DE3438932C2 - - Google Patents

Description

Neben den Leichtkraftstoffen wie Benzin, Gasöl und ähnlichen sind in den letzten Jahren für Großverbraucher, insbesondere Großdieselmotoren, aus ökonomischen Gründen immer mehr Schweröle und Rückstandsöle aus Verarbeitungsprozessen von mineralischen Ölen, Schieferölen, Teerölen und Teersanden, sowie bei der Verflüssigung von Stein- und Braunkohle anfallende Hydrieröle verwendet worden. Um die teilweise zähflüssigen Öle für ihren Bestimmungszweck, insbesondere als Treibstoff für Verbrennungskraftmaschinen, sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht geeignet zu machen ist im allgemeinen eine Mischung dieser Schwer- und Rückstandsöle untereinander und auch mit Leichtölen erforderlich. Es sind internationale Kennwerte eingeführt, nach welchen die unterschiedlichen Öle entsprechend ihren physikalischen und chemischen Grunddaten normiert und klassifiziert werden. Diese Grunddaten alleine reichen aber nicht aus um einen technisch sicheren und ökonomisch günstigen Betrieb bei ihrer Verwendung zu gewährleisten. Um die Qualität der Öle bezogen auf ihre Verwendungsfähigkeit, insbesondere als Treibstoffe für Großdieselmotoren, beurteilen zu können, werden im allgemeinen aufwendige und langwierige Laboratoriumsanalysen und Verwendungstests auf Prüfständen durchgeführt. Im praktischen Betrieb, wie z. B. bei Schiffen, die laufend irgendwo auf der Erde Treibstoff aufnehmen müssen, ist sowohl zur Kaufentscheidung als auch zur Aufbereitung eine Sofortanalyse zur Beurteilung der Qualität erforderlich.

Aus der GB-PS 13 17 197 geht ein kapazitives Verfahren zur Messung von Verunreinigungen, insbesondere zur Messung des freien Wasseranteils in Kerosin oder Petroleum, hervor. Dieses Verfahren ist jedoch als Betriebsmeßverfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von Ölen als flüssige Brenn­ stoffe im Hinblick auf das Zünd- und Verbrennungsverhalten, die Lagerfähigkeit und/oder die Mischbarkeit oder zur Bestimmung der Schmierfähigkeit von Ölen als Schmierstoffe ungeeignet. Die DE-OS 26 670 zeigt eine Anordnung zur Bestimmung des Paraffinwachsgehaltes von Erdölkohlenwasser­ stoffgemischen, wobei die Dichte, die Viskosität und der Schwefelgehalt des Erdöles gemessen werden.

Die drei gemessenen Werte werden mittels einer Formel in einem Rechenwerk miteinander verknüpft und so der Paraffingehalt errechnet. Die Kenntnis über den Paraffingehalt alleine läßt noch keine zuverlässigen Rückschlüsse auf das Zünd- und Verbrennungsverhalten, die Lagerfähigkeit und/oder die Mischbarkeit von Ölen und ihre Verwendung als Kraftstoffe zu. Die Anteile von Aromaten und Asphaltenen im Kraftstoff bleiben vollständig unberücksichtigt, obwohl diese bezüglich der Eigenschaften des Öles im Hinblick auf seine Verwendbarkeit als Kraftstoff nicht unberücksichtigt bleiben können.

Aus der Messung der Dichte und Viskosität allein lassen sich noch keine zuverlässigen Aussagen über die Verwendbarkeit von Ölen als Kraftstoffe machen, da erst aus dem Temperaturverhalten dieser Werte sichere Hinweise auf die Verwendbarkeit entnommen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Betriebsverfahren zu finden, das für die Bestimmung der Eigenschaften von Ölen als flüssige Brennstoffe im Hinblick auf das Zünd- und Verbrennungsverhalten die Lagerfähigkeit und/oder die Mischbarkeit oder zur Bestimmung der Schmierfähigkeit von Ölen als Schmierstoffe die Durchführung einer Schnellanalyse an jedem beliebigen Ort gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen. Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Polarität des flüssigen Brennstoffes oder Öles ein wesentliches Kriterium für die Beurteilung der Mediumsqualität darstellt. Der Erfinder hat nämlich herausgefunden, daß bisher unbekannte Ursachen von Schäden an Motoren sich auf die Verwendung von Brennstoffen und Ölen mit charakteristischen polaren Komponenten zurückführen lassen.

Die polaren Stoffe können sowohl aus Bestandteilen der natürlich vorkommenden Stoffe wie Schieferöle und Teersandöle, als auch aus Verarbeitungsanlagen der Mineralöl und Kohle verarbeitenden Industrie stammen. Ein wesentlicher Anteil an Polarität kann auch aus zugesetztem oder eingedrungenem Wasser stammen.

Durch die Messung der Polarität gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 läßt sich erkennen, ob bestimmte Medien miteinander mischbar sind, weil nämlich überraschenderweise festgestellt wurde, daß wenn Medien stark unterschiedlicher Polarität gemischt oder Medien mit höherer Polarität verdünnt werden, es zu Entmischungen oder zum Ausfällen kommen kann, während jedoch Medien gleicher oder wenig unterschiedlicher Polarität bei Mischung kompatibel, d. h. miteinander verträglich sind. Die Polarität wird hierbei in einer dimensionslosen Maßzahl von z. B. 0 bis 10 ausgedrückt, die sich aus der Feldverstärkung oder dem Leistungsverbrauch ergibt und bei höherer Feldverstärkung bzw. höherem Leistungsverbrauch größer wird. Daher wird unpolaren Produkten die Maßzahl "0" zugeordnet. Liegen die Maßzahlen von verschiedenen Ölen dicht beieinander, z. B. Maßzahlen 3 und 4, so lassen sich diese ohne Gefahr der Entmischung miteinander mischen. Liegen die Maßzahlen dagegen weit auseinander, wie z. B. 2 und 8, so besteht die Gefahr der Instabilität der Mischung, d. h. eine Ausfällung des höherpolaren Öles ist zu erwarten.

Die Polaritätsmessung gibt daher die Möglichkeit festzu­ stellen, ob die gemessenen Öle gefahrlos miteinander gemischt werden können. Werden nämlich nicht gefahrlos mit­ einander mischbare Öle zusammen als Mischung in einem Tank gelagert, so kommt es zu Ausfällung oder Schichtenbildung, was bei der Weiterverarbeitung zu Verstopfung von Filtern und zu Betriebsstörungen in Separatoren durch Schlammablagerungen führt. Wird z. B. die Polarität von Umlaufschmierölen in Großmotoren durch Probeentnahme oder kontinuierlich gemessen, so kann bei Anstieg der Poalritätszahl auf eine oxydative Alterung des Schmieröles und bei Verwendung von stark schwefelhaltigen Brennstoffen auf eine Übersäuerung des Schmieröles geschlossen werden. Es wurde gefunden, daß Oxydationsprodukte des Schmieröles und Säureteere eine hohe Maßzahl der Polarität aufweisen, wodurch eine Diagnose zur zustandsabhängigen Schmierölpflege möglich ist. Außerdem wird durch diese Polaritätsmessung ein sofortiger, ständiger Hinweis auf eventuelle Motorschäden durch Überhitzung an Motorteilen, wordurch die Oxydation hervorgerufen wird und bei Übersäuerung ein Warnsignal für eventuelle Lagerkorrosion gegeben.

Außerdem haben stark polare Öle als Kraftstoffe vorwiegend geringe Zündwilligkeit, so daß durch die Maßzahl für die Polarität ein Hinweis auf die Zündwilligkeit gegeben wird. Da die Maßzahlen der Polarität, wie auch die der Dichte und der Viskosität, temperaturabhängig sind, lassen sich diese 3 Werte in ihrer Abhängigkeit von der Temperatur als Kurven darstellen, wenn die Messung bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgt. Aus den unterschiedlichen Kurvenverläufen der Dichte und der Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen kann auf die Zusammensetzung der Öle geschlossen werden.

Flache Kurvenverläufe zeigen mehr Anteile von Paraffinen an, während steilere auf das Vorhandensein von Aromaten bzw. Asphaltenen schließen lassen.

Für die Qualitätsbeurteilung genügt diese Aussage alleine jedoch nicht. Erst in Verbindung mit der Polaritätsaussage wird es möglich, eine sichere Qualitätsbestimmung durch­ zuführen. So wirkt sich z. B. das Vorhandensein von Asphaltenen, dargestellt durch einen steilen Dichte- bzw. Viskositäts-Temperaturverlauf, besonders ungünstig durch Verzögerung des Verbrennungsvorganges und die Bildung von Asche aus, wenn es sich um Asphaltene hoher Polarität handelt. Medien hoher Dichte und niedriger Viskosität weisen im allgemeinen einen hohen Aromatengehalt auf. Bei niedriger Polarität dieser Medien kann durch geeignete Maßnahmen, nämlich Anpassung der Motorbetriebsdaten, wie Ladeluftvorwärmung und Zündzeitpunktverstellung, im allgemeinen eine einwandfreie Verbrennung ermöglicht werden.

Mit gewissen Einschränkungen oder weiteren ergänzenden Maß­ nahmen können auch Asphaltene niederer Polarität für den betrieblichen Einsatz genutzt werden.

Weist die vorgenannte Aromatenmischung jedoch eine hohe Polarität auf, so kann daraus auf besonders gefährliche Bestandteile von Schieferölen oder Kohlehydrierprodukten geschlossen werden, die besonders ungünstige Brenneigenschaften haben und in hohem Maße die Korrosion bewirkende Eigenschaften besitzen.

Öle mit flachen Dichte- und Viskositäts-Temperatur­ verläufen sind aufgrund ihrer paraffinischen Basisstruktur besonders gut als Kraftstoffe für Dieselmotoren einsetzbar. Dies gilt in besonderem Maße für Mischungen mit niederer Maßzahlen für die Polaritäten, da solche Kraftstoffe zu den qualitativ besten zu zählen sind. Weisen diese Öle jedoch eine hohe Polarität auf, müssen die Produkte als Treibstoffe verworfen werden, da sie im allgemeinen unbekannte und auch normalerweise nicht mineralölspezifische Bestandteile oder zuviel Wasser enthalten.

Die Meßwerte der Polarität sowie die Kurvenverläufe der Dichte und Viskosität über der Temperatur werden im weiteren Verfahrensschritt in einem Computer mit dort ge­ speicherten und vorher von bekannten und untersuchten flüssigen Brennstoffen und Ölen ermittelten Meßdaten oder Temperaturverläufen von Polarität, Dichte und Viskosität verglichen. Im letzten Verfahrensschritt werden in einem selektiven Ausscheidungsverfahren die nicht in allen ihren Meßwerten oder Kurvenverläufen übereinstimmenden oder nahe­ kommenden flüssigen Brennstoffe oder Öle als Vergleichsmedium eliminiert, so daß nur noch die mit der untersuchten Probe am besten in ihren Eigenschaften übereinstimmende bekannte und gespeicherte flüssige Brennstoff- oder Ölsorte als charakteristisches Vergleichsmedium übrig bleibt.

Aus der DE-OS 21 20 744 ist ein Verfahren zum Bestimmen des reellen Teils der komplexen Dielektrizitätskonstanten eines flüssigen Mediums mit einer merklichen Leitfähigkeit oder mit einem Gehalt an leitenden Verunreinigungen bekannt­ geworden. Mit diesem frequenzabhängigen Verfahren kann jedoch nicht die Polarität von flüssigen Kraftstoffen und Ölen gemessen werden.

Für das Betriebsmeßverfahren nach Anspruch 1 geht aus dieser Veröffentlichung keine Anregung hervor.

Das gleiche gilt auch für die Seiten 190-193 aus dem Buch: Physik, "Ein Lehrbuch zum Gebrauch neben Vorlesungen", von C. Gerthusen und H. Kneser, Springer-Verlag (1966). Diese Literaturstelle offenbart lediglich eine wissenschaftliche Abhandlung über den Begriff der Polarisation.

Wird gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ent­ sprechend Anspruch 2, der Wassergehalt des zu untersuchenden Mediums durch eine chemisch-physikalische Analyse bestimmt und der dem Wassergehalt entsprechende Polarittäsanteil zur Berechnung der Polarität des wasserfreien zu bestimmenden Mediums benutzt, so können auch wasserbehaftete Kraftstoffe und Öle identifiziert werden.

Claims (2)

1. Betriebsmeßverfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von Ölen als flüssige Brennstoffe im Hinblick auf das Zünd- und Verbrennungsverhalten, die Lagerfähigkeit und/oder die Mischbarkeit oder zur Bestimmung der Schmierfähigkeit von Ölen als Schmierstoffe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl die Polarität des zu untersuchenden Mediums in einem elektrischen Gleichspannungsfeld durch Feldverstärkung oder in einem Wechselspannungsfeld durch Leistungsverbrauch als auch die Dichte und die Viskosität des Mediums bei unterschiedlichen Temperaturen kontinuierlich oder im Einzelprobenbetrieb gemessen und die sich hieraus ergebenden Meßwerte der Polarität sowie die Kurvenverläufe der Dichte und der Viskosität in einem Computer mit dort gespeicherten und vorher von bekannten und untersuchten flüssigen Brennstoffen und Ölen ermittelten Meßwerten oder Temperaturkurvenverläufen von Polarität, Dichte und Viskosität verglichen und durch ein selektives Ausscheidungsverfahren die nicht in allen ihren Meßwerten oder Kurvenverläufen übereinstimmenden oder nahekommenden flüssigen Brennstoffe oder Öle als Vergleichsmedium eliminiert werden, so daß nur noch die mit der untersuchten Probe am besten in ihren Eigenschaften übereinstimmende bekannte und gespeicherte flüssige Brennstoff- oder Ölsorte als charakteristisches Vergleichsmedium übrig bleibt.

2. Betriebsmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt des zu untersuchenden Mediums durch eine chemisch-physikalische Analyse bestimmt und der dem Wassergehalt entsprechende Polaritätsanteil zur Berechnung der Polarität des wasser­ freien zu bestimmenden Mediums benutzt wird.