Zijn de gasmotoroliën van Groep II/III echt beter dan die van Groep I?

Er bestaan tal van broodjeaapverhalen over en vuistregels voor smeermiddelen voor stationaire gasmotoren. Vaak zijn deze ‘regels’ heel belangrijk. Niet alleen omdat ze de ontwikkeling van gasmotorolie in een bepaalde richting duwen, maar ook omdat ze bijdragen tot de misinterpretatie van de prestaties van oliën voor stationaire gasmotoren. Een aantal voorbeelden van deze broodjeaapverhalen: ‘hoe hoger het asgehalte, hoe meer afzettingen’, ‘bijvullen bij een TBN van 50 %’ en ‘Groep II is beter dan Groep I’. Het is essentieel om vraagtekens te zetten bij deze verhalen zodat de volgende stap kan worden gezet naar betere en innovatievere oliën voor stationaire gasmotoren. Ik heb een aantal artikels over deze broodjeaapverhalen geschreven. Dit artikel gaat over Groep II/III versus Groep I. Reageer of neem contact met me op. Delen mag natuurlijk ook.

Joris van Der List – Technology Manager

De broodjeaapverhalen over oliën voor stationaire gasmotoren: Artikel 2 van 3

Zijn de gasmotoroliën van Groep II/III echt beter dan die van Groep I?

De oliën voor stationaire gasmotoren bestaan voor ongeveer 90 % uit een basisvloeistof, de rest zijn additieven die de prestaties verbeteren. Basisoliën zijn koolwaterstofproducten die worden geproduceerd uit de raffinage van ruwe olie, of door chemische synthese. Basisoliën die worden geproduceerd uit de raffinage van ruwe olie zijn minerale oliën. Het American Petroleum Institute (API) heeft de basisoliën ingedeeld in vijf groepen. De eerste drie groepen zijn geraffineerd uit ruwe petroleumolie en zijn minerale oliën waarvan het raffinageproces steeds strenger wordt. Groep I is met solvent geraffineerde minerale olie, Groep II is met waterstof behandeld en Groep III is met waterstof gekraakt materiaal.

Groep I wordt gedefinieerd als een basisolie die minder dan 90 % gesatureerde verbindingen en/of meer dan 0,03 % zwavel bevat. Groep II en III, daarentegen, zijn basisoliën die worden gecategoriseerd als vloeistoffen met meer dan 90 % gesatureerde verbindingen en minder dan 0,03 % zwavel.

Groep II-basisoliën worden geproduceerd met waterstofgas in een waterstofbehandelend proces. Daarbij worden ongewenste niet-gesatureerde componenten, zoals aromaten, omgezet in gesatureerde waterstofstructuren. Gesatureerd betekent dat de waterstofmolecule bestaat uit enkelvoudige bindingen en dus wordt gesatureerd met waterstof. Zie onderstaande foto.

Group II/III base oils
Gesatureerd
Group II/III base oils
Niet-gesatureerd

Het productieproces voor Groep III-basisoliën lijkt op dat van de minerale oliën van Groep II. Het enige verschil is dat het hydrogeneren gebeurt bij hoge temperaturen en hoge druk. Daarom worden bijna alle ongewenste componenten in de olie omgezet in gesatureerde waterstoffen. Het resultaat: een zuiverdere basisolie.

Een wijdverspreid broodjeaapverhaal in de industrie is dat smeermiddelen van Groep II en Groep III hoogwaardiger zijn dan die van Groep I. Deze veronderstelling is gebaseerd op het feit dat de oxidatiestabiliteit van Groep II/III-oliën beter is dan van Groep I.

Het voordeel: oxidatiestabiliteit betekent een betere prestatie.

Oxidatie is het proces waarbij oliën reageren met zuurstof. Hogere temperaturen en de aanwezigheid van katalysators, zoals slijtagedeeltjes van koper/ijzer, versnellen de oxidatie. Alle smeermiddelen oxideren in meerdere of mindere mate. Het effect van oxidatie is een hogere olieviscositeit en zuurtegraad, vorming van sludge en afzettingen en verarming van de additieven.

Groep II/Groep III-basisoliën zijn op het gebied van oxidatie stabieler dan die van Groep I. De reden voor deze betere oxidatiestabiliteit vinden we in het hogere percentage gesatureerde verbindingen. Deze gesatureerde verbindingen reageren minder op zuurstof dan de niet-gesatureerde.

Dankzij hun verbeterde oxidatiestabiliteit presteren de gasmotoroliën van Groep II/III beter tijdens laboratoriumtesten. Maar ook de oxidatiewaarde van stalen uit de praktijk toont betere prestaties met lagere waarden. Op basis hiervan zijn de verversingsintervallen van de gasmotoroliën van Groep II/III langer dan die van Groep I.

Het nadeel: de oxidatiestabiliteit vermindert de oplosbaarheid

Het probleem is echter dat de verbeterde oxidatiestabiliteit ten koste van de oplosbaarheid gaat. Gasmotoroliën van Groep II/III bevatten minder aromaten/niet-gesatureerde verbindingen dan de oliën van Groep I. Deze hogere saturatiegraad, en dus de verbeterde oxidatiestabiliteit, is ook de reden voor een lagere oplosbaarheid.

Oplosbaarheid is het vermogen om bijproducten van roet en oxidatie op te lossen in de olie. Dat is de reden waarom in veel oxidatief stabiele Groep II/III-oliën het roet zich scheidt van de olie, en lak en afzettingen vormt op essentiële motoronderdelen zoals cilinders, zuigers en koppen. Een mooi voorbeeld is de ring die klem zit bij sommige gasmotoroliën van Groep II/III wanneer de temperaturen stijgen. Oorzaak: de afzettingen in de bovenste ring.

Ook op onderstaande afbeelding ziet u dat een verbeterde oliestabiliteit van de basisolie helaas ook een lagere solventie met zich brengt.

Aromatics

Group II/III base oils
Aromaten

Improved oxidative stability

Group II/III base oils
lineaire en vertakte paraffines

Bewijs van de invloed van een goede oplosbaarheid

Het effect van een goede oplosbaarheid kunt u in het volgende laboratoriumexperiment zien. Twee oliën worden kunstmatig verouderd, in een metalen blik in een oven, in het labo. Olie A wordt ontwikkeld met een uitstekende oliestabiliteit, terwijl olie B een slechte oliestabiliteit heeft, maar een betere oplosbaarheid.

De resultaten ziet u hieronder:

Group II/III gas engine oils

De resultaten bevestigen dat olie A helder en zuiver blijft, dankzij de uitstekende oxidatiestabiliteit. Merk op dat het metalen blik na de test vol lak en vernis zit. Olie B verdonkert en veroudert sneller; de bijproducten van de oxidatie blijven verspreid in de olie, wat op een betere oplosbaarheid wijst, maar het metalen blik is proper na de test.

U kunt olie A vergelijken met een gasmotorolie waarbij alle routineanalyses helder zijn. Maar na verloop van tijd kan de motor uitvallen door de extreme afzetting erin.

Vaarwel broodjeaapverhaal

Hoewel de tendens naar Groep II/III-gasmotoroliën resulteert in meer oxidatief stabiele gasmotoroliën, is het belangrijk om te erkennen dat ook de oplosbaarheid een belangrijke rol speelt in de algemene prestaties. Groep II/III-oliën zijn daarom niet automatisch beter voor de motor, maar in combinatie met een goede oplosbaarheid kunnen ze van een uitstekende kwaliteit zijn. Gebruikers van gasmotoroliën zouden meer aandacht moeten besteden aan het onderscheid tussen oliën van een goede kwaliteit en oliën van een slechte kwaliteit. Onderscheid op basisolie en oxidatiestabiliteit alleen is niet voldoende voor moderne gasmotoroliën met een hoge BMEP.

Laat een reactie na of neem contact met me op als u dit verder wilt bespreken. Delen mag natuurlijk ook altijd.

Joris van der List

Door onze expert Joris van der List

Na 8 jaar gewerkt te hebben in het Kuwait Petroleum Research & Technology center in Rotterdam, maakte Joris van der List in 2011 de overstap naar Q8Oils. Naast zijn job als Technology Manager is hij expert in het Energiesegment, en heeft hij een achtergrond in machinebouw.

Stel Joris van der List een vraag


Stel een onderwerp voor