Cercetari Actuale In Domeniul Combustibililor Navali

Introducere

Sectorul de transport maritim ocupă un rol important în consumul de combustibili grei obținuți din prelucrarea țiteiului. La nivel mondial combustibilii marini ocupă 20% din cererea de combustibili din care aproximativ 90% sunt utilizați de cargouri, restul de 10% fiind utilizat de navele de pasageri, nave de pescuit, etc . Cantitativ cererea de combustibili pentru nave este mai mare de 300 MT/an și constă atât din combustibili reziduali cât și din distilate [1].

Figura 1. Transportul global per an al ambarcațiunilor navale [2]

Transportul naval constituie o activitate economică complexă, atât prin volumul mare de mărfuri transportate pe distanțe mari, volumul mare de investiții și implicit valoarea materială mare. Totuși pe lângă beneficiile majore oferite, transportul naval este un contributor major în poluarea aerului și apelor. Dintre poluanții emiși prin utilizarea combustibililor navali putem enumera dioxidul de carbon cu 3-6 % din emisiile globale, oxizii de azot 14-31% , oxizii de sulf 4-9% , pulberi [3].

La nivel mondial se fac eforturi în reducerea poluanților, iar Convenția Marpol (Marpol 73/78) – Convenția internatională pentru prevenirea poluării pentru nave, în Anexa VI, stabilește limitele emisiilor de oxizi de sulf și azot care pot fi emiși în atmosferă de nave și interdicția de substanțe care pot afecta stratul de ozon. Aceste limite pot fi respectate fie prin utilizarea unor combustibili petrolieri “curați” sau prin introducerea de combustibili altenativi, în ultimii ani fiind realizate tot mai multe studii în acest sens, prin cercetarea efectului introducerii biodieselului, bio-etanolului, hidrogenului, GPL.

Capitolul 1

Condiții de calitate ale combustibililor navali

Clasificarea combustibililor navali

Clasificarea cea mai complexă a combustibililor navali a fost realizată de un colectiv international în cadrul standardului ISO. Acest standard cuprinde trei părți [4]:

ISO International Standard 8216/0. Partea 0: generalități (clasificarea produselor petroliere de tip combustibili)

ISO International Standard 8216/1. Partea I: Categorii de combustibili navali (clasificare)

ISO 8217 conține lista cu proprietățile combustibililor distilați și reziduali (conform ISO 8216/0-1), care apar și în buletinul de analiză ce însoțește orice sortiment de combustibil livrat de producător.

În tabelul 1.1 sunt prezentate principalele clase de combustibili utilizați în domeniul naval conform ISO 8216/0 iar în tabelul 1.2 sunt evitențiate categoriile de combustibili marini.

Tabelul 1.1. Clasificarea combustibililor utilizați în domeniul naval conform ISO 8216/0 [4]

Tabelul 1.2. Tipuri de combustibili navali conform ISO 8216/1 [5]

Corespondența dintre combustibilii moroarelor navale precum si a altor instalații de la bord este [6,7]:

MARINE GAS OIL (MGO)- reprezentând motorina, ca produs distilat sau poate fi amestecat cu motorina de cracare; este produsul petrolier de cea mai bună calitate utilizat în activitățile navale;

MARINE DISTILLATE OIL (MDO) – este fabricat prin combinarea kerosenului , fracțiilor ușoare și grele de motorină. Combustibilii DMA și DMB sunt de obicei folosiți în cazul navelor maritime mici și mijlocii. DMC este este un combustibil mai greu și ne putem referi că poate fi de tip intermediar deoarece acesta poate fi amestecat cu combustibil residual în proporție de 10-15%.

MARINE FUEL OIL (MFO***): reprezintă toți combustibilii reziduali, caracterizați de cea mai ridicată viscozitate; *** reprezintă viscozitatea cinematică a combustibilului în cSt la 50oC;

INTERMEDIATE FUEL OIL (IFO) – reprezintă un combustibil intermediar; în aceasta categorie de combustibili cei mai cunoscuți sunt IFO 380 și IFO 180. IFO 380 este fabricat în rafinărie prin amestecarea reziduului de vid cu motorine de cracare și are un conținut de sulf ce depășește 5%. IFO 180 are o viscozitate și conținut de metale mai mici dar își menține același conținut de sulf ca IFO 380.

INTERMEDIATE FUEL (IF)- amestecuri de combustibili cu viscozități diferite;

HEAVY FUEL OIL (HFO) COMBUSTIBIL GREU REZIDUAL

De menționat este faptul că în afară de ISO (INTERNATIONAL ORGANIZATION OF STANDARDIZATION) mai există și alte organizații care s-au implicat activ în standardizarea combustibililor utilizați în domeniul naval: BSI- BRITISH STANDRDS INSITUTION,CIMAC- INTERNATIONAL COUNCIL OF COMBUSTION EBGINES,ASTM- AMERICAN SOCIETY FOR TESTING OF MATERIALS,ICS- INTERNATIONAL CHAMBER OF SHIPPING, DnV- DET NORSKE VERITAS, GL- GERMANISCHER LLYOD.

După BS și ASTM combustibilii navali proveniți din petrol se clasifică în patru categorii:

-A1 și A2 combustibili navali utilizați la motoarele rapide (n>750 rot /min);

– B1 și B2 combustibili navali utilizați la motoare semirapide și lente (n cuprins între 100 și 750 rot /min).

1.2. Tehnologii pentru obținerea combustibililor navali

Procedeele de obținere a combustibililor navali cuprind atât procesele fizice, cât și procese chimice de prelucrare a țițeiului. Combustibilii navali utilizați sunt obținuți în procesele de distilare atmosferică, distilare în vid, cracarea catalitică, hidrocracarea, cocsare în strat fluidizat, hidroprocesarea, cracarea termică. In figura 1.1. este prezentată schema de amestecare a combustibililor reziduali într-o rafinărie, rezultă astfel combustibili distilați, combustibili intermediari și combustibili reziduali cunoscuți și sub denumirea (navală) de combustibili grei.

Figura 1.1. Procese termocatalitice pentru obținerea combustibililor [8]

În prelucrarea primară se obțin fracțiile de benzină, petrol, motorină și reziduul de distilare atmosferică care constituie materia primă pentru distilarea în vid, vidul fiind necesar pentru reducerea temperaturilor de fierbere ale fracțiunilor grele sub temperatura de descompunere. Procesele termocatalitice de prelucrare sunt mai complexe și cuprind:

cracarea catalitică, este un proces realizat pe catalizatori de alumino-silice (zeoliți), folosește ca materie primă distilatele de vid, obținându-se distilate ușoare și reziduuri ce conțin particule fine de catalizatori ce se desprind din catalizatorul de cracare;

hidrocracarea distilatelor de vid, este un procedeu de cracare severă, însoțită de hidrogenare prin care distilatele de vid trec în distilate ușoare fără a se mai obține reziduuri;

cracarea termică a reziduurilor de prelucrare primară este realizată la temperatură și presiune ridicată, obținându-se distilate ușoare și reziduuri aromatice cu conținut ridicat de asfaltene și carbene;

hidroconversia reziduurilor este de asemenea un procedeu modern de cracare și hidrogenare prin care se produc distilate și cantități mici de reziduuri lichide lipsite în general de impurități nedorite;

cocsarea în strat fluidizat este un procedeu de transformare a reziduurilor în distilate ușoare și grele, cu obținerea unui reziduu solid – cocsul de petrol; acesta la rândul său este gazeificat și transformat în combustibili ușori.

Compoziția combustibililor depinde foarte mult de compoziția țițeiului din care provin. Combustibilii reziduali obținuți din reziduurile de distilare, au un caracter pronunțat parafinic în comparație cu cei obținuți din reziduurile de cracare, care au un caracter pronunțat aromatic. Compoziția chimică a combstibililor reziduali este extrem de variată, ei fiind obținuți prin amestecarea oricărui reziduu cu orice fracție distilată; în plus fiecare dintre aceste fracțiuni poate proveni din orice tip de țiței. Pe plan mondial se folosesc ambele tipuri de combustibili reziduali, iar amestecarea la bordul navei, a doi combustibili proveniți unul din distilare și altul din reziduuri de cracare, deși ambii au caracateristici fizico-chimice asemănătoare și care se înscriu în limitele aceluiași tip standardizat, poate crea mari probleme de incompatibilitate [9]. În figura 1.2 este prezentată compoziția unor probe de combustibil tip RMG 180 [10].

Figura 1.2. Compoziția probelor RMG 180 [10]

1.3 Condiții de calitate pentru combustibilii navali

Standardul international ce trebuie respectat se toți cei ce livrează combustibil este ISO 8217/1996. Limitele impuse prin acest standard pentru caracteristicile combustibililor reziduali sau stabilit pe baza “Reglementărilor privind cerințele pentru combustibili reziduali pentru motoare Diesel” ale CIMAC (Internaional Council on Combustion Engines).

Standardul românesc SR ISO 8217/1995, standardul britanic BS MA 100/189, precum și unele specificații de firmă de exemplu: Shell Marine Fuel Specification, Mobil Fuel Specification, Castrol Fuel Specification, Exxon Marine Specification, au limitele stabilite pe baza standardului ISO 8217 [9].

În ceea ce urmează sunt prezentate caracteristicile unor combustibili navali conform ISO 8217.

Tabel 1.3 Specificația combustibililor navali distilați (ISO 8217) [9]

Tabel 1.4 Specificația combustibililor navali reziduali (ISO 8217) [7]

Tabel 1.5 Specificația combustibililor navali reziduali (ISO 8217/1996)

Tabel 1.6 Specificația combustibilului greu buncherat la navă [4]

Tabel 1.7 Caracteristicile combustibilului rezidual naval [7]

Tabel 1.8 Caracteristicile motorinei navale [4]

Tabel 1.9 Caracteristicile păcurei navale [9]

Capitolul 2

Proprietățile fizico-chimice combustibililor navali

Combustibilul naval constituie un procent semnificativ din totalul cheltuielilor de exploatare ale navei, astfel el trebuie să se încadreze atât în cerințele utilizatorului dar trebuie să îndeplinească și condițiile impuse de legislația în vigoare. Din punct de vedere al utilizatorului, un combustibil naval este de calitate dacă răspunde la toate cerințele privind arderea în motor, depozitarea și manipularea sa [9].

2.1 Proprietăți fizice generale

Densitatea

Densitatea absolută ρ se definește ca masa unității de volum, este o proprietate importantă nu numai pentru stabilirea stocurilor, ci și pentru determinarea temperaturii de preîncălzire în vederea separarării centrifugate, la alegerea corectă a discului gravitational [9]. Densitatea este corelată și cu calitatea combustibilului prin aceea că produsele de cracare, cu conținut mare de hidrocarburi aromatice grele și cu raport mare C/H, au densități mari. Astfel de produse ard lent, cu formare de fum și depuneri în motor.

În calculul unor caracteristici de ardere se folosește densitatea combustibilului exprimată în grade API (American Petroleum Institute), aceasta se poate calcula cu relația [11]:

(2.1)

Viscozitatea

Viscozitatea cinematică este o măsură pentru fluiditatea produsului la o anumită temperatură.Viscozitatea unui combustibil scade cu creșterea temperaturii. Viscozitatea combustibilului trebuie să fie astfel încât să fie asigurată o injecție corespunzătoare prin sistemul de preîncălzire al navei.

Pentru mult timp criteriul de bază pentru aprecierea combustibililor a fost viscozitatea. Deși în general combustibili navali reziduali au vicozitate mare, se va continua producerea și utilizarea acestora dar, probabil nu se va depăși limita de 700 cSt deoarece, prepararea la bordul navelor, cu actualele instalații de preparare, devine mai anevoioasă pentru un combustibil cu viscozitatea prea mare [9].

În practică cele mai utilizate sunt viscozitatea convențională (Engler) și viscozitatea cinematică. Principiul de determinare al viscozității convenționale constă în măsurarea timpului de scurgere al produsului printr-un orificiu calibrat. În figura 2.1. este prezentată corelația dintre viscozitatea convențională și viscozitatea cinematică, determinate la aceeași temperatură. De asemenea în diagramă sunt prezentate variația viscozității cu temperatura, pentru produsele petroliere cu viscozități cuprinse între 2 și 1000 cSt la 50oC. Ea poate fi folosită pentru determinarea temperaturii optime de depozitare , astfel încât produsul să fie pompat.

Viscozitatea influențează în mod direct funcționarea pompelor, preîncălzitoarelor și centrifugelor. Arderea combustibilului este influențată de viscozitate prin intermediul caracteristicilor de pulverizare, o viscozitate scăzută la injecție favorizează formarea unui jet de combustibil corespunzător ca omogenitate rezultând un amestec omogen aer- combustibil și se asigură în acest condițiile optime pentru ardere [4].

Viscozitatea combustibilului poate fi realizată și prin diluare, dar mai întâi trebuie realizate testele de compatibilitate. În figura 2.2. este prezentată diagrama pentru amestecarea combustibililor.

Figura 2.1 Diagrama viscozitate – temperatură

Figura 2.2. Diagrama pentru amestecarea combustibililor

Curbele de distilare

Caracterizarea produselor petroliere din punctul de vedere al temperaturii de fierbere se face cu ajutorul curbelor de distilare. Curba de distilare reprezintă corelația dintre temperatură și volumul de distilat. Curbele de distilare se determină pentru combustibilii ușori iar standardele în vigoare limitează doar procentul minim de distilat ce trebuie obținut până la 350 oC. Punctele determinate pe curba de distilare sunt utilizate și în aprecierea calitătilor de ardere sau la calcularea indicelui cetanic [9, 10].

2.2. Proprietăți legate de arderea combustibililor

Punctul de inflamabilitate

Este temperatura cea mai scăzută la presiunea atmosferică, la care, în condiții determinate amestecul de vapori formează un amestec exploziv cu aerul [12]. Acesta este legat de existența în combustibil a hidrocarburilor mai usoare dar nu este proporțional cu concentrația acestora.

Punctual de inflamabilitate este un parametru important deoarece indică gradul de siguranță contra incendiului în timpul depozitării sau preîncălzirii și la operarea cu combustibil în sisteme deschise.

Puterea calorifică

Reprezintă căldura degajată prin arderea completă a 1 kg de combustibil. Ea se exprimă în MJ/kg sau kcal/kg. În funcție de starea de agregare în care se găsește apa la sfârșitul procesului de ardere, lichidă sau gazoasă, se definește puterea calorifică superioară (Qs) și puterea calorifică inferioară (Qi), diferența dintre acestea două o reprezintă căldura latentă de condensare a apei [9,10].

În literatură există relații de calcul pentru puterea calorifică, relații ce țin seama de anumite proprietăți fizico-chimice ale produsului petrolier:

Qs= (52,19-8,802ρ210-6[1-0,01(X+Y+S)]+9,42(0,01S) MJ/kg (2.2)

Qi=(46,704-8,802 ρ210-6+3,167ρ10-3[1-0,01(X+Y+S)]+0,01(9,42S-2,449X) MJ/kg (2.3)

ρ-densitatea la 15oC, kg/m3; X- conținutul de apă , % masă;Y- cenusa rezultată după ardere, % masă; S- conținutul de sulf, % masă.

Cifra cetanică (CC)

Este un parametru important în determinarea calității la ardere a combustibililor diesel. Determinarea se face prin compararea arderii combustibilului cu un amestec de compuși etalon și anume:

N- cetanul (C16H34) căreia i s-a atribuit cifra cetanică 100;

α- metil – naftalina căreia i s-a atribuit cifra cetanică 0.

Comportarea la ardere se urmărește pe un motor monocilindric de laborator ce are posibilitatea de a varia și controla raportul de compresie și de a urmări diferiți parametri legați de autoaprindere și de ardere.

Indicele diesel

Se calculează din proprietătile fizice ale motorinei. Se poate determina din nomogramele existente în literature sau utilizând relația de calcul:

(2.4)

API- densitatea în grade API;

PA- punctul de anilină.

Punctul de anilină este temperatura cea mai joasă la care un amestec de anilină și combustibil devine omogen, are valori diferite în funcție de compoziția chimică a combustibilului. Hidrocarburile aromatice au punctul de anilină cu mult mai scăzut decât al celorlalte hidrocarburi.

Indicele cetanic

Standardul SR EN ISO 4264 [12] specifică relațiile de calcul pentru indicele cetanic. Acesta se determină în funcție de densitatea combustibilului și temperaturile la 10%, 50% și 90% pe curba de distilare STAS. Relația de calcul este [12]:

(2.5)

unde:

T10N= T10-215; T10 este temperatura la care distila 10%, in grade Celsius;

T50N= T50-260; T50 este temperatura la care distila 50%, in grade Celsius;

T90N= T90-310; T90 este temperatura la care distila 90%, in grade Celsius;

B=[exp(-0.0035DN)]-1

DN=D-850; Dn este densitatea la 150C, kg/m3.

Indicele de aromatizare calculat și indicele de aprindere calculat

Combustibilii reziduali se caracterizează printr-un conținut ridicat de hidrocarburi aromatice grele ce au inerție mare la autoaprindere și ardere. Aprecierea calității de ardre a acestor combustibili se face numai prin intermediul unor indici calculați cu ajutorul relațiilor empirice sau nomogramei (figura 2.3) [9]:

indicele de aromatizare calculat C.C. A.I. se calculează cu ajutorul densității (la 15oC) și viscozității cinematice (la 50oC sau la 100 oC). Cu cât valoarea lui este mai mare cu atât conținutul de hidrocarburi aromatice este mai mare si arderea mai greoaie;

indicele de aprindere calculat, C.I.I., se determină pe baza acelorlași caracteristici ca C.C.A.I. , dar valoarea lui este apropiată de a cifrei cetanice.

Figura 2.3 Nomograma pentru determinarea CCAI [13]

2.3. Caracteristici chimice

Reziduul de carbon

Reziduul de carbon determinat după metoda Conradson sau Microcarbon, exprimă, în procente ed masă, reziduul obținut prin arderea unei probe de combustibil în condiții specifice și artificiale și cu acces limitat la aer. Este o analiză ce dă indicații asupra conținutului de hidrocarburi ce ard greu. El este format în cea mai mare parte din carbon și (72-92%) și asfaltene.

Cenușa

Cenușa reprezintă reziduul obținut după arderea completă, în exces de aer, a unei probe de combustibil; ea este constituită în general din oxizi și/sau sulfați și se expriă în procente de masă. Este o măsură a metalelor prezente în combustibil fie ca și compusi organometalici (în special cei cu vanadiu) sau ca substanțe minerale prezente ca impuritați [7].

Cenușa ce nu se elimină cu gazele de ardere este inclusă în calamină; oxizii din cenușă îi maresc acesteia duritatea și astfel crește riscul uzurii prin abraziune.

Conținutul de vanadiu

Vanadiul este prezent în combustibil în cea mai mare parte ca și compus organometalic sub formă de metaloporfirine și se concentrează în fracția de asfaltene din combustibil. Efectele asociate prezenței vanadiul sunt cele de coroziune a suprafețelor de încălzire sau căldărilor, supapele de evacuare dar și depuneri pe paletele turbinelor. Aceste efecte sunt mai pronunțate la concentrații mai mari ale vanadiului și în asociere cu sodiul prin formarea unor compuși cu temperaturi de topire scăzute, cum sunt vanadații de sodiu, un amestec semi-fluid cu aderență puternică la suprafețele metalice, ce se depune mai ales pe suprafețele de etanșăre ale supapelor de evacuare [9].

Conținutul de aluminiu, siliciu

Oxizii de soliciu și de aluminiu apar inevitabil în reziduurile de cracare datorită fărâmițării particulelor. Prezența particulelor antrenate în combustibil conduc la uzura prin abraziune injectoarelor provocând mărirea cantității de combustibil injectată și înrăutățire a arderii.

Conținutul de apă

Prezența apei în combustibil este datorată fie existenței ei în emulsie sau amestec omogen, fie prin contaminare: spargerea serpentinelor, infiltrații sau chiar din aer, prin condensarea umidității.

Conținutul de sulf

Sulful este prezent în combustibil sub formă de compuși organici: mercaptani, polisulfuri, tiofeni. Conținutul de sulf în produsul petrolier depinde de originea țiteiului si de procesele de rafinare. Principalul efect al aprezenței sulfului este că prin arderea combustibilului se formează oxizi de sulf, SO2 și în mai mică măsură SO3, ce au acțiune corozivă. SO3 se poate combina cu apa din gazele de ardere și formează acidul sulfuric ce este extrem de agresiv atunci când condensează pe suprafețele metalice.

Aciditatea combustibililor

Aciditatea combustibililor este o caracteristică elegată de caracterul coroziv al combustibilulii distilat și prezintă valori limitative în unele specificații de combustibili.

Punctul de tulburare

Punctul de tulburare reprezintă temperatura cea mai ridicată la care în condiții determinate apar primele cristale de parafină. Parafinele au puct de tulburare ridicat, dacă trec în faza solidă sunt reținute de filtre și conduc la înfundarea acestora.[7]

Punctul de curgere

Temperatura de curgere este temperatura cea mai scăzută la care, în condiții determinate, combustibilul nu mai curge. Punctul de curgere are o importanță deosebită pentru depozitare și manipulare, care trebuie să se facă la o temperatură de 5-100C peste temperatura de curgere pentru a evita congelarea produsului în conducte.

Capitolul 3

Cercetări actuale în domeniul combustibililor navali

3.1. Legislația în vigoare privind controlul emisiilor

Industria de transport maritim se confruntă cu multe provocări pentru reducerea emisiilor și a gazelor cu efect de seră rezultate din arderea combustibililor reziduali. Astfel organisme internaționale de reglementare, cum ar fi Organizația Maritimă Internațională (IMO), și agențiile naționale de mediu din multe țări au emis norme și reglementări care reduc drastic emisiile care provin din surse marine [1]. IMO adoptă regulat reglementări care sunt aplicate curent de 170 de state membre și trei membri asociați.

Reglementările pentru prevenirea poluării aerului de la nave MARPOL 73/78 Anexa VI a intrat în vigoare în mai 2005 și cuprind atât emisiile de NOx și SOx dar și normele de calitate pentru păcură [13]. Limitele pentru emisiile de SO2, particule și NOx sunt stabilite în functie de zona geografică și de tipul de navă. În tabelul 3.1 sunt prezentate limitele actuale și viitoare pentru sulf adoptate de IMO și în conformitate cu convenția MARPOL Anexa VI în zonele de control al emisiilor (Emission Control Areas- ECA) și în afara acestor zone.

Tabelul 3.1. Limite pentru sulf (% m/m) actuale și viitoare pentru păcură [14]

UE a extins reglementările convenției MARPOL anexa VI cu propria Directiva 2005/33 / CE pentru a limita sulful la un conținut de 0,1% din 2010 pentru regiunile portuare și în prezent are ca plan viitor introducerea de noi reglementări pentru a reduce emisiile. În tabelul 3.2 sunt prezentate limitele emisiilor de NOx incluse în Anexa VI, iar în tabelul 3.2 sunt prezentate maximul în reducerea emisiilor conform aceleași anexe.

Tabelul 3.2 Nivelele I- III pentru limitele emisiilor de NOx pentru

combustibilii marini [14]

Tabelul 3.3 Reducerea maximă pentru emisii [13]

Din anul 2013 au intrat în vigoare pentru toate navele Indicele de Eficiență Energetică (Energy Efficiency Design Index-EEDI) și Planul de Management pentru Eficienta Energetică al Navei (Ship Energy Efficiency Management Plan- SEEMP ). EEDI exprimă emisiile de CO2 dintr-o navă în condiții specifice (de exemplu: motorul, încărcare, proiect, vânt, valuri, etc.) în corelare cu viteza de lucru pentru transportul nominal. SEEMP nu implică reducerea emisiilor, identifica, mai degrabă modalitățile rentabile pentru a reduce emisiile [13].

Acomi [15] a realizat un studiu privind influența tipului de combustibil marin supra indicelui operational de eficiență energetică. Metoda utilizată pentru studiu a fost una comparativă variind tipul de combustibil utilizat în timpul voiajelor cu efect direct asupra indicelui de eficiență energetică. Tipurile de combustibil utilizate sunt diesel marin/motorină, LFO (light fuel oil) și HFO (heavy fuel oil).

Figura 3.1. a) Costul total pentru utilizarea diferitelor tipuri de combustibil marin pentru același trimestru, b) Consumul de combustibil pentru menținerea la același nivel pentru valoarea EEOI [15]

Îmbunătățirea eficienței energetice este posibilă prin măsuri operaționale, cum ar fi folosirea de diferite tipuri de combustibil pentru diferiți consumatori, în funcție de distanta parcursă în călătorie. După cum se observă din rezultatele prezentate în figura 3.1 pentru combustibilul cel mai rentabil, HFO, corespunde cea mai mică valoare a EEOI. Comparativ cu utilizarea de HFO, folosind MDO / MGO, se determină o valoare de 2,82% mai mare pentru EEOI, în timp ce folosind LFO, EEOI prezintă o creștere de 1,15%.

3.2. Combustibili alternativi în domeniul naval

Efortul combinat de reducere a emisiilor va necesita o schimbare importantă în sistemul de propulsie al navelor, utilizarea sistemelor de purificare a gazelor rezultate în urma arderii și chiar schimbări în ceea ce privește tipul de combustibili utilizat [16,19]. Proprietățile combustibililor reziduali pot fi îmbunătățite prin amestecarea cu un combustibil alternativ curat, regenerabil. În ultimii ani au fost realizate tot mai multe studii privin utilizarea de combustibili alternativi, dintre care putem aminti: gazul natural, hidrogenul dar și biocombustibili precum biodieselul.

3.2.1. Biodiesel

Biodiesel-ul este un combustibil alternativ pentru combustibilul diesel și este definit ca amestecul de mono-alchil esteri ai uleiurilor vegetale sau grăsimilor animale care poate îndeplini nevoile energetice fără a sacrifica performanța operațională a motorului [17]. Unul din scopurile în dezvoltarea biodieselul-ului este de a înlocui într-o mare măsură combustibilul petrolier. In motoarele navelor poate fi utilizat direct sau în amestec fără a fi necesare modificări majore la motor, sau poate fi utilizat în boilere sau încineratoare [3,18].

Au fost studiate proprietățile fizice, densitatea și viscozitatea, pentru combustibilii marini de tip RMG 180 și RMG 380 (13 probe din fiecare tip de combustibil) în amestec cu biodiesel cu rapoarte de amestec cuprinse între 5% și 15 % volum [10]. Influența conținutului de biodiesel asupra densității este prezentată în figurile 3.2 și 3.3, iar variația viscozității în figurile 3.4-3.5.

Figura 3.2. Densitatea probelor RMG 180 [10]

Figura 3.3. Densitatea probelor RMG 380 [10]

Figura 3.4. Viscozitatea probelor RMG 180 [10]

Figura 3.5. Viscozitatea probelor RMG 380 [10]

După cum se poate observa din figurile 3.2-3.5 adaosul de biodiesel la combustibilul marin scade valorile densității și viscozității, ceea ce era de așteptat deoarece biodieselul are o viscozitate și densitate mai mică comparativ cu combustibilul rezidual. Totuși la rapoarte de adaos de peste 10% biodiesel, în cazul viscozității cinematice valorile obținute sunt foarte apropiate, ceea ce arată că necesarul de biodiesel pentru reformularea combustibilului marin este în cantitate mai mică.

De asemenea au fost studiate proprietățile de ardere ale amestecurilor de combustibili de tip RMA și DMA cu biodiesel, în raport de amestec cuprins între 5% și 25% volum [18]. În figura 3.6 este prezentată variația punctului de inflamare cu conținutul de biodiesel în amestec.

Figura 3.6 Variația punctului de inflamare cu conținutul de biodiesel în amestec cu DMA și RMA [18]

După cum se poate vedea în figura de mai sus punctul de inflamare al combustibililor în amestec cu biodiesel-ul a crescut semnificativ. Punctul de inflamare al DMA și RMA în amestec cu 5% volum biodiesel se apropie de 63oC sau mai mult, ceea ce este în conformitate cu limitele legislației în vigoare ajutând astfel la reducerea problemelor asociate incediilor ce pot fi cauzate de combustibili cu punct de inflamare mai mic.

Deoarece biodiesel-ul nu conține sulf, amestearea sa cu combustibilii marini poate reduce foarte mult conținutul de sulf al amestecului și implicit conținutul de oxizi de sulf în gazele de ardere. În figura 3.7 este prezentată variația conținutului de sulf al mestecurilor de RMA și DMA cu biodiesel observându-se o o descreștere cu aproximativ 24,78% a conținutului de sulf dacă amestecul conține 25% biodiesel.

Figura 3.7 Variația conținutului de sulf cu adaosul de biodiesel în combustibil [18]

3.2.2. Metanol și etanol

Metanoul ca și combustibil general a fost recomandat de CEESA, un centru de cercetare interdisciplinar din Danemarca. Tranasformarea navelor maritime pentru utilizarea metanolului sunt semnificativ mai puțin costisitoare decât cele ce ar funcționa pe LNG, datorită simplității sistemului de stocare pentru metanol deși metanolul este un combustibil mai costisitor decât LNG-ul.

Compromisul dintre metanol și gazul natural implică complexitatea sistemului de alimentare versus costul combustibilului. Metanolul are proprietăți similare cu cele ale metanului când este injectat în motor. Injectrea poate avea loc printr-un concept dual-combustibil, așa cum a fost propus de Wärtsilä (figura 3.8) [1].

Figura 3.8. Conceptul dual Wärtsilä pentru injecția directă a metanolul în

motoare mari în patru timpi [1]

Deși etanolul este un combustibil larg răspândit, în domeniul naval până acum nu au fost dezvoltate motoare care să funcționeze cu etanol ca și combustibil. Drumul a fost deschis totuși de dezvoltatorul si producătorul Scania care a proiectat un motor ce funcționează cu 95% alcool și 5% compus pentru îmbunătățirea aprinderii indicand astfel că etanolul poate deveni în viitor combustibil pentru motoarele navale [19].

3.2.3. Hidrogenul

Hidrogenul poate oferi un potential considerabil ca și combustibil marin. Pe lângă beneficiile energetice emisiile atmosferice sunt reduse considerabil. Totuși orice încercare de a introduce o tehnologie nouă trebuie însoțită de cercetări, studii și date experimentale pentru a furniza proiectanților de nave și operatorilor destule informații despre noul combustibil utilizat [20].

Sistemele marine pentru hidrogenul lichid ca și combustibil sunt diferite de sistemele de alimentare cu combustibil de tip hidrocarburi, și foarte importantă este diferența în temperatura de depozitare. O altă diferența majoră este în sistemul de injecție al combustibilului înainte de a intra în camera de combustie, în motorul cu ardere intrenă sau în turbinele de gaze, unde pentru HFO este de 120oC iar pentru hidrogenul lichid (LH2) este de aproximativ 20 K [21]. În figura 3.9 este prezentat schematic traseul pe care îl urmează hidrogenul lichid la bordul navelor.

Figura 3.9. Traseul urmat de LH2 la bordul navelor

3.2.4. Gazul natural lichefiat

Combustibilii gazoși disponibili pentru uz marin sunt gazul natural, propanul. Acești combustibili nu numai că au un conținut redus de sulf dar prin arderea lor conținutul de emisii și particule emise este mult redus [1], principalii produși rezultați în urma arderii gazului natural fiind dioxidul de carbon și apa.

Gazul natural lichefiat este un gaz inflamabil ce se poate aprinde chiar cu electricitate statică. Este un lichid extrem de rece și volatil, vaporii formând amestecuri foarte inflamabile cu aerul ce pot cauza explozii. Punctul de fierbere este de -161oC în condiții normale. Punctul de aprindere este -187,8oC, iar temperatura de autoprindere este de 573oC [22].

Una din marile probleme pe care le implică utilizarea LNG comparativ cu combustibilii tradiționali ține de siguranță și risc. Putem aminti aici temperatura criogenică, pericolul asfixierii, creșterea intensității focului și pericolul exploziilor [23,24].

LNG este depozitat pe nave în rezervoare criogenice cilindrice. El se depozitează la -162oC, cu densitatea de 450 kg/m3 la 1 bar. Rezervoarele de depozitare sunt proiectate pentru construcție cu pereți dubli și cu o izolație extrem eficientă între pereți pentru a menține temperatura corespunzătoare depozitării criogenice [23]. Din punct de vedere al compoziției chimice LNG are aceeași compoziție ca biogazul iar utilizarea necesită o tehnologie dezvoltată corespunzător pentru introducerea sa în motoarele marine. Biogazul este produs din materii prime bio și prezintă o provocare în termeni de costuri pentru transportul naval. În figura 3.10 este prezentat sistemul dual de introducere a combustibilului în motorul marin.

Figura 3.10 Concepul dual Wärtsilä pentru utilizarea gazului

natural în motoarele în patru timpi [1]

A fost studiată de aemenea capabilitatea utilizării gazului natural și hidrogenului drept combustibili alternativi în locul combustibilului pentru turbinele de gaz marine. Rezultatele au arătat că deoarece gazul natural este încadrat ca și combustibil hidrocarbură, performanța termodinamică a turbinei a fost apropiată de performanța în cazul utilizării combutibilului diesel. Eficiența termică a turbinei cu gaz în cazul utilizări hidrogenului a fost cu 1% mai mică decât cazul original cu combustibil diesel. Valoarea calorifică mare pentru gazul natural și hidrogen comparativ cu diesel reduce cantitatea de combustiil utilizat pentru aceeași cantitate de căldură degajată (figura 3.11) cea ce poate constitui un avantaj din punctul de vedere al depozitării la bordul navei dar trebuie să se țină cont de densitatea mai mică comparativ cu comustibilul diesel [25].

Figura 3.11 Consumul specific de combustibil [25]

3.3. Sisteme purificare a gazelor de evacuare

O alternativă la utilizarea combustibililor cu conținut scăzut de sulf pentru reducerea emisiilor de SOx este de a utiliza sisteme de purificare a gazelor. Aceste sisteme pot purifica gazele cu SOx până la un nivel care este echivalent cu conținutul necesar de sulf din combustibil. Sistemele de purificare oferă utilizatorilor folosirea combustibililor chiar și cu un conținut mai mare de sulf. Sistemele de purificare sunt scrubere cu ajutorul cărora se pot obține eficiențe în purificarea gazului evacuat [1]:

captarea particulelor- 80%

îndepărtarea SOx – 98%.

Purificatoarele pentru SOx sunt clasificate ca sisteme umede sau uscate, după cum urmează:

sistemul umed – foloseste apa (apa de mare sau dulce) ca mediu de epurare;

sistemul chimic – folosește un produs chimic uscat, cum ar fi hidroxidul de calciu.

Sistemele umede pot fi:

sisteme de buclă deschisă care utilizează apa de mare;

sistemele cu circuit închis, care utilizează apă cu adaugarea unei substanțe alcaline ;

sisteme hibride care pot opera în ambele moduri în buclă deschisă și buclă închisă.

În sistemele cu buclă deschisă apa de mare este pompată într-un sistem cu circuit deschis iar oxizi de sulf (SOx) sunt eliminați din gazele de evacuare printr-o serie de reacții chimice convenționale. Reacțiile caracteristice implicate sunt:

SO2+H2O ⇒ H2SO3 (acid sulfuros) ⇒ H +HSO3 (bisulfit)

HSO3 (bisulfit) ⇒ H+ SO3 (sulfit)

SO3 (sulfit)+ O2 ⇒ SO4 (sulfat)

În scruberele cu sistem închis SOx și particulele sunt eliminate prin dizolvarea acestora. SOx dizolvat formează acid sulfuric și sulfuros printr-o serie de reacții, iar acești acizi sunt transformați în sulfiți și bilsulfit generând un exces de ioni hidrogen și aciditate. Aciditatea este neutralizată prin utilizarea carbonaților alcalini. Multe sisteme marine utilizează hidroxidul de sodiu. Reacțiile ce au loc în sistemele cu buclă inchisă sunt:

SO2 + 2 NaOH ⇒ Na2SO3 (sulfit de sodiu) + H2O

Na2SO3 + H2O + SO2 ⇒ 2NaHSO3 (bisulfit de sodiu)

2NaOH + CO2 <> Na2CO3 (sodium carbonat de sodiu) + H2O

Figura 3.12. Scruber pentru purificarea gazelor în sistem cu buclă deschisă

În figura 3.12 este prezentat un sistem de purificare hibrid cu buclă deschisă.Aceste sisteme se utilizează în situațiile în care alcalinitatea apei este insuficientă și oferă avantajul că hidroxidul de sodiu este utilizat numai atunci când este necesar, se reduce astfel manipularea reactivilor, depozitarea și costurile asociate acestor operații.

Capitolul 4

Studiu experimental. Valorificarea reziduului de DA în rețete de combustibili pentru nave

4.1. Obiectivul studiului

Cerințele de calitate pentru combustibilii marini sunt într-o continuă schimbare. Aceste cerințe trebuie să îndeplinească atât normativele în vigoare privind protecția mediului dar și cerințele pentru funționarea la parametrii optimi la bordul navei.

Actual, combustibilii marini intermediari conțin un procent relativ mic de distilat în amestec. Combustibilul IFO 180 conține 98 % combustibil rezidual și 2 % de distilat. Combustibilul IFO 380 conține 88% combustibil rezidual și 12 % distilat [26].

Scopul studiului experimental este de a caracteriza combustibili obținuți prin amestecarea păcurii de distilare atmosferică și a unei fracții de motorină în diferite rapoarte, cu extinderea procentului de distilat în combustibilul rezidual până la 30%. De asemenea a fost studiată variația proprietăților fizico-chimice ale amestecurilor obținute cu conținutul de motorină în amestec.

4.2. Materiale și metode

4.2.1. Materii prime și produse

Pentru analiză au fost considerate păcura obținută prin distilarea atmosferică a țițeiului și fracția de motorină obținută în cadrul aceleiași instalații. Produsele au fost procurate de la Rompetrol Rafinare.

Au fost realizate amestecuri de motorină și păcură cu următoarea compoziție a motorinei în amestec: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%. Proprietățile urmărite au fost densitatea, punctul de inflamare, viscozitatea convențională (Engler), conținutul de sulf. Utilizând relațiile din literatura de specialitate pentru combustibilii rezultați au fost determinați indicele de aromatizare calculat și indicele de aprindere calculat.

4.2.1. Metode de analiză

Metodele standard de analiză utilizate în acest studiu experimental sunt prezentate în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Metode standard de analiză pentru produsele petroliere analizate în studiul experimental

Determinarea densității

Densitatea produselor s-a făcut cu picnometrul. Metoda se bazează pe compararea maselor unor volume egale de probă și de apă, introduse succesiv în picnometrul menținut într-o baie termostat la o anumită temperatură până la atingerea echilibrului termic. Calculul densității relative a produsului petrolier la temperatura de 20oC față de apa la 20oC, , se face cu relația 4.1:

(4.1)

unde: m1= masa picnometrului gol cântărit, în aer, g;

m2=masa picnometrului cu apă distilată, g;

m3= masa picnometrului cu probă .

Deoarece în relațiile de calcul densitatea este exprimată la 15oC, după ce a fost determinată densitatea relativă a produsului petrolier cu picnometrul, valoarea acesteia a fost corectată conform STAS 35-73.

Determinarea viscozității convenționale Engler

Principiul metodei constă în determinarea timpului de curgere al unui volum anumit de produs, în condiții experimentale definite și se raportează la timpul de curgere al aceluiași volum de apă distilată la 200C.

Calculul vâscozității în grade Engler se face cu formula 4.2.

(4.2)

în care: t= timpul de curgere a 200 ml produs la temperatura determinării;

c= timpul de curgere a 200 ml apă distilată la 200

Determinarea punctului de inflamare

Punctul de inflamare a unui produs petrolier (inflamabilitatea) este temperatura cea mai joasă, la presiune atmosferică, la care, în condiții determinate, vaporii de produs formează un amestec exploziv cu aerul și anume, temperatura cea mai joasă la presiunea atmosferică la care un produs petrolier, încălzit în condiții determinate, se aprinde.

Punctele de inflamare au fost determinate cu inflametrul Pensky-Martens cu creuzet închis.

Determinarea conținutului de sulf

Proba este plasată în lumina emisă de la o sursă de raze X. Radiația caracteristică rezultată este măsurată și cota acumulată este comparată cu cota dintr-un standard anterior de calibrare ce se află în domeniul de concentrații al probei de interes. Rezultatele sunt exprimate în % masă sulf.

Indicele de aromatizare calculat, CCAI

Se calculează cu ajutorul densității și viscozității combustibilului conform relației [10]:

CCAI= D – 81 -141x Log [Log [V + 0.85]] (4.3)

unde: D= densitatea at 15°C (kg/m3);

V= viscozitatea (cSt);

t = temperatura pentru determinarea viscozității (°C).

Indicele de aprindere calculat, CII

Se calculează cu relația:

CII = (270.795 + 0.1038T) – 0.254565 D + 23.708 log log(V+0.7) (4.4)

unde: D= densitatea at 15°C (kg/m3);

V= viscozitatea (cSt);

t = temperatura pentru determinarea viscozității (°C).

4.3. Rezultate și discuții

Rezultatele experimentale obținute pentru păcură și motorina DA sunt prezentate în tabelul 4.2. Proprietățile fizico-chimice ale amestecurilor obținute în laborator sunt prezentate în tabelul 4.3.

Tabelul 4.2. Proprietățile fizico-chimice ale păcurii și motorinei DA

Tabelul 4.2. Proprietățile fizico-chimice ale amestecurilor

Tabelul 4.3. Valorile CCAI și CII calculate pentru amestecuri

Din analiza datelor experimentale obtinute pentru densitate, punct de inflamare, viscozitate și conținut de sulf, s-au putut trasa corelații grafice între proprietățile analizate și conținutul de motorină din amestec. Graficele au fost trasate utilizând software-ul OROGIN 8.

În figura 4.1 este prezentată variația densității cu conținutul de motorină.

Figura 4.1 Variația densității cu conținutul de motorină în amestec

După cum se poate observă din figura 4.1 densitatea scade cu conținutul de motorină în amestec, ceea ce este logic să se întâmple deoarece densitatea motorinei este mult mai scăzută decât a păcurii. Conform standardului ISO 8217 pentru combustibilii intermediari valoarea maximă a densității este de 950 kg/m3. În studiul exprimental această valoare a fost obținută la amestecurile ce conțin peste 20% % motorină în amestec.

În figura 4.2 este prezentată variația viscozității cu conținutul de motorină. Valorile viscozității se încadrează în limitele standardului, curba de variație având tendintă descrescătoare. Valorile obținute pentru viscozitate au fost cuprinse între 18, 63 oE și aproximativ 20,5oE.

Figura 4.2 Variația viscozității vs. % motorină în amestec

Figura 4.3 Variația conținutului de sulf vs. % motorină în amestec

Variația conținutului de sulf este prezentată în figura 4.3. Deși nu se încadrează în limitele standardului (max. 1%), conținutul de sulf a scăzut cu aproximativ 25%. Combustibilii cu conținut ridicat de sulf nu numai căci contribuie la creșterea cantității de SOx emise în atmosferă dar ajută la lubrifierea părților în mișcare ale motorului. Prin adaosul de motorină cu un conținut de sulf mai mic va scade implicit valoarea sulfului în noul combustibil obținut, se reduc astfel de SOx, dar există posibilitatea și ca lubricitatea combustibilului să scadă, fiind necesar ulterior adaosul de noi compuși pentru a îmbunățăți proprietățile de lubrifiere.

Figura 4.4 Variația punctului de inflamare vs. % motorină în amestec

Tendința punctului de inflamare este descrescătoare (figura 4.4). Valorile punctelor de inflamare obținute sunt peste 80oC. Punctul de inflamare depinde de natura chimică a combustibilului precum și de viscozitatea acestuia. Puncrul de inflamare este mai mare la produsele cu caracter parafinic și produsele cu viscozitate mare.

În figura 4.5 este prezentată variația indicelui de aromatizare calculat. Acesta dă indicii asupra conținutului de aromate din combustibil, fiind mai mare cu cât conținut de aromate din combustibil este mai mare. Cerințele de performanță pentru aprindere ale combustibililor reziduali sunt determinate în principal de tipul de motor și condițiile de funcționare ale acestuia. Din acest motiv, există limite generale pentru calitatea la aprindere, d o valoare care poate fi problematică pentru un motor în condiții de lucru mai grele poate fi destul satisfăcătoare în alte cazuri. Valorile recomandate pentru CCAI sunt cuprinse între 800-880, utilizarea combustibililor cu CCAI mai mare de 880 fiind problematică.

Figura 4.5 Variația CCAI vs. % motorină în amestec

Figura 4.6 Variația CII vs. % motorină în amestec

Valorile CII (indicelui de aprindere calculat) sunt apropiate de cele ale cifrei cetanice. Acest indice dă indicații asupra proprietăților de aprindere. Pentru probele analizate valorile au fost cuprinse între 34 și 45 (figura 4.6).

4.4. Concluzii

În acest studiu experimental au fost realizate amestecuri de compoziție cunoscută păcura- motorină cu un conținut de motorină cuprins între 5% și 30 % volum. Rezultatele experimentale obținute au evidențiat că amestecurile de combustibil obținute au proprietățile fizico-chimice mult îmbunătățite faau proprietățile fizico-chimice mult îmbunătățite față de combustibilul rezidual inițial.

Densitatea, viscozitatea, punctul de inflamare, conținutul de sulf și CCAI au scăzut cu creșterea procentului de motorină în amestec, în timp ce indicele CII a avut o evoluție crescătoare.

Valorile viscozității, punctual de inflamare și CCAI se încadrează în limitele standardului ISO 8217. Pentru ca densitatea să aivă valoarea maximă de 950 kg/m3 amestecurile conțin peste 20% motorină în amestec. Adaosul de motorină a scăzut semnificativ conținutul de sulf, cu aproximativ 25%.

Capitolul 5

Norme de protecția muncii și PSI

Se impune cunoașterea normelor de protecția muncii atât pentru a preveni diversele accidente și îmbolnăviri, cât și pentru a executa analizele exact, fără incidente.

Regulile generale sunt:

pentru a nu-și murdări sau distruge hainele, toți cei ce lucrează în laborator vor îmbrăca în mod obligatoriu halatul; acesta trebuie să fie confecționat din fibre naturale (bumbac, cânepa, in).

înainte de începerea lucrărilor se va verifica buna funcționare a instalațiilor a nișelor și a aparaturii;

locurile de muncă la care se lucrează cu substanțe care prezintă pericolul de explozie sau aprindere vor fi dotate cu mijloace de stingere a incendiilor adecvate;

în timpul efectuării unor lucrări în care se pot produce stropiri cu substanțe acide sau bazice se vor purta ochelari de protecție;

laboratoarele folosesc lichide inflamabile trebuie să dispună de o încăpere corespunzătoare pentru depozitarea acestora;

se interzice încălzirea sau fierberea substanțelor volatile și inflamabile la flacără deschisă, aceste operații se vor efectua pe băi de nisip sau mantale, toate prevăzute cu încălzire electrică;

toate operațiile în care se folosesc solvenți inflamabili se vor efectua într-o aparatură perfect etanșă pentru a evita răspândirea vaporilor în atmosferă;

evaporarea soluțiilor extractive care conțin solvenți inflamabili se va face sub nișă, pe băi de apă sau de nisip încălzite în prealabil, becurile de gaz vor fi închise pentru a se evita aprinderea vaporilor solventului.

La locurile de muncă sau lucrările la care se utilizează substanțe inflamabile sau explozive, este interzisă purtarea îmbrăcămintei si lenjeriei din fibră sintetică.

Agitarea lichidelor volatile se va face cu grijă în vase închise, evacuându-se treptat presiunea formată, pentru a se evita aruncarea dopului și împrăștierea lichidului care, în contact cu o flacără deschisă ar putea provoca incendii sau explozii.

Încălzirea vaselor de sticlă care conțin substanțe combustibile se va efectua numai în băi de apă, de ulei sau de nisip, precum și pe site metalice acoperite cu azbest. Distilările se vor face numai în aparate destinate pentru acest scop și cu respectarea condițiilor și regulilor stabilite.

Pentru evitarea răbufnirilor, înainte de încălzirea vaselor cu lichide sub presiune și pentru a asigura o încălzire uniformă și continuă, în vasele respective se vor introduce bucățele de porțelan poros sau de piatră ponce. Instalațiile care sunt utilizate pentru lucru cu substanțe inflamabile, vor fi bine etanșate, chiar dacă se lucrează sub nișă.

Este interzisă vărsarea substanțelor la canalul din interiorul nișei, precum și evacuarea gazelor din interiorul diferitelor vase, prin legarea la trompă la acest canal.

Se va evita pe cât posibil vărsarea lichidelor combustibile și volatile la locurile de muncă sau spargerea vaselor și sticlelor care conțin aceste produse.

Instalația de ventilație mecanică va fi menținută permanent în funcțiune în încăperi în care se lucrează cu produse inflamabile și se produc degajări de gaze și vapori inflamabili precum și în încăperea în care se curăță și se spală cu solvenți vasele de laborator.

Este interzisă amplasarea în apropierea surselor de căldură permanente sau accidentale a recipientelor sub presiune ce conțin gaze comprimate sau lichefiate.

Concluzii

Pe piața combustibililor, combustibilii marini ocupă un loc important. Anual cerea pentru acest tip de combustibili fiind mai mare de 300MT. Totuși industria de transport maritim este un contributor major la cantitatea de poluanți emiși în atmosferă. Principalii combustibili utilizați sunt:

GAS OIL (MGO)- reprezentând motorina,;

MARINE DISTILLATE OIL (MDO) – este fabricat prin combinarea kerosenului , fracțiilor ușoare și grele de motorină;

MARINE FUEL OIL (MFO): reprezintă toți combustibilii reziduali, caracterizați de cea mai ridicată viscozitate;

INTERMEDIATE FUEL OIL (IFO) – reprezintă un combustibil intermediar; INTERMEDIATE FUEL (IF)- amestecuri de combustibili cu viscozități diferite;

HEAVY FUEL OIL (HFO) – combustibil greu rezidual.

Proprietățile combustibililor navali trebuie să se încadreze în condițiile de calitate impuse de standardele în vigoare dar și în cerințele pentru funcționare în condiții optime a motorului. Proprietățile combustibililor cuprind:

proprietăți fizice: densitatea, viscozitatea, curbele de distilare pentru distillate;

proprietăți legate de arderea combustibilului: punctul de inflamare, puterea calorifică, indicele de aromatizare calculat (CCAI), indicele de aprindere calculat (CII);

proprietăți chimice: conținutul de sulf, de apă, cenușa, reziduul de cabon, conținutul de aluminiu, siliciu, vanadiu.

În ultimii ani au fost adoptate reglementări privind prevenirea poluării aerului de la nave. Convenția MARPOL 73/78 Anexa VI, adoptată și deOrganizația Maritimă Internațională (IMO), cuprinde limitele pentru emisiile de NOx, SOx, particule dar și normele de calitate pentru combustibil. Aceste limite sunt stabilite în funcție de zona geografică și de tipul de navă.

Pentru a reduce cantitatea de emisii o soluție o reprezintă utilizarea combustibililor alternativi precum biodiesel-ul, LNG, hidrogenul. În ultimii ani au fost realizate numeroase studii privind utilizarea acestor combustibili în motoarele navale. Adaosul de biodiesel la motorina nu va necesita modificări ale motorului, în scchimb pentru celelalte tipuri se remarcă devoltarea sistemelor duale de introducere a combustibilului în motor.

O altă soluție o reprezintă utilizarea sistemelor de purificare a gazelor ce permit reducerea emisiilor de SOx cu un procente de chiar 98%.

Lucrarea cuprinde și un studio experimental prin studierea proprietăților amestecurilor de păcură și motorină. Au fost realizate amestecuri cu un conținut cuprins între 5-30% motorină. Propietățile combustibililor astfel obținuți sunt mult îmbunătățite ceea ce sugerează că un procent mai mare de motorină în amestec poate fi luat în considerare la reformularea combustibililor.

Bibliografie

McGill, R., Remley, W., Winther, K., Alternative fuels for marine applications, Annex 41- A Report from the IEA Advanced Motor Fuels Implementing Agreement, mai 2013

http://www.gastechnology.org/Training/Documents/LNG17-proceedings/7-1-Frederick_Adamchak.pdf

Cherng-Yuan Lin, Marine Policy, vol. 40 , p. 84–90, 2013

Moroianu Corneliu, Reducerea noxelor la arderea combustibililor lichizi în sistemele termice navale, Editura Academiei Navale “Mircea cel Bătrân”, Constanta, 2008, Capitolul 1, pg. 10-12

ISO International Standard 8216/1. Partea I: Categorii de combustibili navali (clasificare)

EPA420-R-08-021, Global Trade and Fuels Assessment Future Trends and Effects of Requiring Clean Fuels in the Marine Sector, noiembrie 2008 (http://www.epa.gov/nonroad/marine/ci/420r08021.pdf)

Moroianu Corneliu, Producerea și utilizarea aburului la bordul navelor, Editura Academiei Navale “Mircea cel Bătrân”, Constanta, 2009, Capitolul 1, pg. 8-14

Surender Parkash, Petroleum fuels manufacturing handbook, Mc Graw Hill, 2010, Capitolul 6, pg. 95

Nicolae Berechet, Ion Omocea, Motoare navale. Instalația de alimentare cu combustibil, Editura Dobrogea, Constanța, 2004

Elisia dos Santos Prucole, Ricardo Rodrigues da Cunha Pinto, Maria Leticia Murta Valle, Fuel processing Technology, vol. 122, 2014, p.91-97

C.I. Koncsag, Fzico-chimia petrolului, “Ovidius” University Press, Constanța, 2003

C.I. Koncsag, A.I. Birladeanu, Lucrări practice la disciplina: Fizico-chimia petrolului, “Ovidius” University Press, Constanța, 2006

Martha Marie Øberg, Life Cycle Assessment of Fuel Choices for Marine Vessels, Lucrare de Disertație, 2013, Universitatea de științe și Tehnologii, Norvegia, pg. 28

http://www.dnv.com/binaries/marpol%20brochure_tcm4-383718.pdf (Broșura Marpol 73/78 Anexa VI)

Nicoleta Acomi, Ovidius Cristian Acomi, Energy Procedia, vol.59, 2014, p. 243-248

Selma Brynolf, Erik Fridell, Karin Andersson, Journal of Cleaner Production, vol. 74, 2014, p. 86-95

Dragos Tutunea, Marian Bica, Corina Cernaianu, Alexandru Dima, Termotehnica, vol. 2, 2013, p. 67-69

Cherng-Yuan Lin, Energies, vol. 6 ,2013, p. 4945-4955

Krysztof Kolwzan, Marek Narewski, Study on alternative fuels for marine applications, Clean Shipping Currents, vol.1, no. 3, 2012

M. Morsy El Gohary, Yousri M. A. Welaya, Amr Abdelwahab Saad, Journal of Marine Science and Application, Volume 13, Issue 2, 2014, pp 212-217

I.J.S. Veldhuis, R.N. Richardson, H.B.J. Stone, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 32, 2007, p. 2553-2566

J. Herdiszk, Journal of KONES Powertrain and Transport, vol. 18, no. 2, 2011, p.169-176

L. Vandebroek, J. Berghmans, Procedia Engineering, vol. 45, 2012, p. 21-26

M.M. El Gohary, I.S. Seddiek, International Journal Of Naval Architecture and Ocean Engineering, vol. 5, 2013, p. 21-32

P.A. Davies, E. Fort, Journal of Marine Engineering & Technology, vol. 12, no. 3, 2013, p. 3-10

http://www.portoflosangeles.org/DOC/REPORT_Fuel_Availability_Study_Final_041408.pdf

ASTM D1298 – Standard Test Method for Density, Relative Density, or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method

STAS 117-87/ Produse petroliere lichide. Determinarea viscozității

ASTM D92 – Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester

ASTM D4294/ Standard Test Method for Sulfur in Petroleum and Petroleum Products by Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry

http://www.lr.org/en/_images/21335826_Your_options_for_emissions_compliance.pdf