Κατά τη διάρκεια των επόμενων 10 μηνών, η Επεξεργασία Υδρογονανθράκων θα παρέχει ένα λεπτομερές ιστορικό της προέλευσης και της εξέλιξης της βιομηχανίας επεξεργασίας υδρογονανθράκων (HPI). Αυτή η ισχυρή ανάλυση θα καταγράψει τις απαρχές των σύγχρονων βιομηχανιών διύλισης και πετροχημικών μέσω των τεχνολογικών εξελίξεων που έχουν δημιουργήσει το παγκόσμιο ενεργειακό δυναμικό που έχει γίνει σήμερα η βιομηχανία. Αυτή η εξέταση της ιστορίας του HPI θα υπαγορεύσει πώς η ανθρώπινη εφευρετικότητα παρείχε..
τα προϊόντα που αύξησαν το βιοτικό επίπεδο για δισεκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, καθώς και έναν προβληματισμό για τις τεχνολογικές εξελίξεις τα τελευταία 170 χρόνια.Η ανακάλυψη της κηροζίνης
Όλα έχουν μια αρχή. Από την κατασκευή δρόμων, κτιρίων και συναρμολόγησης πλοίων μέχρι τη χρήση σε φάρμακα και όπλα, οι αρχαίοι πολιτισμοί χρησιμοποιούν πετρέλαιο για χιλιάδες χρόνια. Ωστόσο, η σύγχρονη βιομηχανία διύλισης έχει τις ρίζες της σχεδόν 170 χρόνια, με την εφεύρεση της κηροζίνης από τον Καναδό γιατρό και γεωλόγο Abraham Gesner και την κατασκευή νέων εγκαταστάσεων διύλισης για την παραγωγή του προϊόντος υψηλής ζήτησης.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1840, ο Gessner άρχισε να πειραματίζεται με υδρογονάνθρακες και συγκεκριμένα με άσφαλτο από το Τρινιντάντ. Από αυτά τα πειράματα, ανέπτυξε μια διαδικασία εξαγωγής λαδιού, το οποίο μπορούσε να καεί. 1 Ωστόσο, η απόκτηση του προϊόντος άσφαλτος ήταν ακριβή και η καύση του παρήγαγε μια φρικτή μυρωδιά. Ως εκ τούτου, άρχισε να πειραματίζεται με ένα tpye ασφάλτου που ονομάζεται albertite. Ο Gessner παρατήρησε ότι το λάδι που εξήχθη—η διαδικασία γινόταν με θέρμανση άνθρακα σε αποστακτήριο 2 —καιγόταν με έντονη κίτρινη φλόγα χωρίς οσμή. Ονόμασε το προϊόν «κεροσέλαιον» από τις ελληνικές λέξεις «κερίλαιο». Αργότερα συντόμευσε το όνομα σε κηροζίνη. Ο Gesner δεν ήξερε ότι η ανακάλυψή του ήταν σύντομα να σφετεριστεί το πετρέλαιο φαλαινών στο κάψιμο των λαμπτήρων και να ξεκινήσει ένα διεθνές κίνημα.
Φάλαινες, λάμπες και διυλιστήρια
Μέχρι τα τέλη του 1800/αρχές του 1900, το πετρέλαιο φαλαινών χρησιμοποιήθηκε εκτενώς ως καύσιμο για φωτισμό. Το λάδι, που είναι περισσότερο ένα υγρό κερί, το λαμβάναμε από το λίπος από το κεφάλι φαλαινών. Το λάδι επεξεργαζόταν και πωλούνταν ως καύσιμο για λάμπες, λίπανση, παρασκευή σαπουνιού ή για παραγωγή κεριών. Αν και εξαιρετικά επικίνδυνη, η βιομηχανία φαλαινοθηρίας αναπτύχθηκε σημαντικά καθώς η ζήτηση των καταναλωτών για πετρέλαιο για φωτισμό καυσίμου επεκτάθηκε εκθετικά.
Η βιομηχανία φαλαινοθηρίας κορυφώθηκε τη δεκαετία του 1820 και μειώθηκε τις επόμενες δεκαετίες. Η μείωση του πληθυσμού των φαλαινών και η φορολογία οδήγησαν σε υψηλότερες τιμές για το πετρέλαιο φαλαινών, το οποίο δεν μπορούσε να ανταγωνιστεί άλλες επιλογές, όπως η κηροζίνη. Τα χαρτζιλίκια των καταναλωτών υπαγόρευσαν τον δρόμο προς την υιοθέτηση μιας φθηνότερης και συγκρίσιμης εναλλακτικής λύσης, εγκαινιάζοντας μια νέα εποχή εκλεπτυσμένων προϊόντων.
Αρκετά χρόνια μετά την ανακάλυψη της κηροζίνης από τον Gesner, ο Samuel Kier ξεκίνησε τον δικό του πειραματισμό πάνω στο πετρέλαιο που θα εισχωρούσε στα αλατοπηγάδια της οικογένειάς του κοντά στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβάνια (ΗΠΑ) - εκείνη την εποχή, αυτή η ουσία ήταν γνωστή ως «ανθρακέλαιο». Αν και η ουσία μπορούσε να καεί για φωτισμό, όπως τα πειράματα του Gesner με πίσσα από το Τρινιντάντ, το μη επεξεργασμένο υλικό είχε μια δυσάρεστη οσμή. Αντίθετα, ο Kier χρησιμοποίησε το υλικό για ιατρικούς σκοπούς μέχρι που έχασε την ελκυστικότητά του στις αρχές της δεκαετίας του 1850.
Για να βρει άλλο μονοπάτι για την ελαιώδη ουσία, ο Kier πειραματίστηκε με τη χρήση της ουσίας για φωτισμό. Μετά από σύσταση του James Booth, χημικού και καθηγητή από τη Φιλαδέλφεια της Πενσυλβάνια (ΗΠΑ), η Kier χρησιμοποίησε απόσταξη για να εξάγει τα καλύτερα υλικά για τη χρήση καυσίμου καύσης λαμπτήρων. Το 1851, ο Kier άρχισε να πουλά το μαζούτ της λάμπας του για 1,50 $/γαλόνι, ένα πιο οικονομικό προϊόν από το πετρέλαιο φαλαινών. 3 Καθώς η ζήτηση αυξανόταν, η Kier ίδρυσε το πρώτο διυλιστήριο πετρελαίου της Βόρειας Αμερικής το 1853, το οποίο επεξεργαζόταν 1 bpd–2 bpd υγρού πετρελαίου τον πρώτο χρόνο, αυξάνοντας σε 5 bpd το 1854 ( Εικ. 1). Το 1859, ο Edwin Drake άνοιξε το πρώτο εμπορικό πηγάδι πετρελαίου στη Βόρεια Αμερική στο Titusville της Πενσυλβάνια. Μετά από δοκιμή και λάθος, ανακάλυψε πετρέλαιο σε βάθος σχεδόν 70 ποδιών. Σύντομα, το εμπορικό του πηγάδι παρήγαγε 25 bpd. Το πετρέλαιο προοριζόταν να πωληθεί σε ένα τοπικό διυλιστήριο για την παραγωγή κηροζίνης για καύσιμο λαμπτήρων. Ο πρώτος του πελάτης: Samuel Kier.
ΣΥΚΟ. 1. Ο Samuel Kier στέκεται δίπλα στον αποστακτήρα πετρελαίου των 5 bpd. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Μουσείου Drake Well.
Σχεδόν 4.300 μίλια μακριά, ο Ignacy Łukasiewicz άρχισε επίσης να παράγει κηροζίνη στις αρχές έως τα μέσα της δεκαετίας του 1850. Αφού πειραματίστηκε με διαφορετικά έλαια που εξάγονταν από πηγάδια που είχαν ανοίξει κοντά στο Bóbrka της Πολωνίας και άλλες τοποθεσίες που δημιούργησε με τοπικές επιχειρηματικές οντότητες, ο Łukasiewicz άνοιξε το πρώτο αποστακτήριο λαδιού στην Ευρώπη το 1856 στο Jaslo. Το διυλιστήριο ιδρύθηκε για την παραγωγή κηροζίνης για φωτισμό λαμπτήρων. Λίγο αργότερα, ένα διυλιστήριο μεγαλύτερης κλίμακας κατασκευάστηκε στο Ploieşti της Πολωνίας από τους αδελφούς Teodor και Marin Mehedinţeanu. 4 Το διυλιστήριο Râfov χρησιμοποίησε κυλινδρικά δοχεία από σίδηρο και χυτοσίδηρο, τα οποία θερμαίνονται με φωτιά από ξύλα, για την παραγωγή 7 tpd αποσταγμένου ελαίου. 5 Το πετρέλαιο χρησιμοποιήθηκε τελικά ως καύσιμο φωτισμού λαμπτήρων, με αποτέλεσμα η Ploieşti να γίνει η πρώτη πόλη που φωτίστηκε από αποσταγμένο αργό πετρέλαιο. 5
Στη δεκαετία του 1860, ο John D. Rockefeller ίδρυσε και αύξησε το μέγεθος, τον πλούτο και τη δύναμη της Standard Oil Company, η οποία παρήγαγε και έστελνε κηροζίνη, και τελικά έγινε μονοπώλιο στις ΗΠΑ - η εταιρεία τελικά χωρίστηκε σε διάφορες οντότητες που θα οδηγούσαν στη δημιουργία των Amoco, Chevron, Exxon, Mobil και Marathon. Στα μέσα της δεκαετίας του 1890, η Standard Oil Co. είχε γίνει επίσης ο κυρίαρχος εξαγωγέας κηροζίνης σε άλλα μέρη του πλανήτη, όπως η Ασία. Ωστόσο, η Standard Oil Co. βρήκε σύντομα έναν ανταγωνιστή στο εμπόριο κηροζίνης, μια ευρωπαϊκή εμπορική εταιρεία που ονομάζεται Shell Transport and Trading Co.—η εταιρεία ίδρυσε το πρώτο της διυλιστήριο στο Balikpapan της Ινδονησίας το 1897 (γνωστό ως Dutch Borneo εκείνη την εποχή). 6Το 1901, η Shell Transport and Trading Co. συγχωνεύθηκε με έναν μικρότερο ανταγωνιστή - τη Royal Dutch - που είχε δημιουργήσει έναν οργανισμό πωλήσεων στην Ασία. Η εταιρεία πήρε το όνομα Royal Dutch Shell Group. Οι δραστηριότητες της εταιρείας —γεώτρηση, εξερεύνηση και διύλιση— επεκτάθηκαν γρήγορα σε διάφορα μέρη του πλανήτη. 6
Καθώς η εξερεύνηση πετρελαίου άρχισε να αυξάνεται παγκοσμίως, νέα διυλιστήρια κατασκευάζονταν σε διάφορες τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο για την παραγωγή κηροζίνης και βενζίνης. Για παράδειγμα, μετά την τυχαία ανακάλυψη πετρελαίου στη βορειοανατολική Ινδία, η Assam Oil Co. άνοιξε το διυλιστήριο Digboi στο Digboi, στο Assam, στην Ινδία. Το διυλιστήριο, που παρήγαγε κηροζίνη, ήταν το πρώτο διυλιστήριο στην Ασία. 7
Το 1908, ο George Reynolds, με την υποστήριξη του Άγγλου επενδυτή William D'Arcy, ανακάλυψε πετρέλαιο στην Περσία (σημερινό Ιράν). Τέσσερα χρόνια αργότερα, η Anglo-Persian Oil Co. (APOC) άνοιξε το πρώτο διυλιστήριο της Μέσης Ανατολής στο Abadan, το οποίο θα γινόταν το μεγαλύτερο διυλιστήριο στον κόσμο. Ωστόσο, η APOC δυσκολεύτηκε να βρει αγορά για το λάδι της, κυρίως λόγω του έντονου ανταγωνισμού από πιο εδραιωμένες εταιρείες (π.χ. Standard Oil Co.). Η εταιρεία σύντομα βρήκε σύμμαχο στον νεότερο Άρχοντα του Ναυαρχείου της Βρετανίας, τον Ουίνστον Τσόρτσιλ. Ο Τσόρτσιλ ανατέθηκε να εκσυγχρονίσει το βρετανικό ναυτικό, το οποίο περιελάμβανε τη μετάβαση από πλοία που κινούνται με άνθρακα στη χρήση πετρελαίου. Μη θέλοντας να βασίζεται αποκλειστικά στην Standard Oil ή τη Royal Dutch Shell, η Βρετανία υπέγραψε μια προσοδοφόρα συμφωνία πετρελαίου με την APOC, η οποία είχε ως αποτέλεσμα η Βρετανία να γίνει ο πλειοψηφικός μέτοχος της εταιρείας. Λίγο περισσότερο από 40 χρόνια αργότερα,8
Η γένεση των συνθετικών πλαστικών
Στα μέσα της δεκαετίας του 1850, ο Άγγλος εφευρέτης Alexander Parkes διεξήγαγε έρευνα για την κυτταρίνη - ένα συστατικό οργανικού υλικού στα κυτταρικά τοιχώματα των πράσινων φυτών και το πιο άφθονο βιοπολυμερές στον κόσμο εκείνη την εποχή. Οι έρευνές/δοκιμές του, οι οποίες περιελάμβαναν επεξεργασία κυτταρίνης με νιτρικό οξύ και διαλύτη, οδήγησαν στη δημιουργία του Parkesine, του πρώτου θερμοπλαστικού στον κόσμο.
Λίγα χρόνια αργότερα το 1861, ο Άγγλος χημικός Thomas Graham ανακάλυψε μια νέα ουσία ενώ διέλυε οργανικές ενώσεις σε διαλύματα. Παρατήρησε ότι μέρος της ουσίας (π.χ. κυτταρίνη) δεν περνούσε από λεπτό διηθητικό χαρτί, αφήνοντας πίσω του ένα κολλώδες υπόλειμμα. Ονόμασε αυτή την ουσία «κολλοειδή» από την ελληνική λέξη για την κόλλα. Η χρήση κολλοειδών οδήγησε σε έρευνα που θα οδηγούσε στη γέννηση νέων τεχνολογιών πλαστικών και στην εμπορική παραγωγή.
Ο Αμερικανός εφευρέτης John Wesley Hyatt απέκτησε τις πατέντες του Parke και άρχισε να πειραματίζεται με κολλοειδή και φυσικά πολυμερή. Το 1870, ανακάλυψε το κυτταρινικό - ένα από τα πρώτα πλαστικά στον κόσμο - εφαρμόζοντας θερμότητα και πίεση σε ένα μείγμα νιτρικής κυτταρίνης και καμφοράς. Στα τέλη της δεκαετίας του 1880, ο Γάλλος μηχανικός και βιομήχανος Count Hilaire de Chardonnet χρησιμοποίησε ένα διάλυμα νιτροκυτταρίνης για να δημιουργήσει το «μετάξι Chardonnet», το οποίο ήταν ένα συνθετικό μετάξι και η βάση για το ρεγιόν - οι ίνες ρεγιόν εξακολουθούν να παράγονται και λιγότερο εύφλεκτες από αυτές που παράγονται στη δεκαετία του 1890. . 9
Μέχρι τις αρχές του 1900, τα πλαστικά παράγονταν χρησιμοποιώντας οργανικά υλικά. Αυτό άλλαξε το 1907 με την ανακάλυψη του Βακελίτη από τον Βέλγο χημικό Leo Baekeland. Η διαδικασία του περιελάμβανε αντίδραση φαινόλης και φορμαλδεΰδης - παρουσία καταλύτη - υπό πίεση σε υψηλές θερμοκρασίες, η οποία συνέβη στον καινοτόμο Bakelizer του - ένα δοχείο πίεσης ατμού ( Εικ. 2 ). Το αποτέλεσμα ήταν μια εξαιρετικά ευέλικτη ρητίνη που μπορούσε να καλουπωθεί και να διαμορφωθεί. Αυτή η εφεύρεση ήταν το πρώτο συνθετικό πλαστικό στον κόσμο. 10Πέντε χρόνια αργότερα, ο Ελβετός χημικός Jacques Brandenberger ανακάλυψε το σελοφάν—ένα διαφανές φύλλο από κυτταρίνη, το οποίο χρησιμοποιήθηκε κυρίως ως υλικό συσκευασίας. Γύρω στο ίδιο χρονικό διάστημα, ο Γερμανός χημικός Friedrich Klatte κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μια μέθοδο για τον πολυμερισμό του χλωριούχου βινυλίου για την παραγωγή πολυβινυλοχλωριδίου (PVC). Σημείωση: Το PVC ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1870 από τον Γερμανό χημικό Eugen Baumann αλλά δεν κατοχυρώθηκε ποτέ με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. 11
ΣΥΚΟ. 2. Το Bakelizer, το δοχείο πίεσης που χρησιμοποιούσε ο Leo Baekeland για την παραγωγή του πρώτου συνθετικού πλαστικού στον κόσμο. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Εθνικού Μουσείου Αμερικανικής Ιστορίας των ΗΠΑ (Ίδρυμα Σμιθσόνιαν).
Μια νέα διαδικασία για την παραγωγή λιπασμάτων
Η χρήση λιπασμάτων για τη γεωργία επεκτάθηκε σημαντικά στη δεκαετία του 1800/αρχές του 1900. Ωστόσο, οι πρωτογενείς πηγές για την ανάπτυξη της αμμωνίας - νιτρικό και γουανό - δεν ήταν επαρκείς για να ικανοποιήσουν τη ζήτηση. Ως εκ τούτου, χρειαζόταν μια νέα διαδικασία για την παραγωγή επαρκών ποσοτήτων αμμωνίας και νιτρικών αλάτων. Αυτή η πρόκληση επιλύθηκε από τον Γερμανό χημικό Fritz Haber το 1909 και αργότερα εμπορευματοποιήθηκε και επεκτάθηκε από τον Carl Bosch της BASF. Το Baden Aniline and Soda Factory (BASF) έχει τις ρίζες του από το 1865. Η εταιρεία ξεκίνησε ως παραγωγός βαφών και ανόργανων χημικών ουσιών και, στις αρχές του αιώνα, πρόσθεσε την παραγωγή αμμωνίας στο χαρτοφυλάκιο των προϊόντων της.
Το πρώτο εργοστάσιο παραγωγής βιομηχανικής κλίμακας που βασίζεται στη διαδικασία Haber-Bosch ξεκίνησε τη λειτουργία του στις εγκαταστάσεις Oppau της BASF στη Γερμανία το 1913 ( Εικ. 3 ). Αυτή η διαδικασία -που χρησιμοποιείται ακόμα σήμερα- έδωσε τη δυνατότητα στη BASF να γίνει η πρώτη εταιρεία που χρησιμοποιεί τεχνολογία υψηλής πίεσης. 12Η διαδικασία χρησιμοποιήθηκε επίσης στην παραγωγή νιτρικών αλάτων για πυρομαχικά κατά τη διάρκεια του Α' Παγκοσμίου Πολέμου. Η επιτυχία της εγκατάστασης Oppau με την παραγωγή αμμωνίας επεκτάθηκε για να συμπεριλάβει μια δεύτερη τοποθεσία στη Leuna της Γερμανίας. Αυτή η τοποθεσία δεν θα χρησιμοποιούσε μόνο τη διαδικασία Haber-Bosch για την παραγωγή αμμωνίας, αλλά θα ήταν επίσης καθοριστική για την έρευνα και την ανάπτυξη συνθετικής βενζίνης από την υδρογόνωση του λιγνίτη (δηλαδή, τη διαδικασία Bergius, τον πρόδρομο της διαδικασίας Fischer-Tropsch). Άλλοι πρωτοπόροι της διαδικασίας αμμωνίας (π.χ. ο Ιταλός χημικός Luigi Casale) θα δημιουργήσουν τις δικές τους τεχνολογίες τα επόμενα χρόνια, οι οποίες θα ανταγωνίζονταν τη διαδικασία Haber-Bosch.
ΣΥΚΟ. 3. Άποψη της πρώτης μονάδας σύνθεσης αμμωνίας στον κόσμο. Η BASF άνοιξε τις εγκαταστάσεις στο Oppau της Γερμανίας το 1913. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά της BASF.
Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης (ICE)
Η παραγωγή κηροζίνης περιελάμβανε υποπροϊόντα, όπως η νάφθα ευθείας κυκλοφορίας, ο πρόδρομος της βενζίνης. 13 Εκείνη την εποχή, αυτό το προϊόν συνήθως απορρίπτονταν καθώς δεν υπήρχε σαφής προβλεπόμενη χρήση του υλικού. Ωστόσο, η έναρξη του ICE άλλαξε τη φύση της διύλισης πετρελαίου, καθώς δημιούργησε μια διέξοδο για ένα υποπροϊόν που, εκείνη την εποχή, δεν είχε πραγματική χρήση.
Οι πρώτοι πρωτοπόροι των σχεδίων ICE περιλαμβάνουν τον γεννημένο στη Γαλλία Ελβετό εφευρέτη François Issac de Rivaz, τους Γάλλους αδελφούς Claude και Nicéphore Niépce και τον Άγγλο εφευρέτη Samuel Brown. Το σχέδιο του De Rivaz - που εφευρέθηκε το 1807 - χρησιμοποίησε έναν ηλεκτρικό σπινθήρα για να ανάψει υδρογόνο και οξυγόνο. 14 Αν και το σχέδιό του οδήγησε στο πρώτο ICE που ενσωματώθηκε σε μια άμαξα (ένα πρωτόγονο αυτοκίνητο), δεν ήταν ποτέ εμπορικά επιτυχημένο. Την ίδια χρονιά, οι αδερφοί Niépce κατοχύρωσαν το δικό τους σχέδιο ICE. Το Pyréolophore χρησιμοποίησε ένα μείγμα σκόνης λυκοπόδιου, σκόνης άνθρακα και ρητίνης για σκοπούς ανάφλεξης. 15 Οι αδελφοί απέδειξαν την ιδέα του σχεδίου τους πραγματοποιώντας μια δοκιμαστική διαδρομή του ICE τους σε μια βάρκα στον ποταμό Saône στη Γαλλία. Η επιτυχημένη δοκιμή οδήγησε τους αδελφούς να λάβουν πίστωση ως οι πρώτοι που χρησιμοποίησαν ένα ICE σε ένα σκάφος.
Ο Samuel Brown είναι επίσης ένας από τους πρώτους κατασκευαστές του ICE (ο κινητήρας του χρησιμοποιούσε υδρογόνο ως καύσιμο για να ωθήσει μια άμαξα με ταχύτητα 7 mph το 1828 και ένα ποταμόπλοιο μέχρι 6 κόμβους το 1827). Το σχέδιο ICE του Βέλγου μηχανικού Étienne Lenoir ήταν ένας μονοκύλινδρος κινητήρας που χρησιμοποιούσε την ανάφλεξη αερίου άνθρακα και αέρα για να δημιουργήσει ισχύ που κινούσε τα έμβολα. 16 Αν και αναποτελεσματική, η ιδέα οδήγησε στη δημιουργία του κινητήρα αερίου Lenoir και στην παραγωγή στοιχειωδών αυτοκινήτων - ο κινητήρας χρησιμοποιήθηκε επίσης για παραγωγή ενέργειας.
Βασιζόμενος στο σχέδιο του Lenoir, ο Γερμανός μηχανικός Nicolaus Otto δημιούργησε ένα τετράχρονο κύκλωμα εμβόλου ICE το 1876. Η διαδικασία σκέψης του Otto ήταν ότι οι αναποτελεσματικότητες στο σχεδιασμό του κινητήρα του Lenoir μπορούσαν να επιλυθούν χρησιμοποιώντας ένα υγρό καύσιμο. Ο Γκότλιμπ Ντάιμλερ και ο Βίλχελμ Μάιμπαχ - και οι δύο εργάζονταν στην εταιρεία κινητήρων του Otto στη Γερμανία στα τέλη της δεκαετίας του 1860/αρχές της δεκαετίας του 1870 - κατοχύρωσαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το δικό τους σχέδιο ICE το 1883. Η ιδέα τους χρησιμοποιούσε λιγκροΐνη (δηλαδή, βαριά νάφθα) ως καύσιμο. Τα επόμενα 2 χρόνια, η Daimler και η Maybach βελτιστοποίησαν τη σχεδίασή τους ICE, συμπεριλαμβάνοντας ένα καρμπυρατέρ που αναμείγνυε βενζίνη με αέρα για καύση. 17 Αυτός ο σχεδιασμός οδήγησε στην πρώτη εγκατάσταση ενός αυτοκινήτου με υγρό πετρέλαιο.
Άλλοι πρωτοπόροι κινητήρων βελτιώθηκαν σε προηγούμενα σχέδια ICE. Για παράδειγμα, ο Rudolf Diesel σχεδίασε ένα πιο αποτελεσματικό ICE στις αρχές της δεκαετίας του 1890. Ο κινητήρας του μπορούσε να χρησιμοποιήσει διάφορους τύπους καυσίμων, αλλά χρησιμοποιούσε κυρίως κηροζίνη. Η ιδέα βελτίωσε σημαντικά την ενεργειακή απόδοση σε σύγκριση με άλλους τύπους κινητήρων, ειδικά εκείνους που τρέχουν από ατμό ή βενζίνη. Ο κινητήρας του ντίζελ χρησιμοποιήθηκε αργότερα σε βαρύτερες βιομηχανικές και μεταφορικές εφαρμογές όπως γεωργικά μηχανήματα, πλοία πλοίων, ατμομηχανές, φορτηγά και πολλά άλλα.
Η θερμική πυρόλυση εξελίσσει τη διαδικασία εξευγενισμού
Καθώς η παραγωγή αυτοκινήτων αυξήθηκε, δημιουργώντας πρωτοπόρους στην αυτοκινητοβιομηχανία όπως οι J. Frank, Charles Duryea, Henry Ford, William Durant, Karl Benz και αρκετοί άλλοι, η ζήτηση για ραφιναρισμένη βενζίνη ξεπέρασε τη ζήτηση κηροζίνης στις αρχές του 1900. Αυτή η νέα μορφή βενζίνης εξευγενίστηκε, σε αντίθεση με προηγούμενες επαναλήψεις βενζίνης ευθείας χρήσης, η οποία ήταν υποπροϊόν από τη διαδικασία παραγωγής κηροζίνης. Ωστόσο, η διαδικασία παραγωγής κηροζίνης χρησιμοποιούσε μια απλή τεχνική απόσταξης, η οποία δεν απέδιδε αρκετό κλάσμα βενζίνης για να καλύψει την αυξανόμενη ζήτηση. Αυτή η πρόκληση επιλύθηκε με την εφεύρεση της διαδικασίας θερμικής πυρόλυσης.
Η παλαιότερη διαδικασία θερμικής πυρόλυσης κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον Vladimir Shukhov στη Ρωσία το 1891. Η διαδικασία πυρόλυσης Shukhov χρησιμοποιούσε υψηλή πίεση για να «σπάσει» βαρύτερες αλυσίδες υδρογονανθράκων σε ελαφρύτερες, μικρότερες αλυσίδες. 18 Ωστόσο, η διαδικασία του Shukhov βρήκε ελάχιστη υιοθέτηση αφού δεν υπήρχε αγορά για ελαφρύτερα κλάσματα καυσίμων (π.χ. βενζίνη) εκείνη την εποχή. Μόλις η παγκόσμια ανάπτυξη των αυτοκινήτων αυξήθηκε η ζήτηση βενζίνης.
Το 1910, οι Αμερικανοί William Burton και Robert Humphreys ανέπτυξαν τη δική τους διαδικασία θερμικής πυρόλυσης ενώ εργάζονταν στο διυλιστήριο Standard Oil of Indiana's Whiting — το διυλιστήριο ιδρύθηκε αρχικά για την παραγωγή κηροζίνης για λαμπτήρες. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία 18 , η διαδικασία περιελάμβανε θέρμανση του αργού πετρελαίου στους 371°C–399°C (700°F–750°F). Οι ατμοί του πετρελαίου ρυθμίζονταν μέσω ενός συστήματος βαλβίδων που διατηρούσε σταθερή πίεση σε όλη τη διαδικασία. Μόλις τα κλάσματα εξατμίστηκαν, συγκεντρώθηκαν μέσω ενός συμπυκνωτή. Τέλος, ο αποστακτήρας άνοιξε και συλλέχθηκαν τα κοιτάσματα άνθρακα. Η διαδικασία παρήγαγε κυρίως βενζίνη, βενζίνη, υπολειμματικό μαζούτ και οπτάνθρακες πετρελαίου. 18Μια άποψη της συσκευής του Burton για τη διαδικασία, που υποβλήθηκε στο Γραφείο Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ τον Ιανουάριο του 1913, φαίνεται στο ΣΧ. 4. Η διαδικασία επέκτεινε σημαντικά το διυλιστήριο Whiting και οδήγησε σε πολλές άλλες εταιρείες διύλισης να αδειοδοτήσουν την τεχνολογία θερμικής πυρόλυσης από την Standard Oil of Whiting. Η διαδικασία Burton χρησιμοποιήθηκε εκτενώς για περισσότερα από 20 χρόνια, μέχρι τη δημιουργία της καταλυτικής πυρόλυσης. Μόνο μετά τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο επιταχύνθηκε η πρόοδος στη διαδικασία θερμικής πυρόλυσης στη βιομηχανία. Σημείωση:Ένας από τους πρώτους πρωτοπόρους στην καταλυτική πυρόλυση ήταν ο Αμερικανός Almer M. McAfee, ο οποίος δημιούργησε μια διαδικασία που χρησιμοποίησε άνυδρο καταλύτη με βάση το χλωριούχο αλουμίνιο που παρήγαγε υψηλότερη απόδοση βενζίνης από τη διαδικασία απόσταξης. Ο εργοδότης της McAfee, η Gulf Refining, θα λανσάρει την πρώτη μονάδα πυρόλυσης άνυδρου χλωριούχου αλουμινίου στο Πορτ Άρθουρ του Τέξας το 1915. 19
ΣΥΚΟ. 4. Άποψη της πατενταρισμένης συσκευής παραγωγής βενζίνης της Burton. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Γραφείου Ευρεσιτεχνιών των ΗΠΑ.
Την ίδια χρονιά που ο Burton κατοχύρωνε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τη διαδικασία θερμικής πυρόλυσης, ο Γερμανός επιστήμονας Friedrich Bergius ανέπτυξε μια νέα διαδικασία συνθετικού καυσίμου. Η διαδικασία άμεσης υγροποίησης άνθρακα - προκάτοχος της διαδικασίας Fischer-Tropsch, η οποία χρησιμοποιούσε μια έμμεση μέθοδο για την υγροποίηση του άνθρακα - περιλάμβανε αντίδραση υδρογόνου σε υψηλές πιέσεις με λιγνίτη για την παραγωγή υγρών καυσίμων. 20
Εθνική άμυνα: Ο πόλεμος εγκαινιάζει μια νέα εποχή για το πετρέλαιο
Πριν από την έναρξη του Α' Παγκοσμίου Πολέμου, ο άνθρακας ήταν η κυρίαρχη πηγή καυσίμου για τα θαλάσσια πλοία, ειδικά για τα ναυτικά. Ωστόσο, τα οφέλη από τη χρήση λαδιού σύντομα έγιναν διαδεδομένα σε όλο τον κόσμο. Το καύσιμο είχε διπλάσια ενεργειακή ένταση από τον άνθρακα, ο ανεφοδιασμός στη θάλασσα ήταν ευκολότερος, επέτρεψε καλύτερη ευελιξία στην αλλαγή ταχύτητας, χρειάζονταν λιγότερα μέλη πληρώματος για τη λειτουργία του συστήματος τροφοδοσίας ενός πλοίου και το πετρέλαιο παρήγαγε λιγότερο καπνό από τον άνθρακα - επιτακτική ανάγκη για οπτική επαφή όταν στοχεύοντας πυροβόλα σε εχθρικά σκάφη. 21
Το 1914 ξεκίνησε ο Α' Παγκόσμιος Πόλεμος στην Ευρώπη. Η 4χρονη σύγκρουση επέκτεινε σημαντικά τη χρήση και τη ζήτηση για πετρέλαιο. Η πολεμική προσπάθεια περιελάμβανε τη χρήση δεκάδων χιλιάδων φορτηγών, μηχανοκίνητων και μοτοσικλετών, εκατοντάδων πλοίων και την εισαγωγή αεροπλάνων και δεξαμενών, όλα χρησιμοποιώντας ICE που εξαντλούσαν τη βενζίνη και χρησιμοποιούσαν λάδι για λίπανση. Η χρήση του πετρελαίου έγινε βασικός πυλώνας για τις μεταφορές, οι οποίες συνεχίστηκαν και μετά τον πόλεμο.
Η ζήτηση αυξάνεται και οι τεχνολογίες προχωρούν
Καθώς τελείωσε ο Α' Παγκόσμιος Πόλεμος, η παγκόσμια ζήτηση βενζίνης αυξήθηκε πάρα πολύ. Αν και η βενζίνη με θερμική ρωγμή ήταν η κυρίαρχη επιλογή στα ICE, η πρόωρη καύση προκάλεσε χτύπημα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει αρκετά προβλήματα στη λειτουργία του κινητήρα. Νέες ερευνητικές προσπάθειες αφιερώθηκαν για την εξεύρεση λύσεων σε αυτήν την πρόκληση. Αυτό περιελάμβανε τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας θερμικής πυρόλυσης. Η CP Dubbs δημιούργησε μια τροποποιημένη διαδικασία θερμικής πυρόλυσης (δηλ. τη διαδικασία Dubbs) που λειτουργούσε στους 400°C–460°C (750°F–860°F), η οποία μείωσε τη συσσώρευση άνθρακα στο σύστημα, επιτρέποντας στη διαδικασία να λειτουργεί περισσότερο πριν εκκαθάριση. Ο Νταμπς έδωσε άδεια στη διαδικασία του για σχεδόν δύο δεκαετίες με την επωνυμία της εταιρείας National Hydrocarbon Co., αλλάζοντας αργότερα το όνομα σε Universal Oil Products (UOP). 22
Το 1921, ενώ εργαζόταν στη General Motors, ο Thomas Midgley - ο οποίος αργότερα βοήθησε επίσης στην εφεύρεση του Freon - ανακάλυψε ότι η ενσωμάτωση τετρααιθυλομόλυβδου (TEL) στη βενζίνη απέτρεπε το χτύπημα στα ICE (η αύξηση του αριθμού οκτανίων της βενζίνης οδηγεί σε καλύτερη συμπίεση και, με τη σειρά του, βελτιωμένη απόδοση του κινητήρα). . Περίπου το ίδιο χρονικό διάστημα, οι χημικοί στην Standard Oil Co. του Νιου Τζέρσεϋ παρήγαγαν ισοπροπυλική αλκοόλη (IPA), η οποία θεωρείται η πρώτη εμπορική πετροχημική - ήταν μια συνθετική αλκοόλη. Μόλις ένα χρόνο αργότερα (Σεπτέμβριος 1922), το εναρκτήριο τεύχος του The Refiner and Natural Gasoline Manufacturerδημοσιεύθηκε για την παροχή τεχνικών άρθρων και τεχνογνωσίας στην παγκόσμια βιομηχανία διύλισης (αργότερα συμπεριλαμβανομένων των πετροχημικών και της επεξεργασίας αερίου/τεχνικών υλικών LNG, καθώς αυτές οι βιομηχανίες εξελίχθηκαν). Η έκδοση θα άλλαζε το όνομά της αρκετές φορές - εξελισσόμενη με ανακαλύψεις σε νέες βιομηχανικές διεργασίες - πριν πάρει το όνομα Επεξεργασία Υδρογονανθράκων.
Αρκετές άλλες τεχνολογικές εξελίξεις στην παραγωγή διύλισης και πετροχημικών συνέβησαν τη δεκαετία του 1920. Αυτά περιελάμβαναν την ανακάλυψη συνθετικού καουτσούκ (καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου ή SBR) από τον Γερμανό χημικό Walter Bock, συνθετικής μεθανόλης από τον Γερμανό χημικό Matthias Pier, την παραγωγή αδιάβροχου σελοφάν, τη διαδικασία Fischer-Tropsch για την παραγωγή υγρών (υγροποίηση άνθρακα και αέριο σε υγρά), η ανακάλυψη σιλικονών, μια βελτιωμένη μέθοδος παραγωγής PVC από τον Αμερικανό εφευρέτη Waldo Semon, το πρώτο εργοστάσιο αιθυλενίου που κατασκευάστηκε από την Union Carbide στη Δυτική Βιρτζίνια (ΗΠΑ) και την πρώιμη έρευνα από τον Γάλλο εφευρέτη Eugene Houdry που θα οδηγούσε τελικά στην ανάπτυξη της διαδικασίας καταλυτικής πυρόλυσης στη δεκαετία του 1930. 23Αυτά τα ορόσημα στις βιομηχανίες διύλισης και πετροχημικών συνέβαλαν στη δημιουργία της βάσης για την επιτάχυνση της βιομηχανίας για την ανάπτυξη νέων και καλύτερων προϊόντων για τον παγκόσμιο πληθυσμό.
Η δεκαετία του 1930
Κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας, ο παγκόσμιος HPI συνέχισε να εξελίσσεται και να προάγει τις τεχνολογίες για την παραγωγή καυσίμων και πετροχημικών. Τα ορόσημα της βιομηχανίας της δεκαετίας του 1930 θα συζητηθούν στο τεύχος Φεβρουαρίου του Hydrocarbon Processing. ιπποδύναμη
ΛΟΓΟΤΕΧΝΙΑ ΠΟΥ ΑΝΑΦΕΡΕΤΑΙ
1.Wikipedia, Abraham Pineo Gesner, online: https://en.wikipedia.org/wiki/Abraham_Pineo_Gesner.
2.Russell, L., A Heritage of Light, University of Toronto Press, Τορόντο, Οντάριο, Καναδάς, 2003.
3.Gerali, F., "Samuel Martin Kier," Engineering and Technology History, 2019, online: https://ethw.org/Samuel_Martin_Kier
4.Nita, R., «Η Ρουμανία ήταν η πρώτη χώρα στον κόσμο που εξήγαγε φυσικό αέριο από τη δεκαετία του 1900», World Record Academy, 12 Νοεμβρίου 2018, διαδικτυακά: https://www.worldrecordacademy.org/technology/worlds-first- πετρελαιοδιυλιστήριο-ploiesti-218277.
5.KazMunayGas International, «160 χρόνια διύλισης στη Ρουμανία», Φεβρουάριος 2016, διαδικτυακά: https://kmginternational.com/mediaroom/events-and-special-projects/160-years-of-refining-in-romania-id-1106 -cmsid-473.
6.Shell, «Ιστορικό εταιρείας», στο διαδίκτυο: https://www.shell.com/about-us/our-heritage/our-company-history.html.
7.Indian Oil, "Digboi Refinery (Upper Assam)," online: https://iocl.com/pages/digboi-refinery.
8.bp, «Η ιστορία μας», https://www.bp.com/en/global/corporate/who-we-are/our-history.html.
9. Schwarcz, J., «What was mean by Chardonnet Silk?», Πανεπιστήμιο McGill, Μάρτιος 2017, διαδικτυακά: https://www.mcgill.ca/oss/article/history-you-asked/what-was-meant-chardonnet -μετάξι.
10.American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks, "Bakelite: The World's First Synthetic Plastic", Νοέμβριος 1993, διαδικτυακά: https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/bakelite.html#top .
11.Bellis, M., “History of Vinyl”, ThoughtCo., Φεβρουάριος 2019, διαδικτυακά: https://www.thoughtco.com/history-of-vinyl-1992458.
12.BASF, «First Ammonia Synthesis Plant», διαδικτυακά: https://www.basf.com/global/en/who-we-are/history/chronology/1902-1924/1913.html.
13.Waddams, AL, L. Solomon, H. Lee and J. Carruthers, “Petroleum refining”, Encyclopedia Britannica, Νοέμβριος 2018, διαδικτυακά: https://www.britannica.com/technology/petroleum-refining.
14.Wikipedia, François Issac de Rivaz, online: https://en.wikipedia.org/wiki/Fran%C3%A7ois_Isaac_de_Rivaz
15.Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «Nicéphore Niépce», Encyclopedia Britannica, Ιούλιος 2021, διαδικτυακά: https://www.britannica.com/biography/Nicephore-Niepce.
16.Tietz, T., «Étienne Lenoir and the Internal Combustion Engine», SciHi Blog, Ιανουάριος 2021, διαδικτυακά: http://scihi.org/etienne-lenoir/.
17.Wikipedia, Gottlieb Daimler, online: https://en.wikipedia.org/wiki/Gottlieb_Daimler.
18.Gerali, F., “Thermal Cracking”, Engineering and Technology History, 2019, διαδικτυακά: https://ethw.org/Thermal_Cracking.
19.Buonora, P., "Almer McDuffie McAfee: Commercial Catalytic Cracking Pioneer", Bulletin for the History of Chemistry, 1998, online: http://acshist.scs.illinois.edu/bulletin_open_access/num21/num21-18p .
20.Probstein, R. and RE Hicks, "Synthetic Fuels", Encyclopedia of Physical Science and Technology, 2003.
21.Johnstone, P. and C. McLeish, «Παγκόσμοι πόλεμοι και η εποχή του πετρελαίου: Εξερεύνηση της κατευθυντικότητας στις βαθιές ενεργειακές μεταβάσεις», Elsevier, Σεπτέμβριος 2020, διαδικτυακά: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles /PMC7471716/.
22.UOP, «Ένας αιώνας καινοτομίας: Επίλυση των παγκόσμιων ενεργειακών προκλήσεων από το 1914», διαδικτυακά: https://uop.honeywell.com/en/uop-history .
23.Baillie, C. et. al, "Guide to Fluid Catalytic Cracking: Unlocking FCC Value", WR Grace, 2020.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου