Установка по переработке шин в топливо: переработка автомобильных покрышек в топливо своими руками с помощью пиролизных установок, цена оборудования для утилизации резины
Недавно услышал, что существует методика переработки автомобильных шин, в результате которой можно получить топливо. Насколько эффективна данная технология, какие ее особенности?
Объясняет наш эксперт:
Проблема утилизации шин стоит довольно остро во всем мире. Данный материал в природных условиях разлагается на протяжении 100 лет с выделением токсических веществ в почву. Его сжигание запрещено, поскольку во время горения образуются канцерогенные вещества. Только правильная переработка материала позволяет сохранить окружающую среду и получить от этого определенную пользу в экономическом плане.
Для выполнения данного процесса применяется специальное оборудование. Для переработки шин в топливо используется особый метод температурного пиролиза. Это же оборудование применяется для утилизации других отходов – отрезков резины, полиэтилена, пластика, РТИ. Под действием высокой температуры происходит разложение сырья на несколько компонентов:
жидкое топливо. Без дополнительной обработки используется для печей, в качестве мазута;
углеродистый осадок. Используется как твердое топливо, сорбент, краситель для лакокрасочных производств;
природный газ. Применяется для поддержания процесса переработки шин;
металлокорд. Используется в качестве сырья для производства металла.
Схема переработки шин в топливо
Технология основывается на нагреве материалов до высоких температур (до 400°С) без воздействия кислорода. В таких условиях сырье не будет гореть или тлеть, что даст запуск сложным химическим реакциям. Шины распадутся на компоненты, из которых их изготовили.
Из-за нагрева до высоких температур получаемые фракции практически сразу испаряются. При помощи специального оборудования осуществляется их забор с последующей конденсацией. Получаемый в процессе газ не подвергается таким манипуляциям. Его собирают и отправляют в топку реактора, где он сжигается и поддерживает необходимую температуру.
К преимуществам пиролизной методики относят следующее:
для осуществления процесса используется оборудование, являющееся модульным;
для поддержания высокой температуры в реакторе необходимо минимальное количество электричества;
в процессе переработки не образуются выбросы, способные загрязнить атмосферу;
возможность получения высококачественных материалов, которые можно использовать без дополнительной обработки.
при покупке оборудования для переработки шин можно рассчитывать на быструю окупаемость (в среднем 1 год).
Видео: Переработка шин в топливо
установка по переработке покрышек своими руками
Современное общество не представляет своей жизни без автомобильной техники. С ростом числа машин пропорционально растет и количество изношенных покрышек в мире. Станки для переработки автошин в крошку не способны справиться с таким объемом резиновых отходов.
В результате был разработан альтернативный метод, при котором автомобильные шины проходят процесс разделения на полезные элементы. Такой метод называется пиролиз.
Как происходит пиролиз
Пиролиз шин представляет собой высокоэффективный и недорогой способ переработки резинотехнических изделий (рти), а также отслуживших свой срок автомобильных покрышек. В результате процесса не происходит загрязнения окружающей среды.
Основные этапы технологического процесса, в результате которого утилизируются резиновые отходы, а также изношенные автомобильные шины:
При помощи специальных ножей покрышки разделяются на боковую и переднюю часть.
Далее происходит загрузка сырья. Разделенный материал помещают в реторту и герметично закрывают, а затем загружают в печь.
В результате нагрева происходит разложение резины и выделяется газ. После окончания процесса реторту удаляют из нагревательной камеры и происходит замена на новую. Температура в печи имеет значение 450°С.
После длительного остывания из емкости вынимают содержимое. Отделяются жидкие углеводороды от корда.
В ходе закрытого сжигания резины не требуется кислород. Переработка шин пиролизом считается полностью безотходной, все продукты в результате реакции широко применяются в нефтеперерабатывающей промышленности.
При горении в печи происходят химические реакции разложения резины на газообразные нефтяные составляющие, углеродистый порошок и металлический корд.
Продукты реакции
В результате переработки резиновых отходов происходит выделение нескольких видов продукции:
Топливо жидкой формы.
Остаток, содержащий углерод.
Газ при пиролизе.
Металлическая армирующая проволока.
Жидкость
Жидкий остаток, по сути, представляет собой синтетическую нефть, схожую по своему составу с природной. При обработке полученного сырья на нефтеперерабатывающих заводах возможно получить такие виды материалов, как бензин, мазут, а также синтетическое масло для автомобильной техники.
Во многих странах такой способ утилизации нашел широкое применение, из огромного числа автошин производят дизельное топливо. С одной тонны шин в результате пиролиза получают 500 л топлива. Жидкий остаток можно применять без обработки для печей и котлов в качестве основного топлива.
Углеродсодержащий остаток
Твердый остаток нашел широкое применение в некоторых областях:
Он аналогичен активированному углю по своим абсорбентным свойствам.
Как черный краситель в лакокрасочном и цементном производстве.
Как сырье для изготовления новых резиновых изделий, а также покрышек.
Добавляется в жидкое топливо, либо сжигается сам в специальных печах.
Пиролизный газ
Пиролиз покрышек производится с выделением газа, который по своим характеристикам схож с природным. Большая часть данного газа в результате горения в печи разделяется на жидкие фракции, а также невыпадающие в осадок остатки, которые поддерживают разложение резины.
Металлический корд
Металлическая проволока при воздействии высокой температуры не подвержена разложению и остается в практически неизменном виде. Сердечник автомобильных шин производится из качественной стали, которая при дальнейшей переплавке находит свою вторую жизнь
Устройство котлов
Пиролизная установка по переработке шин в своей конструкции имеет следующие основные элементы:
Реторта.
Камера горения.
Теплообменник.
Реторта
Герметичная емкость, в которой резиновые отходы и шины после предварительного измельчения проходят процессы разложения в результате пиролиза на основные составляющие перед дальнейшей переработкой.
При попадании в реторту воздуха, в случае разгерметизации, может произойти взрыв образующегося пиролизного газа.
Изготавливается из прочного металла во избежание прогорания стенок.
Камера горения
Топка по конструкции представляет собой два отсека для горения топлива. В первой камере происходит основное горение, где поддерживается необходимая температура для технологического процесса. В верхнем отсеке происходит полное дожигание топлива во избежание выбросов вредных веществ в атмосферу. Камера дожигания снабжается отверстиями для естественной подачи воздуха.
Теплообменник
Данная конструкция представляет собой соединение из металлических труб, в которых происходит остывание и разделение пиролизного газа на составляющие. Осушенный газ применяют для дальнейшего сжигания в печи. Жидкая составляющая проходит последующую переработку.
Котел для пиролиза является экологически безопасным оборудованием при соблюдении требований правильной эксплуатации.
Можно ли сделать оборудование своими руками
Оборудование для переработки шин можно собрать своими руками, конструкция пиролизной установки проста.
Для изготовления необходимы следующие основные элементы:
Металлические трубы различного диаметра, для отдельных узлов аппарата.
Краны и вентиля для контроля подачи топлива для печи.
Термометры, с помощью которых будет производиться контроль за внутренними процессами и значением показаний температуры.
Металлическая бочка объемом 200 л, она послужит для изготовления камеры сгорания.
В качестве реторты подойдет обычный бытовой бидон, после доработки его герметичными соединениями.
Действовать изготовленное своими руками оборудование будет, но только как бытовой прибор для научных исследований. Без дополнительного оборудования для дальнейшей переработки получаемого сырья, продукты бытового процесса пиролиза малопригодны для применения по своему назначению. Экономическая выгода при использовании такой установки будет незаметна в результате малого возможного объема шин.
Технологический процесс разложения автомобильных покрышек является взрывоопасным. При попадании кислорода в разгерметизированную реторту может произойти взрыв. Такая аварийная ситуация приведет к выходу всего оборудования из строя, а также к несчастным случаям в процессе эксплуатации.
Для увеличения выгоды при переработке покрышек в пригодное топливо необходимо применять готовые установки пиролиза, изготовленные специалистами.
Современный рынок имеет возможность представить производственное оборудование различных значений производительности.
Получаемое сырье необходимо в дальнейшем улучшать и перерабатывать, для этого в промышленных агрегатах применяются дополнительные вспомогательные узлы:
Скруббер. Устройство, которое охлаждает получаемый в результате пиролиз газ, с применением специальных химических веществ. Происходит частичная конденсация в жидкость.
Сепаратор. Снижает уровень влажности полученного газа перед дальнейшей подачей в печь.
Конденсатор. Окончательно преобразует полученную газообразную фракцию в жидкость.
Фильтры. Защищают от попадания вредных веществ в атмосферу, в результате горения.
В ходе процесса пиролиза необходимо соблюдать правила безопасной эксплуатации.
Работа печи
Метод работы промышленной пиролизной установки для переработки резиновых изделий и шин подразумевает несколько основных этапов производства:
Подготовка материала для его дальнейшего разложения в реторте.
Полученное сырье при пиролизе подается в устройство для охлаждения и частичной конденсации пиролизного газа.
При прохождении через конденсирующий трубопровод происходит окончательное разделение на жидкую и газообразную составляющую.
При осушении оставшегося газа его подают для дальнейшего сжигания в печи.
Большие перерабатывающие заводы используют в процессе разложения резины дополнительные катализаторные установки.
В таком оборудовании происходит перегонка пиролизного сырья в различное топливо, для данных установок необходимы большие площади и достаточное финансирование.
В нашей стране метод технологической переработки резины пока не используется широко, однако на рынке представляются достойные образцы установок отечественного производства.
Оборудование для переработки шин — ФОРТАН
Наша компания производит и предлагает установки для переработки шин – ФОРТАН и ФОРТАН-М — с разной производительностью. Установки предназначены для переработки покрышек в топливо методом термического разложения — пиролиза.
Производительность ФОРТАН
5,2 м3/сутки (до 4 тонн)
Производительность ФОРТАН-М
72 м3/сутки (до 50 тонн)
Краткое описание технологического процесса в установках для переработки шин ФОРТАН и ФОРТАН-М
Использованные шины загружают в емкость из жаростойкого металла — реторту. Реторта размещается в модуле пиролиза. Модуль пиролиза футерован высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна и огнеупорным бетоном — во время работы температура наружной стенки модуля безопасна для обслуживающего персонала.
Сырье не подвергается прямому воздействию огня, теплопередача осуществляется через стенки реторты. Предельные рабочие температуры – 450-520 ͦС. Крышка реторты изготавливается с затвором специальной конструкции, который обеспечивает полную герметизацию пространства внутри реторты и исключает вероятность дымления. Парогазовая смесь выходит из реторты по трубопроводу, охлаждается в конденсаторе-холодильнике, пары конденсируются, и полученная жидкость отделяется от неконденсирующихся газов.
Жидкость накапливается в сборнике жидкого продукта, газ используется для поддержания процесса пиролиза – направляется на горелку и сжигается в печи. Установки ФОРТАН и ФОРТАН-М предназначены для мобильного использования: имеют стандартные габариты для транспортировки любыми видами транспорта, фланцевые соединения во всей конструкции, благодаря чему процесс монтажа-демонтажа занимает минимум времени, и подставку для транспортировки.
Результаты переработки шин на установках ФОРТАН
В таблице представлены продукты, которые вы сможете получить после переработки шин.
Жидкое печное топливо — 35-45%
Используется как топливо в котельных установках. Перерабатывают на НПЗ для получения нефтяных фракций – бензиновой, дизельной и мазута.
Технический углерод — 40%
Используется как твердое топливо, как сорбент в очистных сооружениях, в производстве шин, шлангов, кабеля.
Газ – 10-12%
Используется для поддержания технологического процесса пиролиза внутри печи и отопления помещений.
Металлокорд – 8-10%
Используется, как вторичное сырье. Сдается на переплавку.
Тепло
Тепловая энергия аккумулируется в котлах-утилизаторах для подогрева воды и отопления.
На установках ФОРТАН можно перерабатывать не только шины, но и многие другие отходы: пластики, нефтешламы, нефтезагрязненные грунты, отработанные масла, мазут, битум, буровые шламы, замасленную окалину, медицинские отходы и др. Полный список отходов включает более 900 наименований.
Установки для переработки шин ФОРТАН имеют все необходимые разрешительные документы и сертификаты
Преимущества установок для переработки покрышек ФОРТАН
1. Лучшая цена среди производителей.
2. Реторта выполнена из нержавеющей жаропрочной стали.
3. Печь многотопливная: можно использовать любой вид твердого топлива, газа и жидкого топлива.
4. Футеровка изготовлена из огнеупорного волокна, защищенного слоем крепкого огнеупорного бетона, армированного нержавеющей сталью, обладает высокой стойкостью к механическим и химическим воздействиям, обеспечивает температуру наружной поверхности установки не выше 60C, что безопасно для операторов, которые обслуживают установку в течение всего процесса.
5. Простота конструкции. Надежность. Возможность модификации конструкции под определенные условия.
6. Средства взрывозащиты. Взрывозащитный клапан и система аварийного сброса давления газа обеспечивают безопасность операторов и оборудования в случае нарушения процесса.
7. Легко ремонтируемое оборудование.
8. Установка простая в работе и обслуживании, для операторов не требуется профессиональное образование, наша компания делает обучение для операторов.
9. Мобильность установки. Установки предназначены для мобильного использования: имеют стандартные размеры для транспортировки любым видом транспорта; фланцевые соединения во всей конструкции, за счет чего процесс монтажа-демонтажа не требует сварочных работ и занимает минимум время; фиксированная бетонная футеровка, поэтому демонтаж ее не требуется.
10. Низкий расход электроэнергии (10-14 кВт * час на каждую тонну) и низкий расход топлива (30-40 кг мазута на один процесс).
В Физико-энергетическом институте реализуют проект переработки отходов, безопасный для окружающей среды.
Цель проекта – создание новой высокоэффективной технологии утилизации автомобильных шин, основанной на их пиролизе в металлических расплавах.
Актуальность
Ежегодно только в Российской Федерации образуется более 1 миллиона тонн изношенных автомобильных шин. При этом перерабатывается в полезные продукты не более 10 % от общего числа, а 20 % сжигается. Оставшаяся часть хранится на открытых полигонах или свалках твердых бытовых отходов, являясь источником загрязнения окружающей среды.
На сегодняшний день существует три основных концепции переработки автомобильных шин:
сжигание;
механическое измельчение, включая криогенные технологии;
пиролиз, заключающийся в нагреве шины без доступа кислорода.
Первый способ наносит вред экологии, из товарных продуктов позволяет получать только тепло, уступает как органическое топливо углю и нефти.
Механическое измельчение имеет ограниченный рынок сбыта получаемой продукции: основа искусственных спортивных и детских площадок; добавка в новые покрышки. Без субсидирования измельчение экономически не оправдано, либо неконкурентоспособно с субсидируемыми производствами.
Пиролиз позволяет получать из перерабатываемых шин товарные продукты: пиролизную жидкость (органическую нефтеподобную жидкость), углерод и металлокорд. Однако при существующем уровне технического оформления процесса пиролиз имеет низкую рентабельность, так как длителен, энергозатратен, получаемые углерод и пиролизная жидкость имеют серосодержащие примеси с резким неприятным запахом. АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» является разработчиком технологии пиролиза автомобильных шин на основе нового физического принципа передачи тепла – прямоконтактного нагрева перерабатываемого сырья непосредственно в объеме жидкого свинца.
Область применения
Установки жидкометаллического пиролиза могут быть применены для переработки отработавших автомобильных шин, для утилизации отходов целлюлозно-бумажных производств, для выделения нефти из битуминозных песков, для переработки органических бытовых отходов. Жидкометаллические установки в целом являются «всеядными» и могут быть применены для термической переработки практически любых органических веществ.
Преимущества
энергоэффективность за счет уменьшения времени переработки в жидком металле;
химическое связывание газообразного кислорода жидким металлом и, как следствие, отсутствие необходимости в дорогостоящем вакуумном оборудовании;
химическое связывание жидким металлом серы и, как следствие, очищение продуктов пиролиза от нее;
получение заметного количества дорогостоящих товарных продуктов.
Результат
Завершен НИОКР по разработке жидкометаллической технологии переработки отработанных автомобильных шин. Создан экспериментальный образец установки. На имеющемся экспериментальном образце производится единоразовая загрузка 2-х легковых
Пиролизная установка для получения топлива из шин и пластика.
Пиролизная установка работающая методом закрытого пиролиза* без доступа кислорода. Предназначена для переработки и утилизации резиносодержащих и полимерсодержащих отходов, нефтешламов и отработанных масел. В пиролизной установке на выходе получается большой объем жидкого топлива (дизель, бензин, печное топливо). Фракционный состав нефти
Пиролизная установка «Рысь»
Пиролизная установка «Барс»
Пиролизная установка «Пантера»
Утилизация пластика, РТИ, шин Циклического действия смотреть
Утилизация пластика, РТИ, шин Бесперебойная работа смотреть
Утилизация нефтешламов, отработанных масел Бесперебойная работа смотреть
Серия пиролизных установок на основе теплоизоляционного кожуха и реторты.
Пиролизная установка «Манул»
Пиролизная установка «Пума»
Пиролизная установка «Росомаха»
Газогенератор на дровах. Электрогенератор, котел Циклического действия смотреть
Углевыжигательная печь. Получение древесного угля. Циклического действия смотреть
Утилизация шин, пластика,РТИ. Получение печного топлива. Циклического действия смотреть
Пиролизная установка Ягуар для получения синтетической нефти из каменного угля
Печь работает в непрерывном режиме 24 часа в сутки.
Сырье в реторте нагревается методом пиролиза без доступа кислорода.
В установке предусмотрена автоматическая подача и дозирование сырья в реторту, охлаждение и выгрузка.
Для отбора жидкого дистиллята предусмотрен фильтр грубой очистки, холодильник, накопительная емкость.
В печи предусмотрены две нагревательные раздельные реторты, работающие в разных температурных диапазонах. В первой до 380*, во второй до 900* градусов.
В печи предусмотрена топочная камера для загрузки угольного сырья с температурной футеровкой до 1200 градусов.
Предусмотрена система взрывобезопасности.
Емкость отстойник для приема готового сырья и удаления воды из готового продукта.
Разработана система КИП.
Сырье в реторте печи двигается с помощью винтового шнека.
Пиролизная установка «Ягуар»
Мини пиролизная печь установка для трех б/у шин.
Установка создается для использования в частных домах, мелкого бизнеса. Для отопления помещений, получение электроэнергии, дизельного топлива. Принципиально разрабатывалась для загрузки б/у шин. С трех колес получается 25-30 литров синтетической нефти. Установка может работать на пластике и древесине.
Пиролизная установка «Барс«
Установка работает методом закрытого пиролиза* без доступа кислорода. Предназначена для переработки и утилизации шин, резиносодержащих, полимерсодержащих отходов, нефтешламов и отработанных масел. В пиролизной установке на выходе получается большой объем жидкой синтетической нефти до 90%. После ректификации в установке получаются жидкие фракции (дизель, бензин, печное топливо).
Содержание: Реторта пиролизной печи Кирпичный кожух реторты Холодильник установки Фильтр первичного пиролиза Ректификационная колонна Бункер питатель пластика Редуктор шнека Горелки для реторты Датчики температуры Автоматизация Продукты пиролиза Стоимость установки
Бизнес направления использующие пиролизную установку БАРС
Мини-завод по утилизации б/у шин, покрышек, резиносодержащих отходов
Мини-завод по переработке нефтешламов, отработанного масла и других нефтесодержащих продуктов
Простота в управлении и техническом обслуживании.
Минимум рабочего персонала.
Непрерывный технологический процесс.
Максимальная автоматизация техпроцесса.
Высокое качество и очистка пиролизного топлива.
Минимальная цена изготовления установки. (являемся разработчиком и изготовителем).
Устройство пиролизной установки «Барс»
Габаритные размеры пиролизной установки
Реторта печи
В реторту загружают предварительно измельченные и очищенные от примесей отходы пластмасс, РТИ. Нагрев реторту топливной горелкой без доступа воздуха в пределах 450-600°C, происходит термическое разложение с получением на выходе парогазовой смеси. После первичного очищения и охлаждения, получают газ и жидкое топливо. В рабочем режиме печь нагревается от полученного в процессе пиролиза газа
Печь может работать в режиме быстрого и медленного пиролиза, автоматика регулирует температуру нагрева реторты. При разных режимах работы возможно получать выгодное количество жидкости или газа.
Кирпичный кожух печи
Кожух пиролизной печи выкладывается из термостойкого кирпича. Он хорошо сохраняет температуру в реторте, имеет хорошие теплоизоляционные свойства, повышается КПД печи. Печь легко ремонтируется.
Холодильник
Для бесперебойного режима установки важно охлаждать углеродный остаток, не давая воздуху попасть на него. Закрытый холодильник хорошо справляется со своей задачей. Хладагентом является пиролизная жидкость полученная ранее. Подогретое топливо подают для орошения парогазовой смеси в ректификационную колонну. Остывший полукокс складируют.
Фильтр
В фильтре происходит первичная очистка пиролизного газа, охлаждение до 350*С . Фильтрация и охлаждение смеси происходит за счет орошения предварительно полученной жидкой фракции. Тяжелые фракции и твердые остатки попадают флегмой обратно в реторту.
Ректификационная колонна пиролизной установки
Колонна способна разделять печное топливо по фракциям от 350 до 80*С. (дизель, бензин).
Разогретые до 350*С парогазовая смесь из первичного фильтра попадает в колонну.
Охлаждение и разделение по фракциям происходит за счет орошения предварительно полученной печной смесью из холодильника.
Бункер питатель
В бункер загружается сырье предварительно очищенное и измельченное.
Высокий ствол питателя с загруженным сырьем не допускает попадания воздуха в реторту.
Для большей надежности бункер закрывается плотной крышкой.
Для более лучшей автоматизации процесса возможно установить транспортер для сырья.
Редуктор шнека
Вращение шнека продвигает разогретое сырье вдоль реторты в сторону холодильника.
Скорость вращения шнека и поступления сырья в реторту регулирует автоматика.
Горелки
Разогрев реторты осуществляется с помощью горелок, которые могут работать на жидком топливе при запуске установки и на побочном газу в рабочем процессе.
Включение горелок и мощность разогрева реторты регулирует автоматика.
Датчики температуры
Все узлы установки подключены к температурным датчикам. Снимая показания автоматика сама регулирует весь процесс переработки.
Автоматизация
Все процессы и механизмы в установке максимально автоматизированы.
Задаются только параметры температуры для фракционного разделения. (бензин,дизель)
Автоматика отвечает за:
Частоту вращения шнека.
Насосы подачи и перекачки топлива.
Орошение и охлаждение парогазовой смеси в колонне.
Включение горелок и их рабочая мощность.
Продукты пиролиза
Пиролизное жидкое топливо
Углеродосодержащий твердый остаток
Пиролизный газ
Плотность: 932кг/м³ Теплота сгорания: 40740кДж/кг Массовая доля серы: 0,6% Вязкость: 13,9сСт Используется в качестве топлива для печи. Возможно дальнейшее разделение на фракции для получения бензина, дизельного топлива, масел и т.д.
Плотность: 360кг/м³ Теплота сгорания: 34800кДж/кг Зольность: 11,7% Укрывистость: 44,6г/м² Массовая доля серы: 2,18% Влажность: 1,8% Используется как твердое топливо. Может использоваться в качестве сорбента. Для изготовления активированного угля. В качестве красителя В качестве наполнителя резинобитумных мастик и др.
Плотность: 1,18кг/м³ Теплота сгорания: 12280кДж/кгСостав газа: Азот: 20-40% Водород: 10-30% Окись углерода: 15-30% Двуокись углерода: 8-15% Метан: 2-10% Влага: 5-12% Применяется для работы пиролизной установки
Стоимость
Успешное испытание бензина из пластика
Группа VK -Пиролиз — Мини НПЗ — Экология
как сделать пиролизный котел своими руками
Температура реакции холодного пиролиза
Температура реакции холодного пиролиза происходит в пределах 400-700’С градусов. Начинает активно выделяться газ и жидкая фракция из сырья. При высоких температурах разрываются молекулярные цепи углерода и меняется физическое состояние материала. Твердый пластик превращается в нефть.
Пиролизный газ из установки
Пиролизный газ из установки после очистки, горит чистым, бесцветным пламенем. На нем очень хорошо работают ДВС. Его направляют в печь для поддержания работы установки и экономии энергозатрат. Можно использовать для отопления помещений.
Горелка на 1 МВт для пиролизной установки БАРС
Для запуска и работы установки нужна мощная горелка до 1 МВт. Рассчитали и собрали ее своими силами. Получился надёжный, удобный, гениально простой аппарат.
Проходят пуско-наладочные работы пиролизной установки.
Проходят пуско-наладочные работы пиролизной установки. Результатами довольны, тесты прошли успешно. Скоро установка поедет к своим новым хозяевам.
Нефтяные озера для переработки пиролизной установкой
Проблемы нефтяных озёр все больше привлекают переработчиков. К нам обращаются с задачей сделать универсальную установку, которая будет мобильна и способна на месте перерабатывать нефтешламы в полезные продукты.
Проект пиролизной установки для получения синтетической нефти из каменного угля.
Заключили договор с одной из крупнейшей угледобывающей компанией в России. Сделать проект пиролизной установки и смонтировать ее на предприятии. Уголь теряет свои позиции в энергетике, но он содержит до 40 процентов нефтесодержащих жидких продуктов. Из полученного сырья в пиролизной печи, можно извлечь много полезных продуктов. Интересный проект, который хотим выполнить с особым…
Запуск пиролизной установки
Час запуска пиролизной установки приблизился. Установили управляющий блок, подключаются двигателя, крепятся термодатчики.
Разрабатываем проект для мини НПЗ с пиролизной установкой
Перед нашей компанией поставили задачу нефтепереработчики. Разработать проект печи, который будет перерабатывать сырье до сухова остатка «нефтяного кокса». Мини НПЗ будет работать на крекинговой трубчатой печи, разгоняя сырье до 350 градусов. Пиролизная печь будет дожимать мазутный остаток до 600 градусов. На выходе будет получаться большой выход дизельной фракции.
Мини НПЗ самовар для перегонки
Побывал на частном мини НПЗ. Все сделано просто и до простоты гениально. Мне провели интересную экскурсию, где я подчеркнул много интересных узлов и устройств в установке. Увидел сложно решаемые вопросы в техпроцессе на большинстве подобных предприятиях. Мне пришло понимание и устройство новой печи, которое закроет большую часть хлопот для производства, повысит рентабельность и доход…
Рабочие будни на производстве
Все самоотверженно работают над изготовлением и сборкой пиролизной установки.
Собрали все детали пиролизной установки в единую конструкцию.
Собрали в единую конструкцию все основные детали пиролизной установки «Барс». Все шнеки, холодильник, колонна встали по месту идеально. Ещё совсем немного и пойдет первый дымок из трубы.
Собираем горелку для пиролизной установки
Собираем горелку для новой пиролизной установки. Решили установить проверенный временем шестеренчатый насос, который давит на форсунку 17 атмосфер. Расчетная мощность горелки 1 МВт.
Заказчики на пиролизную установку
К нам в гости приехали коллеги из Москвы. Привезли бочку отходов нефтешлама. За долгие годы на их базе накопилось десятки тысяч тонн отходов. Это стало большой проблемой. Сырье очень непростое по своим свойствам. Выход в переработке возможен только в шнековой пиролизной печи. Сделаем лабораторные испытания и узнаем выход жидкой фракции из сырья. О результатах расскажем позднее.
Лучшие работники на производстве
Я рад что со мной работают отчаянные, увлечённые люди, готовые выполнять невозможные задачи. Они горят общей идеей и готовы на невозможные задачи. Я горжусь вами.
Футеровка пиролизной установки Барс
Пиролизная установка «Барс» оделась в огнеупорную облицовку до 900 градусов. Внешний вид всех очень радует и поднимает настроение. До запуска установки осталось совсем немного времени.
Лабораторное испытание пластика в пиролизной печи
Сегодня провели очередное лабораторное испытание в пиролизной печи. Загрузили пластик. Колонна показала себя с хорошей стороны и выдала светлый горючий продукт. Очень похоже на дизельное топливо.
Изготовление пиролизных установок
Сегодня ведём переговоры с одним из заводов, на котором хотим разместить заказы на изготовление пиролизных установок. Ищем надёжных партнёров с которыми сможем наладить долгосрочную, качественную работу.
Огнеупорная футеровка для пиролизной установки Барс
Вот так будет выглядеть огнеупорная футеровка для пиролизной установки Барс. Лёгкая и надёжная. Применяется каолиновая вата с температурной стойкостью до 1200 градусов. Процесс низкого пиролиза проходит до 800 градусов. Запас почти двойной.
Продажа пиролизного топлива
Состоялось долгожданное событие. Наши коллеги переработали в пиролизной установке сырье в синтетическую нефть. Приехал покупатель и купил первую партию продукта. Плотность 870. Сердечно поздравляем и желаем дальнейшей успешной работы.
Изготовление шнека для пиролизной печи
Не многие предприятия берутся за сборку шнеков для транспортера.
Мы освоили технологию и успешно собираем их для пиролизных установок. Сейчас их делаем быстро, качественно, недорого. Будем изготавливать их для многих предприятий России.
производство утилизации шин как бизнес, механические и химические методы
Ежегодно в мире становится непригодной огромная масса отработанных автомобильных шин, которые не только засоряют территорию, но и наносят большой вред окружающей среде. Между тем из одной тонны покрышек при их утилизации получается 700 кг ценной резины, которая используется при производстве всевозможных резиновых изделий, ценного топлива, строительных материалов. В России переработка шин находится пока не на должном уровне, но при грамотном ведении этот бизнес может стать очень прибыльным.
Актуальность проблемы
В России очень остро стоит проблема переработки использованных покрышек. Каждый год эти отходы в миллионах тонн складируются на полигонах, на свалках, в местах, для этого не предназначенных. В геометрической прогрессии растет и количество автомобилей как у предприятий, так и у частных лиц. Объем отработки шин в России и странах СНГ составляет всего чуть больше миллиона тонн.
Причина — в недостаточном количестве предприятий, занимающихся переработкой, и в отсутствии централизованной системы сбора автошин.
Лишь небольшое количество покрышек располагается в специальных местах, оборудованных для долгого хранения. Но даже такое хранение представляет повышенную опасность загрязнения окружающей среды. Изношенные шины представляют опасность в случае их возгорания, так как температура при их горении такая же, как у каменного угля, и погасить пожар довольно трудно. Кроме того, при горении в воздух попадает много вредных веществ.
При длительном хранении на одном и том же месте резина не разлагается и может служить пристанищем для грызунов и насекомых. Не стоит забывать и о том, что для хранения требуются все новые земли. Единственно правильное решение этого вопроса — переработка шин. С 2006 года закапывание и сжигание автомобильных шин в странах Евросоюза запрещено.
Придерживается этих правил и Россия. С недавних пор в стране существует система надзора за своевременной сдачей предприятиями отработанных шин.
Многие бизнесмены, занимающиеся утилизацией, доказали на правительственном уровне важность и доходность данного производства, используя изношенные покрышки в качестве сырья для получения полезных продуктов: резиновой крошки и металла. Таким образом, актуальность создания производства переработки шин сводится к защите окружающей среды и изготовлению продуктов, имеющих спрос на мировом рынке.
Механические методы переработки шин
Все виды переработки изношенных шин, которые применяются в настоящее время, делятся на две группы: механические и химические. У каждого из них есть свои положительные и отрицательные стороны. С точки зрения безопасности окружающей среды механический метод является относительно безопасным и применяется в большинстве стран мира. Суть его состоит в следующем:
Шины моются и разрезаются на куски.
С применением магнитной сепарации полученное сырье очищают от металлокорда.
Затем все это нагревается, если переработка происходит при высокой температуре, или охлаждается (если переработка происходит при охлаждении).
Резиновое сырье измельчается.
Крупная крошка перетирается и доводится до нужного размера.
Отрицательной стороной этого метода можно назвать высокую себестоимость, так как для измельчения шин необходимо дорогое оборудование. Также большие средства затрачиваются на электроэнергию. Но, в отличие от химических способов, можно отметить простоту и отсутствие вредных веществ.
Кроме того, совершенно не изменяются технологические параметры. Существуют и другие способы измельчения изношенных шин, но некоторые из них широко не используются.
Самые известные из них:
измельчение с помощью роторног
«Пиротекс» — установка (мини-завод) по переработке (утилизации) пластмасс, полиэтилена, резины, утильных шин.
Пиротекс — оборудование на основе метода низкотемпературного пиролиза, предназначенное для переработки и утилизации резиновых и полимерсодержащих отходов, нефтешламов и отработанных масел. В результате использования РТИ и утильных шин в установке закрытого пиролиза получается больший объем жидкого топлива по сравнению с использованием установки открытого пиролиза.
Пиротекс — высокоэкологичное оборудование. Он почти не имеет выбросов. Оборудование максимально автоматизировано, что позволяет свести человеческий труд к элементарным операциям, таким как загрузка и выгрузка тигля из печи.
Переработка и утилизация изношенных шин в установке «Пиротекс» позволяет получать производные продукты более высокого качества. Малогабаритная пиролизная установка для утилизации утильных шин может использоваться для переработки пластмасс, нефтешламов и отработанных масел.
Схема пиролизной установки Пиротекс
Пиролизная установка «Пиротекс» может работать как самостоятельное оборудование или как часть полной линии по переработке отходов, если целью является организация:
Завод по переработке и утилизации изношенных шин и резины
бизнес по переработке и утилизации резинотехнических изделий, пластмасс, пластиковых бутылок, полиэтилентерефталата
бизнес по переработке отработанных масел и нефтешламов
Производные продукты могут быть далее использованы для:
ОПИСАНИЕ
Приложение
Жидкое топливо пиролизное
Применяется как жидкое топливо для котлов, для замещения топочного топлива.Фракционирование может применяться для получения различных нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо, масло, камедь и др.).
Твердый углеродсодержащий остаток
Используется как твердое топливо; его можно использовать для производства модифицированного жидкого топлива, в качестве сорбента, замещения активированного угля, в качестве наполнителя для производства новых низкотемпературных резинотехнических изделий, в качестве красителя для красок и красок, цемента и других производств, в качестве наполнителя для каучуково-битумная мастика и как средство для утилизации ртутьсодержащих материалов (луковиц и т.).
Пиролизный газ
Используется полностью для работы агрегата.
Металлическая проводка
Содержит высококачественную сталь. Его используют для дальнейшего производства металла.
Информационный видеоролик об установке Пиротекс.
Дополнительную информацию о пиролизной установке «Пиротекс» можно найти здесь:
Как солнечную энергию можно превратить в топливо — ScienceDaily
Солнце — чистый и неисчерпаемый источник энергии, способный обеспечить устойчивый ответ на все будущие потребности в энергоснабжении. Есть только одна нерешенная проблема: солнце не всегда светит и его энергию трудно хранить.Впервые исследователи из Института Пауля Шеррера PSI и ETH Zurich представили химический процесс, который использует тепловую энергию солнца для преобразования углекислого газа и воды непосредственно в высокоэнергетическое топливо: процедура, разработанная на основе нового материала. сочетание оксида церия и родия. Это открытие знаменует собой значительный шаг к химическому хранению солнечной энергии. Исследователи опубликовали свои выводы в исследовательском журнале Energy and Environmental Science.
Солнечная энергия уже используется различными способами: в то время как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет в электричество, солнечные тепловые установки используют огромную тепловую энергию солнца для таких целей, как нагрев жидкости до высокой температуры. Солнечные тепловые электростанции включают крупномасштабную реализацию этого второго метода: с помощью тысяч зеркал солнечный свет фокусируется на котле, в котором пар производится либо напрямую, либо через теплообменник при температурах, превышающих 500 ° C.Затем турбины преобразуют тепловую энергию в электричество.
Исследователи из Института Пауля Шеррера PSI и ETH Zurich совместно разработали новаторскую альтернативу этому подходу. Новая процедура использует тепловую энергию солнца для преобразования углекислого газа и воды непосредственно в синтетическое топливо.
«Это позволяет хранить солнечную энергию в форме химических связей», — объясняет Иво Алкснейт, химик из лаборатории солнечных технологий PSI. «Это проще, чем хранить электричество.«Новый подход основан на том же принципе, что и солнечные электростанции». Алкснайт и его коллеги используют тепло для запуска определенных химических процессов, которые происходят только при очень высоких температурах, превышающих 1000 ° C. Достижения в солнечной технологии скоро позволят достичь таких температур с помощью солнечного света.
Производство топлива с использованием солнечного тепла
Исследования Alxneit основаны на принципе термохимического цикла, термин, включающий как циклический процесс химического преобразования, так и требуемую для него тепловую энергию, называемую экспертами тепловой энергией.Десять лет назад исследователи уже продемонстрировали возможность преобразования низкоэнергетических веществ, таких как вода и углекислый газ, в энергоемкие материалы, такие как водород и окись углерода.
Это работает в присутствии определенных материалов, таких как оксид церия, сочетание металлического церия с кислородом. При воздействии очень высоких температур выше 1500 ° C оксид церия теряет часть атомов кислорода. При более низких температурах этот восстановленный материал стремится повторно приобретать атомы кислорода.Если молекулы воды и углекислого газа направляются на такую активированную поверхность, они выделяют атомы кислорода (химический символ: O). Вода (h3O) превращается в водород (h3), а диоксид углерода (CO2) превращается в монооксид углерода (CO), в то время как церий повторно окисляется в процессе, создавая предпосылки для того, чтобы цикл оксида церия начался снова и снова. .
Водород и окись углерода, образующиеся в этом процессе, могут использоваться для производства топлива: в частности, газообразных или жидких углеводородов, таких как метан, бензин и дизельное топливо.Такое топливо можно использовать напрямую, но также можно хранить в резервуарах или подавать в сеть природного газа.
Один процесс вместо двух
До сих пор для производства этого вида топлива требовался второй, отдельный процесс: так называемый синтез Фишера-Тропша, разработанный в 1925 году. Европейский исследовательский консорциум SOLAR-JET недавно предложил комбинацию термохимического цикла и метода Фишера. -Процедура Тропша.
Однако, как объясняет Алкснейт: «хотя это в основном решает проблему хранения, необходимы значительные технические усилия для проведения синтеза Фишера-Тропша.»В дополнение к солнечной установке требуется вторая техническая установка промышленного масштаба.
Теперь возможно прямое производство солнечного топлива
Разрабатывая материал, который позволяет напрямую производить топливо в рамках одного процесса, новый подход, разработанный Иво Алкснейтом и его коллегами, позволяет отказаться от процедуры Фишера-Тропша и, следовательно, от второго этапа. Это было достигнуто путем добавления небольшого количества родия к оксиду церия.Родий — это катализатор, запускающий определенные химические реакции. В течение некоторого времени было известно, что родий допускает реакции с водородом, монооксидом углерода и диоксидом углерода.
«Катализатор является ключевой темой исследования при производстве этого солнечного топлива», — говорит Алкснейт. Его кандидат наук в PSI Фанцзянь Линь подчеркивает: «Это была огромная проблема — контролировать экстремальные условия, необходимые для этих химических реакций, и разработать материал катализатора, способный выдержать процесс активации при 1500 ° C.«Во время процесса охлаждения, например, нельзя позволять, чтобы чрезвычайно маленькие островки родия на поверхности материала исчезли или увеличились в размерах, поскольку они необходимы для ожидаемого каталитического процесса. Получающееся в результате топливо либо используется, либо хранится, а циклический процесс начинается снова после повторной активации оксида церия.
Используя различные стандартные методы структурного и газового анализа, исследователи, работающие в лабораториях PSI и ETH в Цюрихе, изучили церий-родиевое соединение, выяснили, насколько хорошо работает восстановление оксида церия и насколько успешным было производство метана.«Пока что наш комбинированный процесс дает только небольшое количество топлива, которое можно использовать напрямую, — заключает Алкснейт. — Но мы показали, что наша идея работает, и она перенесла нас из области научной фантастики в реальность».
Успешные испытания в высокопроизводительной печи
В ходе своих экспериментов исследователи упростили задачу, используя высокопроизводительную печь в ETH вместо солнечной энергии. «На этапе испытаний фактический источник тепловой энергии не имеет значения», — поясняет Маттеус Ротенштайнер, кандидат наук в PSI и ETH Zurich, в сферу ответственности которых входили эти испытания.
Йерун ван Боховен, руководитель лаборатории катализа и устойчивой химии PSI и профессор гетерогенного катализа в ETH Zurich, добавляет: «Эти испытания позволили нам получить ценную информацию о долгосрочной стабильности катализатора. Наша высокопроизводительная печь позволила нам выполнить 59 циклов в быстрой последовательности. Наш материал успешно выдержал первое испытание на износостойкость ». Показав, что их методика в принципе возможна, исследователи теперь могут посвятить себя ее оптимизации.
Энергоснабжение, мир
Энергоснабжение, мир, совокупные ресурсы, с помощью которых страны мира пытаются удовлетворить свои потребности в энергии. Энергия — основа индустриальной цивилизации; без энергии современная жизнь перестала бы существовать. В 1970-е годы мир начал болезненную адаптацию к уязвимости энергоснабжения. В долгосрочной перспективе сохранение энергоресурсов может предоставить время, необходимое для разработки новых источников энергии, таких как водородные топливные элементы, или для дальнейшего развития альтернативных источников энергии, таких как солнечная энергия и энергия ветра.Однако пока это происходит, мир будет по-прежнему уязвим для перебоев с поставками нефти, которая после Второй мировой войны (1939-1945 гг.) Стала самым популярным источником энергии.
II
ПРЕДЫСТОРИЯ СОВРЕМЕННОЙ СИТУАЦИИ
Древесина была первым и на протяжении большей части истории человечества основным источником энергии. Он был легко доступен, потому что во многих частях мира росли обширные леса, а количество дров, необходимых для отопления и приготовления пищи, было относительно скромным.Некоторые другие источники энергии, обнаруженные только в определенных районах, также использовались в древние времена: асфальт, уголь и торф из поверхностных отложений и нефть из просачиваемых подземных отложений.
Ситуация изменилась, когда в средние века начали использовать древесину для производства древесного угля. Древесный уголь нагревали с металлической рудой, чтобы разрушить химические соединения и освободить металл. Поскольку леса вырубались, а запасы древесины истощались с началом промышленной революции в середине 18 века, древесный уголь был заменен коксом (полученным из угля) при восстановлении руды.Уголь, который также начал использоваться для привода паровых двигателей, стал доминирующим источником энергии в ходе промышленной революции.
А
Рост использования нефти
Хотя на протяжении веков нефть (также известная как сырая нефть) использовалась в небольших количествах для таких различных целей, как медицина и уплотнение судов, современная нефтяная эра началась, когда в 1859 году в Пенсильвании была введена в эксплуатацию коммерческая скважина.Нефтяная промышленность в Соединенных Штатах быстро развивалась по мере появления нефтеперерабатывающих заводов, производящих нефтепродукты из сырой нефти. Вскоре нефтяные компании начали экспортировать свой основной продукт — керосин, используемый для освещения, во все регионы мира. Развитие двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в конце 19 века создало новый огромный рынок для другого важного продукта — бензина. Третий крупный продукт, тяжелая нефть, стал заменять уголь на некоторых энергетических рынках после Второй мировой войны.
Крупные нефтяные компании, базирующиеся в основном в Соединенных Штатах, первоначально обнаружили крупные запасы нефти в Соединенных Штатах.В результате нефтяные компании из других стран, особенно из Великобритании, Нидерландов и Франции, начали искать нефть во многих частях мира, особенно на Ближнем Востоке. Англичане ввели в эксплуатацию первое месторождение там (в Иране) незадолго до Первой мировой войны (1914-1918). Во время Первой мировой войны нефтяная промышленность США производила две трети мировых запасов нефти из внутренних источников и импортировала еще одну шестую из Мексики. Однако в конце войны и до открытия продуктивных месторождений в Восточном Техасе в 1930 году Соединенные Штаты, запасы которых были истощены войной, на несколько лет стали нетто-импортером нефти.
В течение следующих трех десятилетий при периодической федеральной поддержке нефтяные компании США добились огромных успехов в расширении своей деятельности в остальном мире. К 1955 году пять основных нефтяных компаний США производили две трети нефти для мирового нефтяного рынка (не включая Северную Америку и советский блок). Две британские компании производили почти одну треть мировых запасов нефти, а французы — лишь одну пятидесятую. Следующие 15 лет были периодом безмятежности для энергоснабжения.Семь крупных нефтяных компаний США и Великобритании поставляли в мир все большее количество дешевой нефти. Мировая цена составляла около доллара за баррель, и в это время Соединенные Штаты были в значительной степени самодостаточными, а их импорт ограничивался квотой.
Две серии событий совпали, превратив эти надежные поставки дешевой нефти в ненадежные поставки дорогой нефти. В 1960 году, разгневанные односторонним снижением цен на нефть семью крупными нефтяными компаниями, правительства основных стран-экспортеров нефти сформировали Организацию стран-экспортеров нефти (ОПЕК).Целью ОПЕК было предотвратить дальнейшее снижение цен, которые страны-члены Венесуэла и четыре страны Персидского залива получали за нефть. Им это удалось, но в течение десяти лет они не могли поднять цены. Между тем, рост потребления нефти во всем мире, особенно в Европе и Японии, где нефть вытеснил уголь в качестве основного источника энергии, вызвал колоссальный рост спроса на нефтепродукты.
1973 год положил конец эре безопасной и дешевой нефти.В октябре в результате арабо-израильской войны арабские нефтедобывающие страны сократили добычу нефти и наложили эмбарго на поставки нефти в США и Нидерланды. Хотя арабские сокращения представляли потерю менее 7 процентов мирового предложения, они вызвали панику со стороны нефтяных компаний, потребителей, нефтетрейдеров и некоторых правительств. Бурные торги на сырую нефть начались, когда несколько стран-производителей начали продавать часть своей нефти с аукциона. Эти торги побудили страны ОПЕК, которых сейчас насчитывается 13, поднять цены на всю свою сырую нефть до уровня в восемь раз выше, чем несколько лет назад.Мировая нефтяная сцена постепенно успокоилась, поскольку мировой экономический спад, частично вызванный повышением цен на нефть, снизил спрос на нефть. Тем временем правительства большинства стран ОПЕК взяли в свои руки нефтяные месторождения в своих странах.
В 1978 году начался второй нефтяной кризис, когда в результате революции, которая в конечном итоге свергла иранского шаха с трона, иранская добыча нефти и экспорт резко упали. Поскольку Иран был крупным экспортером, потребители снова запаниковали.Воспроизведение событий 1973 года вместе с дикими торгами снова привело к росту цен на нефть в 1979 году. Начало войны между Ираном и Ираком в 1980 году дало дальнейший толчок ценам на нефть. К концу 1980 года цена на сырую нефть в 19 раз превышала цену всего десятью годами ранее.
Очень высокие цены на нефть снова способствовали мировой рецессии и дали большой толчок энергосбережению. Когда спрос на нефть снизился, а предложение увеличилось, мировой рынок нефти резко упал. Значительное увеличение поставок нефти из стран, не входящих в ОПЕК, например в Северное море, Мексику, Бразилию, Египет, Китай и Индию, привело к еще большему снижению цен на нефть.К 1989 году добыча в Советском Союзе достигла 11,42 миллиона баррелей в день, что составляет 19,2 процента мировой добычи в том году.
Несмотря на низкие мировые цены на нефть, которые преобладали с 1986 года, беспокойство по поводу сбоев по-прежнему оставалось основным направлением энергетической политики в промышленно развитых странах. Кратковременное повышение цен после вторжения Ирака в Кувейт в 1990 году усилило эту озабоченность. Благодаря своим огромным запасам Ближний Восток останется основным источником нефти в обозримом будущем.Однако новые открытия в регионе Каспийского моря позволяют предположить, что такие страны, как Казахстан, могут стать основными источниками нефти в 21 веке.
В 1990-е годы добыча нефти странами, не входящими в ОПЕК, оставалась высокой, а добыча странами ОПЕК восстановилась. В результате в конце 20-го века мировой профицит нефти и цены (с поправкой на инфляцию) были ниже, чем в 1972 году.
Эксперты не уверены в будущих поставках и ценах на нефть. Низкие цены стимулировали рост потребления нефти, и эксперты задаются вопросом, как долго мировые запасы нефти смогут поддерживать растущий спрос.Многие ведущие мировые геологи-нефтяники считают, что мировые поставки нефти достигнут пика примерно в 80 миллионов баррелей в день в период с 2010 по 2020 год (в 1998 году мировое потребление составляло примерно 70 миллионов баррелей в день). С другой стороны, многие экономисты полагают, что даже скромно. более высокие цены на нефть могут привести к увеличению предложения, поскольку у нефтяных компаний появится экономический стимул к разработке менее доступных нефтяных месторождений.
Природный газ может все шире использоваться вместо нефти в таких сферах, как производство электроэнергии и транспорт.Одна из причин заключается в том, что мировые запасы природного газа с 1976 года увеличились вдвое, отчасти из-за открытия крупных залежей природного газа в России и на Ближнем Востоке. Строятся новые объекты и трубопроводы, которые помогут перерабатывать и транспортировать этот природный газ от добывающих скважин к потребителям.
III
НЕФТЬ И ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
Нефть (сырая нефть) и природный газ находятся в промышленных количествах в осадочных бассейнах более чем 50 стран во всех частях мира.Самые большие месторождения находятся на Ближнем Востоке, где сосредоточено более половины известных запасов нефти и почти треть известных запасов природного газа. Соединенные Штаты содержат только около 2 процентов известных запасов нефти и 3 процента известных запасов природного газа.
Геологи и другие ученые разработали методы, указывающие на возможность обнаружения нефти или газа глубоко под землей. Эти методы включают аэрофотосъемку особых элементов поверхности, рассылку ударных волн через землю и их отражение в инструменты, а также измерение силы тяжести и магнитного поля Земли с помощью чувствительных измерителей.Тем не менее, единственный способ найти нефть или газ — это просверлить отверстие в резервуаре. В некоторых случаях нефтяные компании тратят многие миллионы долларов на бурение в перспективных районах только для того, чтобы найти сухие скважины. Долгое время большинство скважин пробурили на суше, но после Второй мировой войны бурение началось на мелководье с платформ, поддерживаемых опорами, которые опирались на морское дно. Позже были разработаны плавучие платформы, которые могли бурить на глубине 1000 м (3300 футов) и более. Крупные месторождения нефти и газа были обнаружены на шельфе: в США, в основном у побережья Мексиканского залива; в Европе, прежде всего в Северном море; в России — в Баренцевом и Карском морях; и у берегов Ньюфаундленда и Бразилии.Большинство крупных находок в будущем может быть на шельфе.
Поскольку сырая нефть или природный газ добываются на нефтяном или газовом месторождении, давление в пласте, которое выталкивает материал на поверхность, постепенно снижается. В конце концов, давление упадет настолько, что оставшаяся нефть или газ не переместятся через пористую породу в скважину. Когда эта точка будет достигнута, большая часть газа на газовом месторождении будет добыта, но будет извлечено менее одной трети нефти. Часть оставшейся нефти может быть извлечена путем использования воды или углекислого газа для проталкивания нефти в скважину, но даже в этом случае от четверти до половины нефти обычно остается в пласте.Пытаясь извлечь эту оставшуюся нефть, нефтяные компании начали использовать химические вещества, чтобы протолкнуть нефть в скважину, или использовать огонь или пар в пласте, чтобы облегчить течение нефти. Новые методы, которые позволяют операторам бурить как горизонтально, так и вертикально, в очень глубокие структуры, резко снизили стоимость поиска запасов природного газа и нефти.
Сырая нефть транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы по трубопроводам, баржам или гигантским океанским танкерам. Нефтеперерабатывающие заводы содержат ряд технологических установок, которые разделяют различные составляющие сырой нефти, нагревая их до разных температур, химически модифицируя их, а затем смешивая для получения конечных продуктов.Эти конечные продукты представляют собой, в основном, бензин, керосин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, мазут для отопления дома, мазут, смазочные материалы и сырье или исходные материалы для нефтехимии.
Природный газ транспортируется, обычно по трубопроводам, потребителям, которые сжигают его в качестве топлива или, в некоторых случаях, производят нефтехимические продукты из химикатов, извлеченных или очищенных от него. Природный газ можно сжижать при очень низких температурах и перевозить на специальных судах. Этот метод намного дороже, чем транспортировка нефти танкером.Нефть и природный газ конкурируют на нескольких рынках, особенно в производстве тепла для домов, офисов, фабрик и производственных процессов.
На первых порах нефтяная промышленность вызывала значительное загрязнение окружающей среды. Однако с годами, под двойным влиянием усовершенствованных технологий и более строгих правил, он стал намного чище. Стоки с нефтеперерабатывающих заводов значительно сократились, и, хотя выбросы из скважин все еще происходят, новые технологии, как правило, делают их относительно редкими.С другой стороны, следить за океаном намного сложнее. Морские суда по-прежнему являются основным источником разливов нефти. В 1990 году Конгресс Соединенных Штатов принял закон, требующий, чтобы танкеры к концу десятилетия имели двойной корпус.
Еще одним источником загрязнения, связанным с нефтяной промышленностью, является сера в сырой нефти. Постановления национальных и местных органов власти ограничивают количество диоксида серы, которое может сбрасываться предприятиями и коммунальными предприятиями, сжигающими мазут.Однако, поскольку удаление серы является дорогостоящим процессом, правила по-прежнему разрешают выброс некоторого количества диоксида серы в воздух.
Многие ученые считают, что еще одна потенциальная экологическая проблема, связанная с переработкой и сжиганием большого количества нефти и других ископаемых видов топлива (таких как уголь и природный газ), возникает, когда диоксид углерода (побочный продукт сжигания ископаемого топлива), метан (который существует в природном газе, а также является побочным продуктом переработки нефти), а другие побочные газы накапливаются в атмосфере.Эти газы известны как парниковые газы, потому что они улавливают часть энергии Солнца, которая проникает в атмосферу Земли. Эта энергия, захваченная в виде тепла, поддерживает температуру Земли, благоприятную для жизни. Определенное количество парниковых газов естественным образом присутствует в атмосфере. Однако огромное количество нефти, угля и других ископаемых видов топлива, сожженных во время быстрой индустриализации мира за последние 200 лет, является источником более высоких уровней двуокиси углерода в атмосфере.За этот период эти уровни увеличились примерно на 28 процентов. Это увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в сочетании с продолжающейся потерей мировых лесов (которые поглощают углекислый газ) заставило многих ученых предсказать повышение глобальной температуры. Это повышение глобальной температуры может нарушить погодные условия, нарушить океанские течения, привести к более сильным штормам и создать другие экологические проблемы. В 1992 году представители более 150 стран собрались в Рио-де-Жанейро, Бразилия, и пришли к согласию о необходимости сокращения мировых выбросов парниковых газов.В 1997 году всемирные делегации снова собрались, на этот раз в Киото, Япония. Во время встречи в Киото представители 160 стран подписали соглашение, известное как Протокол Киото, согласно которому 38 промышленно развитых стран должны будут ограничить выбросы парниковых газов до уровней, которые в среднем на 5 процентов ниже уровней выбросов 1990 года. выбросы ископаемого топлива для достижения этих уровней, промышленно развитые страны должны будут изменить структуру своей энергетики в сторону источников энергии, которые не производят столько углекислого газа, таких как природный газ, или альтернативных источников энергии, таких как гидроэлектроэнергия, солнечная энергия энергия ветра или ядерная энергия.В то время как правительства одних промышленно развитых стран ратифицировали Киотский протокол, другие — нет, в том числе и США.
Горючие сланцы, залежи тяжелой нефти и битуминозные пески являются наиболее распространенными формами нефти в мире. Запасы этих источников во много раз превышают общие известные мировые запасы сырой нефти. Однако из-за высокой стоимости преобразования сланцевого масла и битуминозных песков в пригодные для использования нефтепродукты лишь небольшой процент доступного материала перерабатывается в промышленных масштабах.Промышленность по производству нефтепродуктов из битуминозных песков была создана в Канаде, и Венесуэла изучает перспективы разработки огромных запасов битуминозных песков в бассейне реки Ориноко. Тем не менее, количество нефтепродуктов, производимых из этих двух видов сырья, невелико по сравнению с общим объемом добычи традиционной сырой нефти. До тех пор, пока мировые цены на нефть не вырастут, количество нефти, производимой из горючего сланца и битуминозных песков, вероятно, останется небольшим по сравнению с производством традиционной сырой нефти.
Уголь — это общий термин, обозначающий широкий спектр твердых материалов с высоким содержанием углерода. Большая часть угля сжигается электроэнергетическими компаниями для производства пара для работы своих генераторов. Некоторое количество угля используется на заводах для обогрева зданий и производственных процессов. Особый высококачественный уголь превращается в металлургический кокс для производства стали.
Мировые запасы угля огромны. Количество угля (измеряемое по содержанию энергии), которое технически и экономически может быть извлечено в нынешних условиях, в пять раз превышает запасы сырой нефти.Всего четыре региона содержат три четверти мировых извлекаемых запасов угля: Соединенные Штаты — 24 процента; страны бывшего Советского Союза — 24%; Китай — 11 процентов; и Западная Европа — 10 процентов.
В промышленно развитых странах большее удобство и более низкая стоимость нефти и газа в начале 20 века фактически вытеснили уголь с рынка для отопления домов и офисов, а также для движения локомотивов. Нефть и газ также сильно повлияли на промышленный рынок угля.Только расширяющийся рынок коммунальных услуг позволил добыче угля в Соединенных Штатах, например, оставаться относительно постоянным в период с 1948 по 1973 год. Даже на рынке коммунальных услуг, поскольку нефть и газ захватили большую долю, доля угля в общей энергетической картине резко упала в США. США, например, с половины до менее чем одной пятой. Однако резкий скачок цен на нефть после 1973 года дал углю значительное преимущество в стоимости для коммунальных предприятий и крупных промышленных потребителей, и уголь начал возвращать себе некоторые из потерянных рынков.В отличие от промышленно развитых стран, развивающиеся страны, располагающие большими запасами угля (например, Китай и Индия), продолжают использовать уголь в промышленных и отопительных целях.
Средняя цена на уголь практически не изменилась с начала 1980-х годов и, по прогнозам, снизится в начале 21 века. Однако в промышленно развитых странах необходимость соблюдения более строгих экологических норм сделала сжигание угля более дорогостоящим.
Несмотря на относительную дешевизну и огромные запасы угля, рост его использования с 1973 года был намного меньше, чем ожидалось, потому что уголь связан с гораздо большим количеством экологических проблем, чем нефть.Подземная добыча полезных ископаемых может привести к заболеванию черных легких у шахтеров, опусканию земли над шахтами и утечке кислоты в грунтовые воды. Открытые горные работы требуют тщательной рекультивации, иначе невосстановленные земли останутся покрытыми шрамами и непродуктивными. Кроме того, сжигание угля вызывает выбросы частиц диоксида серы, оксида азота и других примесей. Кислотные дожди и другие формы осадков с относительно высокой кислотностью, наносящие ущерб озерам и некоторым лесам во многих регионах, как полагают, частично вызваны такими выбросами ( см. Загрязнение воздуха).Закон США о чистом воздухе 1970 года (пересмотренный в 1970 и 1990 годах) обеспечивает федеральную правовую основу для контроля за загрязнением воздуха. Это законодательство значительно сократило выбросы оксидов серы, известных как кислые газы. Например, Закон о чистом воздухе требует, чтобы такие объекты, как угольные электростанции, сжигали уголь с низким содержанием серы. В 1990-х годах озабоченность по поводу возможного потепления планеты в результате парникового эффекта заставила многие правительства задуматься о политике сокращения выбросов углекислого газа, производимых при сжигании угля, нефти и природного газа.Во время быстрой индустриализации мира в XIX и XX веках уровни углекислого газа в атмосфере увеличились примерно на 28 процентов по сравнению с доиндустриальными уровнями.
Решение этих проблем обходится дорого, и вопрос о том, кто должен платить, остается спорным. В результате потребление угля может продолжать расти медленнее, чем можно было бы ожидать. Однако огромные запасы угля, усовершенствованные технологии для снижения загрязнения и дальнейшее развитие газификации угля ( см. Газы, топливо) по-прежнему указывают на то, что рынок угля в ближайшие годы будет расти.
Синтетическое топливо не встречается в природе, но производится из природных материалов. Бензохол, например, представляет собой смесь бензина и спирта, изготовленную из сахаров, производимых живыми растениями. Хотя производство различных видов топлива из угля возможно, крупномасштабное производство топлива из угля, вероятно, будет ограничено высокими затратами и проблемами загрязнения, некоторые из которых еще не известны. Производство спиртового топлива в больших количествах, скорее всего, будет ограничено регионами, такими как части Бразилии, где сочетание дешевой рабочей силы и земли, а также продолжительный вегетационный период делают его экономичным.Таким образом, синтетическое топливо вряд ли в ближайшее время внесет важный вклад в мировое энергоснабжение.
Ядерная энергия вырабатывается путем расщепления или деления атомов урана или более тяжелых элементов. В процессе деления выделяется тепло, которое используется для производства пара для привода турбины для выработки электроэнергии. Эксплуатация ядерного реактора и связанного с ним оборудования для выработки электроэнергии — это лишь часть взаимосвязанного комплекса работ. Для обеспечения надежного электроснабжения от ядерного деления требуется добыча, переработка и транспортировка урана; обогащение урана (увеличение процентного содержания изотопа урана U-235) и упаковка его в соответствующую форму; строительство и обслуживание реактора и связанного с ним генерирующего оборудования; и обработка и захоронение отработавшего топлива.Эти действия требуют чрезвычайно сложных и интерактивных производственных процессов и множества специализированных навыков.
Великобритания стала одной из первых в развитии ядерной энергетики. К середине 1950-х годов в этой стране производили электричество несколько ядерных реакторов. Первый ядерный реактор, подключенный к электрической распределительной сети в Соединенных Штатах, начал работу в 1957 году в Шиппорте, штат Пенсильвания. Шесть лет спустя был размещен первый заказ на строительство коммерческой атомной электростанции без прямой субсидии федерального правительства.Этот приказ ознаменовал начало попытки быстро преобразовать мировые системы выработки электроэнергии от зависимости от ископаемого топлива к использованию ядерной энергии. К 1970 году в 15 странах мира действовало 90 атомных электростанций. В 1980 году в 22 странах действовали 253 атомные электростанции. Однако попытка перейти от ископаемого топлива к ядерной энергии не удалась из-за быстрого роста затрат, задержек с соблюдением нормативных требований, снижения спроса на электроэнергию и повышенного внимания к безопасности.
Вопросы о безопасности и экономии ядерной энергии вызвали, пожалуй, самую эмоциональную битву за энергию.Когда в конце 1970-х годов разгорелась борьба, сторонники ядерной энергетики утверждали, что не существует реальной альтернативы усилению зависимости от ядерной энергетики. Они признали, что некоторые проблемы остаются, но заявили, что решения будут найдены. Ядерные противники, с другой стороны, подчеркнули ряд оставшихся без ответа вопросов об окружающей среде: каковы эффекты низкого уровня радиации в течение длительных периодов? Какова вероятность крупной аварии на атомной электростанции? Каковы будут последствия такой аварии? Каким образом отходы ядерной энергетики, которые будут оставаться опасными на протяжении веков, могут быть навсегда изолированы от окружающей среды? Эти вопросы безопасности способствовали изменению спецификаций и задержкам в строительстве атомных электростанций, что еще больше увеличило расходы.Они также способствовали возникновению второго противоречия: является ли электроэнергия атомных электростанций менее затратной, такой же дорогой или более дорогой, чем электроэнергия на угольных электростанциях? Несмотря на стремительный рост цен на нефть и газ в конце 1970-х — начале 1980-х годов, эти политические и экономические проблемы вызвали в США эффективный мораторий на новые заказы на атомные электростанции. Этот мораторий вступил в силу еще до аварии 1979 г. (расплавление ядерных топливных стержней) на атомной электростанции Три-Майл-Айленд недалеко от Гаррисберга, штат Пенсильвания, и частичной аварии 1986 г. на Чернобыльской АЭС к северу от Киева на Украине ( см. Чернобыль) Авария).Последняя авария привела к гибели людей и случаев лучевой болезни, а также выпустила облако радиоактивности, которое широко распространилось по северному полушарию.
В 1998 году в мире работало 437 атомных станций. Еще 35 реакторов находились в стадии строительства. Восемнадцать стран вырабатывают не менее 20 процентов своей электроэнергии за счет ядерной энергетики. Крупнейшие отрасли атомной энергетики расположены в США (107 реакторов), Франции (59), Японии (54), Великобритании (35), России (29) и Германии (20).В США больше 20 лет не заказывали новые реакторы. Противодействие общественности, высокие затраты на строительство, строгие строительные и эксплуатационные правила, а также высокие затраты на утилизацию отходов делают строительство и эксплуатацию атомных электростанций намного дороже, чем электростанции, сжигающие ископаемое топливо.
В некоторых промышленно развитых странах в электроэнергетике проводится реструктуризация с целью разделения монополий (предоставление товара или услуги одним продавцом или производителем) на уровне генерации.Поскольку эта тенденция заставляет владельцев атомных станций сократить операционные расходы и стать более конкурентоспособными, в атомной энергетике в США и других западных странах может продолжаться спад, если существующие атомные электростанции не смогут адаптироваться к меняющимся рыночным условиям.
Азия широко рассматривается как единственная область роста ядерной энергетики в ближайшем будущем. В Японии, Южной Корее, Тайване и Китае в конце 20 века строились заводы.И наоборот, ряд европейских стран пересмотрели свои обязательства в отношении ядерной энергетики.
Политические партии Швеции взяли на себя обязательство прекратить использование ядерной энергетики к 2010 году, после того как в 1980 году шведские граждане проголосовали против дальнейшего развития этого источника энергии. Однако промышленность оспаривает эту политику в суде. Кроме того, критики утверждают, что Швеция не может выполнить свои обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, не полагаясь на ядерную энергию.
Франция вырабатывает 80 процентов электроэнергии за счет ядерной энергетики.Тем не менее, он отменил несколько запланированных реакторов и может заменить стареющие атомные станции станциями, работающими на ископаемом топливе, по экологическим причинам. В результате государственная электроэнергетическая компания Electricité de France планирует диверсифицировать источники производства электроэнергии в стране.
В 1998 году правительство Германии объявило о плане отказа от ядерной энергетики. Однако, как и в Швеции, владельцы атомных станций могут подать в суд на правительство с требованием компенсации за остановку станций до истечения срока их эксплуатации.
В Японии несколько аварий на ядерных установках в середине 1990-х годов подорвали общественную поддержку ядерной энергетики. Растущие запасы плутония в Японии и поставки отработанного ядерного топлива в Европу вызвали международную критику.
Китай, в котором в настоящее время эксплуатируются только три атомные электростанции, планирует расширить свои ядерные возможности. Однако неясно, сможет ли Китай получить достаточное финансирование или он сможет создать необходимую квалифицированную рабочую силу для расширения.
Ряд восточноевропейских стран, включая Россию, Украину, Болгарию, Чешскую Республику, Венгрию, Литву и Словаки, вырабатывают электроэнергию с помощью ядерных реакторов советской конструкции, которые имеют различные недостатки безопасности. Некоторые из этих реакторов имеют ту же конструкцию, что и чернобыльский реактор, взорвавшийся в 1986 году. Соединенные Штаты и другие западные страны работают над решением этих проектных проблем и улучшением эксплуатации, технического обслуживания и обучения на этих станциях.
Солнечная энергия не относится к какой-то отдельной энергетической технологии, а скорее охватывает разнообразный набор технологий возобновляемой энергии, которые питаются от солнечного тепла.Некоторые технологии солнечной энергии, такие как отопление с помощью солнечных батарей, напрямую используют солнечный свет. Другие виды солнечной энергии, такие как гидроэлектроэнергия и топливо из биомассы (древесина, растительные остатки и навоз), зависят от способности Солнца испарять воду и выращивать растительный материал соответственно. Общей чертой технологий солнечной энергии является то, что, в отличие от нефти, газа, угля и нынешних форм ядерной энергетики, солнечная энергия неисчерпаема. Солнечную энергию можно разделить на три основные группы: отопление и охлаждение, производство электроэнергии и топливо из биомассы.
Солнце веками использовалось для обогрева. Жилища на утесе Меса-Верде в Колорадо были построены с выступами скал, которые обеспечивают тень от высокого (и жаркого) летнего Солнца, но позволяют проникать лучам нижнего зимнего Солнца. Сегодня конструкция с небольшим количеством движущихся частей или без них, использующая преимущества Солнца, называется пассивным солнечным нагревом. Начиная с конца 1970-х годов архитекторы все больше знакомились с пассивными солнечными технологиями. В будущем все больше и больше новых зданий будут спроектированы так, чтобы улавливать зимние лучи солнца и не пропускать летние лучи.
Активное солнечное отопление и солнечное водяное отопление — это вариации одной темы, различающиеся в основном стоимостью и масштабом. Типичный активный солнечный нагревательный элемент состоит из труб, установленных в панелях, установленных на крыше. Вода (или иногда другая жидкость), протекающая по трубам, нагревается Солнцем и затем используется в качестве источника горячей воды и тепла для здания. Хотя с 1970-х годов количество активных установок для солнечного отопления быстро росло, промышленность столкнулась с простыми проблемами при установке и обслуживании, включая такие обычные явления, как утечка воды и засорение трубопровода воздухом.Солнечное охлаждение требует установки более высокой технологии, в которой жидкость охлаждается путем нагрева до промежуточной температуры, чтобы ее можно было использовать для управления холодильным циклом. На сегодняшний день выполнено относительно небольшое количество коммерческих установок.
B
Производство электроэнергии
Электроэнергия может быть произведена с помощью различных технологий, которые в конечном итоге зависят от воздействия солнечной радиации.Ветряные мельницы и водопады (сами по себе очень старые источники механической энергии) могут использоваться для вращения турбин для выработки электроэнергии. Энергия ветра и падающей воды считаются формами солнечной энергии, потому что солнечная энергия нагрева создает ветер и пополняет воду в реках и ручьях. Большинство существующих ветряных мельниц относительно невелики и содержат десять или более ветряных мельниц в конфигурации сети, которая использует ветровые сдвиги. Напротив, большая часть электроэнергии от гидроэлектростанций поступает из гигантских плотин.Многие участки, подходящие для крупных плотин, уже освоены, особенно в промышленно развитых странах. Однако в 1970-х годах небольшие плотины, использовавшиеся годами ранее для получения механической энергии, были модернизированы для выработки электроэнергии.
Крупномасштабные гидроэлектрические проекты все еще реализуются во многих развивающихся странах. Самая простая форма производства электроэнергии на солнечной энергии — это использование массива коллекторов, которые нагревают воду для производства пара для вращения турбины. Некоторые из этих объектов уже существуют.
Другие источники солнечной электроэнергии связаны с высокотехнологичными вариантами, которые в крупных масштабах коммерчески не проверены. Фотоэлектрические элементы ( см. Фотоэлектрический эффект; солнечная энергия), которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество, в настоящее время используются в удаленных местах для питания орбитальных космических спутников, ворот на необслуживаемых железнодорожных переездах и ирригационных насосов. Прежде чем станет возможным широкое использование фотоэлектрических элементов, необходим прогресс в снижении затрат.Коммерческое развитие и других методов кажется далеким будущим. Тепловая конверсия океана (OTC) вырабатывает электричество на морских платформах; турбина вращается за счет энергии, генерируемой, когда холодная морская вода перемещается с большой глубины на теплую поверхность. Также весьма спекулятивным остается идея использования космических спутников для передачи электроэнергии через микроволны на Землю.
Топливо из биомассы включает несколько различных форм, включая спиртовое топливо (упомянутое ранее), навоз и древесину.Древесина и навоз по-прежнему являются основными видами топлива в некоторых развивающихся странах, а высокие цены на нефть вызвали возрождение интереса к древесине в промышленно развитых странах. Исследователи уделяют все большее внимание развитию так называемых энергетических культур (многолетние травы и деревья, выращиваемые на сельскохозяйственных землях). Однако есть некоторая озабоченность тем, что сильная зависимость от сельского хозяйства в качестве источника энергии может привести к росту цен как на продукты питания, так и на землю.
Общее количество используемой в настоящее время солнечной энергии невозможно точно оценить, поскольку некоторые источники не зарегистрированы.Однако в начале 1980-х годов два основных источника солнечной энергии, гидроэлектрическая энергия и биомасса, внесли более чем в два раза больше ядерной энергии в мировое энергоснабжение. Тем не менее, эти два источника ограничены наличием участков плотин и наличием земли для выращивания деревьев и других растительных материалов, поэтому будущее развитие солнечной энергии будет зависеть от широкого спектра технологических достижений.
Потенциал солнечной энергии, за исключением гидроэлектроэнергии, останется недоиспользованным и после 2000 года, поскольку солнечная энергия по-прежнему намного дороже, чем энергия, полученная из ископаемых видов топлива.Долгосрочные перспективы солнечной энергии во многом зависят от того, вырастут ли цены на ископаемое топливо и станут ли экологические нормы более строгими. Например, более строгий экологический контроль при сжигании ископаемого топлива может привести к увеличению цен на уголь и нефть, в результате чего солнечная энергия станет менее дорогим источником энергии по сравнению с этим.
VIII
ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Геотермальная энергия — один из аспектов науки, известной как геотермия, — основана на том факте, что земля тем горячее, чем глубже бурятся скважины под поверхностью.Вода и пар, циркулирующие в глубоких горячих породах, если их вынести на поверхность, можно использовать для приведения в действие турбины для выработки электроэнергии или их можно пропускать через здания в качестве тепла. Некоторые геотермальные энергетические системы используют естественные источники геотермальной воды и пара, тогда как другие системы закачивают воду в глубокие горячие породы. Хотя теоретически он безграничен, в большинстве обитаемых районов мира этот подземный источник энергии расположен настолько глубоко, что бурение скважин для его вскрытия обходится очень дорого.
IX
УЛУЧШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
Помимо развития альтернативных источников энергии, поставки энергии могут быть расширены за счет сохранения (планового управления) имеющихся в настоящее время ресурсов.Можно описать три типа возможных практик энергосбережения. Первый тип — это сокращение, то есть, например, отказ от закрытия заводов для уменьшения количества потребляемой энергии или сокращение поездок для уменьшения количества сжигаемого бензина. Второй тип — это капитальный ремонт, то есть изменение образа жизни людей и способа производства товаров и услуг, например, замедление дальнейшей субурбанизации общества, использование менее энергоемких материалов в производственных процессах и уменьшение количества энергии, потребляемой некоторыми продуктами. (например, автомобили).Третий тип включает более эффективное использование энергии, то есть приспособление к более высоким затратам на энергию, например, инвестирование в автомобили, которые едут дальше на единицу топлива, улавливание отработанного тепла на заводах и его повторное использование, а также изоляция домов. Этот третий вариант требует менее радикальных изменений в образе жизни, поэтому правительства и общества чаще всего выбирают его, а не два других варианта.
К 1980 году многие люди пришли к пониманию того, что повышение энергоэффективности может помочь мировому энергетическому балансу в краткосрочной и среднесрочной перспективе и что продуктивное энергосбережение следует рассматривать как не меньшую альтернативу энергии, чем сами источники энергии.Существенная экономия энергии начала происходить в Соединенных Штатах в 1970-х годах, когда, например, федеральное правительство ввело общенациональный стандарт эффективности автомобилей и предложило налоговые вычеты за утепление домов и установку солнечных батарей. Существенная дополнительная экономия энергии за счет мер по энергосбережению представляется возможной без существенного влияния на образ жизни людей.
Однако на пути стоит ряд препятствий. Одним из основных препятствий на пути к продуктивному сохранению является его крайне фрагментированный и неприглядный характер; это требует от сотен миллионов людей повседневных дел, таких как выключение света и поддержание надлежащего накачивания шин.Еще одним препятствием стала цена на энергию. С поправкой на инфляцию стоимость бензина в США в 1998 году была ниже, чем в 1972 году. Низкие цены на энергию затрудняют убеждение людей вкладывать средства в энергоэффективность. С 1973 до середины 1980-х годов, когда в Соединенных Штатах выросли цены на нефть, потребление энергии на человека упало примерно на 14 процентов, в значительной степени из-за мер по сохранению. Однако, поскольку в 1990-е годы нефть подешевела, министерство энергетики США прогнозирует, что к 2000 году потребление энергии в Соединенных Штатах вырастет до 2 процентов от уровня 1973 года.Со временем повышение энергоэффективности окупается с лихвой. Однако они требуют больших капитальных вложений, что не очень привлекательно при низких ценах на энергию. Основные области таких улучшений описаны ниже.
В то время как транспорт использует 25 процентов всей энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, на его долю приходится 66 процентов нефти, используемой в Соединенных Штатах. Автомобили, построенные в других странах, долгое время имели тенденцию быть более эффективными, чем американские, отчасти из-за давления высоких налогов на бензин.В 1975 году Конгресс США принял закон, обязывающий к 1985 году удвоить топливную экономичность новых автомобилей. Этот закон в сочетании с нехваткой бензина в 1974 и 1979 годах и значительно более высокими ценами на бензин (особенно с 1979 года) привел к средней эффективности всех американских автомобилей. улучшиться примерно на 40 процентов в период с 1975 по 1990 год. Однако большая часть этого улучшения была компенсирована резким увеличением количества автомобилей на дорогах и ростом продаж внедорожников и легких грузовиков (которые не покрываются федеральные стандарты эффективности).К 1996 году количество автомобилей, используемых во всем мире, выросло до 652 миллионов единиц. Ожидается, что к 2018 году это число увеличится почти до 1 миллиарда. Эксперты прогнозируют, что, если не будут разработаны более эффективные технологии, этот рост приведет к увеличению спроса на бензин более чем на 20 миллионов баррелей в день. Сегодня производители автомобилей имеют техническую возможность создавать автомобили с гораздо более высокой топливной экономичностью, чем предписано Конгрессом. Однако массовое производство автомобилей с такой эффективностью потребует огромных капитальных вложений.Новые технологии двигателей, использующие электрические батареи или высокоэффективные топливные элементы, а также двигатели, работающие на природном газе, могут сыграть гораздо более важную роль в начале 21 века. Повышение цен на бензин и парковку стимулировало использование двух других видов транспорта: совместного использования пассажиров (фургон или автомобильный пул) и общественного транспорта. Эти методы могут быть очень эффективными, но обширный характер многих городов США может затруднить их использование.
Управляющие бизнесом, ориентированные на прибыль, все чаще обращают внимание на модификацию продукции и производственных процессов с целью экономии энергии.Фактически, промышленный сектор продемонстрировал более значительное повышение эффективности, чем жилищный или транспортный сектор. Усовершенствования в производстве можно разделить на три широкие, в некоторой степени перекрывающиеся, категории: улучшенное ведение домашнего хозяйства, текущее обслуживание печей и использование только необходимого освещения; рекуперация отходов рекуперация тепла и переработка побочных продуктов отходов; и технологические инновации, модернизирующие продукты и процессы для воплощения более эффективных технологий.
В 1950-х и 1960-х годах эффективному использованию энергии часто пренебрегали при строительстве зданий и домов, но высокие цены на энергию 1970-х изменили это. Некоторые офисные здания, построенные с 1980 года, используют только пятую часть энергии, потребляемой зданиями, построенными всего десятью годами ранее. Методы экономии энергии включают проектирование и размещение зданий для использования пассивного солнечного тепла, использование компьютеров для мониторинга и регулирования использования электроэнергии, а также инвестирование в более эффективное освещение и в улучшенные системы отопления и охлаждения.Подход на основе жизненного цикла, который учитывает общие затраты за весь срок службы здания, а не только начальную стоимость строительства или продажную цену, способствует большей эффективности. Кроме того, успешной была реконструкция старых зданий, в которой новые компоненты и оборудование используются в существующих конструкциях.
Химия, история
Химия, история, история изучения состава, структуры и свойств материальных веществ, взаимодействий между веществами и воздействия на вещества добавления или удаления энергии в любой из ее различных форм.С самых ранних зарегистрированных времен люди наблюдали химические изменения и предполагали их причины. Проследив историю этих наблюдений и предположений, можно проследить постепенную эволюцию идей и концепций, которые привели к современной химии.
II
ДРЕВНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ФИЛОСОФИЯ
Первые известные химические процессы были выполнены ремесленниками Месопотамии, Египта и Китая.Сначала кузнецы этих земель работали с самородными металлами, такими как золото или медь, которые иногда встречаются в природе в чистом виде, но они быстро научились плавить металлические руды (в основном оксиды и сульфиды металлов), нагревая их деревом или древесным углем. для получения металлов. Постепенное использование меди, бронзы и железа породило названия, которые археологи применяли к соответствующим эпохам. Примитивная химическая технология также возникла в этих культурах, когда красильщики открыли методы нанесения красок на различные типы тканей, и когда гончары научились готовить глазури, а позже и стекло.
Большинство этих мастеров работали в храмах и дворцах, производя предметы роскоши для священников и знати. В храмах у жрецов особенно было время поразмышлять о происхождении изменений, которые они увидели в окружающем их мире. Их теории часто включали магию, но они также развивали астрономические, математические и космологические идеи, которые они использовали в попытках объяснить некоторые изменения, которые сейчас считаются химическими.
III
ГРЕЧЕСКАЯ ЕСТЕСТВЕННАЯ ФИЛОСОФИЯ
Первой культурой, которая рассмотрела эти идеи с научной точки зрения, были греки.Со времен Фалеса, около 600 г. до н. Э., Греческие философы делали логические рассуждения о физическом мире, а не полагались на мифы для объяснения явлений. Сам Фалес предполагал, что вся материя произошла из воды, которая могла затвердеть до земли или испариться в воздух. Его преемники расширили эту теорию до идеи, что мир состоит из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Демокрит думал, что эти элементы состоят из атомов, мельчайших частиц, движущихся в вакууме. Другие, особенно Аристотель, считали, что элементы образуют континуум массы, и поэтому вакуум существовать не может.Идея атома быстро утратила популярность среди греков, но никогда не была забыта полностью. Когда он был возрожден в эпоху Возрождения, он лег в основу современной атомной теории ( см. Атом).
Аристотель стал самым влиятельным из греческих философов, и его идеи доминировали в науке почти два тысячелетия после его смерти в 323 г. до н. Э. Он считал, что в природе есть четыре качества: тепло, холод, влажность и сухость. Каждый из четырех элементов состоит из пар этих качеств; например, огонь был горячим и сухим, вода была холодной и влажной, воздух был горячим и влажным, а земля была холодной и сухой.Эти элементы вместе со своими качествами в различных пропорциях образуют составляющие планеты Земля. Поскольку количество каждого качества в элементе могло быть изменено, элементы могли быть заменены друг на друга; таким образом, считалось возможным также преобразовать материальные вещества, которые были образованы из элементов свинца, например, в золото.
IV
АЛХИМИЯ: ПОДЪЕМ И ЗАКАТ
Теория Аристотеля была принята мастерами-практиками, особенно в Александрии, Египет, которая после 300 г. до н. Э. Стала интеллектуальным центром древнего мира.Они думали, что металлы на земле стремятся становиться все более и более совершенными и постепенно превращаются в золото. Им казалось, что они должны иметь возможность быстрее выполнять тот же процесс в своих мастерских и так искусственно превращать обычные металлы в золото. Начиная примерно с 100 г. н.э. эта идея доминировала в умах философов, а также мастеров-металлистов, и было написано большое количество трактатов об искусстве трансмутации, которое стало известно как алхимия. Хотя никому и никогда не удавалось создать золото, в поисках совершенства металлов был открыт ряд химических процессов.
Почти в то же время и, вероятно, независимо, подобная алхимия возникла в Китае. Здесь также целью было получить золото, хотя и не из-за его денежной стоимости. Китайцы верили, что золото — это лекарство, которое может даровать долгую жизнь или даже бессмертие любому, кто его употребляет. Как и египтяне, китайцы получили практические химические знания из неверных теорий.
А
Рассеивание греческой мысли
После упадка Римской империи греческие письма стали менее открыто изучаться в Западной Европе, и даже в Восточном Средиземноморье им в значительной степени пренебрегали.Однако в VI веке секта христиан, известная как несторианцы, на сирийском языке, распространила свое влияние по всей Малой Азии. Они основали университет в Эдессе в Месопотамии и перевели большое количество греческих философских и медицинских сочинений на сирийский язык для использования среди ученых.
В VII и VIII веках арабские завоеватели распространили исламскую культуру на большей части Малой Азии, Северной Африки и Испании. Багдадские халифы стали активными покровителями науки и образования.Сирийский перевод греческих текстов был снова переведен, на этот раз на арабский, и вместе с остальным греческим изучением идей и практики алхимии снова процветали.
Арабские алхимики также контактировали с Китаем на Востоке, таким образом получив представление о золоте как лекарстве, а также греческое представление о золоте как о совершенном металле. Считалось, что особый агент, философский камень, стимулирует трансмутацию, и это стало предметом поиска алхимиков.Теперь у алхимиков появился дополнительный стимул к изучению химических процессов, поскольку они могли привести не только к богатству, но и к здоровью. Неуклонно продвигалось изучение химии и химических аппаратов. Были открыты такие важные реагенты, как едкие щелочи ( см. щелочные металлы) и соли аммония ( см. Аммиак), и оборудование для перегонки постоянно улучшалось. Раннее осознание потребности в более количественных методах также появилось в некоторых арабских рецептах, где были даны конкретные инструкции относительно количества используемых реагентов.
B
Позднее средневековье
Большое интеллектуальное пробуждение началось в Западной Европе в 11 веке. Частично это стимулировалось культурным обменом между арабами и западными учеными на Сицилии и в Испании. Были созданы школы переводчиков, и их переводы передавали арабские философские и научные идеи европейским ученым. Таким образом, знание греческой науки, переданное через промежуточные языки сирийский и арабский, распространилось на научном языке латыни и, в конечном итоге, распространилось по всей Европе.Многие из рукописей, наиболее охотно читаемых, касались алхимии.
Эти рукописи были двух типов: некоторые были почти чисто практическими, а некоторые пытались применить теории природы материи к алхимическим проблемам. Среди обсуждаемых практических вопросов была дистилляция. Производство стекла было значительно улучшено, особенно в Венеции, и теперь стало возможным построить даже лучший дистилляционный аппарат, чем арабы, и конденсировать более летучие продукты дистилляции.Среди важных продуктов, полученных таким образом, были спирт и минеральные кислоты: азотная, царская водка (смесь азотной и соляной), серная и соляная. С помощью этих мощных реагентов можно провести множество новых реакций. Слухи об открытии Китаем нитратов и производстве пороха также дошли до Запада через арабов. Сначала китайцы использовали порох для фейерверков, но на Западе он быстро стал важной частью войны. К концу 13 века в Европе существовала эффективная химическая технология.
Второй тип алхимических рукописей, переданных арабами, касался теории. Многие из этих писаний раскрывают мистический характер, который мало способствовал развитию химии, но другие пытались объяснить трансмутацию в физических терминах. Арабы основывали свои теории материи на идеях Аристотеля, но их мышление было более конкретным, чем его. Особенно это касалось их представлений о составе металлов. Они считали, что металлы состоят из серы и ртути, но не из знакомых им веществ, с которыми они были прекрасно знакомы, а из принципа ртути, наделявшего металлы свойством текучести, и принципа серы, который делал вещества горючими и заставлял металлы становиться горючими. ржаветь.Химические реакции были объяснены с точки зрения изменения количества этих принципов в материальных веществах.
В течение 13 и 14 веков влияние Аристотеля на все отрасли научной мысли начало ослабевать. Фактическое наблюдение за поведением материи поставило под сомнение относительно простые объяснения, данные Аристотелем; такие сомнения быстро распространились после изобретения около 1450 года печати с подвижным шрифтом. После 1500 печатных работ по алхимии появилось все больше, равно как и работ, посвященных технике.Результат этого растущего знания стал очевиден в 16 веке.
C1
Расцвет количественных методов
Среди влиятельных книг, появившихся в это время, были практические труды по горному делу и металлургии. В этих трактатах много места уделялось анализу руд на содержание ценных металлов, работе, которая требовала использования лабораторных весов или весов, а также разработке количественных методов ( см. Химический анализ).Работники других областей, особенно медицины, начали осознавать необходимость большей точности. Врачам, некоторые из которых были алхимиками, необходимо было знать точный вес или объем вводимых ими доз. Таким образом, они использовали химические методы приготовления лекарств.
Эти методы были объединены и активно продвигались эксцентричным швейцарским врачом Теофрастом фон Гогенхаймом, которого обычно звали Парацельс. Он вырос в горнодобывающем районе и познакомился со свойствами металлов и их соединений, которые, по его мнению, превосходили лечебные травы, используемые ортодоксальными врачами.Он провел большую часть своей жизни в ожесточенных спорах с медицинским учреждением того времени, и в процессе он основал науку ятрохимию (использование химических лекарств), предшественницу фармакологии. Он и его последователи открыли много новых соединений и химических реакций. Он модифицировал старую серно-ртутную теорию состава металлов, добавив третий компонент, соль, землистую часть всех веществ. Он заявил, что при горении дерева горит сера, испаряется ртуть, а превращается в пепел соль.Как и в случае теории серы и ртути, это были принципы, а не материальные вещества. Его акцент на горючей сере был важен для более позднего развития химии. Ятрохимики, последовавшие за Парацельсом, изменили некоторые из его более диких идей и собрали его и свои собственные рецепты приготовления химических лекарств. Наконец, в конце 16 века Андреас Либавиус опубликовал свою книгу «Алхимия», , которая систематизировала знания ятрохимиков и часто называлась первым учебником химии.