ISCO泵-探索新能源概念

全球經(jīng)濟嚴重依賴(lài)于能源，能源供應我們的食物生產(chǎn)、建造我們的家園并驅動(dòng)我們的交通工具。沒(méi)有能源，我們所熟悉的許多事物將會(huì )停止運轉。隨著(zhù)中國和印度等國家經(jīng)歷快速經(jīng)濟增長(cháng)，能源需求以及化石燃料的成本持續上升。為了滿(mǎn)足這一增長(cháng)的需求，開(kāi)發(fā)替代能源來(lái)源變得越來(lái)越重要。

研究與開(kāi)發(fā)對于此過(guò)程至關(guān)重要，需要最高等級的設備來(lái)獲得準確可靠的結果。Teledyne ISCO 注塞泵是開(kāi)發(fā)替代燃料的纟色佳工具，從實(shí)驗室規模到試驗工廠(chǎng)都能派上用場(chǎng)。

能源來(lái)源或用于燃料和化學(xué)品的原材料可以分為兩類(lèi)：傳統的和非傳統的。傳統能源來(lái)源是通過(guò)現有技術(shù)獲得的，例如石油（原油）、煤炭和天然氣，而非傳統來(lái)源則需要更新和/或更復雜的技術(shù)，通常需要更大的投資。非傳統能源過(guò)去在成本上不具備競爭力，但隨著(zhù)能源價(jià)格的上漲，現在可能成為一種可行的替代品。

非傳統能源來(lái)源包括：

• 頁(yè)巖油（美國）

• 油砂/重油（委內瑞拉-加拿大）

• 生物質(zhì)（任何植物或動(dòng)物材料）

• 甲烷水合物

替代性或非傳統燃料可以從任何傳統來(lái)源中提取，例如煤炭，而不是石油。然而，這一術(shù)語(yǔ)通常更多地用于指代來(lái)自可再生能源的可再生燃料，如生物質(zhì)。

可再生燃料包括：

• 乙醇

• 生物柴油

• 非化石甲烷

• 氫氣

自 1858 年在加拿大安大略省的石油泉首冫欠鉆探油井以來(lái)，石油的使用已大大擴展。如今，90% 的車(chē)輛使用的燃料都源自石油，全球的需求預計還將上升，這將給石油生產(chǎn)帶來(lái)更大的壓力。油井的生產(chǎn)壽命在達到某個(gè)高點(diǎn)后會(huì )開(kāi)始下降。在這一點(diǎn)上，可以采用如增強型石油回收（EOR）等技術(shù)來(lái)維持石油生產(chǎn)水平。評估可能的技術(shù)需要復制油藏條件（如溫度和壓力）進(jìn)行測試。這種稱(chēng)為巖心驅替的測試，能確定巖石對各種流體的滲透性，并需要使用高性能注射泵等精密設備。

我們每天使用的物品都來(lái)自常規和非常規石油。世界對原油的依賴(lài)遠遠超出汽油和其他燃料等更明顯的需求。來(lái)自石油的其他產(chǎn)品包括許多藥物和軟膏、塑料、化妝品和洗滌劑。橡膠制品、防腐劑、密封劑和鋪路材料也來(lái)自石油。世界的石油供應以及我們獲取石油的能力，對這些以及其他許多日常產(chǎn)品的成本和可用性產(chǎn)生了深遠的影響。

油頁(yè)巖含有干酪根，一種沉積巖中發(fā)現的復雜有機化合物混合物，從中可以提取液態(tài)烴。干酪根不是原油，但可以被加工成原油替代品，或稱(chēng)為合成原油（syncrude），然后進(jìn)一步加工成常用的石油產(chǎn)品。這一過(guò)程本身需要能源投入，這影響了其與原油的成本競爭力。

油頁(yè)巖礦床遍布全球，但世界上已知儲量的 64% 集中在美國。隨著(zhù)世界能源價(jià)格上漲，油頁(yè)巖將受到更多關(guān)注。

油砂主要位于加拿大和委內瑞拉，由類(lèi)似糖漿的石油（瀝青）組成，其開(kāi)采和加工難度遠大于傳統石油。因此，需要采用非常規技術(shù)進(jìn)行提取，如露天開(kāi)采和原位開(kāi)采。最常見(jiàn)的原位過(guò)程涉及用蒸汽加熱瀝青，降低粘度，使其能以更傳統的方式被泵送出來(lái)。

提取后，必須將瀝青升級為較輕的合成原油，以便通過(guò)標準管道運輸并進(jìn)一步精煉。

由于技術(shù)上更具挑戰性、能源密集度更高，因此成本也更高，使得油砂成為一種非常規石油來(lái)源。

將煤炭轉化為其他產(chǎn)品使用的最常見(jiàn)過(guò)程是煤制液體（CTL）和氣化（合成氣）。CTL 創(chuàng )造了一種合成原油，可以通過(guò)傳統方式進(jìn)一步加工。合成氣，也稱(chēng)為水煤氣，可以直接替代天然氣，或通過(guò)費托合成過(guò)程進(jìn)一步加工成其他燃料、化學(xué)品或塑料。

盡管煤炭目前是二氧化碳排放的主要來(lái)源，但目前正在進(jìn)行研究，通過(guò)從發(fā)電廠(chǎng)或轉化過(guò)程中捕獲二氧化碳，并將其封存在地質(zhì)構造中來(lái)減少這些排放。由于在轉化過(guò)程中二氧化碳始終被包含，因此移除相對容易，從而成本效率高。全球范圍內，采用減排/封存技術(shù)的公司可以通過(guò)稅收節省和/或減排積分來(lái)抵消其成本。然后，二氧化碳可以被封存或用作提高石油或天然氣采收率的技術(shù)，這具有雙重好處，即提高采收率和進(jìn)一步減少二氧化碳排放。

煤制液體

煤制液體（CTL）可以是一種直接技術(shù)，使用溶劑在熱量和壓力下溶解粉狀煤炭，從而創(chuàng )造出一種合成原油，這種原油可以進(jìn)一步加工成燃料和化學(xué)品。合成原油具有使用現有煉油廠(chǎng)和分配系統的潛力優(yōu)勢。

非常規天然氣

典型情況下，非常規天然氣包括那些不使用先進(jìn)技術(shù)難以開(kāi)采的沉積物。非常規天然氣包括：

• 深層氣（深度在15,000英尺或以下的沉積物）

• 致密氣（被限制在不透水的地質(zhì)構造中，如非多孔巖石）

• 含氣頁(yè)巖

• 煤層甲烷

• 甲烷水合物

煤層

煤層通常包含被困的天然氣，這些氣體曾經(jīng)通過(guò)焚燒處理，但現在有許多用途。

甲烷水合物

甲烷水合物由被困在冰凍水晶體中的甲烷（天然氣）組成。它們存在于海底沉積物中，以及加拿大和俄羅斯的永·久凍土區域。也被稱(chēng)為“燃燒的冰"，如果能夠開(kāi)發(fā)出恢復這種能源的方法，這個(gè)潛在的燃料來(lái)源可能為世界提供大量的能源。

氣化是一種將含碳原料（如煤或生物質(zhì)）轉化為合成氣的過(guò)程，合成氣由一氧化碳和氫氣組成。合成氣，曾被稱(chēng)為“水煤氣"，在 20 世紀 50 年代前的美國和 70 年代的英國常被用于烹飪和供暖。與天然氣相似，合成氣可以直接用作相對清潔的燃料，或通過(guò)費托催化轉化過(guò)程進(jìn)一步加工成液體形式。

煤或生物質(zhì)的氣化是通過(guò)以下吸熱“水煤氣"反應實(shí)現的：

C + H₂O → H₂ + CO

合成氣的形成也可能是天然氣轉化為氫氣的中間步驟：

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

除了 CO 和 H₂，合成氣還可能含有二氧化碳和氮氣，因此必須進(jìn)一步凈化才能用于生產(chǎn)化學(xué)品和燃料。一氧化碳和 H₂ 可以加工成甲醇和其他化學(xué)品。液態(tài)氣化的一個(gè)缺點(diǎn)是，凈化和轉化過(guò)程能源密集，因此涉及額外的成本，以轉化為燃料。

費托合成過(guò)程

費托合成過(guò)程涉及一氧化碳的氫還原反應，通過(guò)催化化學(xué)反應將氣化得到的合成氣轉化為各種液態(tài)烴：

(2n+1)H₂ + nCO → CnH(2n+2) + nH₂O

（其中n是正整數）

這些液態(tài)烴隨后可以進(jìn)一步加工成合成油或燃料。

生物質(zhì)氣化（BG）與費托合成（FT）過(guò)程的結合因其在生產(chǎn)可再生生物燃料方面的巨大潛力而備受關(guān)注。

乙醇，或稱(chēng)谷物酒精，主要用作燃料或燃料添加劑。乙醇通過(guò)特定類(lèi)型的酵母發(fā)酵生產(chǎn)，這些酵母將糖代謝為乙醇和二氧化碳，反應如下：

C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂

在巴西，大多數乙醇由甘蔗制成，而在美國，乙醇由玉米制成，玉米也是一種相對供應不足的食品。目前，正在研究從木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇，木質(zhì)纖維素由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。這種類(lèi)型的乙醇，稱(chēng)為纖維素乙醇，可以由非食品來(lái)源生產(chǎn)，如柳枝稷和木屑。

甲醇可以是各種化學(xué)和燃料產(chǎn)品的原料。它也可以直接用作燃料或作為汽油添加劑，類(lèi)似于乙醇。目前，大多數甲醇是由化石燃料（如煤和天然氣）衍生的合成氣生產(chǎn)的。它也可以很容易地擴展到非常規來(lái)源，如油砂、油頁(yè)巖、煤層甲烷、致密氣、甲烷水合物和生物質(zhì)。

通過(guò)以下反應，生物質(zhì)替代方案將使甲醇成為一種可再生資源：

生物質(zhì) → 合成氣（CO，H₂）→ CH₃OH

生物柴油是一種通過(guò)將植物油或動(dòng)物脂肪化學(xué)轉化為脂肪酸甲酯（酯交換）制成的生物燃料，可以單獨使用或與傳統柴油混合使用。

雖然生產(chǎn)生物柴油有幾種方法，但最常見(jiàn)的是涉及甲醇和氫氧化鈉的間歇過(guò)程：

生物柴油的廣泛使用導致了全球甘油過(guò)剩，甘油是植物油酯交換反應的一種副產(chǎn)品。

甘油有許多常見(jiàn)用途，包括化妝品、藥品、食品和飲料、溶劑、肥皂、潤滑劑和紡織品。然而，正在進(jìn)行研究以確定其他用途，如氫氣和乙醇生產(chǎn)以及燃料添加劑。甘油的其他轉化方法包括：氧化、氫化、氫解、醚化和縮合。

熱解是在沒(méi)有氧氣的情況下加熱和分解有機材料的過(guò)程?？焖贌峤?，涉及非?？焖俚募訜?，是這個(gè)過(guò)程的更高效版本。碳氧鍵分解成更熱力學(xué)穩定的二氧化碳，從而產(chǎn)生碳氫化合物。熱解相比氣化的一個(gè)優(yōu)勢是它需要較少的熱量，因此能量消耗更少。一個(gè)缺點(diǎn)是高水分含量，必須在進(jìn)一步處理前去除。

加氫是指分子氫的催化反應，以去除氧鍵，從而產(chǎn)生碳氫化合物。

這兩個(gè)過(guò)程都產(chǎn)生了最終結果為更簡(jiǎn)單的化合物，然后可以進(jìn)一步精煉成可再生的生物燃料，以及精細化學(xué)品和脂肪。

1) U.S. Department of Energy. 2008.

2) Oil Sands Discovery Centre. “The Oil Sands Story." Feb.2008

3) Hagenbaugh, Barbara. June 2006 “High Cost of Oil CouldPut Many Jobs at Risk." USA Today. June 2008.