Топливо для бункеровки наоборот

Евгений Миткин, капитан 1 ранга, к.т.н.

Сергей Веселков, Председатель Совета директоров «Топливный Альянс»

Действие по решению проблемы – поменять вход с выходом

Известную проблему лучше решать известными методами. И искать решение в месте возникновения проблемы. И минимальные изменения с минимальными усилиями должны давать максимальные результат. Это аксиомы. Для корабельного топлива с повышенными экологическими требованиями по МАРПОЛ все было сделано наоборот, как только можно было сделать не так, как надо: решили заменить надсистему – двигатель (дорого и сложно), надстроить «очистители» сверху (дорого и долго), измеряли не выходные параметры по сере, а входные и подстраивали входную серу под соотношение выхода (очень дорого). А надо было поставить задачу по-другому: поменять что-то в топливе на входе и измерять результат на выходе. Как оказалось, эта задача уже была решена в советские времена.

1.    Не новая идея – Минморфлот и история

Что сделало сколковское предприятие «SETP»? Да, в общем, ничего нового. Доработало советские технологии Мин Морфлота. Еще в конце 80-х годах Минморфлот утвердил программу и инструкции по переводу всего флота СССР на водомазутную эмульсию. Но помешала Перестройка.

Рис. 1. Инструкция РД по применению водотопливных эмульсий в судовых двигателях.

За прошедшие годы наука сделала небольшой шажок вперед. Да, появились невозможные когда-то аддитивные технологии, принципиально новые добавки и присадки, да они не только помогают диспергировать воду, которая находится в мазуте, до размеров менее 1 мкм, но и научили воду гореть, когда надо, и не соприкасаться с металлом, когда это не надо, сделали топливо стабильным более года. И сделали изготовление и заправку топливом технологичным. Больше ничего особого они не придумали.

Рис. 2. Вид капель воды под наномикроскопом для обычного и водомазутного топлива.

Взрыво- и пожаробезопасные БИОвододизель и БИОводомазут у «SETP» получаются из 63-79% обычного топлива стандарта ЕВРО-5 или мазута М-100, 1% биотоплива, 20-36% воды в мицеллярном состоянии с мицеллами, окруженными сольватными оболочками, специальных эмульгаторов и ноу-хау добавок. Их топливо изготавливается на ноу-хау установках, размещаемых в морских контейнерах, по утвержденным ТУ и сертификацией по ЕАС для применения в качестве топлива на ДВС.

Себестоимость топлива получилась ниже стоимости топлива, произведенного на НПЗ (без учета логистических затрат) и лучше по эксплуатационным характеристикам.

Табл. 1. Результаты сертификационных испытаний топлива БЭТ с содержанием воды 27,1%.

Главное его достоинство – пожаро и взрывобезопасность при прямом огневом воздействии. И что теперь важно, топливо:

• Дает снижение вредных выбросов в атмосферу: оксиды углерода на 40-95%, оксиды азота на 70-80% и др. дает уменьшение дымности в десятки раз – дым становится «невидимым».

Табл. 2. Данные по уменьшению содержания диоксида серы в выбросах ДВС с исходным мазутом и БЭТ в зависимости от обводненности.

• Исключает нагары и «промывает» двигатели от сажистых отложений, исключает прогары трубных систем.

• Более стабильно в течение более года и в нем отсутствует эффект слеживаемости, как у обычных мазутов.

• Обладает примерно такой же энергоотдачей, как и стандартное топливо.

Водомазутное топливо делают и применяют на практике большое количество компаний: МАН-дизель (Германия), Гидродрайв (Индия), Экотюнинг (Украина), Пентол (Германия), Иваки-Фукусима (Япония) и другие. Просто наше сколковское предприятие сделало его стабильность гораздо длиннее (более года), с лучшими характеристиками горения и экологии и более дешевым, увеличив беспроблемное содержание воды в нем до 36%.

Предыдущее поколение вододизельного топлива было разработано в конце 80-х годов по заказу Главного автобронетанкового управления (ГАБТУ) МО совместно 38-м НИИИ БТВТ МО, 25 химмотологии НИИ МО и ВНИИтрансмашем (топливо ПБД-Л - пожаробезопасное ТУ38.40130-88) и рекомендовано Гостандартом и Министерством обороны для применения в качестве топлива для бронетанковой и автомобильной военной техники, особенно в период военных действий. Однако, топливо не нашло применения из-за малого количества воды (менее 5% - больше ввести не позволили имевшиеся на тот момент технологии) и очень дорогого эмульгатора: стоимость ПБД-Л была, как минимум, в 2 раза выше стандартного топлива, несмотря на высокие показатели при госиспытаниях.

Совершенствование технологий позволило «SETP» сделать вододизель очень дешевым и не уступающим по характеристикам обычному дизелю, а по экологическим характеристикам практически свести к «0» вредные выбросы и, чего не удавалось прежде никому, уменьшить одновременно выбросы бензапирена.

Рис. 3. Схема одновременного уменьшения выбросов СО, NO, SO₂ и С₂₀Н₁₂ при использовании БЭТ.

2.    Какую проблему решает

Специалисты поставилизадачу: решить проблему по выбросам по сере в соответствии с нормами МАРПОЛ (0,5 – 0,1% по входящей сере) и, при этом удешевить само Топливо. И решили: сделали более дешевое тяжелое топливо – Белое экологическое топливо – БЭТ (дешевле на % содержания воды) и уменьшили в разы выбросы по SO₂.

Табл. 3. Таблица замеров содержания диоксида серы в выбросах при разной обводненности БЭТ.

То есть, при использовании мазута с входной серой 2% и, добавляя 35% воды, получаем БЭТ-35% и выбросы по SO₂ будут соответствовать мазуту 2*0,65*0,135 = 0,18%. Явно проходит по нормативам. Только надо сделать искривленные измерения прямыми – измерять не топливо, а выбросы. Или утвердить таблицу соответствия выбросов при входной сере водоотливной эмульсии. И его себестоимость будет на 32-33% дешевле обычного мазута.

Это и есть выигрышное решение: продукт соответствует нормам. Он дешевле и для выполнения норм ничего ни на судне, ни в двигателе, ни в инфраструктуре изменять не надо. Все по подсказкам советской науки.

3.    Какие, «наверное», проблемы есть в топливе БЭТ

Наверняка, в топливе нужно сомневаться. Сомнения вызывают вязкость, текучесть, уменьшение выбросов по сере, температура застывания, падение энергетики, возможная расслаиваемость, не портит ли топливо двигатель, сертификация и наличие разрешения производителя двигателей на использование такого топлива.

Начнем с очевидного: топливо проверено и сертифицировано, как и установки, это дают документальные подтверждения. Вязкость, текучесть, уменьшение выбросов, температура застывания – вещи, объективно проверенные исследованиями, и могут быть легко проверены в любой лаборатории. Этому тоже можно верить.

Нерасслаиваемость по мазутам, плотность которых близка к плотности воды, тоже вполне доверяемая характеристика. По дизелю – это точно эмульгаторы, и если их ноу-хау работает, то их химикам можно точно поаплодировать.

По энергетике – объяснение, что энергетические характеристики битумозных пород при сжигании примерно равны сжиганию битумозных пород с водными эмульсиями за счет лучшего распыла и полного сгорания топлива, скорее всего справедливо. Надо только точнее посмотреть на экспериментальные зависимости.

По разрешениям производителей двигателей. Здесь, скорее всего, есть проблема. Если на все типы «советских» судовых двигателей такие разрешения получал Минморфлот, и они есть, то для зарубежных – это дело небыстрое и получение их, скорее всего, надо связывать с позицией IMO.

4.    Как работает

Топливо обладает хорошим свойством: его температура застывания на 25-30⁰С ниже обычного мазута. Поэтому для работы с ним при положительных температурах нет необходимости существенно его подготавливать и подогревать. В остальном, его использование и эксплуатация не отличается ничем от эксплуатации с обычным топливом. Единственно, для более эффективного его использования требуется регулировка подачи воздуха строго в соответствии с Инструкцией по эксплуатации по данному топливу, поскольку в топливе заранее имеется избыточное содержание кислорода и его соединений. Даже если не делать регулировок, ничего плохого не произойдет: двигатель будет отдавать чуть меньшую мощность.

Энергетические характеристики двигателя при использовании БЭТ несколько отличаются от обычного при правильных регулировках. Отличие наблюдается на различных режимах нагрузки работы двигателя и колеблется от – 2% до +3% в зависимости от режима.

5.    Какая инфраструктура нужна

Из-за простоты и компактности самой конструкции приготовления топлива не требуется существенного изменения существующей инфраструктуры: топливо может быть произведено на НПЗ, как заключительная стадия переработки, так и на нефтебазах, и на площадках бункеровки.

6.    Верификация, риски и их снятие

Исследования МЭИ и ЦНИИ топливной аппаратуры также подтверждают целесообразность использования водо-дизельных и водо-мазутных эмульсий в качестве топлива для дизельных двигателей. Минморфлот с производителями дали разрешение на использование водотопливных эмульсий для всех советских судовых двигателей: 6ДКРН 74/160-3, 8ДКРН 74/160-3, 1ЧН26/34, 6ЧН 40/46, 6ЧН46/58, 49,5/11, ЧН9.5/11, ЧН18/20, ЧН16/17, 12ЧН 18/20 и использовал на более 50 судах черноморского и балтийского пароходств.

Топливо прошло испытания на двигательных установках грузовой и легковой техники в России и Белоруссии, в судовых силовых установках в России, на зарубежных крупных энергоблоках на 8-12 мегаватных ДВС на ТЭС (Португалия, Сербия, Индия, Иран). Испытания и более, чем 10-летняя эксплуатация на двигателях Зульцер, Вяртсилла, показали, что никаких негативных воздействий вододизель и водомазут на двигатель и топливную аппаратуру не оказывают.

Водомазут был протестирован на двигателях "Зульцер" 5RD68, мощностью 6 000 э.л.с., "Пилстик" 6РС2L, мощностью 3 500 э.л.с., завода DMR, двигатель 8ZD74/48, мощностью 3 900 э.л.с., «Вяртсила» W6L46 и других. На всех перечисленных типах двигателей расход топлива снижался не менее, чем на 20%. Кроме снижения расхода топлива перевод работы двигателей на ВТЭ сопровождался положительным воздействием на состояние основных деталей и узлов дизелей, снижением содержания вредных примесей в уходящих газах. Компания Nonox (США) исследовала применение ВТЭ на 4-х морских судах типа ро-ро 3-х во флоте Wallenius Wilhelmsen, и одно - Swift Resolute, балкер дедвейтом 132 000 т. Суда с водомазутным топливом соответствовали последним требованиям к выбросам. Никаких отклонений от обычного хода использования топлива не наблюдалось, за исключением существенного снижения выбросов.

В испытаниях «Экотюнинг» дизель теплохода работал и на Вододизельной эмульсии (ВДЭ), и на обычном дизельном топливе.  Износ цилиндровых втулок, прецизионных пар топливной аппаратуры и поршневых колец двигателя был существенно меньше, чем для обычного дизельного топлива. Коррозии внутри поверхностей цилиндров, на поршнях, поршневых кольцах, впускных клапанах не было совсем при использовании ВДЭ и нагар на поршнях, в кольцевых канавках и выпускном тракте отсутствовал.

Заключение

Нарушение 6 главных принципов правильного и простого решения проблемы, а именно:

•      не бороться с проблемой, а создавать условия, при которых она не возникает,

•      что порождает проблему, то и должно ее устранять,

•      формулировать задачу необходимо в месте ее начального возникновения,

•      для эффективного решения используют ресурсы только в зоне возникновения задачи,

•      большие изменения в системе надо получать малыми изменениями в подсистеме, 

•      текст идеально составленной задачи несет в себе … ответ,

приводит к странным, дорогим и трудоемким решениям по выполнению МАРПОЛ. Сколково же правильно сформулировало задачу и нашло простой и эффективный ответ по этому алгоритму. Нам только остается с удовольствием пользоваться этим решением.