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
Мини НПЗ. Новый катализатор как решение проблем с мазутом и снижением капиталоемкости оборудования для выработки моторного топлива
Очередные удары по крупным НПЗ еще раз делают актуальным возвращение мини НПЗ полного цикла для выработки моторного топлива. Одной из значимых проблем малых НПЗ, помимо проблемы обессеривания, является большое образование мазута при переработке нефти в сочетании с малой его стоимостью и низкой востребованностью на рынке.
Решение проблемы мазута может быть найдено на стадии проектирования мини НПЗ путем выбора соответствующих технологических и инженерных решений. Однако на уже действующих НПЗ (по крайней мере, такие НПЗ все еще функционируют, если не в России, то на территории постсоветского пространства, да и в России может стать вопрос относительно недорогой модернизации законсервированных мини НПЗ, позволяющих им выпускать моторные топлива, отвечающие стандартам) установка блоков крекинга мазута (и это, как правило, все равно вариации термического крекинга) с последующим облагораживанием продуктов крекинга весьма дорого.
Предлагаемый разработанный компанией недорогой катализатор способен решить проблему модернизации существующих заводов. Применение катализатора возможно двумя способами.
Первый способ — это крекинг горячего кубового остатка, выводимого из колоны. Температуру крекинга легко понизить, используя окислительное инициирование в сочетании с изомеризацией продуктов на разработанном катализаторе. Собственно, катализатор может быть размещен непосредственно в жидкой фазе кубового остатка либо по схеме пропускания парогазовых продуктов крекинга через слой катализатора.
Второй способ — каталитическая обработка нефти перед ее ректификацией. Технически это реализуется путем подачи нефти после трубчатой печи в проточный реактор, заполненный катализатором, а уже потом в ректификационную колонну. В этом случае фракционный состав нефти практически не изменяется, но серьезно изменяется ее групповой состав, характеризующийся появлением существенного количества изопарафинов и нафтенов и снижением смол, асфальтенов.
Хотя эти способы в полной мере не решают проблемы мазута, поскольку все равно требуется блок коксования, но делают ее менее значимой, снижая его количество от двух до пяти крат от исходного количества, образующегося при переработке нефти.
Дополнительную информацию, касающуюся лабораторного тестирования, рекомендаций применения и вопросов поставок, можно получить, сделав соответствующий запрос в компанию разработчика.
Очередные удары по крупным НПЗ еще раз делают актуальным возвращение мини НПЗ полного цикла для выработки моторного топлива. Одной из значимых проблем малых НПЗ, помимо проблемы обессеривания, является большое образование мазута при переработке нефти в сочетании с малой его стоимостью и низкой востребованностью на рынке.
Решение проблемы мазута может быть найдено на стадии проектирования мини НПЗ путем выбора соответствующих технологических и инженерных решений. Однако на уже действующих НПЗ (по крайней мере, такие НПЗ все еще функционируют, если не в России, то на территории постсоветского пространства, да и в России может стать вопрос относительно недорогой модернизации законсервированных мини НПЗ, позволяющих им выпускать моторные топлива, отвечающие стандартам) установка блоков крекинга мазута (и это, как правило, все равно вариации термического крекинга) с последующим облагораживанием продуктов крекинга весьма дорого.
Предлагаемый разработанный компанией недорогой катализатор способен решить проблему модернизации существующих заводов. Применение катализатора возможно двумя способами.
Первый способ — это крекинг горячего кубового остатка, выводимого из колоны. Температуру крекинга легко понизить, используя окислительное инициирование в сочетании с изомеризацией продуктов на разработанном катализаторе. Собственно, катализатор может быть размещен непосредственно в жидкой фазе кубового остатка либо по схеме пропускания парогазовых продуктов крекинга через слой катализатора.
Справка. Окислительный крекинг, или правильнее крекинг с окислительным инициированием, это некаталитический крекинг, протекающий подобно классическому термическому крекингу по радикальному механизму реакции, но при более низкой температуре. Необходимые радикалы образуются не за счет термического распада молекул углеводородов, а за счет распада органических гидропероксидов. Органические гидропероксиды в свою очередь образуются либо за счет реакции с барботируемым кислородом воздуха (преимущество такого подхода — нейтральный тепловой баланс крекинга, затраты тепла на реакцию крекинга компенсируются теплом от реакций окисления), либо путем ввода (менее 0,3%) прекурсоров пероксидов, например, ацетона или муравьиной кислоты в смеси с гидропероксидом водорода.
Типовой групповой состав углеводородов крекинг-фракции, % масс:
•Парафины (преимущественно бензиновая фракция) — 22,3
•Изопарафины — 23,7
•Ароматика — 28,9
•Нафтены — 21,7
•Олефины — 3,4
Второй способ — каталитическая обработка нефти перед ее ректификацией. Технически это реализуется путем подачи нефти после трубчатой печи в проточный реактор, заполненный катализатором, а уже потом в ректификационную колонну. В этом случае фракционный состав нефти практически не изменяется, но серьезно изменяется ее групповой состав, характеризующийся появлением существенного количества изопарафинов и нафтенов и снижением смол, асфальтенов.
Типовой состав углеводородов нефти после каталитического блока, % масс:
•Парафины (преимущественно бензиновая фракция) — 22,9
•Изопарафины — 25,3
•Ароматика — 23,9
•Нафтены — 19,4
•Олефины — 2,1
•Прочие (смолы и асфальтены) — 6,4
Хотя эти способы в полной мере не решают проблемы мазута, поскольку все равно требуется блок коксования, но делают ее менее значимой, снижая его количество от двух до пяти крат от исходного количества, образующегося при переработке нефти.
Дополнительную информацию, касающуюся лабораторного тестирования, рекомендаций применения и вопросов поставок, можно получить, сделав соответствующий запрос в компанию разработчика.
Перевод дизельного двигателя на угольное топливо
Идея работы на угле (угольной пыли) — это одно из направлений, по которому шло создание дизельных двигателей. Однако проблемы использования пылевидного угольного топлива, начиная от его хранения и подачи в дизельный двигатель и заканчивая высокой абразивностью, очень быстро вынудили разработчиков отказаться от него и сделать выбор в пользу ныне привычного дизельного топлива. Однако работа дизельного двигателя на угольном топливе всё же возможна и может быть экономически оправданной. Причём речь не идёт о специальных моторах (такие экспериментальные моторы хоть и существуют, но вряд ли имеют коммерческий потенциал), да и вообще речь не идёт о какой-либо переделке мотора, а двигатель сохраняет возможность работы на обычном дизельном топливе.
Говоря о экономической целесообразности (кратной экономии расходов на топливо), перевод дизельного двигателя на уголь, в первую очередь, целесообразен для больших мощных дизельных двигателей, например, двигателей дизельных электростанций, двигателей железнодорожных локомотивов, карьерных самосвалов, судовых дизельных двигателей. При этом в качестве угольного топлива предполагается использование ВУТ (водно-угольного топлива), которое без существенного труда может производиться для собственных нужд, поскольку технология его производства проста, а оборудование является коммерчески доступным и достаточно широко представленным на рынке.
Схема перевода дизельного двигателя на ВУТ состоит в установке отдельного бака для ВУТ и конвертера ВУТ в дизельное топливо. Конверсия ВУТ в углеводороды дизельного топлива осуществляется по схеме его преобразования в синтез-газ с последующей его конверсией в углеводороды дизельного топлива. Получаемые углеводороды используются сразу после их получения, следовательно, нет необходимости в придании им низкотемпературных свойств и ряда других второстепенных в этом случае характеристик, что существенно упрощает технологию получения и никак не снижает ресурса двигателя. Напротив, поскольку речь идёт о получении в первую очередь линейных парафинов, обладающих высокими значениями цетанового числа и отличной смазывающей способностью, ресурс двигателя может быть увеличен.
Для решения задачи преобразования ВУТ в углеводороды дизельного топлива используются те же технологии, что и для перспективных электростанций на угле. Преобразование ВУТ в синтез-газ осуществляется в расплаве (электрохимическим способом), что снимает проблему утилизации угольной золы (минеральная часть — небольшое количество обсидианоподобного щебня/гравия). Весь комплекс оборудования, необходимый, например, для генерации 20 л/мин дизельного топлива, может быть размещён в объёме, не превышающем 900 л, что не является критичным для того же магистрального тепловоза.
Таким образом, внедрение готовых энергетических технологий для решения задачи мобильного преобразования ВУТ в дизельные углеводороды, пригодные для питания дизельного двигателя, решает ряд проблем, начиная от экономии денежных средств на приобретение дизельного топлива, независимость от НПЗ как таковых, стабильность качества синтезируемого топлива.
Дополнительную информацию можно получить, обратившись в компанию-разработчик.
Идея работы на угле (угольной пыли) — это одно из направлений, по которому шло создание дизельных двигателей. Однако проблемы использования пылевидного угольного топлива, начиная от его хранения и подачи в дизельный двигатель и заканчивая высокой абразивностью, очень быстро вынудили разработчиков отказаться от него и сделать выбор в пользу ныне привычного дизельного топлива. Однако работа дизельного двигателя на угольном топливе всё же возможна и может быть экономически оправданной. Причём речь не идёт о специальных моторах (такие экспериментальные моторы хоть и существуют, но вряд ли имеют коммерческий потенциал), да и вообще речь не идёт о какой-либо переделке мотора, а двигатель сохраняет возможность работы на обычном дизельном топливе.
Говоря о экономической целесообразности (кратной экономии расходов на топливо), перевод дизельного двигателя на уголь, в первую очередь, целесообразен для больших мощных дизельных двигателей, например, двигателей дизельных электростанций, двигателей железнодорожных локомотивов, карьерных самосвалов, судовых дизельных двигателей. При этом в качестве угольного топлива предполагается использование ВУТ (водно-угольного топлива), которое без существенного труда может производиться для собственных нужд, поскольку технология его производства проста, а оборудование является коммерчески доступным и достаточно широко представленным на рынке.
Схема перевода дизельного двигателя на ВУТ состоит в установке отдельного бака для ВУТ и конвертера ВУТ в дизельное топливо. Конверсия ВУТ в углеводороды дизельного топлива осуществляется по схеме его преобразования в синтез-газ с последующей его конверсией в углеводороды дизельного топлива. Получаемые углеводороды используются сразу после их получения, следовательно, нет необходимости в придании им низкотемпературных свойств и ряда других второстепенных в этом случае характеристик, что существенно упрощает технологию получения и никак не снижает ресурса двигателя. Напротив, поскольку речь идёт о получении в первую очередь линейных парафинов, обладающих высокими значениями цетанового числа и отличной смазывающей способностью, ресурс двигателя может быть увеличен.
Для решения задачи преобразования ВУТ в углеводороды дизельного топлива используются те же технологии, что и для перспективных электростанций на угле. Преобразование ВУТ в синтез-газ осуществляется в расплаве (электрохимическим способом), что снимает проблему утилизации угольной золы (минеральная часть — небольшое количество обсидианоподобного щебня/гравия). Весь комплекс оборудования, необходимый, например, для генерации 20 л/мин дизельного топлива, может быть размещён в объёме, не превышающем 900 л, что не является критичным для того же магистрального тепловоза.
Справка. На холостом ходу маневровый тепловоз тратит 12 л/час, магистральный — около 20 литров. Под нагрузкой в движении маневровый тепловоз тратит 450 л/час, магистральный — до 900 л/час.
Таким образом, внедрение готовых энергетических технологий для решения задачи мобильного преобразования ВУТ в дизельные углеводороды, пригодные для питания дизельного двигателя, решает ряд проблем, начиная от экономии денежных средств на приобретение дизельного топлива, независимость от НПЗ как таковых, стабильность качества синтезируемого топлива.
Дополнительную информацию можно получить, обратившись в компанию-разработчик.
Слева направо: композитное ДТ, дизельное топливо из таллового масла (углеводородный состав), дизайнерское и нефтяное дизельные топлива.
Дизайнерское дизельное топливо, альтернативные и био- дизельные топлива
Начнем с термина «дизайнерское дизельное топливо»: под этим термином условимся понимать углеводородное топливо, применимое во всех моторах и состоящее из углеводородов, но имеющее отклонения от стандартного топлива (топлива, свойства которого регламентированы действующим стандартом) в части химического класса соединений и фракционного состава. В отличие от суррогатного топлива, свойства такого топлива сбалансированы; показатели цетанового числа, смазывающей способности, коррозионной нейтральности и другие показатели, важные для работы мотора и топливной системы в целом, строго регламентируются и контролируются. Дизайнерское топливо также совместимо с обычным стандартным и не требует какой-либо перенастройки двигателя. Преимущество дизайнерского топлива в сравнении со стандартным заключается в том, что его себестоимость производства может быть ниже, и производится оно может не из нефтяного сырья, например, из отходов сортировки ТКО, шин, ряда других промышленных отходов.
Альтернативное дизельное топливо – дизельное топливо, часто не углеводородного состава, например, на основе спиртов. Не получило распространения (очень сложно и дорого достичь сбалансированных свойств). Хотя, судя по количеству патентов, включая вполне авторитетных и уважаемых авторов, а также ряд университетских российских публикаций, принципиально такое топливо возможно. Более того, и мы сами создавали подобного рода топлива (эмульсионного типа), но, как уже было сказано выше, при прочих равных такое топливо получается дороже (при условии, что нет условно бесплатного источника сырья).
Биотоплива – в представлении не нуждаются. Биодизель – это метиловые эфиры жирных кислот (если в названии не уточняется иное). Но биотопливо может производиться не только за счет переэтерификации растительных масел, животных жиров и их отходов. Также существуют топлива, вырабатываемые из талового масла (более интересные свойства, существенно приближающиеся к нефтяному топливу) тем или иным способом (в свободном доступе более девяти патентов, которые заслуживают доверия). Полученные нами образы топлива вполне удовлетворяли требования к дизельному моторному топливу, однако по целому ряду причин на данном этапе собственного производства выбор был сделан в пользу топлив из углеводородов.
Дизайнерское дизельное топливо, альтернативные и био- дизельные топлива
Начнем с термина «дизайнерское дизельное топливо»: под этим термином условимся понимать углеводородное топливо, применимое во всех моторах и состоящее из углеводородов, но имеющее отклонения от стандартного топлива (топлива, свойства которого регламентированы действующим стандартом) в части химического класса соединений и фракционного состава. В отличие от суррогатного топлива, свойства такого топлива сбалансированы; показатели цетанового числа, смазывающей способности, коррозионной нейтральности и другие показатели, важные для работы мотора и топливной системы в целом, строго регламентируются и контролируются. Дизайнерское топливо также совместимо с обычным стандартным и не требует какой-либо перенастройки двигателя. Преимущество дизайнерского топлива в сравнении со стандартным заключается в том, что его себестоимость производства может быть ниже, и производится оно может не из нефтяного сырья, например, из отходов сортировки ТКО, шин, ряда других промышленных отходов.
Альтернативное дизельное топливо – дизельное топливо, часто не углеводородного состава, например, на основе спиртов. Не получило распространения (очень сложно и дорого достичь сбалансированных свойств). Хотя, судя по количеству патентов, включая вполне авторитетных и уважаемых авторов, а также ряд университетских российских публикаций, принципиально такое топливо возможно. Более того, и мы сами создавали подобного рода топлива (эмульсионного типа), но, как уже было сказано выше, при прочих равных такое топливо получается дороже (при условии, что нет условно бесплатного источника сырья).
Биотоплива – в представлении не нуждаются. Биодизель – это метиловые эфиры жирных кислот (если в названии не уточняется иное). Но биотопливо может производиться не только за счет переэтерификации растительных масел, животных жиров и их отходов. Также существуют топлива, вырабатываемые из талового масла (более интересные свойства, существенно приближающиеся к нефтяному топливу) тем или иным способом (в свободном доступе более девяти патентов, которые заслуживают доверия). Полученные нами образы топлива вполне удовлетворяли требования к дизельному моторному топливу, однако по целому ряду причин на данном этапе собственного производства выбор был сделан в пользу топлив из углеводородов.
Перспективные двигатели для БПЛА-камикадзе на базе МГД-генератора
Традиционно для широкого спектра БПЛА-камикадзе используются либо ДВС в паре с винтом, либо турбореактивные двигатели, или электродвигатели, запитываемые чаще всего литиевой батареей. Однако специфика требований к двигателям для БПЛА не подразумевает требования долгой работы двигателя, а несколько часов его работы оказывается вполне достаточным. Последнее позволяет отнести к перспективным двигателям, или, правильнее, в данном случае к двигательной системе, сочетание моторов винтовой (или импеллерной) электротяги с источником энергии в виде МГД-генератора.
МГД-генератор — хорошо известен науке и технике еще с прошлого века. Его принцип — генерация электроэнергии скоростной струей пламени, расплава металла или раствора электролита, проходящих через магнитное поле. Электрический КПД лабораторных установок достигает 70% и выше, КПД реальных установок меньше. Если говорить о плазменных МГД-генераторах (на обычных углеводородных топливах), то это не более 25% КПД самого МГД-генератора, а суммарный КПД системы (МГД-генератор и турбина) не более 65%, что, впрочем, тоже очень хороший показатель энергоэффективности. Особенность МГД-генератора — малый удельный вес на единицу мощности, около 1 кг/кВт. Для сравнения: для автомобильных и мотоциклетных двигателей — 1–4 кг/кВт, для тепловозов — 5–10 кг/кВт, а для судовых или малооборотных дизелей — 15–50 кг/кВт по ГОСТ 4393-82. Причина, почему МГД-генераторы так и не получили распространения в энергетике — нестойкость материала к высоким температурам плазменной струи, а следовательно, небольшое время его работы.
Если рассматривать МГД-генератор как основу энергетической установки для БПЛА-камикадзе, то малое время его работы не является недостатком, а несколько часов бесперебойной и надежной работы вполне достаточно. Другой проблемой, которую было необходимо преодолеть, является длина плазменного канала, проходя через который, плазменная струя обеспечивает генерацию электрического тока. Длина плазменного канала является одновременно функцией скорости плазменной струи, электропроводности (при прочих равных зависит от температуры плазмы, а значит, степени ее ионизации) и силы магнитного поля. Приемлемыми значениями длины плазменного канала МГД-генератора были бы величины 0,1-0,3 м, позволившие разместить их на практически любых типах БПЛА. При этом МГД-генераторы с длиной канала 0,5-1,2 м уже пригодны только для больших БПЛА, например для БПЛА семейства «Гераней». Использование плазмы, образуемой при сжигании углеводородного топлива, не позволяет достичь длины плазменного канала менее 1,5 метров, а применение импульсных пороховых МГД-генераторов с длиной канала 0,1-0,3 м не может обеспечить сочетание компактности МГД-генератора с достаточно длительным временем работы (несколько минут против требуемых нескольких часов).
Решение проблемы оказалось в создании жидких композитных металлсодержащих (алюминиевая пудра) топлив, позволивших сократить длину плазменного канала до величины всего 0,14 м и обеспечить длительность работы свыше 220 минут. Другие характеристики действующих макетов МГД-установок представлены на изображении ниже.
Традиционно для широкого спектра БПЛА-камикадзе используются либо ДВС в паре с винтом, либо турбореактивные двигатели, или электродвигатели, запитываемые чаще всего литиевой батареей. Однако специфика требований к двигателям для БПЛА не подразумевает требования долгой работы двигателя, а несколько часов его работы оказывается вполне достаточным. Последнее позволяет отнести к перспективным двигателям, или, правильнее, в данном случае к двигательной системе, сочетание моторов винтовой (или импеллерной) электротяги с источником энергии в виде МГД-генератора.
МГД-генератор — хорошо известен науке и технике еще с прошлого века. Его принцип — генерация электроэнергии скоростной струей пламени, расплава металла или раствора электролита, проходящих через магнитное поле. Электрический КПД лабораторных установок достигает 70% и выше, КПД реальных установок меньше. Если говорить о плазменных МГД-генераторах (на обычных углеводородных топливах), то это не более 25% КПД самого МГД-генератора, а суммарный КПД системы (МГД-генератор и турбина) не более 65%, что, впрочем, тоже очень хороший показатель энергоэффективности. Особенность МГД-генератора — малый удельный вес на единицу мощности, около 1 кг/кВт. Для сравнения: для автомобильных и мотоциклетных двигателей — 1–4 кг/кВт, для тепловозов — 5–10 кг/кВт, а для судовых или малооборотных дизелей — 15–50 кг/кВт по ГОСТ 4393-82. Причина, почему МГД-генераторы так и не получили распространения в энергетике — нестойкость материала к высоким температурам плазменной струи, а следовательно, небольшое время его работы.
Небольшая справка. В СССР МГД-электростанции разрабатывались в 1960–1980-е годы как способ повысить КПД до 55–60% за счет прямого преобразования тепла в электричество без турбин.
Ключевые моменты:
•1965 — первый советский МГД-генератор.
•1971 — Запуск У-25 в Москве, первой в мире опытно-промышленной МГД-установки мощностью 25 МВт (реально выдавала 5 МВт), установка работала на газе с калийной добавкой и была интегрирована в энергосистему Москвы.
•Проекты станций на 500 МВт дальше У-25 не пошли из-за неразрешенных технических сложностей (малый пробег до остановки на ремонт).
•1986 — проект промышленной МГД на Рязанской ТЭС, проект отменили в 1989.
Если рассматривать МГД-генератор как основу энергетической установки для БПЛА-камикадзе, то малое время его работы не является недостатком, а несколько часов бесперебойной и надежной работы вполне достаточно. Другой проблемой, которую было необходимо преодолеть, является длина плазменного канала, проходя через который, плазменная струя обеспечивает генерацию электрического тока. Длина плазменного канала является одновременно функцией скорости плазменной струи, электропроводности (при прочих равных зависит от температуры плазмы, а значит, степени ее ионизации) и силы магнитного поля. Приемлемыми значениями длины плазменного канала МГД-генератора были бы величины 0,1-0,3 м, позволившие разместить их на практически любых типах БПЛА. При этом МГД-генераторы с длиной канала 0,5-1,2 м уже пригодны только для больших БПЛА, например для БПЛА семейства «Гераней». Использование плазмы, образуемой при сжигании углеводородного топлива, не позволяет достичь длины плазменного канала менее 1,5 метров, а применение импульсных пороховых МГД-генераторов с длиной канала 0,1-0,3 м не может обеспечить сочетание компактности МГД-генератора с достаточно длительным временем работы (несколько минут против требуемых нескольких часов).
Решение проблемы оказалось в создании жидких композитных металлсодержащих (алюминиевая пудра) топлив, позволивших сократить длину плазменного канала до величины всего 0,14 м и обеспечить длительность работы свыше 220 минут. Другие характеристики действующих макетов МГД-установок представлены на изображении ниже.
Схема применения МГД-генераторов в БПЛА.
МГД-генератор. Институт физики высоких энергий в Протвино. 1970г
Таким образом, МГД-генераторы могут стать эффективными двигательными установками для широкого спектра номенклатуры БПЛА-камикадзе, сочетая компактность, малый вес и дешевизну (на 20-30% легче малых турбореактивных двигателей и на 70-85% менее дороги в производстве, также они существенно дешевле и легче чем эквивалентные по запасу энергии литиевые батареи).
МГД-генератор. Институт физики высоких энергий в Протвино. 1970г
Таким образом, МГД-генераторы могут стать эффективными двигательными установками для широкого спектра номенклатуры БПЛА-камикадзе, сочетая компактность, малый вес и дешевизну (на 20-30% легче малых турбореактивных двигателей и на 70-85% менее дороги в производстве, также они существенно дешевле и легче чем эквивалентные по запасу энергии литиевые батареи).
Малая электрогенерация: варианты и их сравнения
Под малой электрогенерацией условимся считать мощности в диапазоне 50-300 кВт или немного выше. Малая электрогенерация подразумевает, в первую очередь, получение электроэнергии для собственных нужд предприятия с целью экономии и замещения потребления энергии из внешних источников.
Генерация на пару
Такая генерация целесообразна только в одном случае: изначально есть недорогой источник пара и потребность в тепле, т.е. возможна когенерация. Стоимость отечественных электрогенераторов паровых двигателей с КПД около 35-36% существенно выше ГПУ, хотя почти в три раза дешевле двигателей Spiling. Вихревые турбины вполне сопоставимы с ГПУ по стоимости, но КПД электрогенераторов на их основе лишь 25% против КПД хороших ГПУ, достигающих значения 40-50%. Впрочем, вихревые турбины имеют существенные преимущества в эксплуатации – не требуют обслуживания, и в режиме когенерации тепла могут оказаться вполне приемлемым решением. Другие варианты хоть и существуют, но менее интересны: лопастные турбины при таких мощностях дороже вихревых, а их КПД не сильно выше. Паровые двигатели с малой стоимостью имеют КПД около 15%, что откровенно мало, даже с учётом случая когенерации, генераторы винтового типа сильно проигрывают перечисленным решениям практически по всем показателям.
Генерация электроэнергии на перепаде температур с использованием двигателя Стирлинга
Электрогенерация на базе Стирлинга практически не применима в России, а если и применима, то заметно проигрывает любым другим способам генерации или имеет очень нишевое использование. Кроме того, стоимость генераторов на базе Стирлинга кратно выше любого другого решения, да и двигатель Стирлинга мощностью 50 кВт с КПД около 40-52% очень сильно отличается по технологичности и сложности от кажущихся такими простыми самоделок мощностью в 1-3 Вт.
Дизельные электростанции
Вполне себе простые и недорогие решения, особенно станции на базе двигателей от ЯМЗ. Их достоинства: недорогие, высокий КПД. Недостатки: дизельное топливо стоит дорого, а моторесурс редко превышает 40 000 часов, и это с учетом минимум 4 капитальных ремонтов.
Дизельные электростанции на альтернативном топливе: топочном мазуте, ОММ, ВУТ
Эти электростанции изготавливаются путем соответствующей модификации электростанций с дизельным двигателем. Могут быть выполнены, в т.ч., и на базе моторов от ЯМЗ, например, ЯМЗ-236. Осуществляемые модификации включают в первую очередь блоки конверсии топлива (например, здесь описание для ВУТ, для ОММ и топочного мазута задача несколько проще) и доработку самого двигателя, включая замену узлов трения на более долговечные. Благодаря таким доработкам с одной стороны, такие дизельные электростанции могут иметь общий срок эксплуатации более 30 лет, а периодическая замена цилиндров и гильз (например, в случае с ЯМЗ-236 – раз в 10 000 моточасов) недорога и производится за несколько часов, а с другой стороны, существенное их преимущество – меньшая себестоимость генерируемой электроэнергии, в случае с ВУТ в ряде случаев себестоимость ниже, чем себестоимость на природном газе.
Под малой электрогенерацией условимся считать мощности в диапазоне 50-300 кВт или немного выше. Малая электрогенерация подразумевает, в первую очередь, получение электроэнергии для собственных нужд предприятия с целью экономии и замещения потребления энергии из внешних источников.
Генерация на пару
Такая генерация целесообразна только в одном случае: изначально есть недорогой источник пара и потребность в тепле, т.е. возможна когенерация. Стоимость отечественных электрогенераторов паровых двигателей с КПД около 35-36% существенно выше ГПУ, хотя почти в три раза дешевле двигателей Spiling. Вихревые турбины вполне сопоставимы с ГПУ по стоимости, но КПД электрогенераторов на их основе лишь 25% против КПД хороших ГПУ, достигающих значения 40-50%. Впрочем, вихревые турбины имеют существенные преимущества в эксплуатации – не требуют обслуживания, и в режиме когенерации тепла могут оказаться вполне приемлемым решением. Другие варианты хоть и существуют, но менее интересны: лопастные турбины при таких мощностях дороже вихревых, а их КПД не сильно выше. Паровые двигатели с малой стоимостью имеют КПД около 15%, что откровенно мало, даже с учётом случая когенерации, генераторы винтового типа сильно проигрывают перечисленным решениям практически по всем показателям.
Генерация электроэнергии на перепаде температур с использованием двигателя Стирлинга
Электрогенерация на базе Стирлинга практически не применима в России, а если и применима, то заметно проигрывает любым другим способам генерации или имеет очень нишевое использование. Кроме того, стоимость генераторов на базе Стирлинга кратно выше любого другого решения, да и двигатель Стирлинга мощностью 50 кВт с КПД около 40-52% очень сильно отличается по технологичности и сложности от кажущихся такими простыми самоделок мощностью в 1-3 Вт.
Дизельные электростанции
Вполне себе простые и недорогие решения, особенно станции на базе двигателей от ЯМЗ. Их достоинства: недорогие, высокий КПД. Недостатки: дизельное топливо стоит дорого, а моторесурс редко превышает 40 000 часов, и это с учетом минимум 4 капитальных ремонтов.
Дизельные электростанции на альтернативном топливе: топочном мазуте, ОММ, ВУТ
Топочный мазут – мазут марки М-100
ОММ – отработанное моторное масло
ВУТ – водноугольное топливо
Эти электростанции изготавливаются путем соответствующей модификации электростанций с дизельным двигателем. Могут быть выполнены, в т.ч., и на базе моторов от ЯМЗ, например, ЯМЗ-236. Осуществляемые модификации включают в первую очередь блоки конверсии топлива (например, здесь описание для ВУТ, для ОММ и топочного мазута задача несколько проще) и доработку самого двигателя, включая замену узлов трения на более долговечные. Благодаря таким доработкам с одной стороны, такие дизельные электростанции могут иметь общий срок эксплуатации более 30 лет, а периодическая замена цилиндров и гильз (например, в случае с ЯМЗ-236 – раз в 10 000 моточасов) недорога и производится за несколько часов, а с другой стороны, существенное их преимущество – меньшая себестоимость генерируемой электроэнергии, в случае с ВУТ в ряде случаев себестоимость ниже, чем себестоимость на природном газе.
Немного о кажущейся простоте и «дешевизне» парового двигателя с высоким КПД – например в конструкции золотникового механизма используются несколько специальных сплавов имеющих отрицательный коэффициента расширения. Сводная таблица сравнения способов генерации и их ориентировочной стоимости в России на момент публикации этого материала.
Газопоршневые установки
В отличие от ГПУ более высокой мощности (от 0,5-1 МВт и выше), которые обладают ресурсом работы до 30 и более лет, наиболее часто встречаемые ГПУ малой мощности, представленные на рынке РФ, чаще всего – дизельные двигатели, переведенные на газ. Их общий моторесурс составляет от 40 000 часов для ГПУ на базе отечественных моторов и до 80 000 для ГПУ, выполненных на зарубежных ДВС. Впрочем, также возможна глубокая модификация двигателей, что позволяет достичь ресурса свыше 270 000 моточасов (более 30 лет работы). Общим преимуществом ГПУ является достаточно высокий КПД электрогенерации (от 35% для бюджетных версий до 48-50% у более совершенных ГПУ) в сочетании с возможностью использования недорогого топлива – природного магистрального газа. Кроме природного газа ГПУ могут быть адаптированы под ПНГ (попутный нефтяной газ), газы процесса газификации (опилок, лузги, бурого угля и иных недорогих, доступных топлив) и биогаз.
Электрогенерация на базе свободнопоршневых ДВС и линейных генераторов
Линейный генератор (на постоянных магнитах или синхронный) имеет КПД около 85%, что меньше КПД того же синхронного генератора, выполненного по традиционной роторной схеме (96%, для больших мощностей и оптимальных условий работы вплоть до 99%). Однако линейный генератор позволяет отказаться от ряда узлов и механизмов двигателя, которые преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение. Отказ от этих механизмов позволяет сократить до 15% потерь энергии на трение, тем самым подняв КПД ДВС и компенсировав несколько меньший КПД линейного генератора. Но главное преимущество, которое дает связка свободнопоршневого двигателя и линейного генератора – это меньшая стоимость самой ГПУ (по крайней мере, меньшая себестоимость при достаточной серийности производства) и надежность за счет исключения тех самых лишних деталей. Ресурс таких ГПУ оценивается до 50 лет, а возможность их изготовления из типовых деталей от типовых промышленных двигателей позволяет без проблем изготовить даже единичную электростанцию. Еще одно преимущество таких ГПУ – простота обслуживания, а смена пар поршень-гильза в среднем раз в 10 000 моточасов может занимать менее часа. Единственный, и то временный, недостаток – отсутствие разработанных конструкций линейных генераторов на широкий диапазон номинальных мощностей.
Газопоршневые установки
В отличие от ГПУ более высокой мощности (от 0,5-1 МВт и выше), которые обладают ресурсом работы до 30 и более лет, наиболее часто встречаемые ГПУ малой мощности, представленные на рынке РФ, чаще всего – дизельные двигатели, переведенные на газ. Их общий моторесурс составляет от 40 000 часов для ГПУ на базе отечественных моторов и до 80 000 для ГПУ, выполненных на зарубежных ДВС. Впрочем, также возможна глубокая модификация двигателей, что позволяет достичь ресурса свыше 270 000 моточасов (более 30 лет работы). Общим преимуществом ГПУ является достаточно высокий КПД электрогенерации (от 35% для бюджетных версий до 48-50% у более совершенных ГПУ) в сочетании с возможностью использования недорогого топлива – природного магистрального газа. Кроме природного газа ГПУ могут быть адаптированы под ПНГ (попутный нефтяной газ), газы процесса газификации (опилок, лузги, бурого угля и иных недорогих, доступных топлив) и биогаз.
Электрогенерация на базе свободнопоршневых ДВС и линейных генераторов
Линейный генератор (на постоянных магнитах или синхронный) имеет КПД около 85%, что меньше КПД того же синхронного генератора, выполненного по традиционной роторной схеме (96%, для больших мощностей и оптимальных условий работы вплоть до 99%). Однако линейный генератор позволяет отказаться от ряда узлов и механизмов двигателя, которые преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение. Отказ от этих механизмов позволяет сократить до 15% потерь энергии на трение, тем самым подняв КПД ДВС и компенсировав несколько меньший КПД линейного генератора. Но главное преимущество, которое дает связка свободнопоршневого двигателя и линейного генератора – это меньшая стоимость самой ГПУ (по крайней мере, меньшая себестоимость при достаточной серийности производства) и надежность за счет исключения тех самых лишних деталей. Ресурс таких ГПУ оценивается до 50 лет, а возможность их изготовления из типовых деталей от типовых промышленных двигателей позволяет без проблем изготовить даже единичную электростанцию. Еще одно преимущество таких ГПУ – простота обслуживания, а смена пар поршень-гильза в среднем раз в 10 000 моточасов может занимать менее часа. Единственный, и то временный, недостаток – отсутствие разработанных конструкций линейных генераторов на широкий диапазон номинальных мощностей.
Выращивание форели в УЗВ с соленой (морской) водой вдали от морского побережья – преимущества и особенности реализации метода
В России общий объём производства форели (как радужной, так и других лососевых) оценивается в размере около 100 тыс. т/год. УЗВ (замкнутые рециркуляционные системы) занимают 20–25% и это растущий сегмент. Садковый метод (морские клетки) лишь 5–10% с ежегодным падением доли, что связано с экологическими ограничениями и лицензированием. Проточные бассейны на реках на сегодня основной метод — 65–75%, но его доля имеет тенденцию, которая будет тем сильнее, чем сильнее будет ужесточаться экологический контроль, связанный с загрязнением воды фермерскими хозяйствами, зачастую не имеющими каких-либо очистных сооружений на выходе из бассейна (например, очистные сооружения отсутствуют практически на всех фермах республики Северной Осетии).
УЗВ с полноценным контролем всех параметров водной среды, включая температурные, несмотря на начальные капитальные затраты, имеют существенные преимущества перед другими способами выращивания, минимизируя не только себестоимость выращивания, но и позволяя организовывать рыбные фермы без привязки к подходящим для этого водоёмам, что серьёзно расширяет географию организации акваферм.
Еще больше преимуществ дают УЗВ с соленой морской водой, практически не распространённые в России, но доказавшие свою эффективность в Норвегии (более 100 ферм), Шотландии, Исландии, Канаде, США и некоторых других странах (Чили, Японии, Китае). Впрочем, во всех этих странах УЗВ расположены преимущественно вблизи побережья, что упрощает задачу в использовании готовой морской воды. Однако отсутствие доступа к естественной морской воде ни в коей мере не является ограничением для достижения высокой технико-экономической эффективности таких УЗВ.
Выращивание радужной форели в УЗВ с соленой водой имеет два ключевых преимущества по сравнению с пресной: во-первых, солёная среда (до 28–35‰) ускоряет обмен веществ, улучшает аппетит и усвоение корма, что повышает темп роста. Во-вторых, снижается риск бактериальных, вирусных и грибковых инфекций (солёность угнетает паразитов), особенно когда УЗВ достаточно удалено от моря, когда практически исключено заражение морскими микропаразитами. Высокая плотность посадки (180-210 кг/м³), в сочетании с заметно более высоким темпом роста (выход форели до 300 т/год с 1000 м³), позволяет достичь высокого уровня рентабельности, окупив достаточно высокие энергозатраты — 10–20 кВт/т рыбы.
Солоноводные УЗВ имеют ряд инженерно-технических особенностей в сравнении с пресноводными УЗВ. Также несколько отличаются УЗВ, размещенные вдоль побережья и имеющие доступ к морской воде, и УЗВ, размещенные вдали от береговой линии и требующие более сложного технического оформления за счёт дополнения системами приготовления искусственной морской воды и рекуперации солей при частичном (3-5%) её сбросе.
В таблице ниже, приведены оптимальные параметры водной среды, которые должна обеспечивать УЗВ, а ниже будут рассмотрены некоторые инженерно-технические особенности реализации решений, их обеспечивающих.
В России общий объём производства форели (как радужной, так и других лососевых) оценивается в размере около 100 тыс. т/год. УЗВ (замкнутые рециркуляционные системы) занимают 20–25% и это растущий сегмент. Садковый метод (морские клетки) лишь 5–10% с ежегодным падением доли, что связано с экологическими ограничениями и лицензированием. Проточные бассейны на реках на сегодня основной метод — 65–75%, но его доля имеет тенденцию, которая будет тем сильнее, чем сильнее будет ужесточаться экологический контроль, связанный с загрязнением воды фермерскими хозяйствами, зачастую не имеющими каких-либо очистных сооружений на выходе из бассейна (например, очистные сооружения отсутствуют практически на всех фермах республики Северной Осетии).
УЗВ с полноценным контролем всех параметров водной среды, включая температурные, несмотря на начальные капитальные затраты, имеют существенные преимущества перед другими способами выращивания, минимизируя не только себестоимость выращивания, но и позволяя организовывать рыбные фермы без привязки к подходящим для этого водоёмам, что серьёзно расширяет географию организации акваферм.
Еще больше преимуществ дают УЗВ с соленой морской водой, практически не распространённые в России, но доказавшие свою эффективность в Норвегии (более 100 ферм), Шотландии, Исландии, Канаде, США и некоторых других странах (Чили, Японии, Китае). Впрочем, во всех этих странах УЗВ расположены преимущественно вблизи побережья, что упрощает задачу в использовании готовой морской воды. Однако отсутствие доступа к естественной морской воде ни в коей мере не является ограничением для достижения высокой технико-экономической эффективности таких УЗВ.
Выращивание радужной форели в УЗВ с соленой водой имеет два ключевых преимущества по сравнению с пресной: во-первых, солёная среда (до 28–35‰) ускоряет обмен веществ, улучшает аппетит и усвоение корма, что повышает темп роста. Во-вторых, снижается риск бактериальных, вирусных и грибковых инфекций (солёность угнетает паразитов), особенно когда УЗВ достаточно удалено от моря, когда практически исключено заражение морскими микропаразитами. Высокая плотность посадки (180-210 кг/м³), в сочетании с заметно более высоким темпом роста (выход форели до 300 т/год с 1000 м³), позволяет достичь высокого уровня рентабельности, окупив достаточно высокие энергозатраты — 10–20 кВт/т рыбы.
Солоноводные УЗВ имеют ряд инженерно-технических особенностей в сравнении с пресноводными УЗВ. Также несколько отличаются УЗВ, размещенные вдоль побережья и имеющие доступ к морской воде, и УЗВ, размещенные вдали от береговой линии и требующие более сложного технического оформления за счёт дополнения системами приготовления искусственной морской воды и рекуперации солей при частичном (3-5%) её сбросе.
В таблице ниже, приведены оптимальные параметры водной среды, которые должна обеспечивать УЗВ, а ниже будут рассмотрены некоторые инженерно-технические особенности реализации решений, их обеспечивающих.
Бассейн на реке – достаточно эффективно и недорого, особенно если не ставить очистные сооружения. Проблема в ограниченности количества пригодных для этого рек и по сути отчасти серой схемы в работе такого бизнеса. Оптимальные параметры водной среды, которые должна обеспечивать УЗВ
Кроме более продуманных мер по борьбе с коррозией и выбора соответствующих материалов, реализация технических решений для УЗВ имеет и другие особенности, наиболее важные из которых приведены ниже.
Механическая очистка, первичная её часть, ничем не отличается от такой очистки для УЗВ на пресной воде и предполагает использование барабанных фильтров. Для удаления частиц менее 15 мкм целесообразна установка дополнительных сетчатых самопромывных фильтров. Следом за механической очисткой идёт пеноотделительная колонна, устройство, редко встречающееся в пресноводных УЗВ, но получившее широкое распространение в очистке соленой морской воды, например в морских аквариумах. Принцип действия пеноотделительной колонны состоит в адсорбции органических соединений на поверхности раздела фаз воздух/вода и удалении их в форме пены. Также удаляются и субмикронные механические частицы, происходит предварительная дегазация по углекислому газу. Правильно рассчитанная пеноотделительная колонна способна практически полностью удалить органически связанный азот (включая мочевину) и частично аммиак, тем самым значительно снизив нагрузку на биофильтр. Более того, двухступенчатые колонны с подачей на вторую ступень раствора хитозана (хитозан протонируется аммиаком, а полученный комплекс отделяется в форме пены) позволяют обойтись без биофильтров вовсе. При схеме, включающей биофильтр, конструкция биофильтра не отличается от такового для УЗВ на пресной воде, отличие лишь в составе бактерий на загрузке биофильтра. Обеззараживание воды после её очистки и перед подачей на теплообменные аппараты (для подогрева или охлаждения с целью поддержания оптимальной температуры) наиболее оптимально с помощью озона или пероксида водорода с использованием вихревых смесительных аппаратов и каталитических нейтрализаторов остаточных количеств озона или пероксида водорода. Традиционные способы оксигенации для пресноводных УЗВ менее пригодны для солоноводных, да и подача и частичный отбор воды при организации проточных бассейнов имеют свои особенности. Наиболее оптимальными являются высоконапорные эжекторы с технологией предварительной общей дегазации в зоне низкого давления и последующего субмикронного диспергирования кислорода, что обеспечивает его практически мгновенную растворимость в воде. К тому же, такой способ позволяет лучше контролировать и управлять параметрами процесса, менее материалоёмок и дешев в реализации. И наконец, самая очевидная особенность солоноводных УЗВ — это необходимость автоматического контроля и корректировки содержания соли в воде, а также решения вопроса рекуперации соли в сбрасываемой (3-5%) воде; впрочем, эти задачи вполне типовые для той же промышленной химической технологии и легко реализуемы на практике при создании комплекса УЗВ с соленой водой.
#УЗВ #МорскиеУЗВ #Форель #УКЭОН #Авафермы #РыбноеХозяйство
Кроме более продуманных мер по борьбе с коррозией и выбора соответствующих материалов, реализация технических решений для УЗВ имеет и другие особенности, наиболее важные из которых приведены ниже.
Механическая очистка, первичная её часть, ничем не отличается от такой очистки для УЗВ на пресной воде и предполагает использование барабанных фильтров. Для удаления частиц менее 15 мкм целесообразна установка дополнительных сетчатых самопромывных фильтров. Следом за механической очисткой идёт пеноотделительная колонна, устройство, редко встречающееся в пресноводных УЗВ, но получившее широкое распространение в очистке соленой морской воды, например в морских аквариумах. Принцип действия пеноотделительной колонны состоит в адсорбции органических соединений на поверхности раздела фаз воздух/вода и удалении их в форме пены. Также удаляются и субмикронные механические частицы, происходит предварительная дегазация по углекислому газу. Правильно рассчитанная пеноотделительная колонна способна практически полностью удалить органически связанный азот (включая мочевину) и частично аммиак, тем самым значительно снизив нагрузку на биофильтр. Более того, двухступенчатые колонны с подачей на вторую ступень раствора хитозана (хитозан протонируется аммиаком, а полученный комплекс отделяется в форме пены) позволяют обойтись без биофильтров вовсе. При схеме, включающей биофильтр, конструкция биофильтра не отличается от такового для УЗВ на пресной воде, отличие лишь в составе бактерий на загрузке биофильтра. Обеззараживание воды после её очистки и перед подачей на теплообменные аппараты (для подогрева или охлаждения с целью поддержания оптимальной температуры) наиболее оптимально с помощью озона или пероксида водорода с использованием вихревых смесительных аппаратов и каталитических нейтрализаторов остаточных количеств озона или пероксида водорода. Традиционные способы оксигенации для пресноводных УЗВ менее пригодны для солоноводных, да и подача и частичный отбор воды при организации проточных бассейнов имеют свои особенности. Наиболее оптимальными являются высоконапорные эжекторы с технологией предварительной общей дегазации в зоне низкого давления и последующего субмикронного диспергирования кислорода, что обеспечивает его практически мгновенную растворимость в воде. К тому же, такой способ позволяет лучше контролировать и управлять параметрами процесса, менее материалоёмок и дешев в реализации. И наконец, самая очевидная особенность солоноводных УЗВ — это необходимость автоматического контроля и корректировки содержания соли в воде, а также решения вопроса рекуперации соли в сбрасываемой (3-5%) воде; впрочем, эти задачи вполне типовые для той же промышленной химической технологии и легко реализуемы на практике при создании комплекса УЗВ с соленой водой.
#УЗВ #МорскиеУЗВ #Форель #УКЭОН #Авафермы #РыбноеХозяйство