Lagerungsstabilität von Mitteldestillaten

Bestimmung der chemischen und physikalischen Stabilität von Mitteldestillaten mit mehreren alternativen Komponenten unter verschiedenen Lagerbedingungen

Projektbeschreibung

Die nachhaltige Energieversorgung in allen Verbrauchssegmenten erfordert neben der Steigerung der Energieeffizienz die schrittweise Ergänzung fossiler Energieträger durch nachwachsende und alternative Rohstoffe. Alternative und dekarbonisierte flüssige Energieträger zur Ergänzung mineralölstämmiger Heizöle, Dieselkraftstoffe und Kerosine werden als Substitute eine Schlüsselrolle spielen.

Durch die Entwicklungen im Bereich alternativer Brenn- und Kraftstoffe, wie veresterter Pflanzenöle (Fettsäuremethylester/FAME) und vermehrt von dekarbonisierten, paraffinischen Produkten wie hydrierten Pflanzenölen (HVO) oder synthetischen Brenn- oder Kraftstoffen (XtL) als Substitut zu mineralölstämmigen Produkten, ergeben sich maßgebliche Änderungen hinsichtlich der Zusammensetzung und Produkteigenschaften. Obwohl die Spezifikationen von alternativen Brenn- und Kraftstoffen festgelegt sind, unterscheiden sie sich auf chemischer Ebene stark. Die Wechselwirkungen der alternativen Zumischkomponenten mit den mineralölstämmigen Kraftstoffkomponenten sind nicht vollständig bekannt.

Eine immer wiederkehrende Fragestellung ist die Lagerstabilität von neuen Produktströmen als Substitut für Mitteldestillate in technischen Systemen. Die Lagerstabilität hängt maßgeblich von den Betriebszuständen im technischen System und von den Produkteigenschaften ab. Derzeit kommt es vermehrt zu Betriebsstörungen bei Notstromaggregaten durch langzeit-instabile Kraftstoffe, weil diese entgegen ihrem originären Einsatz im Fahrzeug teilweise über Jahre gelagert werden. Dabei ist nicht bekannt welche chemischen und physikalischen Eigenschaftsänderungen der Mehrkomponenten-Produkte aus FAME, XtL und Mitteldestillaten zur Instabilität beitragen.

Im Automobilbereich werden diese Mehrkomponenten-Produkte vermehrt zum Einsatz kommen, wobei bspw. in Plug-In-Hybrid-Electrical-Vehicles längere Lagerzeiten der Produkte vorliegen. Im Heizölbrennerbereich liegen derzeit die im Vergleich längsten Lagerzeiten vor. Es gilt allerdings zu berücksichtigen, dass die thermooxidative Belastung der Mehrkomponenten-Produkte im Automobil- und Luftfahrtbereich wesentlich höher ist, als in Heizölbrennersystemen.

Ziele des Projekts

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die ablaufenden Alterungsmechanismen und bislang unbekannte chemische und physikalische Phänomene während der Lagerung bespielhaft an Brenn- bzw. Kraftstoffen bestehend aus FAME, HVO und Heizöl mit hohen paraffinischen Anteilen detailliert untersucht und aufgeschlüsselt werden. Dazu gilt es, die komplexen Gemische von Brenn- und Kraftstoffen (Heizöl/FAME/UCOME/XtL) und Alterungsprodukte unter verschiedenen Lagerbedingungen durch den Einsatz der hochauflösenden Massenspektrometrie auf molekularer Ebene zu charakterisieren. Dadurch kann das Verständnis der chemischen Alterungsreaktionen, von physikalischen Effekten und der Wechselwirkung verschiedener Mitteldestillate im Mehrkomponentengemisch verbessert werden. Ziel ist es, die möglichen Einflüsse der Brennstoffmatrix auf die gängigen Analysemethoden und potentielle Modifikationen aufzuzeigen. Dies ermöglicht die Nutzbarmachung der Standard-Analytik zur Bewertung des Langzeitstabilitätsverhaltens von Mehrkomponenten-Brennstoffe. Durch die Identifikation von reaktiven Molekülen oder Stoffgruppen können des Weiteren potentielle Leitkomponenten der Alterungsreaktionen definiert werden. Dies spielt bei der Produktentwicklung von bspw. neuen Additiven und Mehrkomponenten-Brenn- und Kraftstoffen ebenso eine Rolle wie bei der Einführung potentieller neuer Analyseverfahren.

Arbeitsaufgaben OWI

• Zusammenstellung der kommerziell genutzten XtL-Verfahren (Hydrierungs- oder Synthese-Verfahren) und der entsprechenden Produkteigenschaften
• Definierte und forcierte Alterung der Mitteldestilalte mit der DGMK 763 Methode
• Bewertung und Anpassung von gängigen analytischen Messverfahren (Oxidationsstabilität, Dichte, Viskosität, Säurezahl, Wassergehalt, Thermische Stabilität)
• Löslichkeit Sauerstoff im Fluid (optische Messung/ Sauerstoffspots) und Verdunstung (Thermogravimetrie)
• Gasbeprobung/ Gasanalytik mittels massenspektrometrischen Messverfahrens zur Untersuchung verdunsteter Spezies bei der Lagerung
• Langzeitlagerung unter verschiedenen realen Lagerbedingungen von Mitteldestillaten mit hohen Paraffinanteilen
• Entwicklung eines Lagerstabilitätsmodells von Mitteldestilalten mit hohen Parraffinanteilen und mehreren Komponenten (XtL, FAME, Heizöl)

Durchführende Forschungsstellen

• OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH, Herzogenrath
• Max-Planck-Institut für Kohleforschung, Mülheim/ Ruhr

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 19965 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wird 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.

Projektlaufzeit

02/2018 bis 09/ 2020

Ansprechpartner

Simon Eiden
Tel.: 02407/ 9518-137
E-Mail: S.Eiden@owi-aachen.de