Возможности производства нового авиационного топлива АСКТ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

льт льт

ернативное топливо в авиации

ш

Возможности производства нового авиационного топлива АСКТ

H.С. Бащенко,

заведующая группой технологического отдела ОАО «НИПИгазпереработка», П.А. Пуртов,

генеральный директор ОАО «НИПИгазпереработка»,

A.Ю. Аджиев,

советник генерального директора ОАО НИПИгазпереработка», главный научный сотрудник, И.Е. Ковалев,

заместитель генерального директора ФГУП «ЦАГИ»,

B.И. Маврицкий, начальник НИО-Ю ФГУП «ЦАГИ», В.П. Зайцев,

генеральный директор ОАО «Интеравиагаз»

Постоянное увеличение стоимости авиакеросина приводит к росту стоимости и значительному снижению авиаперевозок (грузовых и пассажирских), особенно в северных и приравненных к ним регионах. Возможным решением этой проблемы может стать использование альтернативного топлива, которое можно получать из попутного нефтяного газа (ПНГ). Причем такое топливо уже известно более четверти века, а его производство не представляет технических проблем и является выгодным [1].

Ключевые слова: АСКТ, авиаперевозки, авиакеросин, малая авиация, ГПЗ, газовое топливо.

Possibilities of producing new aviation fuel ДШ

N.S. Bashchenko, P.A. Purtov, A.Y. Adzhiev,

I.E. Kovalev, V.I. Mavritsky, V.P. Zaitsev

The constant increase in the cost of jet fuel increases the cost and a significant reduction in air traffic (freight and passenger) especially in the north regions and equated with them areas. A possible solution to this problem may be the use of alternative fuels that can be produced from casing-head gas. Moreover, this fuel is already known for more than a quarter of century, and its production is not a technical problem, and is profitable [1]. Keywords: AQKT", air, jet, small aircraft, GPP, fuel gas.

Стоимость грузовых и пассажирских авиаперевозок играет значительную роль в экономической и социальной сферах деятельности государства и регионов. За Уралом во многие труднодоступные удаленные населенные пункты и на объекты промышленной деятельности (добыча нефти, газа, золота и др.) можно добраться только

вертолетом и самолетом. В авиаперевозках значительную долю (28...32 %) составляет стоимость авиационного топлива и транспортные расходы на его доставку к месту потребления.

В Западной Сибири работают несколько авиаотрядов, осуществляющих местные перевозки, из них самые крупные - «Газпромавиа», «ЮТэйр» и

«Ямал», вертолеты которых потребляют 85.90 % общего количества авиакеросина. Основными «рабочими лошадками» являются вертолеты семейства Ми-8.

В 2010 г. в России общий годовой налет вертолетов семейства Ми-8 насчитывал около 400 тыс. ч, что составляло 85.90 % в общем годовом налете всех вертолетов. Средний расход авиакеросина для вертолетов этого типа составляет 0,6 т/ч.

Следует заметить, что по сравнению с 90-ми гг. прошлого века объем региональных авиаперевозок в России упал почти в 5 раз. Налет вертолетов также уменьшился более чем в 3 раза (в 1988 г. он составлял почти 1,3 млн ч). С учетом интенсивности работ по освоению месторождений п-ва Ямал и других регионов Сибири годовая потребность в авиационном топливе будет постоянно возрастать. Активизации авиаперевозок в значительной степени может способствовать переход на более дешевое доступное топливо. Его производство может быть налажено с минимальными капитальными затратами и транспортными расходами практически на любых газоперерабатывающих установках в непосредственной близости к местам потребления [2].

Инициаторами и участниками проекта по переводу малой и региональной авиации на новое газовое топливо являются авиационные организации (ЦАГИ, ЦИАМ, ЛИИ, ГосНИИ ГА, «Интер-авиагаз», Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля, ОАО «Климов»), а также ОАО «НИПИгазпереработка».

Основным сырьем для производства нового вида авиационного топлива - АСКТ - для газотурбинных двигателей вертолетов и самолетов является широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), продукта переработки нефтяного и природного газа, соответствующего требованиям ТУ 38.101524-83.

На новое авиационное топливо АСКТ (табл. 1) были разработаны и

Таблица 1

Технические условия на газовое топливо - АСКТ (ТУ-39-1547-91)

Наименование показателя Норма Метод испытания

Массовое содержание пропана, %, не более 7,2 ТУ 38.101524-83

Абсолютное давление насыщенных паров при 45 °С, МПа, не более 0,5 ГОСТ 21443-75Э или ТУ-39-1547-91 п. 5.2

Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее 585 ТУ-39-1547-91 п. 5.3.

Теплота сгорания (низшая), кДж/кг, не менее 45 200 ТУ-39-1547-91 п. 5.4.

Массовое содержание сернистых соединений в пересчете на серу, %, не более 0,002 ГОСТ 22986-78

Содержание свободной воды щелочи механических примесей Нет Нет Нет ГОСТ 21443-75Э ГОСТ 21443-75Э ТУ 391340-89

Внешний вид Бесцветный, прозрачный ТУ 391340-89

Примечание. Для улучшения эксплуатационных свойств в АСКТ могут добавляться присадки, допущенные к применению в установленном порядке.

утверждены технические условия ТУ 39-1547-91. В настоящее время наряду с другими топливами АСКТ внесено в проект Технического регламента Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту».

АСКТ может использоваться в том же температурном диапазоне, в котором эксплуатируется авиационная техника (табл. 2). Теплофизические, экологические и эксплуатационные свойства АСКТ превосходят аналогичные свойства авиакеросина. Так, у авиакеросина показатель теплоты сгорания составляет 42900, а у АСКТ - 45200 кДж/кг, что на 5 % выше. Кроме того, при сгорании АСКТ практически отсутствуют сажистые отложения, что

позволяет рассчитывать на увеличение ресурса двигателей на 20.. .30 %.

Вопросами возможности использования АСКТ, в частности, в турбовинтовых авиационных двигателях вертолетов семейства Ми-8 вышеуказанные организации занимаются более четверти века. Так, в 1985 г. на заводе им. В.Климова в Ленинграде были проведены стендовые испытания вертолетного двигателя ТВ2-117ТГ, модифицированного для работы на газовом топливе.

В 1987 г. на летно-испытательной станции под Москвой прошли испытания экспериментального Ми-8ТГ, один из двигателей которого работал на газовом топливе пропан-бутанового ряда. Вертолет летал на всех режимах, характерных для Ми-8Т, и показал отличные результаты (не было заметно

Таблица 2

Основные характеристики авиакеросина ТС-1 и АСКТ

Показатели ТС-1 АСКТ

Фракционный состав, °С н.к. 50 % 98 % 150 195 250 —

Теплота сгорания (низшая), кДж/кг, не менее 42 900 45 200

Массовая доля общей серы, %, не более 0,25 0,002

Массовая доля ароматических и нафтеновых углеводородов, %, не более 22 6,0

Кинематическая вязкость при -40 °С, мм2/с, не более 8 2

Плотность при 20 °С, кг/м3, не менее 780 585

никакой разницы в пилотировании и работе силовой установки).

В начале 90-х гг. прошлого века на Московском вертолетном заводе им. М.Л. Миля создан и прошел начальный этап испытаний первый в мире опытно-промышленный образец вертолета Ми-8ТГ с двигателями, работающими как на АСКТ, так и на авиакеросине и их смесях. Испытания показали, что при переходе на газовое топливо основные характеристики вертолета остаются практически неизменными, а некоторые даже улучшаются, особенно при эксплуатации в условиях пониженных температур [3].

Опытно-промышленный образец вертолета в 1995 г. был показан в полете на Международном авиакосмическом салоне в г. Жуковский и привлек внимание отечественных и зарубежных специалистов и прессы. Весной 2000 г. вертолет получил Диплом на выставке «Высокие технологии оборонного комплекса» в Москве на Красной Пресне, в феврале 2001 г. вертолет был награжден Дипломом и Золотой Медалью на Первом московском международном салоне инноваций и инвестиций, в ноябре 2006 г. - дипломом Комитета по экологии Госдумы РФ и Фонда им. В.И. Вернадского «За вклад в укрепление экологической безопасности и устойчивое развитие России», были и другие награды.

Технология производства АСКТ отработана в ОАО «НИПИгазперера-ботка». Его можно вырабатывать из ШФЛУ практически на любых газо- и нефтеперерабатывающих объектах с дооборудованием их необходимыми фракционирующими блоками, в пунктах подготовки природного и нефтяного газа, а также непосредственно на нефтепромыслах с использованием МГБУ (малогабаритные блочные установки) высокой заводской готовности [4]. На предприятиях, выпускающих автопропан или пропан-бутановые смеси для хозяйственно-бытовых нужд, АСКТ можно производить параллельно, реализуя безотходное производство.

нативное топливо в авиации

ш

нижний продукт - АСКТ. Такой блок получения АСКТ может быть использован на продуктопроводе и на эстакадах слива-налива ШФЛУ, а также в местах ее хранения.

При наличии на ГПЗ газофракцио-нирующей установки (ГФУ) переработки широкой фракции легких углеводородов АСКТ как товарный продукт может в необходимом количестве отбираться в качестве нижнего продукта из колонны депропанизатора. Балансовый избыток нижнего продукта колонны подается на разделение в бутановую колонну (рис. 2).

Для производства АСКТ не требуется сложное технологическое оборудование, применяемое в существующих процессах переработки попутного нефтяного и природного газов (табл. 3).

Экспертная оценка стоимости разработки и строительства блока получения АСКТ (табл. 4) для производительности 10 тыс. т/год составляет ориентировочно 30,1 млн руб., а для 30 тыс. т/год - 53,4 млн руб. (по ценам на декабрь 2011 г.).

По данным технико-экономической оценки производства АСКТ на ГПЗ ЗАО «Сибур-Холдинг» (табл. 5), стоимость авиакеросина по состоянию на декабрь 2011 г. составляла 24.26 тыс. руб./т, стоимость дополнительно вырабатываемого пропана автомобильного (ПА) - около 13 тыс. руб./т, сырья (ШФЛУ) для производства АСКТ - около 10 тыс. руб./т. Экспертная стоимость АСКТ оценивалась в 16.17 тыс. руб. без учета транспортных расходов, то есть в 1,5 раза ниже стоимости керосина.

Достаточно простой экономический расчет показывает, что производство 1 т АСКТ в условиях ГПЗ может принести 2,5.3 тыс. руб. прибыли. Срок окупаемости объекта для выбранной производительности составляет 1,2.1,4 и 0,8.1,0 года. Видно, что он существенно снижается с увеличением производительности.

Создание малотоннажных производств АСКТ - это только первые

«Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (27) июнь 2012 г. ¡0П ja^^S^, ВД ЕЩЕ WSSSSk

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема блока получения АСКТ из ШФЛУ на ГПЗ и продуктопроводах

Для оценки стоимости производства АСКТ была рассмотрена возможность его организации на ГПЗ ЗАО «Сибур-Холдинг» в Западной Сибири. Производительность унифицированных блоков получения АСКТ выбрана 10 и 30 тыс. т/год по продукту. Это связано с тем, что суммарная потребность авиакомпаний «ЮТэйр» и «Ямал» в вертолетном топливе в 2011 г. составила ориентировочно 30 тыс. т/год. Производство АСКТ может быть налажено на нескольких объектах по принципу максимальной близости к потребителю, что снизило бы транспортную составляющую в стоимости топлива.

Для технологических расчетов, выбора оборудования и разработки унифицированного блока производства АСКТ (рис. 1) приняты компонентные составы (летний и зимний) ШФЛУ, получаемой на Южно-Балык-ском, Губкинском, Нижневартовском и Красноленинском ГПК.

Блок включает ректификационную колонну с сопутствующей обвязкой по верху и низу (теплообменные аппараты, емкости, насосы). В колонне исходное сырье (ШФЛУ) разделяется на верхний продукт - пропано-вую (ПА) или пропан-бутановую (ПБА) фракцию, соответствующую требованиям к автомобильному топливу, и

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема блока получения АСКТ на установке ГФУ

Таблица 3

Основное технологическое оборудование, необходимое для производства АСКТ

Аппарат Число Габаритные размеры 0(1)хИ(1) или 1хВ(0)хИ, мм, при производительности, тыс. т/год

10 30

Ректификационная колонна 1 600x14000 1000х16600

Испаритель 1 8300х(800)х1200 8300х(1000)х1200

Воздушный холодильник 2 3400x1400x1800 1900х1400х1800 8400х3500х4600 3400х1400х1800

Рефлюксная емкость 1 К=3,5 м3 1200х(3700) V=16 м3 1600х (8300)

Насос 2 0 до 5 м3/ч 918х425х405 0 до 15 м3/ч 1000х450х405

Емкость хранения и отгрузки 2 К=50 м3 2400х (11000)

Примечание. Материальное исполнение всех аппаратов - углеродистая сталь. О - диаметр, £ - длина, Н - высота, В - ширина.

Таблица 4

Экспертная оценка стоимости производства АСКТ

Наименование Производительность, тыс. т/год

10 30

Основное технологическое оборудование (ОТО), тыс. руб. 14 400 27 000

Арматура и КиП (20 % от стоимости ОТО) 2 880 5 400

Трубопроводы (8 % от стоимости ОТО) 1 152 2 160

Изоляция и покраска (5 % от стоимости ОТО) 720 1 350

Блочность (20 % от стоимости ОТО) 2 880 5 400

Строительно-монтажные работы (30 % от стоимости ОТО) 4 320 8 100

Разработка и проектирование 3 728 4 000

Всего, тыс. руб. 30 080 53 410

Таблица 5

Основные технико-экономические показатели производства АСКТ

Показатели Значение

Количество товарной продукции, тыс. т/год АСКТ ПА 10 ~14 30 ~45

Расход энергии для выработки, кВт/ч теплоты холода 133...163 272...370 430.501 838.1196

Капитальные вложения, млн руб. (разработка, проектирование, изготовление, строительство) 30,1 53,4

Срок окупаемости капитальных вложений (ориентировочно), год 1,2...1,4 0,8.1,0

шаги. Строительство более крупных установок, особенно на новых объектах, не является сложной технической и технологической задачей. При планируемом активном освоении Сибири потребность в авиационном топливе, по оценкам специалистов, может составить до 1 млн т/год, а избыток производимой ШФЛУ может

достигнуть нескольких миллионов тонн.

Таким образом, лабораторно-стендовые испытания (1-й этап) нового топлива проведены, вертолет на АСКТ прошел начальный этап наземных и летных испытаний, производство АСКТ технических проблем не представляет и является выгодным,

создание инфраструктуры для хранения и заправки (аналоги давно применяются в нефтегазовой промышленности и выпускаются серийно для работы с пропан-бутаном) также не вызовет проблем. Оценки показывают, что приведенные затраты на создание аэродромного топливозаправочного комплекса АСКТ (ТЗК-АСКТ) будут находиться в пределах 1,4.1,6 млн руб. на вертолет.

Однако остаются следующие вопросы: получение разрешения на эксплуатацию вертолетов семейства Ми-8 с модифицированной топливной системой; переоборудование вертолетного парка для работы на сжиженном углеводородном газе; создание на аэродромах ТЗК-АСКТ и др. Все эти вопросы можно решить в рамках государственно-частного партнерства. Однако для их реализации необходимо активное участие заинтересованных сторон, а также федеральных и региональных структур.

Литература

1. Ковалев И.Е., Маврицкий В.И., Зайцев В.П. Внедрение газотопливной технологии в авиацию // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 1 (19). - С. 69-75.

2. Бащенко Н.С., Пуртов П.А., Аджиев А.Ю. Перспективы использования ПНГ для производства нового авиационного топлива АСКТ. Материалы XXIV Всероссийского межотраслевого совещания, Сочи, 6-7 октября 2010 г. - С. 36-40.

3. Маврицкий В.И., Косушкин К.Г., Зайцев В.П. Влияние вида топлива на летно-технические характеристики вертолетов семейства Ми-8 // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 5 (23). - С. 13-15.

4. Бащенко Н.С., Пуртов П.А., Аджиев А.Ю. Оценка возможности производства АСКТ из нефтяного и природного газа // Транспорт на альтернативном топливе. - 2011. - № 4 (22). - С. 57-58.

НИ ЙЯЯВВР Л Фв вя# ¿¡^¿^ ЩИ

«Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (27) июнь 2012 г.