Sledování obsahu antioxidantů v olejích optimalizovaných pro motory na bioplyn

V posledních dvou desetiletích zažívají bioplynové stanice obrovský rozmach v rámci budování ekologických a obnovitelných zdrojů energie.Využití motorů pro spalování bioplynu, jako zdroje obnovitelné energie, se zvýšilo zejména v posledních letech, kdy jsou v některých zemích tyto zdroje dotovány.


Tento způsob výroby zejména elektrické energie si vyžádal vývoj a integraci nové generace spalovacích motorů na bioplyn a také novou řadu vysoce výkonných maziv pro tuto specifickou aplikaci. Nejen z důvodu drsných provozních podmínek v po-rovnání s motory na zemní plyn, jako jsou vysoké teploty a znečištění, výrobci maziv přizpůsobili formulaci olejů s využitím nových druhů aditiv. Právě kombinace těchto změn v podobě nových formulací motorových olejů a jiných provozních podmínek představuje velkou výzvu pro způsob sledování motorových olejů pro bioplynové motory.

Aktuální specifikace analýz olejů složená z TAN (Total Acid Number – celkové číslo kyselosti), TBN (Total Base Number – celkové číslo alkality), prvkové analýzy a měření nečistot,není pro stanovení správného intervalu výměn oleje a pro zjištění měnících se provozních podmínekdostačující.

Sledování úbytku jednotlivých antioxidantů pomocí lineární sweep voltametrie – technologie RULER, je jednou ze zásadních inovací v oblasti techniky pro analýzu oleje. Informace získané z analýzy oleje pomocí technologie RULER jsou klíčové pro optimalizaci provozu motorů na bioplyn a splnění vysokých požadavků na jejich spolehlivost a nízkých nákladů na údržbu.


Bioplyn

Bioplyn je obecně plyn produkovaný během anaerobní digesce či fermentace organických materiálů. Chemické složení bioplynu se může lišit v závislosti na zpracovávaném substrátu a podmínkách procesu. Pokud je zdrojem bioplynu biologicky rozložitelný materiál, jako biomasa, hnůj, kal, komunální odpad či energetické plodiny, je složení plynu zejména metan (obvykle 55- 75  %), oxid uhličitý a vodní pára. Dalším zdrojem bioplynu je proces zplyňování dřeva a jiné biomasy. Tento bioplyn (dřevoplyn) je směs zejména z oxidu uhelnatého, vodíku, metanu a oxidu uhličitého. Skládkový plyn obsahuje obvykle okolo 50 % metanu.

Bioplyn v závislosti na způsobu výroby a zpracování může obsahovat pro motory problematické složky jako je voda, sirovodík, čpavek, chlór, siloxany a další. Tyto složky se v procesu úpravy bioplynu odstraňují.Např. siloxany při spalování bioplynu při vysokých teplotách v motorech oxidují na oxid křemičitý ve formě jemného bílého prášku, který ulpívá na vnitřních plochách spalovacích prostor a tvoří zde velmi nebezpečné úsady, které mohou mít fatální důsledky.


Změny formulace a optimalizace olejů pro bioplynové motory

Nejčastější využití bioplynu jako levného paliva se nachází v plynových spalovacích motorech kogeneračních jednotek pro výrobu elektrické energie a tepla. Používají se především vznětové motory.

Motorové oleje pro plynové motory na bioplyn a zemní plyn mají speciální složení, které se liší od motorových olejů pro naftové a benzínové motory. Je to následujících důvodů:

- Čistý proces spalování

- Prakticky žádná kontaminace sazemi, oleje tak vyžadují méně detergentů a disperzantů (nižší hodnoty popela)

- Plynné palivo – nehrozí pak ředění, riziko nárůstu viskozity je kritičtější

Ve srovnání s motory na zemní plyn, jsou provozní podmínky motorů na bioplyn odlišné zejména z těchto důvodů:

- Kontaminace – oxid uhličitý, voda, siloxany, sirovodík…

- Vyšší teploty spalování

- Motory obvykle pracují v nepřetržitém provozu

Pro vývoj maziva pro plynové motory je tedy klíčové získat mazivo s vysokou tepelnou a oxidační stabilitou nebo mazivo s minimální oxidační degradací.  Typické důsledky použití maziva s nízkou oxidační ochranou jsou:

- Tvorba kalů, ucpávání filtrů

- Zahušťování oleje, zvýšení viskozity

- Tvorba úsad a laků tvořených produkty oxidace

- Zvýšená kyselost

Těmto provozním problémům je možné předejít kombinací kvalitního základového oleje doplněného o antioxidanty. Typická formulace oleje pro plynové spalovací motory obsahuje několik druhů antioxidantů pro ochranu základového oleje před tepelným namáháním a katalytickou degradací.

Antioxidanty jsou přidávány samostatně nebo častěji v synergických kombinacích a výrazně prodlužují životnost oleje zvýšením jeho oxidační stability. V průběhu použití maziva se antioxidanty vyčerpávají. V moment kdy obsah antioxidantů klesne na určitou kritickou úroveň, základový olej začne degradovat, vytvářet polymerní produkty degradace, a začínají se projevovat významné změny fyzikálních vlastností oleje. Olej nebo mazivo selhává ve funkci ochrany zařízení a jeho životnost je u konce.


Stanovení obsahu antioxidantů metodou RULER

Využití metody RULER pro sledování úbytku obsahu antioxidantů v průběhu živostnosti maziva a predikci zbývající životnosti je důležitým nástrojem pro snižování provozních nákladů na provoz plynových spalovacích motorů. Sledování vzniku a průběhu oxidace oleje dokáže snížit množství a délku prostojů a předejít případným ztrátám zařízení. Umožňuje také uživatelům včas odhalit abnormality a nestandardní chování motoru.

Základní mechanismus oxidační degradace a úloha, kterou hrají různé antioxidanty, začíná s tvorbou reaktivních látek v mazivu – volných radikálů, hydroperoxidů a peroxidů. Tyto reaktivní sloučeniny pak tvoří alkoholy, kyseliny a kaly. Antioxidanty pak odstraňují tyto volné radikály (primární antioxidanty) nebo je převádí do nereaktivních stavů (sekundární antioxidant). V současnosti běžně používané primární antioxidanty jsou fenoly, fenoláty, salicyláty a aminy. Sekundární antioxidanty jsou obvykle přísady obsahující síru nebo kov (např. zinek).

Níže uvedený graf (Obr. 1) ukazuje voltamogramy měření přístroje RULER pro různé druhy olejů pro plynové motory, které jsou dnes na trhu k dispozici. Jak je z grafuviditelné, pro plynové motory se používají různé formulace olejů s různými typy antioxidantů -dialkyldithiofosfát zinku (ZnDTP), aromatické aminy, fenoly a také salicyláty.

Obr. 1 Porovnání grafů měření RULERem pro různé typy olejů pro plynové  motory - Kleentek - INTRIBO

Obr. 1 Porovnání grafů měření RULERem pro různé typy olejů pro plynové motory


Obr. 2 Příklad sledování úbytku antixodiantu pomocí přístroje RULER,  v oleji je dominantní aminický antioxidant Kleentek - INTRIBO


Obr. 2 Příklad sledování úbytku antixodiantu pomocí přístroje RULER, v oleji je dominantní aminický antioxidant

Obr.  3  Příklad  sledování  trendu  základních  parametrů oleje - zatímco  hodnota kinematické viskozity dosáhla horního limitu, hodnota AN a BN  je stále akceptovatelná. Sledování úbytku antioxidantů lépe koreluje  se stavem oleje - Kleentek - INTRIBO

Obr.  3  Příklad  sledování  trendu  základních  parametrů oleje - zatímco hodnota kinematické viskozity dosáhla horního limitu, hodnota AN a BN je stále akceptovatelná. Sledování úbytku antioxidantů lépe koreluje se stavem oleje


Důsledky pro nastavení programu analýz olejů

V rámci optimalizace životního cyklu olejů i optimalizace provozu motorů, ve snaze předcházet odstávkám a problémům s motory, má hlavní slovo správné nastavení programu analýz olejů – z hlediska skladby analýz i jejich četnosti.Správné nastavení programu je také závislé na následujících podmínkách

- V jakém režimu motor pracuje

- Složení plynu a množství nežádoucích složek

- Stabilita kvality plynu

- Četnost a množství doplňování motorového oleje

Sledování úbytku jednotlivých antioxidantů pomocí lineární sweep voltametrie technologií RULER má zásadní přednost v tom, že je schopen měřit všechny běžně používané typy antioxidantů v mazivech, které nejsou jinými metodami přímo měřitelné (jako je tomu např. v případě aminického antioxidantu) nebo by bylo potřeba použít kombinaci několika různých metod v závislosti na konkrétní formulaci oleje.

Hodnota informace roste s její rychlostí. Čekat na výsledky laboratorních analýz jeden nebo dva týdny je u plynových motorů neakceptovatelné. Měření obsahu antioxidantů je možné realizovat na přímo na místě a samotné měření trvá v řádu sekund.

Poslední generace přístroje pro měření obsahu antioxidantu metodou lineární sweep voltametrie   v mazivech - přístroj RULER  View. Provedení přístoje  umožňuje provádět měření přímo v provoze. KLEENTEK - intribo

Obr.4  4Poslední generace přístroje pro měření obsahu antioxidantu metodou lineární sweep voltametrie v mazivech - přístroj RULER  View. Provedení přístoje umožňuje provádět měření přímo v provoze.


Závěr

Rychlý rozvoj technologie plynových spalovacích motorů vedl k vývoji nové generace motorových olejů s jinými základovými oleji a typy aditiv. Program analýz olejů tento trend musí respektovat. Dříve velmi důležité parametry jako FTIR oxidace ztrácejí důležitost, měření AN a BN nemusí být schopné podat komplexní obraz o způsobu stárnutí maziva. Na základě celé řady studií prováděných na motorech Deutz, Jenbacher, Waukesha a dalších se prokázalo, že měření antioxidantů metodou RULER poskytuje klíčovou informaci o úbytku antioxidantů a degradaci základového oleje a je tak důležitým nástrojem pro optimalizaci jejich provozu.

 

Ing. Jan Novák, INTRIBO s.r.o., Praha, novak@intribo.com


leasing pristrojov KLEENTEK - intribo

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
7 + 5 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky