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Schweröl

Schweröl

Der Begriff "Schweröl" beschreibt unterschiedliche Mineralöl-Mischungen mit hoher Viskosität. Je nach Land und Branche wird Schweröl auch als "Heavy Fuel Oil (HFO)", "Marine Fuel Oil (MFO)", "Residual Fuel Oil (RFO)", "Schweres Heizöl" oder "Bunkeröl" bezeichnet. Es ist in jedem Fall ein  besonders kostengünstiger Brennstoff, der heute vorwiegend auf Schiffen Verwendung findet. Je nach Land und Branche besteht es meist aus den schwer siedenden Rückständen der Rohöl-Destillation und hat im Gegensatz zu Leichtöl eine deutlich höhere Viskosität. Darüber hinaus schwankt die Qualität der einzelnen Sorten erheblich und stellt deswegen hohe Ansprüche an die Feuerungsanlage.

Wegen des hohen Schwefel- und Stickstoffanteils im Brennstoff liegt das Emissionsniveau von Schweröl-Feuerungen deutlich höher als bei Leichtöl-Anlagen, so dass Schweröl in Westeuropa immer seltener eingesetzt wird. Noch dazu müssen Tank und Brennstoffleitungen beheizt werden, um diesen Brennstoff pumpen und zerstäuben zu können. In Deutschland ist Schweröl nach DIN 51603 genormt, für die internationale Schifffahrt existiert die ISO 8217.

Wesentliche Basis für die Schweröle sind die weltweit geförderten Rohöle (Crude Oil), die unter anderem in der Offshore-Industrie auch direkt zur Energiegewinnung verwendet werden.  Sie bestehen oft aus einer sehr breiten Spanne von leicht und schwerer siedenden Ölfraktionen. Die Bandbreite hängt dabei stark von der Herkunft ab. Arabische Öle zeigen eher gute Qualitäten mit hohen Anteilen an leichten Fraktionen, die sich sehr gut als Basis für Diesel und Benzine eignen. Einige chinesische oder kanadische „Crudes“ dagegen haben deutlich mehr schwere Fraktionen, so dass bei der Destillation der Anteil an hochwertigen Benzin- und Dieselqualitäten deutlich niedriger ist.

Schweröl ist ein brennbares Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Es besteht vorwiegend aus den Rückständen der Rohöldestillation, die für die technische Anwendung oft mit leichteren Fraktionen vermischt werden. Schweröle unterscheiden sich vor allem in der Spezifikations-Viskosität sowie in der Menge und Zusammensetzung der Begleitstoffe. Der Heizwert von Heizöl S beträgt je nach chemischer Zusammensetzung zwischen 39 und 41 MJ/kg und liegt damit generell niedriger als der von Heizöl Extra Leicht (HEL). Die spezifische Dichte ist vom Anteil der verschiedenen Öl-Fraktionen abhängig und schwankt zwischen 0,94 und 1,05 kg/l. Der Flammpunkt von Schweröl liegt bei rund 120 °C.

Die Qualität sowie zahlreiche Prüfverfahren für die Qualitätsbestimmung von schwerem Heizöl sind  z.B. in der DIN 51603-3 oder der ISO 8217:2005 festgehalten.

Viskosität

Die Viskosität ist ein entscheidendes Merkmal für die Spezifikation von Schweröl. Sie ist je nach Charge unterschiedlich und wird meist für zwei Temperaturen angegeben, um die Handhabbarkeit des Brennstoffs bei Vorwärmung zu beschreiben. Meist ist diese Eigenschaft im Namen zu finden: so beträgt die Viskosität des Marine-Brennstoffs RMG 380 ungefähr 380 cSt bei einer Temperatur von 50 °C. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Viskosität ab und erreicht bei dem genannten Öl einen Wert von ca. 25 cSt bei 100 °C.

Die Viskosität ist dabei sowohl von der Zusammensetzung des Rückstandsöls (dem Grundstoff) als auch von der Verdünner-Menge in der fertigen Mischung abhängig. Der Verdünner besitzt prinzipiell eine niedrige Viskosität sowie einen niedrigen Siedepunkt. Wird das Verhältnis nicht sorgsam gewählt,  kann sehr schweres Öl trotz korrekter Viskosität im Vorwärmer vercracken, weil die leichtflüchtigen Anteile sieden.

Prinzipiell lassen sich Öle nur bis zu einer Viskosität von 350 cSt pumpen, so dass Schweröl immer erwärmt werden muss, um es bewegen zu können. Darüber hinaus stellen alle Zerstäubungsprinzipien unterschiedliche Anforderungen an die Viskosität: so benötigen Dampfdruckzerstäuber generell ein dünnflüssigeres Öl als Drehzerstäuber-Brenner, die auch dickflüssigere Brennstoffe mit einer Viskosität von bis zu 45 cSt einwandfrei zerstäuben können.

Asphaltene, Schwefel und Begleitstoffe

Asphaltene, Schwefel und Begleitstoffe

Je nach Ursprung und Herstellprozess enthält Schweröl außerdem eine ganze Reihe von teils unerwünschten Begleitstoffen, die nur mit einer chemischen Analyse exakt bestimmt werden können. Erst mit diesen präzisen Daten lassen sich z.B. die Emissionswerte der Verbrennung qualifiziert bewerten oder die Ursachen einer schlechten Verbrennung eingrenzen. In der Hauptsache besteht die Gruppe der unerwünschten Stoffe aus Wasser, Sedimenten, Asphaltenen, Stickstoff und Schwefel sowie einigen Metallen.

Ein hoher Wasseranteil im Öl entzieht der Verbrennung Energie und senkt den Heizwert. Im ungünstigsten Fall kann dieses Wasser zu Dampfblasenbildung in Vorwärmer oder Brenner führen und die Feuerung instabil werden lassen.

Sedimente sind feste Anteile unterschiedlicher Korngrößen, die aus dem Rohöl stammen. Sie können als Schlamm in Tanks ausfallen, Filter verstopfen und rufen teils erhebliche Abrasion in Pumpen, Ventilen und Düsen hervor. Da die Sedimente nicht verbrennen, bleiben sie als Ablagerung im Kessel zurück oder werden mit dem Abgas ausgetragen.

Asphaltene sind die "schwersten" Anteile des Schweröls. Sie bestehen aus sehr langkettigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen und neigen bei hohen Temperaturen zum Cracken. Dieser Vorgang führt in ungünstigen Fällen zu Koksrückständen an Zerstäuberdüse, Zerstäuberbecher oder den Heizflächen.

Der Stickstoff-Anteil im Schweröl zeichnet mit etwa 0,2 - 0,4% für einen erheblichen Teil der Stickstoff-Emissionen der Feuerungsanlage verantwortlich. Das Verhältnis von Brennstoff-Stickstoff zu NOx im Abgas sinkt zwar mit steigendem Stickstoffgehalt im Brennstoff. Die Werte liegen dann aber bereits deutlich über typischen Emissionsanforderungen, so dass oft nachgeschaltete Rauchgasreinigungsmaßnahmen erforderlich sind. 

Die zulässige im Schweröl enthaltene Menge elementaren Schwefels ist in den letzten Jahren kontinuierlich gesenkt worden. Dabei liegt die Obergrenze der DIN 51603-3 bei 2,5 Massen-%, während in sehr schweren Ölen für den Schiffsbetrieb nach ISO 8217 bis zu 4,5 % noch zulässig sind. Dieser Schwefel verbrennt überwiegend zu Schwefeldioxid, bildet im Abgas schweflige Säure und kann für erhebliche Korrosionsschäden an der Abgasanlage verantwortlich sein. Emissionsanforderungen zwingen in der Regel dazu, Brennstoffe mit Schwefelgehalten von deutlich weniger als 1 Massen-% einzusetzen, wenn man auf aufwändige Reinigungsmaßnahmen verzichten möchte.