Serduk

ТЕХНОЛОГИИ АПРИС ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОТХОДОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА

Сердюк В.В., Климов А.В., Панов С.Б., Ашкинази Л.А., ЗАО "Академия прикладных исследований", Санкт-Петербург, Россия

Одним из способов снижения количества отходов нефтепродуктов является восстановление характеристик товарных нефтепродуктов, изменивших свои свойства в процессе транспортировки, перетаривания и хранения, и продление сроков их службы.
Проблема комплексной очистки нефтепродуктов наиболее эффективно может быть решена путем применения фильтрационных технологий и систем АПРИС®, использующих в качестве фильтрматериала пористые полимерные композиции, в частности, разработанный нами экологически чистый материал АПРИСОРБ®.
Полимерные материалы АПРИСОРБ® объединяют в себе лучшие свойства нескольких технологий - сорбционной, фильтрационной, коалесцентной. Материалы отличаются равномерностью распределения пористой структуры, возможностью получения из них путем формования фильтрэлементов любой формы и размеров, а также возможностью управлять на стадии производства такими характеристиками, как размер пор, общая пористость, прочность, упругость и т.д., что регулирует водопоглощение и коалесценцию. Принцип действия фильтрэлемента представлен на рис. 1.

Рис. 1. Принцип действия фильтрэлемента из материала АПРИСОРБ®.

Очищаемое топливо подаётся во внутреннюю полость фильтрэлемента. Пористая структура фильтрэлемента задерживает механические примеси, биозагрязнения и одновременно поглощает воду из потока топлива. В процессе работы поглощённая фильтрматериалом вода сбрасывается в отстойник, из которого удаляется по мере накопления без остановки процесса фильтрации. Задержанные фильтрэлементом механические примеси удаляются из фильтрматериала при регенерации. Регенерация фильтрэлемента от воды не требуется.
При использовании фильтрэлементов из материала АПРИСОРБ®:
1. Достигается наиболее высокая степень очистки от воды;
2. Отпадает необходимость использования второй ступени очистки - гидрофобных фильтрэлементов;
3. Практически сводится к нулю влияние на качество очистки степени загрязнения фильтрэлемента механическими примесями (по перепаду давления, не вызывающего разрушения фильтрующего материала, фильтрэлементы соответствуют категории 4 ГОСТ 14146-88 и ISO 4548/1/3);
4. До минимума снижается необходимые для работы перепад давления и рабочее давление на фильтре, что приводит к снижению энергопотребления, увеличению срока службы насосного оборудования;
5. Эластичность фильтрматериала позволяет:
а) адаптироваться фильтрэлементу к увеличению в процессе работы количества воды на входе, скачкам давления и производительности;
б) неоднократно проводить регенерацию фильтрэлементов от механических примесей простой промывкой водой.
Отличительными особенностями систем фильтрации, использующих АПРИСОРБ® в качестве фильтрующего материала являются высокая эффективности очистки, простота конструкции, малый вес и габариты, возможность многократной и исключительно простой регенерации фильтрэлементов в сочетании с саморегенерацией от воды и большой емкостью по механическим примесям, а так же простота в обслуживании. В зависимости от типа фильтрующего элемента перепад давления при номинальном расходе колеблется от 10,6 до 17,6 кПа, а полнота отсева от 77 до ~ 100%. Грязеёмкость фильтра составляет более 380% (рис. 2).

Рис. 2. Разрез фильтрэлемента АПРИС® с задержанными механическими примесями

Помимо отделения воды и механических примесей в процессе работы фильтров из материала АПРИСОРБ® вместе с водой удаляются из нефтепродуктов в отстойник и микроорганизмы, а затем выводятся из корпуса фильтра при сливе отстоя. На рис. 3 приведены образцы дизельного топлива, очищенного фильтрэлементами серии АПРИС®.

Рис. 3. Результаты очистки дизельного топлива фильтрэлементом АПРИС®
1 - Загрязненное дизельное топливо, 2 - Дизельное топливо после очистки материалом "АПРИСОРБ", 3 - Загрязнения и вода, удаленные из топлива

На стенде была оценена технология очистки товарных дизельных топлив от биозагрязнений с помощью фильтров серии АПРИС®. Очищаемое дизельное топливо содержало 1,95% биозагрязнений в виде бактерий Pseudomonas aeruginosa и дрожжей Candida. Концентрация воды в биозагрязненном топливе перед фильтром составляла 0,83%, а после фильтра 0,0035%.
Способность по очистке топлива от бизагрязнений определяли путем подсчета микробных клеток, содержащихся в искусственно зараженном топливе до и после очистки.
Загрязненное топливо контаминировано бактериальными культурами (4х10⁴ КОЕ/мл) и мицеллярными грибами (2,5х10⁴КОЕ/мл).
После фильтрации проба топлива прозрачная, уровень микробной контаминации снижается до 12 КОЕ/мл и 25 КОЕ/мл (соответственно бактерии и мицеллярные грибы). Таким образом, фильтрация биозагрязненного дизельного топлива через фильтры АПРИС обеспечивает его очистку от микроорганизмов на 99,97 - 99,99%.
Отделенная с фильтра вода характеризуется высоким содержанием бактериальных клеток - 12х10⁵КОЕ/мл.
Нами разработаны технологии очистки нефтепродуктов и выпускаются под заказ установки по очистке дистиллятных топлив, энергетических, индустриальных, гидравлических масел от воды, механических примесей и биозагрязнений серии АПРИС® (рис. 4). Результаты эксплуатация установок серии АПРИС® на различных промышленных объектах России представлены в табл. 1.

Рис. 4. Некоторые варианты исполнения серийных фильтрационных установок

Очистка трансформаторного масла ГК на установке АПРИС®-822 позволила снизить тангенс угла диэлектрических потерь с 3,3 до 0,9% и поднять пробивное на-пряжение с 15 до 71 кВ. Результаты очистки электроизоляционного масла ГК по ТУ 38.1011025-85, очищенного на установке АПРИС®-822, представлены в табл. 2-4.

Хроматографический анализ растворенных в масле газов, % об.

Результаты анализа физико-химических показателей масла ГК

Класс чистоты по ГОСТ 17216-71 масла ГК после очистки на установке АПРИС®-822 и заливки в электрооборудование

Указанные установки успешно эксплуатируются на различных объектах РАО ЕЭС.
Наши потребители: "ПсковЭнерго"; "НовгородЭнерго"; "Лужские электросети"; "СевЭлектроМонтаж", СПб; "Первомайская ТЭЦ"; "Гидро-ЭлектроМонтаж"; "Волжская ГЭС".

Общие технические характеристики оборудования АПРИС®:

Приведенные результаты показывают перспективность использования технологий и установок серии АПРИС® при подготовке дистиллятных топ-лив к использованию в технике и для поддержания работоспособности масел различного назначения в процессе их эксплуатации.
Огромную экологическую опасность представляет функционирование автотранспортного комплекса, доля которого в загрязнении атмосферы крупных городов составляет 80-90% и в 4-5 раз превышает загрязнение воздуха промышленными предприятиями. Поэтому вопросы уменьшения токсичных выбросов с отходящими газами (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в настоящее время являются весьма актуальными.
Одним из эффективных методов снижения вредных выбросов от автотранспорта является использование экологических топлив, изготовленных с применением присадок-катализаторов горения нашего производства "0010" и "0011". Катализаторы горения - присадки к топливу, задачей которых является увеличение полноты сгорания топлива, особенно на последних стадиях, характеризующихся недостатком кислорода.
Помимо снижения содержания вредных веществ в отработавших газах эти присадки на 50-70% снижают износ двигателя, за счет удаления скопившихся в камере сгорания и газовыхлопном тракте нагаров, предотвращения их образования и поддержания камеры сгорания в заданных конструкционных размерах.
Широкие эксплуатационные испытания присадок "0010" и "0011" проводили на городских автобусах ГП "Пассажиравтотранс", г. Санкт-Петербург, автоцистернах Холдинга "Петербургская топливная компания", грузовых автомобилях Автокомбината №1, г. Москва, автотранспорте г. Таллинна, внутризаводских технологических автомобилях ВАЗ ПУ АО "АвтоВАЗ".
Испытания присадок "0010"и "0011" введенных в товарные топлива в условиях реальной эксплуатации и на стендах показали, что использование присадок приводит к снижению вредных веществ в отработавших газах. Сводные результаты испытаний по снижению токсичности отработавших газов представлены в табл. 5.

Применение экологических топлив с присадками "0010" и "0011" по-зволяет очистить камеру сгорания и газовыхлопной тракт от лаков, нагаров и отложений, повысить КПД двигателя, снизить содержание вредных веществ в отработавших газах.

Рис. 5. Обобщенный график изменения содержания вредных веществ в
отработавших газах ДВС при работе на топливе с присадками 0010 и 0011 (

- время ввода присадки в топливо)

На рис. 5 приведен обобщенный график, характеризующий тенденцию содержания вредных веществ в отработавших газах двигателя, работающего на сервисном топливе. На I участке кривой наблюдается резкое снижение содержания вредных веществ в отработавших газах, вызванное каталитическим действием присадок на процесс сгорания топлива.
Увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах на II участке объясняется постепенным выгоранием скопившихся в камере сгорания и газовыхлопном тракте отложений, нагаров и лаков. В первую очередь выгорают лаки, затем нагары, кокс и зольные отложения камеры сгорания, которые модифицируются радикалами присадок к топливу. Модификация процесса горения приводит к понижению температуры выгорания отложений, которые выносятся отходящими газами. В результате восстанавливаются конструкционные параметры камеры сгорания и нормализуется рабочий процесс в цилиндрах.
В работе подобный ход кривой объясняется большим недостатком кислорода в камере сгорания. На III участке наблюдается та же картина, что и на I.
На рис. 6 приведен обобщенный график изменения содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС при работе на сервисном топливе. Сервисные топлива отличаются от обычных топлив с присадками "0010" и "0011" увеличенными концентрациями присадок.

Рис. 6. Обобщенный график изменения содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС при работе на сервисном топливе

Как видно из графика, содержание вредных веществ в отработавших газах ДВС падает до минимальных значений, характерных для эксплуатационных параметров данного типа двигателей, т.е. график сразу принимает вид участка III рис. 5. Косвенно это подтверждают данные табл. 6.

Показатели работы судового дизельного двигателя

Повышение механического КПД объясняется попаданием в зону трения меньшего количества абразивных частиц (сажи), которые выгорают под действием присадки и выносятся из камеры сгорания.
Для подтверждения очистки камеры сгорания, клапанов и газовыхлопного тракта, двигатель одного из автобусов Икарус-250 был разобран на участке ремонта двигателей автопарка. После последнего капитального ремонта пробег автобуса составил 530000 км. Автобус проработал одну рабочую смену на сервисном топливе.
Очистка камеры сгорания представлена на фото (рис. 7) в сравнении с состоянием камеры сгорания двигателя, работавшего без присадки.


Рис. 7. Головка блока цилиндров двигателя РАБА-МАН автобуса Икарус-250, работавшего на дизельном топливе по ГОСТ 305	Головка блока цилиндров двигателя РАБА-МАН автобуса Икарус-250, работавшего на сервисном дизельном топливе (на испытуемом двигателе не работал цилиндр № 4)

Как видно из фото, произошла частичная очистка камеры сгорания от нагаров, применение сервисного топлива позволяет в процессе эксплуатации двигателя быстро очистить камеру сгорания, произвести раскоксовывание залегших колец.
Подобная операция по очистке двигателя была проведена на автобусе ЛиАЗ-667. Результаты очистки приведены на рис. 8.

Рис. 8. Головки блоков цилиндров двигателей ЗиЛ-375 автобусов ЛиАЗ-667 работавших на сервисном (1) и штатном (2) бензинах

Приведенные данные показывают, что применение экологических топлив с присадками 0010 и 0011 позволяет:

· Очистить камеру сгорания и газовыхлопной тракт от:
o лаков,
o нагаров,
o отложений;
· Повысить КПД двигателя;
· Снизить содержание вредных веществ в отработавших газах.

На базе присадок "0010" и "0011" Петербургская топливная компания выпускает бензины и дизельное топливо серии "ЕВРО" уже в течение 6-ти лет.
Эти топлива прошли испытания в соответствии с ГОСТ Р 51178 и имеют допуск к производству и применению на технике.
Управлением Государственного энергетического надзора по Санкт-Петербургу и Ленинградской области отмечено высокое качество этих топлив.
В настоящее время эти топлива также реализуются и на рынке Эстонии.

Масло	Гидравлическое AMГ 10		Турбинное Tп-22Б
Масло	Содержание воды, %	Содержание механических примесей, %	Содержание воды, %	Класс чистоты
Исходное (до очистки)	0,105	0,15	0,030	13
После очистки	0,002	0,05	0,002	11

Газ	До обработки	После обработки и заливки в электрооборудование
Диоксид углерода, СО₂	0,0714	0,0468
Оксид углерода, СО	0,0028	0,0006
Метан, СН₄	0,0006	<0,0001
Этан, С₂Н₆	0,0010	0,0001
Этилен, С₂Н₄	0,00096	0,0001
Ацетилен, С₂Н₂	0,0024	0,0013
Работы проведены на подстанции ЮКЭС ОАО «Ленэнерго». Анализы масла после заливки в электрооборудование выполнены химической лабораторией службы изоляции высоковольтных сетей «Ленэнерго»

Физико-химические показатели	До очистки	После очистки и заливки в электрооборудование
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла	0,021	0,011
Механические примеси, % масс.	Мех. примеси	Нет
Пробивное напряжение, кВ	15,0	71,0
Тангенс угла диэлектрических потерь при 90 ^оС, %	3,30	0,90
Влажность, г/т	ос. вода	14,5
Удельный вес, г/см³	0,8854	0,8754
Содержание взвешенного угля	уголь	Нет

Размер частиц	Количество частиц	Класс чистоты по ГОСТ 17216-71*
5-10	22870	11
10-25	3974	9
25-50	653	10
50-100	195	11
100-200	39	11
>200	18	12
* - после очистки и заливки в электрооборудование

1. Максимальный перепад давления при засорении мех. примесями, кг/см²	1,0
2. Тонкость фильтрации, мкм	5-3
3. Степень очистки от:
- механических примесей, %	93-97
- воды, %	92-98
- биозагрязнений, %	99,0-99,9
4. Рабочая температура для водоотделения, °С	5-60
5. Грязеемкость, %	до 380
6. Увеличение размера фильтрэлемента при непрерывном отделении воды, %	10

	Очищаемое топливо


	Чистое топливо


	Вода и биозагрязнения

Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах при использовании присадок (%)
Вредный компонент ОГ	Присадка
Вредный компонент ОГ	«0010»	«0011»
Дымность	до 90	–
Оксиды азота	до 50	до 55
Оксид углерода	до 85	до 85
Углеводороды	до 65	до 80
Бенз(a)пирен	до 40	до 90
Альдегиды	до 60	до 16
Аэрозоль	до 20	–
Масляный туман	до 20	до 100

Показатели	Дизельное топливо	Дизельное топливо с 0,01% присадки «0010»	Изменение показателей работы двигателя, %
Эффективная мощность - N_e, %	74,8	75,1	+0,40
Эффективный КПД - h_e	0,289	0,29	+0,35*
Индикаторный КПД - h_i	0,483	0,452	-6,42
Механический КПД - h_m	0,599	0,642	+7,18
*) - расхождения в значениях изменения h_e и g_e могут быть объяснены погрешностью измерений на стенде.