Motorový olej: Využití a vlastnosti vyjetých olejů

V České republice bylo v roce 2001 vyprodukováno 153,3 tisíc tun odpadních olejů, přičemž vyjeté motorové oleje tvořily zhruba třetinu této produkce. Tyto oleje se obvykle spalují v malých autoopravnách, kde spalování často neprobíhá podle ekologických kritérií, nebo jsou spalovány ve spalovnách odpadů. Při takovém způsobu nakládání s odpadními oleji zůstává obsažená energie nevyužita.

Z tohoto důvodu byl formulován záměr na konstrukci kogenerační jednotky, která by umožňovala získávání jak elektrické, tak i tepelné energie z odpadních olejů. Aby bylo možné olej efektivně spalovat v kogeneračních jednotkách nebo kotelnách, je nezbytné stanovit kritéria pro jeho využití.

Zhoršování vlastností motorových olejů během používání

Během provozu mazacích olejů dochází k postupnému zhoršování jejich původních vlastností. Působení vysokých teplot, tlaků a katalytické působení povrchů způsobují částečný rozklad a oxidaci uhlovodíků a dalších příměsí. Zušlechťující přísady (aditiva) rovněž podléhají během provozu značným změnám, dochází k jejich částečnému rozkladu, oxidaci a vzájemným reakcím s produkty oxidace uhlovodíků a dalších látek. Vznikají tak komplexní sloučeniny s nepředvídatelným účinkem na základní uhlovodíkovou bázi oleje.

K tomu se v oleji hromadí prach, kovový otěr, voda ze spalování paliv a další nečistoty. Po určité době, dané počtem provozních hodin nebo ujetých kilometrů, je nutné olej vyměnit, jelikož jeho užitné vlastnosti se již výrazně odlišují od předepsaných hodnot. Olej ztrácí své mazací účinky a nahromadění produktů stárnutí může vést ke zhoršení nebo úplnému zastavení přívodu maziva, což by rezultovalo v poškození nebo zničení součástí strojního zařízení.

Upotřebené oleje se mění v servisech a většinou se spalují přímo v provozech v kotlích bez dalšího energetického využití, což neodpovídá zákonným předpisům. Tyto oleje se vyznačují vysokou hodnotou kinematické viskozity a zvýšeným obsahem síry, vanadu, mechanických nečistot a vody.

Nepříznivý vliv příměsí v motorových olejích

Příměsi obsažené ve vyjetých motorových olejích mají nepříznivý vliv na korozi, karbování a opotřebení funkčně důležitých součástí motoru. Obsah síry, pohybující se kolem 0,5 až 1,5 %, se vlivem reakcí s vodou obsaženou ve spalinách a palivu přeměňuje na oxid siřičitý a sírový, které vytvářejí kyseliny napadající pístovou skupinu a vstřikovací zařízení. Korozivní soli vanadu pak negativně ovlivňují sedla výfukových ventilů. Zvýšené vytváření karbonu ve spalovacím prostoru a výfuku je dalším charakteristickým znakem těchto olejů.

Analýzy ukázaly, že podstatná část upotřebeného oleje zůstává nezměněna, přičemž škodlivé látky představují přibližně 10-15 % celkového množství. Odstraněním těchto látek, jako jsou produkty oxidace, termického a katalytického rozkladu, polymerace a kondenzace, je možné získat olej pro nové zpracování.

Regenerace a spalování odpadních olejů

Regenerace je vhodná pro oleje transformátorové, turbínové a hydraulické. U motorových olejů je regenerace zvažována jako nákladná a méně efektivní, zejména kvůli obsahu sazí a výsledné tmavé barvě, která je pro zákazníky méně atraktivní.

Pro regeneraci upotřebených olejů hovoří ekologické a ekonomické důvody. Upotřebený olej pronikající do půdy může dlouhodobě znehodnotit povrchové a podzemní vody. Z ekonomického hlediska je důležitý výtěžek regenerátu (70-80 %), který může být použit pro přípravu nových mazacích olejů. Hlavním úkolem regenerace je odstranění lehkých podílů, vody, produktů stárnutí a rozložených přísad.

Odpadní oleje nevhodné k regeneraci lze spálit ve spalovnách nebezpečných odpadů nebo upravit na palivo pro kotelny, pokud splňují stanovená kritéria. Mezi základní kritéria pro použití jako palivo patří obsah síry, destilační zbytek a viskozita.

Kogenerační jednotky a získávání energie

V kogeneračních jednotkách se z odpadního motorového oleje získává elektrická a tepelná energie, přičemž teplo se získává z chlazení motoru a chlazení spalin. Tato paliva se čistí třemi základními způsoby: usazováním, odstřeďováním a filtrací.

• Usazování: Částečné usazování vody a mechanických nečistot probíhá v zásobních nádržích, odkud se usazeniny vypouštějí.
• Odstřeďování: Je považováno za nejvhodnější způsob čištění paliva, umožňuje odstranění mechanických nečistot a těžších částic vody.
• Filtrace: Odstraňuje nejmenší nečistoty průtokem přes filtrační vložky.

Kritéria pro spalování odpadních motorových olejů jako paliva

Aby bylo možné využívat odpadní motorové oleje jako palivo, je nutné stanovit podmínky pro jejich spalování. Před úpravou se provádějí testy na přítomnost halogenních prvků a těžkých kovů. Olej nesmí obsahovat různá ředidla a odmašťovadla.

Pokud oleje zcela nevyhovují, spalují se ve spalovnách odpadů. Klíčová kritéria pro použití jako palivo zahrnují:

• Obsah chlóru: Nesmí překročit 0,006 % hmotnosti. Vysoký obsah chlóru je nevhodný z hlediska emisí a může způsobovat korozi ocelových částí palivové soustavy v důsledku tvorby chloridových iontů.
• Maximální rozměr částic: Musí být menší než 5 mm, aby nedošlo k mechanickému poškození dříku jehly a sedla trysky. Větší částice mohou způsobit ucpání vstřikovacích otvorů trysky.
• Kinematická viskozita: Musí být v rozmezí 12 až 14 mm²/s. Před vstřikováním je nutné palivo ohřát na tuto hodnotu. Během provozu je nutné viskozitu regulovat, aby nedocházelo k nadměrnému namáhání vstřikovací soustavy.
• Obsah PCB a PCT: Maximálně 10 ppm, aby se zabránilo tvorbě dioxinů a furanů.
• Obsah síry: Maximálně 1 % hmotnosti. Síra negativně ovlivňuje emise a způsobuje korozi v motorech.
• Obsah těžkých toxických kovů: Konkrétní limity pro Cd, Ni, Cr, Cu, V, Pb.
• Obsah vody: Maximálně 5 % hmotnosti. Se zvyšujícím se obsahem vody klesá výhřevnost.
• Minimální výhřevnost: 30 MJ/kg.
• Conradsův karbonizační zbytek (CCT): Nesmí přesáhnout 1 % hmotnosti. Vyšší množství vytváří úsady ve spalovacím prostoru a v tryskách.
• Obsah popela: Maximálně 1 % hmotnosti. Zvyšující se obsah popela vede k tvorbě nánosů ve spalovacím prostoru.

Pro snížení tvorby úsad a dokonalé promíchání přísad se doporučuje použití detergentů v množství do 0,05 % hmotnosti. Tyto přísady také pomáhají předcházet ucpávání vstřikovacích otvorů na tryskách.

Úprava motoru pro spalování odpadních olejů

Pro ekologické spalování upotřebených motorových olejů je nezbytné provést i úpravy na motoru. Motor musí být osazen chlazenými tryskami, které prodlouží jeho životnost a zabrání tvorbě karbonových úsad. Podle výrobců trysek by teplota čela trysky měla být v rozmezí 120 až 180 °C. Teplota čela nechlazené trysky byla naměřena 235 °C, zatímco u chlazené trysky 170 °C, což vede k prodloužení životnosti trysky a zamezení tvorby karbonových úsad.

Dále je doporučena úprava trysek, která spočívá ve změně průměru vstřikovacích otvorů. Motory osazené tryskami s menším počtem otvorů o větším průměru se chovají lépe, s konstantním výkonem a výrazně sníženou kouřivostí, než motory s tryskami s větším počtem otvorů o menším průměru.

Emisní limity a praktické zkušenosti

Při zkouškách s dieselagregáty ČKD 6-27,5 A2S (výkon 530 kWe při 600 ot./min) se po určité době projevily závady na špičce trysky. Příliš vysoká teplota trysky vedla k rychlému vytvoření karbonových úsad, které ucpávaly vstřikovací otvory a zhoršovaly spalování. Tento problém byl odstraněn použitím chlazených trysek a detergentní přísady.

Při testování byly dodrženy předepsané podmínky a jako detergentní přísada byl použit bycosin. Motor byl osazen chlazenými tryskami DOPH 140T9x0,32. Při měření byl použit upravený motorový olej zahřátý na 80 °C, přičemž výkon motoru byl 400 kWe.

Emisní limity pro použití kogenerační jednotky byly stanoveny na obsah CO 650 mg/m³ a NOx 4000 mg/m³.

Na základě měření bylo zjištěno, že viskozita, obsah popela a karbonizační zbytek ve vyjetém motorovém oleji nemají typické hodnoty pro čistý motorový olej. Obsah síry je řádově vyšší než v motorové naftě, stejně jako obsah mechanických nečistot. Znečištěný vyjetý motorový olej není vhodný k přímému využití jako palivo. Dokonalé vyčištění odpadního oleje je nezbytné pro splnění ekologických norem a pro zvýšení životnosti vstřikovací soustavy motoru.

Při spalování upotřebených motorových olejů v kotelnách by takto upravený olej neměl způsobovat větší problémy. Doporučuje se použití detergentních přísad pro zmírnění tvorby úsad na tryskách a ve spalovacím prostoru v koncentraci kolem 0,05 %.

tags: #motorovy #olej #vyhrevnost