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Ablagerungen bei der Gemischaufbereitung sind technisch beherrschbar

Flüssige Brenn- und Kraftstoffe können sich in technischen Systemen wie Dieselmotoren oder Heizgeräten bei der Verdampfung sehr unterschiedlich verhalten. Die Verdampfung ist ein Vorgang, bei dem der flüssige Brennstoff in ein Brenngas überführt wird. Wenn dabei Brennstofftropfen heiße, metallische Oberflächen benetzen, können Ablagerungen (Verkokungen) entstehen, die jedoch in der Regel unschädlich sind. Unter welchen Bedingungen der Umfang der Ablagerungen variiert und sich in seltenen Fällen akkumuliert und zu Funktionsstörungen führen kann, haben das OWI Oel-Waerme-Institut und der Lehrstuhl für Analytische Chemie der Universität Rostock in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben untersucht. Auch der noch ungeklärten Frage, welche Inhaltsstoffe in reinem Heizöl für Ablagerungen verantwortlich sind, gingen die Forscher nach.

Am OWI wurden zwei Prüfstände entwickelt, mit denen sich die Verkokungsneigung technischer Gemischaufbereitungssysteme (poröses Medium und Dralldruckzerstäuber) untersuchen lässt. Es stellte sich heraus, dass Heizöl mit biogenen Anteilen von 10 und 20 % Fettsäuremethylester (FAME, fatty acid methyl ester) deutlich stärker zur Ablagerungsbildung neigt als reines Heizöl und Heizöl mit einem Anteil von 10 % hydriertem Pflanzenöl (HVO). Bei gealterten Heizöl-FAME-Mischungen zeigte sich sehr eindeutig, dass gealterte Brennstoffe zu vermehrter Ablagerungsbildung neigen. Durch die Zumischung eines Additivs zum Bioheizöl wurden die Ablagerungen deutlich verringert, ließen sich aber nicht ganz vermeiden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt war die Regeneration verkokter metallischer Oberflächen. Hier zeigte sich, dass die in den Versuchen mit reinem Heizöl und Heizöl mit 10 % hydriertem Pflanzenöl gebildeten Ablagerungen durch eine thermische Behandlung bei zirka 300 °C innerhalb weniger Minuten abgebaut werden konnten. Bei Bioheizöl-Mischungen führten höhere Temperaturen von 450 bis 500 °C zu dem gleichen Ergebnis. Die Ergebnisse bei den Ablagerungen und ihrer Regeneration zeigten sich in beiden Prüfständen gleichermaßen und sind damit unabhängig von der Art des Gemischaufbereitungssystems.

Die Frage, warum auch auf Basis der Anforderungsnorm scheinbar identische reine Heizöle zu stark unterschiedlicher Ablagerungsbildung neigen können, ließ sich nicht abschließend klären. Detaillierte analytische Untersuchungen der chemisch-physikalischen Eigenschaften eines unkritischen und eines kritischen Heizöls ergaben allerdings Hinweise darauf, dass kleine, aber messbare Unterschiede von aromatischen Verbindungen und langkettigen Alkanen in den beiden Brennstoffen eine Rolle spielen könnten. Reste dieser Verbindungen wurden auch in den untersuchten Ablagerungen gefunden. Diese Verbindungen befinden sich bereits im Rohöl und werden offenbar durch die Verarbeitung in Raffinerien nicht ganz aus den Mineralölprodukten entfernt. In einem Folgeprojekt sollen mögliche Zusammenhänge näher untersucht werden.

Das IGF-Vorhaben 18675 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. - DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Das OWI ist eine unabhängige und gemeinnützige Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt das OWI Konzepte und Technologien auf den Gebieten der energieeffizienten Nutzung flüssiger konventioneller und alternativer Brenn- und Kraftstoffe sowie innovativer Effizienztechnologien. Das Ziel sind technisch ausgereifte, treibhausgas- und emissionsarme Lösungen für die Wärmeerzeugung und Mobilität von Morgen. Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und der Thermoprozesstechnik.
Oel-Waerme-Institut gGmbH (OWI)
Michael Ehring
Kaiserstrasse 100
52134 Herzogenrath
m.ehring@owi-aachen.de
49 (0)2407 / 9518 - 138
https://www.owi-aachen.de

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Ablagerungen bei der Gemischaufbereitung sind technisch beherrschbar

Flüssige Brenn- und Kraftstoffe können sich in technischen Systemen wie Dieselmotoren oder Heizgeräten bei der Verdampfung sehr unterschiedlich verhalten. Die Verdampfung ist ein Vorgang, bei dem der flüssige Brennstoff in ein Brenngas überführt wird. Wenn dabei Brennstofftropfen heiße, metallische Oberflächen benetzen, können Ablagerungen (Verkokungen) entstehen, die jedoch in der Regel unschädlich sind. Unter welchen Bedingungen der Umfang der Ablagerungen variiert und sich in seltenen Fällen akkumuliert und zu Funktionsstörungen führen kann, haben das OWI Oel-Waerme-Institut und der Lehrstuhl für Analytische Chemie der Universität Rostock in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben untersucht. Auch der noch ungeklärten Frage, welche Inhaltsstoffe in reinem Heizöl für Ablagerungen verantwortlich sind, gingen die Forscher nach.

Am OWI wurden zwei Prüfstände entwickelt, mit denen sich die Verkokungsneigung technischer Gemischaufbereitungssysteme (poröses Medium und Dralldruckzerstäuber) untersuchen lässt. Es stellte sich heraus, dass Heizöl mit biogenen Anteilen von 10 und 20 % Fettsäuremethylester (FAME, fatty acid methyl ester) deutlich stärker zur Ablagerungsbildung neigt als reines Heizöl und Heizöl mit einem Anteil von 10 % hydriertem Pflanzenöl (HVO). Bei gealterten Heizöl-FAME-Mischungen zeigte sich sehr eindeutig, dass gealterte Brennstoffe zu vermehrter Ablagerungsbildung neigen. Durch die Zumischung eines Additivs zum Bioheizöl wurden die Ablagerungen deutlich verringert, ließen sich aber nicht ganz vermeiden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt war die Regeneration verkokter metallischer Oberflächen. Hier zeigte sich, dass die in den Versuchen mit reinem Heizöl und Heizöl mit 10 % hydriertem Pflanzenöl gebildeten Ablagerungen durch eine thermische Behandlung bei zirka 300 °C innerhalb weniger Minuten abgebaut werden konnten. Bei Bioheizöl-Mischungen führten höhere Temperaturen von 450 bis 500 °C zu dem gleichen Ergebnis. Die Ergebnisse bei den Ablagerungen und ihrer Regeneration zeigten sich in beiden Prüfständen gleichermaßen und sind damit unabhängig von der Art des Gemischaufbereitungssystems.

Die Frage, warum auch auf Basis der Anforderungsnorm scheinbar identische reine Heizöle zu stark unterschiedlicher Ablagerungsbildung neigen können, ließ sich nicht abschließend klären. Detaillierte analytische Untersuchungen der chemisch-physikalischen Eigenschaften eines unkritischen und eines kritischen Heizöls ergaben allerdings Hinweise darauf, dass kleine, aber messbare Unterschiede von aromatischen Verbindungen und langkettigen Alkanen in den beiden Brennstoffen eine Rolle spielen könnten. Reste dieser Verbindungen wurden auch in den untersuchten Ablagerungen gefunden. Diese Verbindungen befinden sich bereits im Rohöl und werden offenbar durch die Verarbeitung in Raffinerien nicht ganz aus den Mineralölprodukten entfernt. In einem Folgeprojekt sollen mögliche Zusammenhänge näher untersucht werden.

Das IGF-Vorhaben 18675 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. - DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Das OWI ist eine unabhängige und gemeinnützige Forschungseinrichtung. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung forscht und entwickelt das OWI Konzepte und Technologien auf den Gebieten der energieeffizienten Nutzung flüssiger konventioneller und alternativer Brenn- und Kraftstoffe sowie innovativer Effizienztechnologien. Das Ziel sind technisch ausgereifte, treibhausgas- und emissionsarme Lösungen für die Wärmeerzeugung und Mobilität von Morgen. Das OWI ist ein An-Institut der RWTH Aachen und versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und Anwendung. Im Rahmen des Technologietransfers bearbeitet das OWI sowohl aus öffentlichen Fördermitteln finanzierte Projekte als auch industrielle Forschungsaufträge. Zu den Kunden gehören beispielsweise Hersteller von Haushaltsheizungen, Unternehmen der Automobilzulieferindustrie, der Mineralölwirtschaft und der Thermoprozesstechnik.
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