Решение задачи борьбы с распределенным производством боеприпасов и вооружения противника
С начала двадцатых чисел августа украинская пропаганда активно освещает очередное «чудо-оружие» — ракету «Фламинго». В этой публикации нас совершенно не интересует, насколько эта ракета украинская и насколько хороши её ТТХ. Мы не будем задаваться вопросом, какова судьба других чудо-ракет, таких как «Пекло» или «Трембита», и не повторит ли «Фламинго» их судьбу. Нам интересно другое, а именно заявленная структура распределенного производства, когда изготовление компонентов оружия разнесено по производствам в буквальном смысле гаражного уровня с многократным дублированием производственных цепочек, а уничтожение, даже, допустим, трети таких гаражей не будет означать уничтожения производства оружия в целом. И опять же, совершенно не важно, реально ли Украине удалось создать такое производство или нет; важно то, что создание такого производства возможно, а значит, вооружённым силам России необходимо иметь механизм действенного и эффективного уничтожения подобного рода производств.
Вот статья, где говорится о ракете «Трембита» (предыдущее чудо-оружие, ещё до того, как таковым стала ракета «Фламинго»), и, собственно, где в рунете первое (или одно из первых) упоминание о заявленной практической реализации концепции распределенного производства. Собственно, небольшая цитата: «В проекте «Трембита» предлагаются новые способы организации производства. С их помощью планируется снизить риски, связанные с регулярными ударами российской армии. Так, изготовление и сборку значительной части компонентов ракеты хотят развернуть на небольших производствах, буквально в гаражах. Оставшиеся задачи будут решаться предприятиями, помещёнными в защищённых сооружениях». Здесь лишь можно добавить, что с учётом всех не очень технологичных видов представленного укрооборонпрома вооружения, наладить конечную сборку в условиях гаража вполне возможно.
Итак, задача. Есть государство или квазигосударство, способное организовать массовое производство вооружения. В данном случае крылатых ракет и тяжёлых дронов самолетного типа дальнего радиуса действия (от 1000 км). Характеристики таких воздушных средств нападения не самые передовые, зато их может быть много, что существенно повышает шанс преодоления ПВО, особенно когда ПВО организовано не лучшим образом (в 95%, если не больше случаев поражения инфраструктурных объектов в глубине территории России — это заслуга некомпетентной организации ПВО, а не противника). Иными словами, массовые налёты (например, сопоставимые с ударами ВС РФ) даже при более компетентной организации ПВО будут приводить к поражению инфраструктурных объектов: крупных НПЗ, электростанций и других значимых локаций. При этом, даже при сбитии 99% ракет типа «Фламинго», попадание только одной ракеты с боевой частью в 1000 кг взрывчатого вещества может надолго вывести из строя поражаемый объект, нанеся существенный экономический урон. Таким образом, лучшая защита — это уничтожение производства подобного рода изделий. И если производства централизованного типа наши ВС научились выявлять и уничтожать, то для решения задачи уничтожения сети децентрализованного производства на сегодня объективно нет технических возможностей (впрочем, вероятно, на Украине распределённое производство пока что всё же ещё не создано в полной мере).
С начала двадцатых чисел августа украинская пропаганда активно освещает очередное «чудо-оружие» — ракету «Фламинго». В этой публикации нас совершенно не интересует, насколько эта ракета украинская и насколько хороши её ТТХ. Мы не будем задаваться вопросом, какова судьба других чудо-ракет, таких как «Пекло» или «Трембита», и не повторит ли «Фламинго» их судьбу. Нам интересно другое, а именно заявленная структура распределенного производства, когда изготовление компонентов оружия разнесено по производствам в буквальном смысле гаражного уровня с многократным дублированием производственных цепочек, а уничтожение, даже, допустим, трети таких гаражей не будет означать уничтожения производства оружия в целом. И опять же, совершенно не важно, реально ли Украине удалось создать такое производство или нет; важно то, что создание такого производства возможно, а значит, вооружённым силам России необходимо иметь механизм действенного и эффективного уничтожения подобного рода производств.
Вот статья, где говорится о ракете «Трембита» (предыдущее чудо-оружие, ещё до того, как таковым стала ракета «Фламинго»), и, собственно, где в рунете первое (или одно из первых) упоминание о заявленной практической реализации концепции распределенного производства. Собственно, небольшая цитата: «В проекте «Трембита» предлагаются новые способы организации производства. С их помощью планируется снизить риски, связанные с регулярными ударами российской армии. Так, изготовление и сборку значительной части компонентов ракеты хотят развернуть на небольших производствах, буквально в гаражах. Оставшиеся задачи будут решаться предприятиями, помещёнными в защищённых сооружениях». Здесь лишь можно добавить, что с учётом всех не очень технологичных видов представленного укрооборонпрома вооружения, наладить конечную сборку в условиях гаража вполне возможно.
Итак, задача. Есть государство или квазигосударство, способное организовать массовое производство вооружения. В данном случае крылатых ракет и тяжёлых дронов самолетного типа дальнего радиуса действия (от 1000 км). Характеристики таких воздушных средств нападения не самые передовые, зато их может быть много, что существенно повышает шанс преодоления ПВО, особенно когда ПВО организовано не лучшим образом (в 95%, если не больше случаев поражения инфраструктурных объектов в глубине территории России — это заслуга некомпетентной организации ПВО, а не противника). Иными словами, массовые налёты (например, сопоставимые с ударами ВС РФ) даже при более компетентной организации ПВО будут приводить к поражению инфраструктурных объектов: крупных НПЗ, электростанций и других значимых локаций. При этом, даже при сбитии 99% ракет типа «Фламинго», попадание только одной ракеты с боевой частью в 1000 кг взрывчатого вещества может надолго вывести из строя поражаемый объект, нанеся существенный экономический урон. Таким образом, лучшая защита — это уничтожение производства подобного рода изделий. И если производства централизованного типа наши ВС научились выявлять и уничтожать, то для решения задачи уничтожения сети децентрализованного производства на сегодня объективно нет технических возможностей (впрочем, вероятно, на Украине распределённое производство пока что всё же ещё не создано в полной мере).
Решением поставленной задачи по уничтожению децентрализованной распределённой сети производства могли бы стать псевдоспутники в разведывательной и ударной модификациях, тем более что производство самих базовых псевдоспутников, которым можно придать соответствующие спецификации, у России уже есть. Псевдоспутники, осуществляющие сплошной и круглосуточный контроль над территорией противника и передающие свои данные на вычислительный центр со специализированной нейросетью, вполне могут выявить все «гаражи» распределённой сети производства. Для поражения малых объектов практически сразу после их выявления также могут быть задействованы псевдоспутники; мы об этом писали. Кроме того, такие ударные псевдоспутники смогли бы оперативно поражать пусковые позиции средств воздушного нападения. Небольшая часть оставшихся «тяжёлых» защищённых целей, которые не смогут поразить ударные псевдоспутники, могут быть поражены обычным ракетным вооружением. Таким образом, с технической точки зрения в России есть все возможности оперативного создания вооружения, способного, помимо прочего, решать проблему распределённого военного производства, идею создания которого активно обсуждают вероятные противники России, куда более технологически развитые, чем нынешняя Украина.
Облик вооруженных сил в будущем военном конфликте
«Генералы всегда готовятся к прошлой войне» — фраза, приписываемая Уинстону Черчиллю, хотя говорил он о военном ведомстве в целом. Мы же попробуем дать прогноз о роли тех или иных вооружений и системе их взаимосвязи в гипотетическом неядерном конфликте, наподобие нынешней войны с Украиной.
Наверное, с чего следует начать, так это с роли дронов, главным образом FPV. Дроны FPV действительно серьезно изменили не только ход боевых действий, но и уклад войны, но говорить, что такое изменение будет закреплено и сохранится, не приходится. Здесь, это технически возможно, и это вопрос времени; следует ожидать, что с появлением эффективных средств новых типов ПВО (индивидуальных ПВО для отдельного бойца) и единиц техники роль FPV-дронов будет существенно уменьшена до уровня, который в значительной степени вернет тактику действия вооруженных сил к тому образу, который был до начала массового применения FPV-дронов.
В свою очередь, безусловно, сохранится роль тяжелой бронетехники. Танки по-прежнему будут основной сухопутной силой для наступления и контроля территории, как, собственно, и мотопехота. Что сохранится и усилится, так это появление беспилотных систем, действующих совместно с основными частями вооруженных сил. Однако сами по себе в перспективе такие роботизированные системы никак не отменят основные классы военной техники.
Те же МБЭК, при их безусловной жизнеспособности, с появлением высокоэффективных средств противодействия и борьбы с ними, а также средств защиты надводных кораблей (начиная с простейших) не будут оказывать столь значительного эффекта, как в настоящее время. Зато они станут еще одним средством в арсенале флота, наряду с ракетами и вполне традиционными торпедами, которые, несмотря на свою эффективность, не отменили корабли как класс, но изменили их сами. Также и беспилотные системы, будь то МБЭК или морские воздушные беспилотники, будут интегрированы в состав флота и, возможно, приведут к созданию специализированных кораблей для их применения. По крайней мере, такие корабли уже заявлены и существуют на уровне аванпроектов у ряда государств (например, Турции, Китая, Японии).
Аналогичная картина ожидается и в сухопутных войсках, где наверняка появится безэкипажная техника, действующая одновременно с техникой, управляемой экипажами. То же самое относится и к авиации; впрочем, здесь мы это уже можем видеть на примере связки пилотируемого Су-57 и беспилотного С-70 «Охотник».
Действительно новым элементом может стать появление нового класса вооружений на базе псевдоспутников, способных осуществлять глобальный контроль целого театра боевых действий, а их роль не будет сводиться только к разведывательным миссиям, но и ударным, что сможет серьезно ограничить применение ударных средств и средств ПВО. Ожидаемая высокая эффективность псевдоспутников и сложности борьбы с ними, очевидно, приведет к появлению средств борьбы с ними, о вариантах которых мы писали ранее.
Тема облика вооруженных сил будущего явно выходит за рамки отдельной статьи, и мы, разбив её на несколько частей, обязательно к ней вернемся. Этой публикацией, наверное, больше всего хочется сказать, что феномен текущего военного противостояния, когда по существу далеко не самые высокотехнологичные и недорогие средства (малые дроны типа продукции DJI MAVIC, FPV-дроны) смогли оказать столь существенное влияние на ход боевых действий, если и повторится, то вероятно не скоро. А значит, как и прежде, значимую роль будут играть технологии высокого уровня, будь то развитие танков, авиации или появление новых боевых единиц на базе псевдоспутников.
«Генералы всегда готовятся к прошлой войне» — фраза, приписываемая Уинстону Черчиллю, хотя говорил он о военном ведомстве в целом. Мы же попробуем дать прогноз о роли тех или иных вооружений и системе их взаимосвязи в гипотетическом неядерном конфликте, наподобие нынешней войны с Украиной.
Наверное, с чего следует начать, так это с роли дронов, главным образом FPV. Дроны FPV действительно серьезно изменили не только ход боевых действий, но и уклад войны, но говорить, что такое изменение будет закреплено и сохранится, не приходится. Здесь, это технически возможно, и это вопрос времени; следует ожидать, что с появлением эффективных средств новых типов ПВО (индивидуальных ПВО для отдельного бойца) и единиц техники роль FPV-дронов будет существенно уменьшена до уровня, который в значительной степени вернет тактику действия вооруженных сил к тому образу, который был до начала массового применения FPV-дронов.
В свою очередь, безусловно, сохранится роль тяжелой бронетехники. Танки по-прежнему будут основной сухопутной силой для наступления и контроля территории, как, собственно, и мотопехота. Что сохранится и усилится, так это появление беспилотных систем, действующих совместно с основными частями вооруженных сил. Однако сами по себе в перспективе такие роботизированные системы никак не отменят основные классы военной техники.
Те же МБЭК, при их безусловной жизнеспособности, с появлением высокоэффективных средств противодействия и борьбы с ними, а также средств защиты надводных кораблей (начиная с простейших) не будут оказывать столь значительного эффекта, как в настоящее время. Зато они станут еще одним средством в арсенале флота, наряду с ракетами и вполне традиционными торпедами, которые, несмотря на свою эффективность, не отменили корабли как класс, но изменили их сами. Также и беспилотные системы, будь то МБЭК или морские воздушные беспилотники, будут интегрированы в состав флота и, возможно, приведут к созданию специализированных кораблей для их применения. По крайней мере, такие корабли уже заявлены и существуют на уровне аванпроектов у ряда государств (например, Турции, Китая, Японии).
Аналогичная картина ожидается и в сухопутных войсках, где наверняка появится безэкипажная техника, действующая одновременно с техникой, управляемой экипажами. То же самое относится и к авиации; впрочем, здесь мы это уже можем видеть на примере связки пилотируемого Су-57 и беспилотного С-70 «Охотник».
Действительно новым элементом может стать появление нового класса вооружений на базе псевдоспутников, способных осуществлять глобальный контроль целого театра боевых действий, а их роль не будет сводиться только к разведывательным миссиям, но и ударным, что сможет серьезно ограничить применение ударных средств и средств ПВО. Ожидаемая высокая эффективность псевдоспутников и сложности борьбы с ними, очевидно, приведет к появлению средств борьбы с ними, о вариантах которых мы писали ранее.
Тема облика вооруженных сил будущего явно выходит за рамки отдельной статьи, и мы, разбив её на несколько частей, обязательно к ней вернемся. Этой публикацией, наверное, больше всего хочется сказать, что феномен текущего военного противостояния, когда по существу далеко не самые высокотехнологичные и недорогие средства (малые дроны типа продукции DJI MAVIC, FPV-дроны) смогли оказать столь существенное влияние на ход боевых действий, если и повторится, то вероятно не скоро. А значит, как и прежде, значимую роль будут играть технологии высокого уровня, будь то развитие танков, авиации или появление новых боевых единиц на базе псевдоспутников.
МиниНПЗ, возможность и целесообразность возвращения их на рынок
МиниНПЗ, сленговое название которых «самовары», не так давно были распространены на российском (да и не только российском) рынке частных переработчиков нефти и газового конденсата. Мощность заводов, как правило, была около 100 000 тонн/год по нефти, а все процессы нефтепереработки зачастую сводились лишь к атмосферной перегонке нефти и лишь в редких случаях дополнялись процессами крекинга (как правило, термического) и процессами класса «цеоформинг». Основную экономику таких миниНПЗ составляли доходы от реализации дизельного топлива и в куда меньшей степени от реализации других нефтепродуктов. Завершение, во многом, целой эпохи миниНПЗ в России пришло с введением обязательного требования на реализацию продуктов, отвечающих пятому экологическому классу «евро-5», что, в сочетании с технологической отсталостью миниНПЗ и дороговизной нерентабельности при малых объемах классических технологий нефтепереработки, поставило практически все миниНПЗ вне закона и привело к их консервации и закрытию. Однако миниНПЗ имели как минимум два существенных преимущества, дающих им право на возвращение. Первое преимущество – децентрализованное производство, делающее топливную систему устойчивее ко всякого рода катаклизмам, начиная от стихийных бедствий и заканчивая устойчивостью к ударам с воздуха военного противника. Второе преимущество – создание здоровой рыночной конкуренции, способствующей стабилизации цен на топливо и сдерживанию роста цен. Эта публикация поднимает вопрос о возможности возвращения миниНПЗ, построенных на новом технологическом уровне с производством топлива в соответствии с требованиями действующих стандартов.
Вторичные процессы, используемые на больших НПЗ, экономически неприемлемы при малых объемах производства; например, гидроочистка требует водородного хозяйства, которое становится рентабельным при объемах, как правило, от 300 000 тонн/год. Отсутствие водорода делает невозможными, кроме собственно гидроочистки и гидрооблагораживания, и ряд других ключевых процессов, таких как каталитический и гидрокрекинг. Поэтому необходимо рассматривать другие технологии, более пригодные для малого объёма нефтепереработки.
На наш взгляд, среди всего многообразия процессов можно выделить лишь несколько ключевых процессов, реализующих полный цикл, оптимальный в условиях России и постсоветского пространства и отвечающих требованиям относительной простоты, не требующих высококлассных специалистов для эксплуатации. К этим технологиям можно отнести процессы собственно атмосферной ректификации, вакуумной ректификации или процесс, её заменяющий (ректификация с инертным агентом (азотом), снижающим парциальное давление паров высококипящих фракций). Из вторичных процессов это окислительный крекинг и процессы на цеолитах (получение высокооктановых бензинов с одновременным снижением серы, каталитическая депарафинизация дизельного топлива). Процессы обессеривания и гидроочистки – исключительно косвенного типа, например, такие, о которых мы писали ранее. Возможные комбинации указанных процессов (а они очень унифицированы между собой) представлены на графике ниже.
МиниНПЗ, сленговое название которых «самовары», не так давно были распространены на российском (да и не только российском) рынке частных переработчиков нефти и газового конденсата. Мощность заводов, как правило, была около 100 000 тонн/год по нефти, а все процессы нефтепереработки зачастую сводились лишь к атмосферной перегонке нефти и лишь в редких случаях дополнялись процессами крекинга (как правило, термического) и процессами класса «цеоформинг». Основную экономику таких миниНПЗ составляли доходы от реализации дизельного топлива и в куда меньшей степени от реализации других нефтепродуктов. Завершение, во многом, целой эпохи миниНПЗ в России пришло с введением обязательного требования на реализацию продуктов, отвечающих пятому экологическому классу «евро-5», что, в сочетании с технологической отсталостью миниНПЗ и дороговизной нерентабельности при малых объемах классических технологий нефтепереработки, поставило практически все миниНПЗ вне закона и привело к их консервации и закрытию. Однако миниНПЗ имели как минимум два существенных преимущества, дающих им право на возвращение. Первое преимущество – децентрализованное производство, делающее топливную систему устойчивее ко всякого рода катаклизмам, начиная от стихийных бедствий и заканчивая устойчивостью к ударам с воздуха военного противника. Второе преимущество – создание здоровой рыночной конкуренции, способствующей стабилизации цен на топливо и сдерживанию роста цен. Эта публикация поднимает вопрос о возможности возвращения миниНПЗ, построенных на новом технологическом уровне с производством топлива в соответствии с требованиями действующих стандартов.
Вторичные процессы, используемые на больших НПЗ, экономически неприемлемы при малых объемах производства; например, гидроочистка требует водородного хозяйства, которое становится рентабельным при объемах, как правило, от 300 000 тонн/год. Отсутствие водорода делает невозможными, кроме собственно гидроочистки и гидрооблагораживания, и ряд других ключевых процессов, таких как каталитический и гидрокрекинг. Поэтому необходимо рассматривать другие технологии, более пригодные для малого объёма нефтепереработки.
На наш взгляд, среди всего многообразия процессов можно выделить лишь несколько ключевых процессов, реализующих полный цикл, оптимальный в условиях России и постсоветского пространства и отвечающих требованиям относительной простоты, не требующих высококлассных специалистов для эксплуатации. К этим технологиям можно отнести процессы собственно атмосферной ректификации, вакуумной ректификации или процесс, её заменяющий (ректификация с инертным агентом (азотом), снижающим парциальное давление паров высококипящих фракций). Из вторичных процессов это окислительный крекинг и процессы на цеолитах (получение высокооктановых бензинов с одновременным снижением серы, каталитическая депарафинизация дизельного топлива). Процессы обессеривания и гидроочистки – исключительно косвенного типа, например, такие, о которых мы писали ранее. Возможные комбинации указанных процессов (а они очень унифицированы между собой) представлены на графике ниже.
(продолжение)
Все эти процессы, в той или иной мере, хорошо известны, новым же в прилагаемой технологической цепочке являются процессы, связанные с получением синтез-газа и производством оксигенатов для собственных нужд. Кроме того, предложенная схема оптимизирована по продуктам и не предполагает производства ни кокса (в малых количествах он сложен для реализации), ни мазута, ещё более проблематичного как в обращении, так и в реализации. Процесс получения оксигенатов максимально упрощён и удешевлён за счёт снижения требований к чистоте таких оксигенатов, поскольку их чистота при потреблении для собственных нужд не имеет решающего значения. Таким образом, можно констатировать, что при оптимальном сочетании известных процессов, применяемых в других областях химического синтеза, вполне возможно создание конкурентоспособных малых НПЗ полного цикла, тем более что подобные НПЗ вполне себе представлены на рынке США (будучи оптимизированными под свои экономические условия) удачно сосуществуют и дополняют традиционные НПЗ.
Все эти процессы, в той или иной мере, хорошо известны, новым же в прилагаемой технологической цепочке являются процессы, связанные с получением синтез-газа и производством оксигенатов для собственных нужд. Кроме того, предложенная схема оптимизирована по продуктам и не предполагает производства ни кокса (в малых количествах он сложен для реализации), ни мазута, ещё более проблематичного как в обращении, так и в реализации. Процесс получения оксигенатов максимально упрощён и удешевлён за счёт снижения требований к чистоте таких оксигенатов, поскольку их чистота при потреблении для собственных нужд не имеет решающего значения. Таким образом, можно констатировать, что при оптимальном сочетании известных процессов, применяемых в других областях химического синтеза, вполне возможно создание конкурентоспособных малых НПЗ полного цикла, тем более что подобные НПЗ вполне себе представлены на рынке США (будучи оптимизированными под свои экономические условия) удачно сосуществуют и дополняют традиционные НПЗ.
Электростанции на угле, включая низкокалорийные бурые угли: перспективы развития
Уголь составляет более 90 % общемировых запасов органического топлива, к тому же этот тип топлива наиболее доступен. Однако некогда широкое распространение угольных ТЭС имеет тенденцию к снижению их количества, что обусловлено, с одной стороны, низкой экологичностью угля как топлива, а с другой стороны — более высокими капитальными затратами на тепловые электростанции, чем в случае с другими видами органических топлив, и прежде всего природного газа. Существующая концепция тепловых электростанций, пусть и не сразу, ибо велика инертность, в том числе и добывающей отрасли, единовременное закрытие которой невозможно, в перспективе не имеет будущего, что вовсе не означает, что угольные ТЭС исчерпали себя как таковые, при условии смены технической концепции построения новых ТЭС.
Вот публикация за 2017 год, где дается оценка перспективы угольных ТЭС в Европе. Современные реалии внесли коррективы в развитие угольной энергетики, что впрочем определяется политическими, но не технико-экономическими причинами, а потому не может повлиять на долгосрочные сценарии развития.
Говоря о новой инженерно-технической концепции ТЭС, работающих на угле, включая низкокалорийные и, в частности, бурые угли, единственно возможная концепция — это те концепции, которые могли бы отвечать нижеследующим требованиям:
•отсутствие отходов, в частности золошлаковых;
•комплексная переработка углей с выделением металлов, включая РЗМ и металлы платиновой подгруппы (когда такие содержатся);
•существенное снижение эмиссии СО2 на единицу вырабатываемой мощности (допустимо с учетом эмиссии СО2, которая была бы произведена при выработке эквивалентного количества продукции, например, металлов);
•экономические затраты на строительство и эксплуатацию такой электростанции должны быть либо равными, либо меньшими, чем у традиционных ТЭС.
Таким требованиям не отвечают многие «перспективные» решения, которые зачастую имеют лишь научно-техническую ценность, но лишены практической значимости. По существу, остаются лишь два концептуальных технических решения. Решение первое — ТЭС с технологией DCFC, т.е. использованием топливных элементов прямого окисления угля. Второе решение — ТЭС с использованием электрохимической газификации угля, совмещенной с процессом переработки золы.
Первое решение возможно с использованием топливных элементов, где уголь окисляется кислородом воздуха в ходе электрохимической реакции. Общая схема такой электростанции включает участок помола угля до пылевидного состояния (такая стадия имеется на многих современных ТЭС с пылевидным сжиганием топлива) и электрохимическое окисление угля с выработкой электроэнергии. В этом случае электрический КПД преобразования может достигать величины вплоть до 70 %, что практически вдвое выше КПД классических угольных электростанций. Рабочие температуры топливных элементов составляют от 600 до 900 °C (это ниже температуры плавления золы). Отходящее тепло может быть использовано для когенерации тепла или дополнительной выработки электроэнергии. Важным преимуществом применения топливных элементов является генерация концентрированного газового потока продуктов окисления, не содержащего большого количества балластных газов, что делает возможным экономически эффективное выделение серы электрохимическим окислением ее диоксида до товарной серной кислоты. Пылевидная зола в данном процессе пригодна без дополнительной обработки в качестве добавки в портландцементы с целью улучшения их характеристик (большинство выпускаемых цементов содержат подобного рода добавки, но как правило вводимая в их состав зола требует достаточно серьезной подготовки). При необходимости возможно выделение металлов и в ряде случаев глинозёма методом магнитной и электростатической сепарации, включая сепарацию, основанную на способности некоторых металлов (например, алюминия, меди, свинца, цинка, никеля и др.) создавать в себе магнитное поле под действием переменного магнитного поля. Упрощенная схема электростанции представлена ниже.
Уголь составляет более 90 % общемировых запасов органического топлива, к тому же этот тип топлива наиболее доступен. Однако некогда широкое распространение угольных ТЭС имеет тенденцию к снижению их количества, что обусловлено, с одной стороны, низкой экологичностью угля как топлива, а с другой стороны — более высокими капитальными затратами на тепловые электростанции, чем в случае с другими видами органических топлив, и прежде всего природного газа. Существующая концепция тепловых электростанций, пусть и не сразу, ибо велика инертность, в том числе и добывающей отрасли, единовременное закрытие которой невозможно, в перспективе не имеет будущего, что вовсе не означает, что угольные ТЭС исчерпали себя как таковые, при условии смены технической концепции построения новых ТЭС.
Вот публикация за 2017 год, где дается оценка перспективы угольных ТЭС в Европе. Современные реалии внесли коррективы в развитие угольной энергетики, что впрочем определяется политическими, но не технико-экономическими причинами, а потому не может повлиять на долгосрочные сценарии развития.
Говоря о новой инженерно-технической концепции ТЭС, работающих на угле, включая низкокалорийные и, в частности, бурые угли, единственно возможная концепция — это те концепции, которые могли бы отвечать нижеследующим требованиям:
•отсутствие отходов, в частности золошлаковых;
•комплексная переработка углей с выделением металлов, включая РЗМ и металлы платиновой подгруппы (когда такие содержатся);
•существенное снижение эмиссии СО2 на единицу вырабатываемой мощности (допустимо с учетом эмиссии СО2, которая была бы произведена при выработке эквивалентного количества продукции, например, металлов);
•экономические затраты на строительство и эксплуатацию такой электростанции должны быть либо равными, либо меньшими, чем у традиционных ТЭС.
Таким требованиям не отвечают многие «перспективные» решения, которые зачастую имеют лишь научно-техническую ценность, но лишены практической значимости. По существу, остаются лишь два концептуальных технических решения. Решение первое — ТЭС с технологией DCFC, т.е. использованием топливных элементов прямого окисления угля. Второе решение — ТЭС с использованием электрохимической газификации угля, совмещенной с процессом переработки золы.
Первое решение возможно с использованием топливных элементов, где уголь окисляется кислородом воздуха в ходе электрохимической реакции. Общая схема такой электростанции включает участок помола угля до пылевидного состояния (такая стадия имеется на многих современных ТЭС с пылевидным сжиганием топлива) и электрохимическое окисление угля с выработкой электроэнергии. В этом случае электрический КПД преобразования может достигать величины вплоть до 70 %, что практически вдвое выше КПД классических угольных электростанций. Рабочие температуры топливных элементов составляют от 600 до 900 °C (это ниже температуры плавления золы). Отходящее тепло может быть использовано для когенерации тепла или дополнительной выработки электроэнергии. Важным преимуществом применения топливных элементов является генерация концентрированного газового потока продуктов окисления, не содержащего большого количества балластных газов, что делает возможным экономически эффективное выделение серы электрохимическим окислением ее диоксида до товарной серной кислоты. Пылевидная зола в данном процессе пригодна без дополнительной обработки в качестве добавки в портландцементы с целью улучшения их характеристик (большинство выпускаемых цементов содержат подобного рода добавки, но как правило вводимая в их состав зола требует достаточно серьезной подготовки). При необходимости возможно выделение металлов и в ряде случаев глинозёма методом магнитной и электростатической сепарации, включая сепарацию, основанную на способности некоторых металлов (например, алюминия, меди, свинца, цинка, никеля и др.) создавать в себе магнитное поле под действием переменного магнитного поля. Упрощенная схема электростанции представлена ниже.
(продолжение) Сдерживающим фактором для распространения технологии является стоимость топливных элементов прямого окисления угля. Такие элементы содержат в составе анодного катализатора рений, что существенно повышает их стоимость. Однако ряд исследовательских групп, включая нашу, уже предложили и испытали элементы, где в качестве анодного катализатора используются соединения меди, также не образующих устойчивых сульфидов при рабочих температурах топливного элемента. Такие топливные элементы, хотя и проигрывают топливным элементам с использованием соединений рения по плотности генерируемого тока (до 400 мА/см² для рениевого катализатора против 160-190 мА/см² для медного), но существенно дешевле их.
(продолжение)
Вторым решением является электрохимическая газификация угля, имеющая неоспоримые преимущества перед любым иным типом газификации. Основные преимущества электрохимической газификации:
•Полнота газификации, исключающая остаточный углерод (при быстром пиролизе, парокислородной газификации, как и собственно при сжигании, негазифицированным остается до 10-40 % органического углерода);
•Наиболее низкие энергетические затраты/потери на газификацию (например, плазменная газификация также обеспечивает полную газификацию, но энергозатраты составляют более 18 МДж/кг топлива, что до 4 раз больше, чем при электрохимической газификации в электродных установках);
•Выделение металлических компонентов угля в форме металла, совмещенное с процессом газификации (металл восстанавливается на электродах) и удаляется в виде расплава;
•Отсутствие золы уноса, вместо нее образуется расплав алюмосиликата, который может использоваться в цикле выделения глинозема либо утилизирован после затвердевания в форме строительного щебня. Также в ряде случаев состав расплава позволяет использовать его для фасонного литья изделий из стеклоподобного материала;
•Отработанность и готовность инженерных решений электродных печей как таковых, поскольку последние давно и широко используются в промышленности;
•Отсутствие серьезных требований к подготовке угля. Не требуется ни его измельчение до состояния пыли, ни даже сушка, поскольку влага, содержащаяся в угле, является газифицирующим агентом.
Полученный горючий газ характеризуется высокой теплотворной способностью и после электрохимической очистки от серы с получением товарной серной кислоты может использоваться, в простейшем случае, взамен природного газа как топливо для газовых турбин или ГПУ. В более сложном случае, с учетом его состава с высокой долей водорода, возможно выделение водорода из газового потока и преобразование его на недорогих и доступных топливных элементах с полимерной протонообменной мембраной. При этом энергетические затраты на выделение водорода из топливного газа, прошедшего электрохимическую очистку от серы, значительно меньше прироста генерации электроэнергии (КПД элемента в оптимальных условиях до 50-60 %, в то время как электрический КПД турбины или ГПУ в 1,5-2 раза ниже; кроме того, собственно сами элементы могут быть при массовом производстве дешевле турбины или ГПУ). На рисунке ниже представлена упрощенная схема электростанции с электрохимической газификацией.
Вторым решением является электрохимическая газификация угля, имеющая неоспоримые преимущества перед любым иным типом газификации. Основные преимущества электрохимической газификации:
•Полнота газификации, исключающая остаточный углерод (при быстром пиролизе, парокислородной газификации, как и собственно при сжигании, негазифицированным остается до 10-40 % органического углерода);
•Наиболее низкие энергетические затраты/потери на газификацию (например, плазменная газификация также обеспечивает полную газификацию, но энергозатраты составляют более 18 МДж/кг топлива, что до 4 раз больше, чем при электрохимической газификации в электродных установках);
•Выделение металлических компонентов угля в форме металла, совмещенное с процессом газификации (металл восстанавливается на электродах) и удаляется в виде расплава;
•Отсутствие золы уноса, вместо нее образуется расплав алюмосиликата, который может использоваться в цикле выделения глинозема либо утилизирован после затвердевания в форме строительного щебня. Также в ряде случаев состав расплава позволяет использовать его для фасонного литья изделий из стеклоподобного материала;
•Отработанность и готовность инженерных решений электродных печей как таковых, поскольку последние давно и широко используются в промышленности;
•Отсутствие серьезных требований к подготовке угля. Не требуется ни его измельчение до состояния пыли, ни даже сушка, поскольку влага, содержащаяся в угле, является газифицирующим агентом.
Полученный горючий газ характеризуется высокой теплотворной способностью и после электрохимической очистки от серы с получением товарной серной кислоты может использоваться, в простейшем случае, взамен природного газа как топливо для газовых турбин или ГПУ. В более сложном случае, с учетом его состава с высокой долей водорода, возможно выделение водорода из газового потока и преобразование его на недорогих и доступных топливных элементах с полимерной протонообменной мембраной. При этом энергетические затраты на выделение водорода из топливного газа, прошедшего электрохимическую очистку от серы, значительно меньше прироста генерации электроэнергии (КПД элемента в оптимальных условиях до 50-60 %, в то время как электрический КПД турбины или ГПУ в 1,5-2 раза ниже; кроме того, собственно сами элементы могут быть при массовом производстве дешевле турбины или ГПУ). На рисунке ниже представлена упрощенная схема электростанции с электрохимической газификацией.
(продолжение)
Подводя итоги публикации, можно сказать, что, во-первых, в дальнейшем наиболее перспективным будет являться использование углей в комбинированном цикле производства электроэнергии и металлов.
В зависимости от месторождения угля, содержание компонентов различно и должно предварительно быть оценено. Например, бурые угли Таловского месторождения Томской области содержат: серебра — 28 г/т, скандия — 8,1 г/т, гафния — 2,1 г/т и др. (лантаниды — лантан, церий, самарий, европий). Даже угли, не содержащие зачастую никаких извлекаемых количеств РЗМ и металлов платиновой подгруппы, часто содержат оксиды железа (до 15 % и более), а также металлы группы железа.
А во-вторых, уже сегодня существуют все необходимые технологии и компетенции для проектирования и строительства подобных электростанций.
Подводя итоги публикации, можно сказать, что, во-первых, в дальнейшем наиболее перспективным будет являться использование углей в комбинированном цикле производства электроэнергии и металлов.
В зависимости от месторождения угля, содержание компонентов различно и должно предварительно быть оценено. Например, бурые угли Таловского месторождения Томской области содержат: серебра — 28 г/т, скандия — 8,1 г/т, гафния — 2,1 г/т и др. (лантаниды — лантан, церий, самарий, европий). Даже угли, не содержащие зачастую никаких извлекаемых количеств РЗМ и металлов платиновой подгруппы, часто содержат оксиды железа (до 15 % и более), а также металлы группы железа.
А во-вторых, уже сегодня существуют все необходимые технологии и компетенции для проектирования и строительства подобных электростанций.
(продолжение)
P.S.
Еще несколько кадров из презентации, проводимой для Объединённой Компании РУСАЛ в 2021 году, на которой уже тогда были продемонстрированы технологии разделения минеральных компонентов; собственно, это те самые технологии разделения золы после топливного элемента, о которых идет речь в публикации. На изображениях выше выделение железа, глинозема и РЗМ.
P.S.
Еще несколько кадров из презентации, проводимой для Объединённой Компании РУСАЛ в 2021 году, на которой уже тогда были продемонстрированы технологии разделения минеральных компонентов; собственно, это те самые технологии разделения золы после топливного элемента, о которых идет речь в публикации. На изображениях выше выделение железа, глинозема и РЗМ.
О решении проблемы стабильности пептидных комплексов
Ранее мы сообщали о перспективных разработках, связанных с применением пептидных комплексов в сочетании с трансдермальными химическими системами переноса. Несмотря на более чем хорошие результаты испытаний, выявилась проблема экспериментальных препаратов, содержащих такие комплексы – их плохая устойчивость (потеря активности) во время хранения при температуре выше +10 °C.
Возможным решением оказалась стабилизация комплексов растворами биологически инертных высокоразветвленных ПАГ даже в условиях малых концентраций. Пока не совсем ясна природа стабилизации, и, вероятно, для разных активных комплексов требуется разная по структуре ПАГ. Однако для одного из препаратов, содержащего гиалуроновую кислоту и комплекс пептидов, стимулирующих ее синтез внутри организма, такой ПАГ (разветвленный сополимер этилен- и бутилен-оксидов) подобрать удалось.
Использование препарата предполагалось для замены внутрисуставных инъекций гиалуроновой кислоты. Согласно лабораторным данным, наличие ПАГ в качестве стабилизатора практически не повлияло на активность препарата (снижение активности не более чем на 1,6%); при этом сам ПАГ не оказался подверженным трандермальному переносу и не был обнаружен внутри синовиальной жидкости при росте концентрации гиалуроновой кислоты (эксперименты проводились на мышах и кроликах).
Также препарат был испытан в ветеринарной практике в форме геля на собаках, где также показал свою эффективность и отсутствие побочных эффектов. Таким образом, вероятно, найден путь для решения задачи стабилизации активных комплексов на основе пептидов в сочетании с трансдермальными системами переноса.
Ранее мы сообщали о перспективных разработках, связанных с применением пептидных комплексов в сочетании с трансдермальными химическими системами переноса. Несмотря на более чем хорошие результаты испытаний, выявилась проблема экспериментальных препаратов, содержащих такие комплексы – их плохая устойчивость (потеря активности) во время хранения при температуре выше +10 °C.
Возможным решением оказалась стабилизация комплексов растворами биологически инертных высокоразветвленных ПАГ даже в условиях малых концентраций. Пока не совсем ясна природа стабилизации, и, вероятно, для разных активных комплексов требуется разная по структуре ПАГ. Однако для одного из препаратов, содержащего гиалуроновую кислоту и комплекс пептидов, стимулирующих ее синтез внутри организма, такой ПАГ (разветвленный сополимер этилен- и бутилен-оксидов) подобрать удалось.
Гиалуроновая кислота – естественное вещество, входящее в состав синовиальной жидкости, и обеспечивает «смазку» внутри сустава. Внутрисуставные инъекции гиалуроновой кислоты используют для лечения заболеваний суставов, сопровождающихся болью при ходьбе, скованностью и снижением подвижности. Гиалуроновая кислота обеспечивает снижение боли за счет уменьшения трения суставных поверхностей, восстановление подвижности, уменьшение воспаления и отека при артрозе и артрите за счет противовоспалительного действия, замедление разрушения хряща и за счет улучшения питания хрящевой ткани в сочетании со стимуляцией регенерации.
Использование препарата предполагалось для замены внутрисуставных инъекций гиалуроновой кислоты. Согласно лабораторным данным, наличие ПАГ в качестве стабилизатора практически не повлияло на активность препарата (снижение активности не более чем на 1,6%); при этом сам ПАГ не оказался подверженным трандермальному переносу и не был обнаружен внутри синовиальной жидкости при росте концентрации гиалуроновой кислоты (эксперименты проводились на мышах и кроликах).
Также препарат был испытан в ветеринарной практике в форме геля на собаках, где также показал свою эффективность и отсутствие побочных эффектов. Таким образом, вероятно, найден путь для решения задачи стабилизации активных комплексов на основе пептидов в сочетании с трансдермальными системами переноса.
Красные шламы и технологии их переработки
12 февраля 2021 года на экспериментальной установке EMQU-Technology (USA) по переработке красного шлама в интересах компании РУСАЛ были проведены ОПИ, в результате которых было показано, что с высокой прибыльностью возможно извлечение с 1 т красного шлама: 0,35 т чугуна, 0,18 т оксида алюминия, 0,06 т щелочи (при реализации «щелочного» варианта технологии), а также отдельно могли быть извлечены РЗМ (по крайней мере, для образца красного шлама, предоставленного РУСАЛ на испытания). Несмотря на то что технология прошла все необходимые экспертизы РУСАЛ и более того, от РУСАЛ поступило коммерческое предложение, EMQU-Technology было вынуждено отказаться от него ввиду неприемлемых коммерческих условий.
Технология 2021 года по-прежнему остается актуальной, как, впрочем, и все существующие на тот период технологические проблемы производств РУСАЛа. Однако за прошедшее время удалось решить многие технологические проблемы, позволившие стать жизнеспособными другим технологиям утилизации красного шлама и безотходной переработки бокситов, а также альтернативного сырья – золы от сжигания угля. Эта публикация посвящена краткому обзору инженерно-технических решений в области технологии производства глинозема и переработки отходов.
Первое решение во многом стало возможным благодаря решению задач энергетики в части электростанций, работающих на низкокалорийном высокозольном топливе, таком как бурый уголь. Такие электростанции, по одному из вариантов концепции их построения, подразумевают электрохимическую газификацию угля в расплаве его золы. Согласно проведенным экспериментам, удалось убедиться в возможности совместной переработки бурого угля и красного шлама, при этом одновременно решаются задачи собственно переработки красного шлама с выделением металлического железа и глинозема и генерации электроэнергии, которая может быть использована для обеспечения, например, основного производства глинозема/алюминия.
Второе решение также стало возможным благодаря решению технических задач в других областях, на этот раз в области мембранных электролизёров и топливных элементов. Несмотря на то что технология была нам хорошо известна и изучена еще в 2021 году, ее промышленная реализация была невозможной вплоть до недавнего времени, когда удалось решить скорее инженерные, чем чисто научные задачи, позволившие существенно снизить как капитальные, так и операционные затраты при реализации технологии. Технология наиболее легко интегрируется в действующее производство и позволяет наиболее полно разделить компоненты красного шлама или альтернативного сырья.
Суть технологии состоит в растворении красного шлама в растворе серной кислоты и электрохимическом осаждении высокочистого железа на нерастворимых электродах. При этом не происходит осаждения РЗМ, которые накапливаются в растворе серной кислоты и могут быть выделены в другом электролизере с соответствующими параметрами напряжения и плотности тока на электродах (металлы в металлической форме) или выделены высаливанием в форме соответствующих сульфатов или оксидов после термического разложения в мягких условиях (например, температура разложения сульфата иттрия всего 120 °C).
Расход электроэнергии на получение электролитического железа в зависимости от конструкции составляет 4000-4200 кВт*ч на 1 тонну железа. При этом в случае использования электроэнергии, приобретенной у ГЭС и АЭС, электролитическое железо не будет попадать под международные и, в частности, европейские налоги на выбросы углерода в атмосферу.
12 февраля 2021 года на экспериментальной установке EMQU-Technology (USA) по переработке красного шлама в интересах компании РУСАЛ были проведены ОПИ, в результате которых было показано, что с высокой прибыльностью возможно извлечение с 1 т красного шлама: 0,35 т чугуна, 0,18 т оксида алюминия, 0,06 т щелочи (при реализации «щелочного» варианта технологии), а также отдельно могли быть извлечены РЗМ (по крайней мере, для образца красного шлама, предоставленного РУСАЛ на испытания). Несмотря на то что технология прошла все необходимые экспертизы РУСАЛ и более того, от РУСАЛ поступило коммерческое предложение, EMQU-Technology было вынуждено отказаться от него ввиду неприемлемых коммерческих условий.
Технология 2021 года по-прежнему остается актуальной, как, впрочем, и все существующие на тот период технологические проблемы производств РУСАЛа. Однако за прошедшее время удалось решить многие технологические проблемы, позволившие стать жизнеспособными другим технологиям утилизации красного шлама и безотходной переработки бокситов, а также альтернативного сырья – золы от сжигания угля. Эта публикация посвящена краткому обзору инженерно-технических решений в области технологии производства глинозема и переработки отходов.
Первое решение во многом стало возможным благодаря решению задач энергетики в части электростанций, работающих на низкокалорийном высокозольном топливе, таком как бурый уголь. Такие электростанции, по одному из вариантов концепции их построения, подразумевают электрохимическую газификацию угля в расплаве его золы. Согласно проведенным экспериментам, удалось убедиться в возможности совместной переработки бурого угля и красного шлама, при этом одновременно решаются задачи собственно переработки красного шлама с выделением металлического железа и глинозема и генерации электроэнергии, которая может быть использована для обеспечения, например, основного производства глинозема/алюминия.
Второе решение также стало возможным благодаря решению технических задач в других областях, на этот раз в области мембранных электролизёров и топливных элементов. Несмотря на то что технология была нам хорошо известна и изучена еще в 2021 году, ее промышленная реализация была невозможной вплоть до недавнего времени, когда удалось решить скорее инженерные, чем чисто научные задачи, позволившие существенно снизить как капитальные, так и операционные затраты при реализации технологии. Технология наиболее легко интегрируется в действующее производство и позволяет наиболее полно разделить компоненты красного шлама или альтернативного сырья.
Суть технологии состоит в растворении красного шлама в растворе серной кислоты и электрохимическом осаждении высокочистого железа на нерастворимых электродах. При этом не происходит осаждения РЗМ, которые накапливаются в растворе серной кислоты и могут быть выделены в другом электролизере с соответствующими параметрами напряжения и плотности тока на электродах (металлы в металлической форме) или выделены высаливанием в форме соответствующих сульфатов или оксидов после термического разложения в мягких условиях (например, температура разложения сульфата иттрия всего 120 °C).
Расход электроэнергии на получение электролитического железа в зависимости от конструкции составляет 4000-4200 кВт*ч на 1 тонну железа. При этом в случае использования электроэнергии, приобретенной у ГЭС и АЭС, электролитическое железо не будет попадать под международные и, в частности, европейские налоги на выбросы углерода в атмосферу.
(продолжение, начало здесь)
На изображениях представлены: состав образца красного шлама от РУСАЛ и схема переработки электродным способом.
Алюминий в виде его сульфата также переходит в раствор при действии серной кислоты. Сульфат алюминия достаточно легко выделяется в чистом виде за счет высаливания, а далее может быть подвергнут термическому разложению при 580-600 °C с получением серного ангидрида и глинозема. Серный ангидрид связывается раствором серной кислоты с регенерацией ее же в более концентрированной форме. Полученная в ходе утилизации серного ангидрида более концентрированная серная кислота может быть использована вместо органического осадителя как собственно сульфата алюминия, так и сульфатов некоторых РЗМ (за счет разной растворимости сульфатов в сернокислотных растворах). Упрощенная схема разработанного процесса на примере переработки красного шлама представлена на рисунке.
Существенное преимущество второго решения состоит в возможности переработки золошлаковых отвалов или каолинов, используя их в качестве сырья для извлечения глинозема вместо бокситов. Но и бокситы также могут быть переработаны по данной схеме без образования красного шлама и иных отходов, при этом давая выигрыш в операционных затратах на переработку.
На изображениях представлены: состав образца красного шлама от РУСАЛ и схема переработки электродным способом.
Алюминий в виде его сульфата также переходит в раствор при действии серной кислоты. Сульфат алюминия достаточно легко выделяется в чистом виде за счет высаливания, а далее может быть подвергнут термическому разложению при 580-600 °C с получением серного ангидрида и глинозема. Серный ангидрид связывается раствором серной кислоты с регенерацией ее же в более концентрированной форме. Полученная в ходе утилизации серного ангидрида более концентрированная серная кислота может быть использована вместо органического осадителя как собственно сульфата алюминия, так и сульфатов некоторых РЗМ (за счет разной растворимости сульфатов в сернокислотных растворах). Упрощенная схема разработанного процесса на примере переработки красного шлама представлена на рисунке.
По данным за 2021 год РУСАЛ совместно с НИТУ «МИСиС» разрабатывал технологию переработки каолинов соляной кислотой и к 2034 году планировал построить глиноземный завод производительностью 106 тонн/год. В создаваемой РУСАЛом технологии рассматриваются различные способы удаления железа и электрохимической регенерации соляной кислоты. У НИТУ «МИСиС» есть патенты на электрохимическую очистку растворов от железа, но они не вполне пригодны для переработки красного шлама из-за высокой летучести соляной кислоты и высокой стоимости оборудования, устойчивого к действию соляной кислоты. Кроме того, в этих способах используются растворимые алюминиевые аноды, и часть полученного металлического алюминия возвращается в процесс производства глинозема.
Существенное преимущество второго решения состоит в возможности переработки золошлаковых отвалов или каолинов, используя их в качестве сырья для извлечения глинозема вместо бокситов. Но и бокситы также могут быть переработаны по данной схеме без образования красного шлама и иных отходов, при этом давая выигрыш в операционных затратах на переработку.
Когда не хватает бензина или снова о распределённой децентрализованной нефтепереработке
Явные проблемы с нехваткой бензина (пока явные только бензина) — ещё один повод поднять тему о устойчивости производства в военный период. Собственно, решений проблемы всего два: эвакуация производства в глубокий тыл (а такое понятие как «глубокий тыл» становится всё менее актуальным в виду массового и в общем уже не столь дорогого дальнобойного оружия воздушного нападения) и его рассредоточение. Мы об этом уже писали и применительно к миниНПЗ тоже. В качестве дополнения к этому материалу можно обозначить ещё два вполне реализуемых инженерных решения, способных решить проблему в условиях экстремальной нехватки топлива, когда ездить нужно, но топлива нет совсем.
В первом решении речь идёт о выпуске суррогатного топлива. Требования к такому топливу по сути только одно: оно должно быть безопасным для двигателя и не приводить к его поломке. Иными словами, требования по экологичности, содержанию окислов азота и угарного газа, ароматических соединений в выхлопе уходят на второй план. В качестве примера возможности получения такого топлива можно рассмотреть перегонку пиролизного масла, получаемого, например, при переработке полимеров или автомобильных покрышек. Бензиновая фракция таких пиролизных жидкостей очень далека от состава автомобильного бензина и напрямую не может быть использована в качестве топлива (проблемы осмоления и коксования, хотя октановое число порядка 100 единиц по исследовательскому методу). Однако такой недостаток может быть легко преодолен путём пропускания паров перегонки через слой катализатора и получения бензиновой фракции, пригодной для безопасного использования в моторах. Подобные рассуждения и решения справедливы и возможны для дизельной фракции, вырабатываемой из пиролизной жидкости.
Получение моторных топлив, максимально приближенных или вовсе соответствующих действующим стандартам на топливо, также возможно, хотя, будучи более сложной задачей, требует несколько более сложного и дорогостоящего оборудования. Еще интересным моментом является ввод дополнительных присадок и компонентов, позволяющих получать т.н. «дизайнерское» топливо. Под термином «дизайнерское топливо» подразумевается топливо, соответствующее требованиям безопасности двигателя, топливной системы машины в целом и экологическим нормам выброса, но не отвечающее требованиям действующих ГОСТ. Условность ГОСТовского и дизайнерского топлив во многом лежит не в технической, а законодательной сфере. Например, бензин, содержащий ММА, запрещен, однако сейчас, благодаря известным событиям, предлагается на весьма высоком уровне, пусть и временно, разрешить его применение снова. Тема выпуска моторных топлив, дизайнерских и соответствующих действующим стандартам сама по себе интересна и заслуживает отдельной публикации, которая появится в ближайшее время, тем более что в настоящее время ведутся работы по запуску такого производства.
Вторым решением является установка проточной пиролизной установки на автомобиль. Решение не новое: в условиях катастрофической нехватки топлива в той же Германии (да и в СССР тоже) на автотехнику устанавливали газогенераторы, работающие на древесине. К счастью, мы ещё очень далеки от перспективы всерьёз задуматься о таком решении, а вот компактный секционный проточный реактор конверсии жидкого топлива (дизельного, продуктов химии, той же пиролизной жидкости и даже мазута) вполне имеет право на жизнь для автомобильной техники, например, принимающей участие в СВО, где найти дизельное топливо куда проще, чем бензиновое, тем более что такой газификатор по сути может быть легко изготовлен в полукустарной мастерской.
Явные проблемы с нехваткой бензина (пока явные только бензина) — ещё один повод поднять тему о устойчивости производства в военный период. Собственно, решений проблемы всего два: эвакуация производства в глубокий тыл (а такое понятие как «глубокий тыл» становится всё менее актуальным в виду массового и в общем уже не столь дорогого дальнобойного оружия воздушного нападения) и его рассредоточение. Мы об этом уже писали и применительно к миниНПЗ тоже. В качестве дополнения к этому материалу можно обозначить ещё два вполне реализуемых инженерных решения, способных решить проблему в условиях экстремальной нехватки топлива, когда ездить нужно, но топлива нет совсем.
В первом решении речь идёт о выпуске суррогатного топлива. Требования к такому топливу по сути только одно: оно должно быть безопасным для двигателя и не приводить к его поломке. Иными словами, требования по экологичности, содержанию окислов азота и угарного газа, ароматических соединений в выхлопе уходят на второй план. В качестве примера возможности получения такого топлива можно рассмотреть перегонку пиролизного масла, получаемого, например, при переработке полимеров или автомобильных покрышек. Бензиновая фракция таких пиролизных жидкостей очень далека от состава автомобильного бензина и напрямую не может быть использована в качестве топлива (проблемы осмоления и коксования, хотя октановое число порядка 100 единиц по исследовательскому методу). Однако такой недостаток может быть легко преодолен путём пропускания паров перегонки через слой катализатора и получения бензиновой фракции, пригодной для безопасного использования в моторах. Подобные рассуждения и решения справедливы и возможны для дизельной фракции, вырабатываемой из пиролизной жидкости.
Получение моторных топлив, максимально приближенных или вовсе соответствующих действующим стандартам на топливо, также возможно, хотя, будучи более сложной задачей, требует несколько более сложного и дорогостоящего оборудования. Еще интересным моментом является ввод дополнительных присадок и компонентов, позволяющих получать т.н. «дизайнерское» топливо. Под термином «дизайнерское топливо» подразумевается топливо, соответствующее требованиям безопасности двигателя, топливной системы машины в целом и экологическим нормам выброса, но не отвечающее требованиям действующих ГОСТ. Условность ГОСТовского и дизайнерского топлив во многом лежит не в технической, а законодательной сфере. Например, бензин, содержащий ММА, запрещен, однако сейчас, благодаря известным событиям, предлагается на весьма высоком уровне, пусть и временно, разрешить его применение снова. Тема выпуска моторных топлив, дизайнерских и соответствующих действующим стандартам сама по себе интересна и заслуживает отдельной публикации, которая появится в ближайшее время, тем более что в настоящее время ведутся работы по запуску такого производства.
Вторым решением является установка проточной пиролизной установки на автомобиль. Решение не новое: в условиях катастрофической нехватки топлива в той же Германии (да и в СССР тоже) на автотехнику устанавливали газогенераторы, работающие на древесине. К счастью, мы ещё очень далеки от перспективы всерьёз задуматься о таком решении, а вот компактный секционный проточный реактор конверсии жидкого топлива (дизельного, продуктов химии, той же пиролизной жидкости и даже мазута) вполне имеет право на жизнь для автомобильной техники, например, принимающей участие в СВО, где найти дизельное топливо куда проще, чем бензиновое, тем более что такой газификатор по сути может быть легко изготовлен в полукустарной мастерской.
Альтернативное сырье для производства моторных топлив и его переработка на миниНПЗ
Текущие проблемы с топливом поднимают тему целесообразности воскрешения миниНПЗ и реализации концепции распределенного производства, о чем мы писали ранее, и ставят вопрос об использовании для выработки топлива альтернативных видов сырья, кроме традиционных – нефти или газового конденсата. К таким видам сырья можно отнести различного рода пиролизные жидкости (например, довольно доступные пиролизные жидкости из резиновых покрышек, а также пиролизные жидкости из полимеров), отработанные моторные масла (ОММ), а также мазуты, включая мазуты с хранения и обезвоженные нефтешламы.
Отдельно стоит возможность производства топлива из угля, о чем мы также писали, но это уже достаточно серьезное, технологически сложное и, относительно других вариантов, дорогостоящее производство.
Переработка ОММ в дизельное топливо наименее интересна, если говорить о серьезных объемах, да и перерабатывать ОММ экономически целесообразно в базовые масла. Пиролизные жидкости – тоже достаточно ограниченный ресурс (если речь о реально больших объемах производства), но этот ресурс может быть существенно расширен за счет одновременного ввода в действие производства пиролизного топлива. О этих направлениях скоро будут отдельные публикации, а нынешняя публикация посвящена такому сырью, как мазут и родственные ему продукты (жидкие нефтешламы, большей частью отделенные от воды, с ее содержанием менее 3-5%).
Проблема мазута как сырья для миниНПЗ состоит главным образом в том, что на рынке представлен мазут, полученный в ходе вторичной переработки прямогонного мазута, например в процессе каталитического крекинга. Такой мазут, как правило, имеет лучшую текучесть и температурные характеристики, чем прямогонный мазут, и предпочтителен для энергетиков, но ввиду значительного изменения соотношения С:Н в пользу углерода, становится непригодным для извлечения светлых фракций различного рода процессами крекинга. Единственным способом его переработки является процесс коксования с каталитическим преобразованием парогазовой смеси коксования и разгонки полученных процессов с получением ДТ (в т.ч. зимнего) и высокооктанового мазута. Дополнительно такие продукты (содержание серы в них уже существенно ниже, чем в исходном мазуте) могут быть очищены от серы до уровня 5-го экологического класса.
Реактор проточного коксования представляет собой непрерывно действующий аппарат без подвижных механизмов, что выгодно отличает его от шнековых механизмов, получивших значительное распространение в форме предложений у самых разных производителей и весьма плохо и нестабильно работающих на практике, несмотря на рекламные заявления о обратном.
Решение по шнековому аппарату проточного крекинга, реально работающему, хотя и имеющему некоторые ограничения по производительности, было описано и продемонстрировано еще в 2012 году, однако многие «специалисты», взявшие кажущуюся его простоту, за все это время так и не смогли решить ряд технических проблем, решение которых позволяло бы говорить о реальной работоспособности с приемлемыми технико-экономическими показателями процесса.
Другой особенностью предлагаемого решения крекинга является, во-первых, минимизация образования кокса, а во-вторых, его использование в качестве топлива и дополнительного источника водорода для гидрирования жидких продуктов крекинга в ходе каталитического преобразования парогазовой смеси крекинга, также осуществляемого в реакторе. Описание конструкции реактора и принципа его работы появится позже, после завершения процедуры патентования, однако заинтересованным лицам в случае соответствующих договоренностей всегда есть возможность продемонстрировать процесс в лаборатории РГУ Нефти и Газа им. И.М. Губкина либо на действующей производственной площадке.
Текущие проблемы с топливом поднимают тему целесообразности воскрешения миниНПЗ и реализации концепции распределенного производства, о чем мы писали ранее, и ставят вопрос об использовании для выработки топлива альтернативных видов сырья, кроме традиционных – нефти или газового конденсата. К таким видам сырья можно отнести различного рода пиролизные жидкости (например, довольно доступные пиролизные жидкости из резиновых покрышек, а также пиролизные жидкости из полимеров), отработанные моторные масла (ОММ), а также мазуты, включая мазуты с хранения и обезвоженные нефтешламы.
Отдельно стоит возможность производства топлива из угля, о чем мы также писали, но это уже достаточно серьезное, технологически сложное и, относительно других вариантов, дорогостоящее производство.
Переработка ОММ в дизельное топливо наименее интересна, если говорить о серьезных объемах, да и перерабатывать ОММ экономически целесообразно в базовые масла. Пиролизные жидкости – тоже достаточно ограниченный ресурс (если речь о реально больших объемах производства), но этот ресурс может быть существенно расширен за счет одновременного ввода в действие производства пиролизного топлива. О этих направлениях скоро будут отдельные публикации, а нынешняя публикация посвящена такому сырью, как мазут и родственные ему продукты (жидкие нефтешламы, большей частью отделенные от воды, с ее содержанием менее 3-5%).
Проблема мазута как сырья для миниНПЗ состоит главным образом в том, что на рынке представлен мазут, полученный в ходе вторичной переработки прямогонного мазута, например в процессе каталитического крекинга. Такой мазут, как правило, имеет лучшую текучесть и температурные характеристики, чем прямогонный мазут, и предпочтителен для энергетиков, но ввиду значительного изменения соотношения С:Н в пользу углерода, становится непригодным для извлечения светлых фракций различного рода процессами крекинга. Единственным способом его переработки является процесс коксования с каталитическим преобразованием парогазовой смеси коксования и разгонки полученных процессов с получением ДТ (в т.ч. зимнего) и высокооктанового мазута. Дополнительно такие продукты (содержание серы в них уже существенно ниже, чем в исходном мазуте) могут быть очищены от серы до уровня 5-го экологического класса.
Реактор проточного коксования представляет собой непрерывно действующий аппарат без подвижных механизмов, что выгодно отличает его от шнековых механизмов, получивших значительное распространение в форме предложений у самых разных производителей и весьма плохо и нестабильно работающих на практике, несмотря на рекламные заявления о обратном.
Решение по шнековому аппарату проточного крекинга, реально работающему, хотя и имеющему некоторые ограничения по производительности, было описано и продемонстрировано еще в 2012 году, однако многие «специалисты», взявшие кажущуюся его простоту, за все это время так и не смогли решить ряд технических проблем, решение которых позволяло бы говорить о реальной работоспособности с приемлемыми технико-экономическими показателями процесса.
Другой особенностью предлагаемого решения крекинга является, во-первых, минимизация образования кокса, а во-вторых, его использование в качестве топлива и дополнительного источника водорода для гидрирования жидких продуктов крекинга в ходе каталитического преобразования парогазовой смеси крекинга, также осуществляемого в реакторе. Описание конструкции реактора и принципа его работы появится позже, после завершения процедуры патентования, однако заинтересованным лицам в случае соответствующих договоренностей всегда есть возможность продемонстрировать процесс в лаборатории РГУ Нефти и Газа им. И.М. Губкина либо на действующей производственной площадке.
Краска для металла со сроком эксплуатации один век
Немного о истории создания
Идея разработки возникла из одной рассказанной истории, согласно которой еще во времена СССР на Нижнекамском нефтехимическом комбинате (ныне «Нижнекамскнефтехим») производили, в том числе, для собственных нужд лакокрасочный материал, состав которого был максимально прост и состоял всего из двух компонентов: кубового остатка ректификации стирола (КОРС) и алюминиевой пудры. Несмотря на свою простоту, состав оказался очень эффективным для защиты черного металла от коррозии; покрашенные им однажды стальные конструкции остались защищенными и без следов ржавчины спустя 60 лет после их окрашивания. Основная причина, по которой было прекращено данное производство, – проблемы, связанные с токсичностью стирола. Заменой этому составу была назначена термопластичная олифа, которая несколько уступала составу на базе КОРС и выпускалась, пока выпускалось сырье (фракция непредельных углеводородов С9). Собственно, эта история и ранее накопленный существенный опыт в разработке ЛКМ послужили началом проведенной разработки состава ЛКМ, не уступающего по своим характеристикам старому составу, но лишенного его недостатков.
О разработке
Сырье, собственно, КОРС никуда не исчезло, поэтому его состав мог быть хорошо изучен, благодаря чему, во-первых, удалось оптимизировать состав ЛКМ, а во-вторых, на случай такой необходимости, расширить сырьевую базу и обеспечить независимость только от одного источника сырья. Особенность связующего первоначального «исторического» состава была в очень высокой проникающей способности в следы коррозии и микродефекты металлической поверхности в сочетании с превосходной адгезией и способностью к образованию координационных связей с атомами металла (в частности, железа). При этом интересно то, что для самого чистого стирола не характерно образование донорно-акцепторных связей с железом. Проблема токсикологии была решена достаточно просто за счет преобразования стирола в полусшитые олигомеры, не обладающие летучестью. Это же решение (по сшивке олигомеров) позволило устранить еще две проблемы связующих на основе стирола: низкую стойкость к растворителям готовой пленки ЛКМ и плохую пригодность для нанесения ЛКМ методом распыления (образование характерных нитей в процессе нанесения ЛКМ).
Ускоренные методы испытания показали стойкость покрытия, приближенную практически к 100 годам эксплуатации, что в сочетании с относительно невысокой себестоимостью продукта создает неплохие перспективы для его коммерциализации.
О производстве и коммерциализации
В настоящее время подготовлено производство. Компания открыта к сотрудничеству в формате B2B, а также заинтересована в поиске дилеров. Всю необходимую информацию, обсудить условия и получить информацию возможно, связавшись с компанией-разработчиком.
Дополнительная информация
Презентация технологий для ЛКМ общего назначения
Презентация технологий для ЛКМ промышленного и специального назначения
Презентация технологий для ЛКМ корабельного назначения
Читайте нас в Дзен и ВКонтакте
Немного о истории создания
Идея разработки возникла из одной рассказанной истории, согласно которой еще во времена СССР на Нижнекамском нефтехимическом комбинате (ныне «Нижнекамскнефтехим») производили, в том числе, для собственных нужд лакокрасочный материал, состав которого был максимально прост и состоял всего из двух компонентов: кубового остатка ректификации стирола (КОРС) и алюминиевой пудры. Несмотря на свою простоту, состав оказался очень эффективным для защиты черного металла от коррозии; покрашенные им однажды стальные конструкции остались защищенными и без следов ржавчины спустя 60 лет после их окрашивания. Основная причина, по которой было прекращено данное производство, – проблемы, связанные с токсичностью стирола. Заменой этому составу была назначена термопластичная олифа, которая несколько уступала составу на базе КОРС и выпускалась, пока выпускалось сырье (фракция непредельных углеводородов С9). Собственно, эта история и ранее накопленный существенный опыт в разработке ЛКМ послужили началом проведенной разработки состава ЛКМ, не уступающего по своим характеристикам старому составу, но лишенного его недостатков.
О разработке
Сырье, собственно, КОРС никуда не исчезло, поэтому его состав мог быть хорошо изучен, благодаря чему, во-первых, удалось оптимизировать состав ЛКМ, а во-вторых, на случай такой необходимости, расширить сырьевую базу и обеспечить независимость только от одного источника сырья. Особенность связующего первоначального «исторического» состава была в очень высокой проникающей способности в следы коррозии и микродефекты металлической поверхности в сочетании с превосходной адгезией и способностью к образованию координационных связей с атомами металла (в частности, железа). При этом интересно то, что для самого чистого стирола не характерно образование донорно-акцепторных связей с железом. Проблема токсикологии была решена достаточно просто за счет преобразования стирола в полусшитые олигомеры, не обладающие летучестью. Это же решение (по сшивке олигомеров) позволило устранить еще две проблемы связующих на основе стирола: низкую стойкость к растворителям готовой пленки ЛКМ и плохую пригодность для нанесения ЛКМ методом распыления (образование характерных нитей в процессе нанесения ЛКМ).
Ускоренные методы испытания показали стойкость покрытия, приближенную практически к 100 годам эксплуатации, что в сочетании с относительно невысокой себестоимостью продукта создает неплохие перспективы для его коммерциализации.
О производстве и коммерциализации
В настоящее время подготовлено производство. Компания открыта к сотрудничеству в формате B2B, а также заинтересована в поиске дилеров. Всю необходимую информацию, обсудить условия и получить информацию возможно, связавшись с компанией-разработчиком.
Дополнительная информация
Презентация технологий для ЛКМ общего назначения
Презентация технологий для ЛКМ промышленного и специального назначения
Презентация технологий для ЛКМ корабельного назначения
Читайте нас в Дзен и ВКонтакте