Turbinenöle im Kraftwerksbetrieb (eBook)

Werner Gooss (Autor)

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2025 | 1. Auflage
192 Seiten
Expert Verlag
9783816901204 (ISBN)

Infos

Dieses Buch bietet einen Überblick über das Thema Mineralöle und speziell über Qualität und Einsatz von Turbinenölen. Die Turbinenöle werden in ihrer Komplexität erfasst - von den Herstellungsverfahren, Qualitätsanforderungen, analytischen Untersuchungsmethoden bis hin zu den physikalisch-chemischen Eigenschaften, den wichtigsten Bewertungskriterien, Grenzwerten im Betrieb und der Altölentsorgung. Die Öloxidation wird ausführlich behandelt. Verknüpft wird das Thema mit einer Darstellung der alternativen Möglichkeiten der Stromerzeugung und Anstößen zum Klimaschutz. Das Buch soll als Anregung zu Forschungsprojekten bezüglich neuer, rapider Methoden zur Qualitätsbewertung der Turbinenöle, Erstellung neuer Korrelationsmethoden und möglichen Verlängerungen der Öleinsatzzeiten im Betrieb dienen und somit einerseits zur Wirtschaftlichkeitserhöhung beitragen und andererseits zu einem nachhaltigen Einsatz der Öl-Ressourcen anregen.

Dr. Werner Gooss war langjähriger wissenschaftlicher Hauptforscher am Institut für Energetik 'ICEMENERG', Bukarest. Er leitete die Abteilung Anwendungstechnik bei 'Liqui Moly' in Ulm und das Chemielabor bei BMW in Dingolfing und ist Mitglied der American Chemical Society.

Textauszug

2.2 Herstellung legierter Turbinenöle

Um einen Ein- und Überblick über die Komplexität der Herstellungstechnologie legierter Turbinenöle zu ermöglichen, sind in Abbildung 5 die einzelnen technologischen Schritte dargestellt:

Technologische Rohölverarbeitung (www.lm-energy.at, 16.5.2023)

Die folgenden Ausführungen gelten den technologischen Abläufen, die zu der Produktion von Mineralölen notwendig sind.

Der über die atmosphärische Destillation des Rohöls erhaltene Rückstand führt nach Durchlauf einzelner technologischer Verarbeitungsverfahren wie Vakuumdestillation, Solventextraktion, Entparaffinierung und Hydrofinishing zu einem Mineralöl, welches durch entsprechende Additivierung ein dem Einsatzbereich entsprechendes Qualitätsprodukt/Endprodukt ergibt.

Die aus der atmosphärischen Destillation erhaltenen Rohbenzine werden gespalten (cracking) und das erhaltene Ethylen kann über entsprechende Syntheseprozesse entweder zu Polyalphaolefinen (PAO) oder Di- bzw. Polyester führen.

Um über ein bestimmtes Mischungsverhältnis der Kohlenwasserstoffe die gewünschte Endqualität zu erhalten, müssen die einzelnen technologischen Verfahren genau bekannt und sicher sein.

Durch die Eliminierung von Aromaten, u. a. über das Solventationsverfahren, und die Eliminierung anderer, unerwünschter Komponenten wird eine Verbesserung des Viskositätsindex, der Farbe, der Oxidationsstabilität und der Suszeptibilität zur Additivierung erreicht.

Besonders wichtig ist dabei die Eliminierung der Aromaten mit kurzen substituierten Seitenketten, da diese Verbindungen sich durch eine schlechte Oxidationsstabilität und große, temperaturabhängige Viskositätsschwankungen auszeichnen. [129, S. 96]

2.2.1 Rohöldestillation

Rohöl-​Destillationsanlage (www.chemgapedia.de, 16.5.2023)

In dieser Anlage findet die Fraktionierung statt. Die im Erdöl enthaltenen Kohlenwasserstoffe zeigen; je nach Molekülgröße bzw. Molekulargewicht ein unterschiedliches Siedeverhalten. Die Auftrennung in einzelne Produktgruppen mit genau definierten Siedebereichen, erfolgt über zahlreiche Dampf-​Flüssigkeitsgleichgewichte der in einer Destillationsanlage existierenden Trennungsböden. Je schwerer die Moleküle sind, umso schneller verflüssigen sie sich wieder und treten mit den aufsteigenden Dämpfen, nach intensiver Vermischung in ein Gleichgewicht, bei welchem die schwereren Teile zurückgehalten werden und die leichteren verdampfen und in der Kolonne aufsteigen.

Die hierdurch aus den Destillationskolonnen gewonnen Fraktionen sind:

• Benzin

• Petroleum

• leichtes Mitteldestillat

• schweres Mitteldestillat

Der atmosphärische Rückstand, mit Siedetemperaturen über 300°C, kann unter den gegebenen technologischen Bedingungen nicht mehr verflüssigt werden und wird über Röhrenöfen erhitzt und der Vakuumdestillation zugeführt. Unter vermindertem Druck (etwa 50 mbar) wird der Rückstand verdampft und führt über Dampf-​Flüssigkeitsgleichgewichte zu einzelnen Fraktionen bzw. leichteren und schweren Destillaten.

2.2.2 Selektive Solventation

Ohne auf die theoretischen Details der einzelnen Verfahrensschritte einzugehen, wie z. B. Selektivität der Lösungsmittel, Phasendiagramme und Festlegung der Anzahl der Extraktionsstufen, Extraktionstemperatur u. a., ist es trotzdem für das allgemeine Verständnis der Ölherstellung unerlässlich einige wichtige Daten anzuführen.

Die üblichsten selektiven Lösungsmittel, die in technologischen Extraktionsverfahren zum Einsatz kommen, sind Furfural, Phenol, flüssiges SO2, N-​Methyl-2-Pyrollidon u.a.

Selektive Solventation [129, S. 161]

Der technologische Ablauf einer selektiven Solventation in einer einzigen Stufe ist schematisch in Abbildung 7 wiedergegeben. Die Extraktionsprozesse basieren auf der unterschiedlichen Verteilung der Kohlenwasserstoffe zwischen zwei unmischbaren Flüssigphasen, eine Phase reich an Lösungsmitteln, in welchen sich die aromatischen Kohlenwasserstoffe akkumulieren (Extrakt) und die andere Phase, arm an Lösungsmittel in welcher sich der Großteil der gesättigten Kohlenwasserstoffe befindet (Raffinat). Als Lösungsmittel wurden zahlreiche organische Verbindungen eingesetzt, die in zwei Kategorien gegliedert werden:

• Extraktive Lösungsmittel, welche die unerwünschten Komponenten lösen

• Niederschlagbildende Lösungsmittel, die die entsprechenden Komponenten aus der Lösung fällen. Als typisch extraktives Lösungsmittel, welches die aromatischen Kohlenwasserstoffe selektiv entfernt, ist Furfural zu nennen, wogegen Propan zur Fällung der Asphaltene und Harze eingesetzt wird.

Die industriell eingesetzten Lösungsmittel zeichnen sich meist durch eine sehr gute Fluidität aus, was einen guten Kontakt zum Rohmaterial ermöglicht. Wichtig ist auch, dass die Lösungsmittel eine sehr unterschiedliche Dichte zum behandelten Rohstoff haben, da dadurch eine sehr schnelle Trennung, über den Gravitationseffekt, gewährleistet ist und somit das Volumen der entsprechenden Anlage auf akzeptable Dimensionen reduziert werden kann. Ebenso weisen die industriell eingesetzten Lösungsmittel eine gute thermische und chemische Stabilität auf, wodurch Lösungsmittelverluste, Korrosion und unerwünschte Ablagerungen in den Anlagen vermieden werden.

Furfural und Phenol sind Lösungsmittel die am häufigsten, in den Extraktionsanlagen, zur Herstellung von Ölen verwendet werden. Furfural hat gegenüber anderen Lösungsmitteln einige Vorteile wie [129, S. 202]

1. große Dichte und Oberflächenspannung, was eine rapide Phasentrennung ermöglicht

2. relativ geringer Siedepunkt, was die Rückgewinnung aus dem Öl erleichtert

3. niedriger Stockpunkt, was eine einfache Beförderung ermöglicht und gleichzeitig eine Extraktion, praktisch bei jeder Temperatur, ermöglicht

4. benötigt keine Zugabe von Wasser in den Extrakt, um die Löslichkeit einiger Kohlenwasserstoffe zu reduzieren

Furfural zeigt schon bei niedrigen Temperaturen (circa 50°C) eine gute Selektivität für aromatenhaltige Öle und führt zu einem Extrakt mit hoher Dichte. Zusätzlich kann man, bei entsprechender Nutzung eines Temperaturgradienten, und bei höherer Temperatur beim Austritt des Raffinats, hohe Wirkungsgrade und ein Öl mit hohem Viskositätsindex erzielen.

Furfural hat ein relativ geringes Lösungsvermögen, was dazu beiträgt, dass die Extraktion bei etwas höheren Temperaturen durchgeführt werden muss, im Vergleich zu anderen Lösungsmitteln, was andererseits den Massentransfer und die Phasentrennung begünstigt.

Furfural als extrem sensibles Lösungsmittel ermöglicht die Verarbeitung sowohl von paraffinfreien Fraktionen als auch sehr paraffinreicher Rohöle. Das Furfural wird zusammen mit dem Extrakt in die Anlage zur Rückgewinnung der Lösungsmittel geleitet, während das Raffinat entparaffiniert wird.

Wegen der rasanten Entwicklung technologischer Verarbeitungsverfahren des Erdöls, wird das Solventationsverfahren mit Furfural heute kaum noch angewandt; es eignet sich aber immer noch besonders gut zur Herstellung hochwertiger Brighstocks aus Vakuumdestillaten.

2.2.3 Entparaffinierung

Unter Paraffin versteht man üblicherweise ein festes Produkt mit einem Schmelzpunkt von 50–55°C und im Allgemeinen alle Kohlenwasserstoffe, die sich bei Normaltemperatur im festen Zustand befinden oder diejenigen, die bei Abkühlung des Rohöles oder von verschiedenen Fraktionen ausfallen.

Somit ist die Solubilität (Löslichkeit) der Paraffine in der Ölfraktion, bei verschiedenen Temperaturen, für die Entparaffinierungsprozesse, extrem wichtig. Die Solubilität der Paraffine hängt von der Dimension der festen Partikel ab, je kleiner die Partikeldimension, um so größer die Solubilität. Paraffinkristalle beginnen schon bei einer Größe von 0,001 mm aus der Lösung zu treten. Es ist außerdem sehr wichtig die Kinetik der Kristallisationsprozesse, die Bildung der Kristallisationskeime sowie das Kristallwachstum bzw. die Faktoren, die diese Prozesse beeinflussen, genauestens zu kennen. [129, S. 230] Der technologische Ablauf eines Entparaffinierungsprozesses kann in Abb. 10 verfolgt werden.

Schema einer Entparaffinierungsanlage [129, S. 259]

Komponenten: 1: Wärmetauscher (Erwärmung), 2: Wärmetauscher (Kühlung), 3: Wärmetauscher mit kaltem Filtrat, 4: Kristallisator, 5: Behälter zur Beladung des Filters, 6: Rotationsfilter, 7: Elikoidaltransporter, 8: Behälter unter Vakuum für Filtrat, 9: Filtrat-​Zwischenbehälter, 10: Hochdruck-​Filtratverdampfer, 11: Niedrigdruckverdampfer, 12: Sammelbehälter für Lösungsmittel, 13: Stripper für entparaffiniertes Öl, 14: Behälter für Paraffinlösung und Wasserdekantierung, 15: Kolonne zur Lösungsmittelrückgewinnung, 16: Lösungsmittelverdampfer für Paraffin, 17: Paraffin-​Stripper

 

Zweck der Entparaffinierung ist es paraffinische Komponenten aus dem Öl zu entfernen, um eine Verbesserung der Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu erreichen. Paraffine haben im Vergleich zu den anderen im Öl enthaltenen Kohlenwasserstoffen, recht unterschiedliche Eigenschaften. Bei gleichem Siedebereich sind Dichte und...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 16.6.2025
• Reihe/Serie: Tribologie - Schmierung, Reibung, Verschleiß
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Kraftwerk • Maschinenö • Turbinenöl
• ISBN-13: 9783816901204 / 9783816901204