테스트 드라이브 대안: 파트 1 - 가스 산업

70 년대에 Wilhelm Maybach는 내연 기관의 다양한 디자인을 실험하고 메커니즘을 변경했으며 개별 부품 생산에 가장 적합한 합금에 대해 생각했습니다. 그는 당시 알려진 가연성 물질 중 어떤 것이 열기관에 사용하기에 가장 적합한 지 종종 궁금해합니다.

70 년대에 Wilhelm Maybach는 내연 기관의 다양한 디자인을 실험하고 메커니즘을 변경했으며 개별 부품 생산에 가장 적합한 합금에 대해 생각했습니다. 그는 당시 알려진 가연성 물질 중 어떤 것이 열기관에 사용하기에 가장 적합한 지 종종 궁금해합니다.

1875년 그가 Gasmotorenfabrik Deutz의 직원이었을 때 Wilhelm Maybach는 액체 연료, 더 정확하게는 가솔린으로 가스 엔진을 작동할 수 있는지 테스트하기로 결정했습니다. 흡기 매니폴드 앞에 휘발유에 적신 천 조각을 놓고 가스 콕을 잠그면 어떤 일이 일어날지 확인하는 것이 그에게 떠올랐다. 엔진은 멈추지 않고 조직에서 모든 액체를 "흡입"할 때까지 계속 작동합니다. 이것이 최초의 즉석 "기화기"에 대한 아이디어가 탄생 한 방법이며 자동차가 만들어진 후 휘발유가 주요 연료가되었습니다.

가솔린이 연료의 대안으로 등장하기 전에 최초의 엔진은 가스를 연료로 사용했음을 상기시키기 위해이 이야기를 들려 드리고 있습니다. 그런 다음 오늘날 알려지지 않은 방법으로 얻은 조명용 (조명) 가스의 사용에 관한 것이었지만 석탄을 처리하여 얻었습니다. 스위스 Isaac de Rivak에 의해 발명 된 엔진은 1862 년 이래 최초의 "자연 흡기"(비 압축) 산업용 등급 에틸렌 르누아르 엔진이며, 조금 후에 오토가 만든 고전적인 XNUMX 행정 장치는 가스로 작동합니다.

여기서 천연가스와 액화석유가스의 차이를 언급할 필요가 있다. 천연가스는 70~98%의 메탄을 함유하고 나머지는 에탄, 프로판, 부탄, 일산화탄소 등과 같은 고급 유기 및 무기 가스입니다. 오일에는 다양한 비율의 가스가 포함되어 있지만 이러한 가스는 분별 증류를 통해 방출되거나 정제소의 일부 부수 공정에서 생성됩니다. 가스전은 매우 다릅니다. 순수한 가스 또는 "건조한"(즉, 주로 메탄을 포함) 및 "습식"(메탄, 에탄, 프로판, 기타 무거운 가스 및 심지어 "가솔린"-가벼운 액체, 매우 귀중한 분획 포함) . 오일의 종류도 다르며 오일의 가스 농도는 더 낮거나 높을 수 있습니다. 필드는 종종 결합됩니다. 가스는 오일 위로 올라가 "가스 캡" 역할을 합니다. "캡"과 주요 유전의 구성에는 위에서 언급 한 물질과 비 유적으로 말하면 서로 "흐르는"다양한 분획이 포함됩니다. 차량 연료로 사용되는 메탄은 천연 가스에서 "나오고" 우리가 알고 있는 프로판-부탄 혼합물은 천연 가스전과 유전에서 나옵니다. 세계 천연 가스의 약 6%는 종종 가스 매장물을 동반하는 석탄 매장지에서 생산됩니다.

프로판-부탄은 다소 역설적인 방식으로 현장에 나타납니다. 1911년에 한 석유 회사의 분노한 미국인 고객이 그의 친구인 유명한 화학자 Dr. Snelling에게 불가사의한 사건의 원인을 알아내도록 지시했습니다. 고객이 화를 내는 이유는 고객이 주유소 탱크의 절반이 막 채워진 사실을 알고 깜짝 놀랐기 때문이다. Ford 그녀는 그의 집으로 짧은 여행을 하는 동안 알 수 없는 방법으로 사라졌습니다. 탱크는 아무데도 흐르지 않습니다 ... 많은 실험 끝에 Snelling 박사는 수수께끼의 원인이 연료에 높은 프로판 및 부탄 가스 함량이라는 것을 발견하고 곧 최초의 실용적인 증류 방법을 개발했습니다. 그들을. 이러한 근본적인 발전 덕분에 Dr. Snelling은 이제 업계의 "아버지"로 간주됩니다.

훨씬 일찍, 약 3000 년 전에 목자들은 그리스의 파라 나스 산에서 "불타는 샘"을 발견했습니다. 나중에이 "신성한"장소에 불타는 기둥이있는 사원이 세워졌고 신탁 델피 우스는 장엄한 거상 앞에서기도를 읽어 사람들이 화해와 두려움과 감탄을 느끼게했습니다. 오늘날 불꽃의 근원이 가스전 깊이와 관련된 암석의 균열에서 흘러 나오는 메탄 (CH4)이라는 사실을 알고 있기 때문에 그 로맨스의 일부가 사라졌습니다. 카스피해 연안에있는 이라크,이란, 아제르바이잔의 여러 곳에서 유사한 화재가 발생하고 있습니다.이 화재는 수세기 동안 불타고 있으며 오랫동안 "페르시아의 영원한 불꽃"으로 알려져 왔습니다.

수년 후 중국인도 들판에서 가스를 사용했지만 매우 실용적인 목적으로 대형 보일러를 바닷물로 가열하고 소금을 추출했습니다. 1785년 영국인은 석탄(최초의 내연기관에 사용됨)에서 메탄을 생산하는 방법을 만들었고, XNUMX세기 초 독일 화학자 Kekule과 Stradonitz는 이로부터 더 무거운 액체 연료를 생산하는 방법에 대한 특허를 받았습니다.

1881년 William Hart는 미국 프레도니아 시에서 최초의 가스정을 시추했습니다. Hart는 근처 만에서 수면으로 떠오르는 거품을 오랫동안 지켜보았고 땅에서 제안된 가스전까지 구멍을 파기로 결정했습니다. 지표면 아래 XNUMX미터 깊이에서 그는 가스가 분출되는 정맥에 도달했고 나중에 이를 포착했으며 새로 설립된 프레도니아 가스등 회사는 가스 사업의 선구자가 되었습니다. 그러나 Hart의 돌파구에도 불구하고 XNUMX세기에 사용된 조명 가스는 위에서 설명한 방법으로 석탄에서 주로 추출되었습니다.

그러나 최초의 상업적 석유 생산은 이미 사실이었습니다. 그들의 역사는 1859년 미국에서 시작되었으며, 아이디어는 추출된 오일을 조명용 등유와 증기 엔진용 오일을 증류하는 데 사용하는 것이었습니다. 그때에도 사람들은 수천 년 동안 지구의 창자에서 압축된 천연 가스의 파괴적인 힘에 직면했습니다. Edwin Drake 그룹의 개척자들은 펜실베니아 주 Titusville 근처에서 첫 번째 즉석 시추 중에 거의 사망할 뻔했습니다. 그 틈에서 가스가 누출되었을 때 거대한 화재가 발생하여 모든 장비가 사라졌습니다. 오늘날 유전 및 가스전 개발에는 가연성 가스의 자유 흐름을 차단하기 위한 특별 조치 시스템이 수반되지만 화재 및 폭발은 드문 일이 아닙니다. 그러나 동일한 가스가 오일을 표면으로 밀어내는 일종의 "펌프"로 사용되는 경우가 많으며 압력이 떨어지면 오일 맨은 "블랙 골드"를 추출하기 위해 다른 방법을 찾아 사용하기 시작합니다.

탄화수소 가스의 세계

윌리엄 하트(William Hart)가 처음으로 가스 시추를 한 지 1885년 후인 1891년에 또 다른 미국인인 로버트 분젠(Robert Bunsen)은 나중에 "분젠 버너(Bunsen burner)"로 알려지게 된 장치를 발명했습니다. 본 발명은 안전한 연소를 위해 사용될 수 있는 적절한 비율로 가스와 공기를 주입하고 혼합하는 역할을 합니다. 오늘날 스토브 및 난방 기기용 현대식 산소 노즐의 기초가 되는 것이 바로 이 버너입니다. 분젠의 발명은 천연 가스 사용에 대한 새로운 가능성을 열었지만, 최초의 가스 파이프라인이 XNUMX년에 건설되었지만 파란색 연료는 제XNUMX차 세계 대전까지 상업적 중요성을 얻지 못했습니다.

전쟁 중에 충분히 신뢰할 수 있는 절단 및 용접 방법이 만들어져 안전한 금속 가스 파이프라인을 건설할 수 있었습니다. 수천 킬로미터는 전쟁 후 미국에서 건설되었으며 리비아에서 이탈리아까지의 파이프 라인은 60 년대에 건설되었습니다. 네덜란드에서도 대규모 천연 가스 매장지가 발견되었습니다. 이 두 가지 사실은 이 두 국가에서 차량 연료로 압축 천연 가스(CNG)와 액화 석유 가스(LPG)를 사용하기 위한 더 나은 인프라를 설명합니다. 천연 가스가 획득하기 시작한 엄청난 전략적 중요성은 레이건이 80년대에 "악의 제국"을 파괴하기로 결정했을 때 가스 파이프라인 건설을 위한 첨단 장비 공급을 거부했습니다. 소련에서 유럽으로. 유럽의 필요를 보충하기 위해 북해의 노르웨이 부문에서 유럽 본토까지의 가스 파이프라인 건설이 가속화되고 있으며 소련은 중단되고 있습니다. 당시 가스 수출은 소련의 주요 외화 수입원이었고 레이건 조치로 ​​인한 심각한 부족은 곧 90년대 초반의 잘 알려진 역사적 사건으로 이어졌습니다.

오늘날 민주적인 러시아는 독일의 에너지 수요에 대한 천연가스의 주요 공급국이자 이 분야의 주요 글로벌 플레이어입니다. 천연가스의 중요성은 70년대 두 차례의 석유 파동 이후 커지기 시작했으며, 오늘날 천연가스는 지정학적으로 중요한 주요 에너지 자원 중 하나입니다. 현재 천연 가스는 가장 저렴한 난방용 연료이며 화학 산업, 발전, 가전 제품의 공급 원료로 사용되며 "사촌"프로판은 탈취제 병에서도 탈취제로 사용할 수 있습니다. 오존을 파괴하는 불소 화합물을 대체합니다. 천연 가스의 소비는 지속적으로 증가하고 있으며 가스 파이프라인 네트워크는 점점 길어지고 있습니다. 자동차에서 이 연료를 사용하기 위해 지금까지 구축된 인프라에 관해서는 모든 것이 훨씬 뒤떨어져 있습니다.

우리는 이미 제 XNUMX 차 세계 대전 중 일본이 절실히 필요하고 부족한 연료를 생산하기 위해 내린 이상한 결정에 대해 말씀 드렸으며 독일의 합성 휘발유 생산 프로그램에 대해서도 언급했습니다. 그러나 독일의 희박한 전쟁 기간에 나무로 달리는 실제 자동차가 있었다는 사실에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다! 이 경우 이것은 좋은 오래된 증기 기관으로의 복귀가 아니라 원래 가솔린으로 작동하도록 설계된 내연 기관입니다. 실제로 이 아이디어는 그다지 복잡하지 않지만 부피가 크고 무겁고 위험한 가스 발생기 시스템을 사용해야 합니다. 석탄, 숯 또는 목재는 특별하고 복잡하지 않은 발전소에 배치됩니다. 바닥에서는 산소가 없을 때 연소되며 고온 다습한 조건에서는 일산화탄소, 수소 및 메탄을 포함하는 가스가 방출됩니다. 그런 다음 연료로 사용하기 위해 냉각, 청소 및 팬에 의해 엔진의 흡기 매니폴드로 공급됩니다. 물론이 기계의 운전자는 소방관의 복잡하고 어려운 기능을 수행했습니다. 보일러는 주기적으로 충전 및 청소해야했으며 흡연 기계는 실제로 증기 기관차처럼 보였습니다.

오늘날 가스 탐사에는 세계에서 가장 정교한 기술이 필요하며 천연 가스와 석유 추출은 과학 기술이 직면한 가장 큰 도전 과제 중 하나입니다. 이 사실은 특히 오래되거나 버려진 들판에 남아 있는 가스를 "흡입"하고 소위 "밀폐" 가스를 추출하기 위해 점점 더 많은 비전통적인 방법이 사용되고 있는 미국에서 사실입니다. 과학자들에 따르면, 이제 1985년 기술 수준에서 가스를 생산하는 데 두 배의 시추 작업이 필요합니다. 방법의 효율성이 크게 증가하고 장비의 무게가 75% 감소했습니다. 점점 더 정교한 컴퓨터 프로그램이 중력계, 지진 기술 및 레이저 위성의 데이터를 분석하는 데 사용되고 있으며, 이로부터 저수지의 4차원 컴퓨터 지도가 생성됩니다. 소위 XNUMXD 이미지도 생성되어 시간 경과에 따른 퇴적물의 형태와 움직임을 시각화할 수 있습니다. 그러나 연안 천연가스 생산을 위한 최첨단 시설은 시추, 초심도 시추, 해저 파이프라인 및 액화 통관 시스템을 위한 글로벌 포지셔닝 시스템과 같이 이 분야에서 인류가 발전한 것의 일부에 불과합니다. 일산화탄소와 모래.

고품질 휘발유를 생산하기 위한 오일 정제는 가스 정제보다 훨씬 더 복잡한 작업입니다. 반면에 바다로 가스를 운송하는 것은 훨씬 더 비싸고 복잡합니다. LPG 운반선은 설계가 상당히 복잡하지만 LNG 운반선은 놀라운 창조물입니다. 부탄은 -2도에서 액화되는 반면 프로판은 -42도 또는 상대적으로 낮은 압력에서 액화됩니다. 그러나 메탄을 액화하는 데는 -165도가 걸립니다! 결과적으로, LPG 탱커의 구조는 20-25bar의 특별히 높지 않은 압력을 견디도록 설계된 천연 가스 및 탱크보다 간단한 압축기 스테이션이 필요합니다. 대조적으로 액화 천연 가스 탱커에는 연속 냉각 시스템과 초절연 탱크가 장착되어 있습니다. 사실 이 거상은 세계에서 가장 큰 극저온 냉장고입니다. 그러나 가스의 일부는 이러한 설비를 "떠나"지만 다른 시스템은 즉시 가스를 포착하여 선박의 엔진 실린더에 공급합니다.

위와 같은 이유로 이미 1927년에 이 기술을 통해 최초의 프로판-부탄 탱크가 생존할 수 있었다는 것은 충분히 이해할 수 있습니다. 이것은 당시 이미 거대 회사였던 Dutch-English Shell의 작업입니다. 그녀의 상사인 Kessler는 지금까지 대기 중으로 누출되거나 정유 공장에서 소실된 막대한 양의 가스를 어떤 식으로든 사용하는 것을 오랫동안 꿈꿔온 진보된 사람이자 실험가입니다. 그의 아이디어와 이니셔티브에 따라 4700톤의 운반 능력을 갖춘 최초의 근해 선박은 갑판 탱크 위로 이국적이고 인상적인 크기의 탄화수소 가스를 운송하기 위해 만들어졌습니다.

그러나 가스 회사인 Constock International Methane Limited의 주문에 따라 건설된 최초의 Methane Pioneer 메탄 운반선을 건설하려면 XNUMX년이 더 필요합니다. 이미 LPG 생산 및 유통을 위한 안정적인 인프라를 갖춘 Shell이 ​​이 회사를 인수했고 곧 두 척의 거대한 유조선이 더 건조되었습니다. Shell은 액화 천연 가스 사업을 개발하기 시작했습니다. 회사가 메탄 저장 시설을 짓고 있는 영국 콘웨이 섬의 주민들이 실제로 무엇이 저장되고 그들의 섬으로 운반되는지 알게 되었을 때, 그들은 배가 단지 거대한 폭탄일 뿐이라고 생각하면서 충격과 두려움에 휩싸였습니다. 그런 다음 안전 문제는 실제로 관련이 있었지만 오늘날 액화 메탄 운송을위한 유조선은 매우 안전하고 가장 안전 할뿐만 아니라 가장 환경 친화적 인 선박 중 하나입니다. 유조선보다 환경에 비교할 수 없을 정도로 안전합니다. 유조선 함대의 최대 고객은 일본으로 현지 에너지원이 거의 없으며 섬으로 가는 가스 파이프라인 건설은 매우 어려운 일입니다. 일본에는 또한 가스 차량의 가장 큰 "공원"이 있습니다. 오늘날 액화천연가스(LNG)의 주요 공급국은 미국, 오만, 카타르, 캐나다입니다.

최근에는 천연가스에서 액체 탄화수소를 생산하는 사업이 점점 인기를 얻고 있습니다. 이는 주로 메탄으로부터 합성된 초청정 디젤연료이며, 이 산업은 앞으로 더욱 빠른 속도로 발전할 것으로 예상됩니다. 예를 들어, Bush의 에너지 정책은 지역 에너지원의 사용을 요구하며 알래스카에는 대규모 천연 가스 매장지가 있습니다. 이러한 프로세스는 상대적으로 높은 유가에 의해 촉진되어 고가의 기술 개발을 위한 전제 조건을 생성합니다. GTL(Gas-to-Liquids)은 그 중 하나일 뿐입니다.

기본적으로 GTL은 새로운 기술이 아닙니다. 그것은 20년대 독일 화학자 Franz Fischer와 Hans Tropsch에 의해 만들어졌으며 이전 호에서 합성 프로그램의 일부로 언급되었습니다. 그러나 석탄의 파괴적인 수소화와는 달리 가벼운 분자를 더 긴 결합으로 연결하는 과정이 여기에서 발생합니다. 남아공은 50년대부터 이러한 연료를 산업적 규모로 생산해 왔습니다. 그러나 미국에서 유해한 연료 배출을 줄일 수 있는 새로운 기회를 찾기 위해 최근 몇 년 동안 그들에 대한 관심이 커졌습니다. BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol, Royal Dutch/Shell 등 주요 정유회사들이 GTL 관련 기술 개발에 막대한 자금을 투입하고 있으며, 이러한 발전으로 인해 정치적, 사회적 측면에서 논의가 활발히 이루어지고 있습니다. 인센티브의 얼굴. 청정 연료 소비자에 대한 세금. 이러한 연료를 사용하면 많은 디젤 연료 소비자가 보다 환경 친화적인 연료로 대체할 수 있으며 자동차 회사가 법으로 정한 새로운 수준의 유해 배출물을 충족하는 데 드는 비용을 줄일 수 있습니다. 최근의 심층 테스트에 따르면 GTL 연료는 디젤 미립자 필터 없이도 일산화탄소를 90%, 탄화수소를 63%, 매연을 23% 줄입니다. 또한 이 연료의 저유황 특성으로 인해 차량 배기 가스를 더욱 줄일 수 있는 추가 촉매를 사용할 수 있습니다.

GTL 연료의 중요한 장점은 장치를 수정하지 않고도 디젤 엔진에 직접 사용할 수 있다는 것입니다. 또한 황이 30 ~ 60ppm 인 연료와 혼합 할 수도 있습니다. 천연 가스 및 액화 석유 가스와 달리 액체 연료를 운송하기 위해 기존 운송 인프라를 수정할 필요가 없습니다. Rentech 사장 Denis Yakubson에 따르면 이러한 유형의 연료는 디젤 엔진의 친환경 경제 잠재력을 이상적으로 보완 할 수 있으며 Shell은 현재 하루 22,3 만 리터의 합성 연료 설계 용량으로 카타르에 XNUMX 억 달러 규모의 대규모 공장을 건설하고 있습니다. ... 이러한 연료의 가장 큰 문제는 새로운 시설에 필요한 막대한 투자와 일반적으로 비용이 많이 드는 생산 공정에서 비롯됩니다.

바이오 가스

그러나 메탄의 발생원은 지하 퇴적물만이 아니다. 1808년 Humphry Davy는 진공 레토르트에 넣은 짚으로 실험을 하여 주로 메탄, 이산화탄소, 수소 및 질소를 포함하는 바이오가스를 생성했습니다. Daniel Defoe는 또한 "잃어버린 섬"에 대한 그의 소설에서 바이오가스에 대해 이야기합니다. 그러나이 아이디어의 역사는 훨씬 더 오래되었습니다. 1776 세기에 Jan Baptita Van Helmont는 유기 물질의 분해로 가연성 가스를 얻을 수 있다고 믿었고 Alexander Volta 백작 (배터리 제작자)도 비슷한 결론에 도달했습니다. 1859년. 최초의 바이오가스 플랜트는 봄베이에서 운영되기 시작했으며 Edwin Drake가 최초의 성공적인 석유 시추를 생산한 같은 해에 설립되었습니다. 인도 공장은 배설물을 처리하고 가로등에 가스를 공급합니다.

바이오 가스 생산의 화학 공정이 완전히 이해되고 연구되기까지는 오랜 시간이 걸립니다. 이것은 XX 세기의 30 년대에만 가능했으며 미생물학 발전의 도약의 결과입니다. 이 과정은 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나 인 혐기성 박테리아에 의해 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 그들은 혐기성 환경에서 유기물을 "분쇄"합니다 (호기성 분해는 많은 산소를 필요로하고 열을 생성합니다). 이러한 과정은 늪, 습지, 논, 덮힌 석호 등에서도 자연적으로 발생합니다.

현대식 바이오가스 생산 시스템은 일부 국가에서 점점 더 대중화되고 있으며 스웨덴은 바이오가스 생산과 그에 적합한 차량 모두에서 선두를 달리고 있습니다. 합성 장치는 박테리아 유형에 따라 40도에서 60도 범위의 온도에서 가장 효율적으로 "작동"하는 박테리아에 적합한 환경을 조성하는 비교적 저렴하고 간단한 장치인 특별히 설계된 생물 발생기를 사용합니다. 바이오가스 플랜트의 최종 제품에는 가스 외에도 암모니아, 인 및 토양 비료로 농업에 사용하기에 적합한 기타 요소가 풍부한 화합물이 포함되어 있습니다.