ、アレキサンダー ヴォルタ伯爵 (電池の発明者) も同様の結論に達しました。 1859年。 最初のバイオガス プラントはボンベイで操業を開始し、エドウィン ドレイクが最初の石油掘削に成功したのと同じ年に設立されました。 インドの工場では、糞便を処理し、街路灯にガスを供給しています。
バイオガスの製造における化学プロセスが完全に理解され、研究されるまでには長い時間がかかります。 これは30世紀のXNUMX年代にのみ可能になり、微生物学の発展における飛躍の結果です。 このプロセスは、地球上で最も古い生物のXNUMXつである嫌気性細菌によって引き起こされることが判明しています。 それらは嫌気性環境で有機物を「粉砕」します（好気性分解は大量の酸素を必要とし、熱を発生させます）。 このようなプロセスは、沼地、沼地、水田、覆われたラグーンなどでも自然に発生します。
一部の国では、最新のバイオガス生産システムの普及が進んでおり、スウェーデンは、バイオガス生産と、バイオガスでの走行に適した車両の両方でリーダーです。 合成ユニットは、特別に設計されたバイオジェネレーターを使用します。これは、バクテリアに適した環境を作り出す比較的安価でシンプルなデバイスであり、バクテリアの種類に応じて、40 度から 60 度の範囲の温度で最も効率的に「機能」します。 バイオガスプラントの最終生成物には、ガスに加えて、土壌肥料として農業に使用するのに適したアンモニア、リン、その他の要素が豊富な化合物も含まれています。
