Projekt 26735/01

Entwicklung eines Totalrecyclings von gebrauchten Transformatorölen mittels Na-dotierter Träger

Projektträger

Dr. Bilger Umweltconsulting GmbH
Gewerbepark Birkenhain 7 a
63579 Freigericht
Telefon: 06051-91669-51

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der gefahrlose Betrieb eines Transformators verlangt seine Befüllung mit perfekt isolierendem Öl. Eine Verschlechterung der isolierenden Eigenschaften eines Transformatorenöls führt unweigerlich zu einer drastischen Verkürzung der Lebensdauer des betreffenden Transformators. Erst vor kurzer Zeit wurde wissenschaftlich untersucht, worauf vor allem eine Schädigung der Öle zurückzuführen ist. Dabei resultierte, dass bereits geringste Spuren von Wasser und Sauerstoff die Zersetzung der in jedem Transformator enthaltenen Zellulose initiieren, was wiederum zur verstärkten Bildung von Wasser führt. Weiterhin kann der in jedem Transformatorenöl enthaltene Schwefel durch Entstehung von CuS2 schwerste Kurzschlüsse verursachen, die naturgemäß zur vollständigen Zerstörung des Trafos führen. Das Ziel des anzugehenden Projektes besteht darin, durch die Verwendung von HALEX® (keramischer Träger, auf dem sich feinst verteiltes Natrium befindet) den in den jeweiligen Ölen enthaltenen Schwefel, Sauerstoff und das Wasser vollständig zu eliminieren. D. h. es ist geplant, HALEX® als Methode zu etablieren, mittels derer es möglich wird, mit gebrauchtem Transformatorenöl ein Totalrecycling durchzuführen, um die Lebensdauer von Transformatoren wesentlich zu verlängern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs soll eine für die Laboranwendung geeignete Glaskartusche konzipiert und gebaut werden. Durch die-se Glaskartusche, die mit HALEX® befüllt ist, wird ein auf ca. 150° C erwärmtes Öl geleitet. In verschiedenen Versuchsreihen soll nun ermittelt werden, ob HALEX® in der Lage ist, den Gesamtschwefel vollständig zu eliminieren. Bei Erfolg dieser Versuche gilt es weiterhin zu klären, ob die Zerstörung des korrosiven Schwefels schon bei mäßigen Temperaturen (< 80° C) erfolgt. Denn wenn dies zuträfe, könnte in der zu bauenden Recyclinganlage auf die Installation eines Heizungssystems verzichtet werden.
Durch Vorversuche konnte aufgezeigt werden, dass durch in gebrauchtem Transformatorenöl enthaltene polare Gruppen die Kapazität von HALEX® bezüglich dem Abbau von halogenhaltigen Verbindungen deutlich herabgesetzt wird. Deshalb muss untersucht werden, ob dieser Kapazitätsverlust auch beim Abbau von Schwefel auftritt. Schließlich muss untersucht werden, inwieweit durch HALEX® auch Sauerstoff und Wasser entfernt werden können. Nach Abschluss dieser Versuche soll das Glaskartuschensystem in einem Pilotversuch bei einem in Betrieb befindlichen Transformator erprobt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im vorliegenden Bericht konnte die prinzipielle Eignung des Reagenzes HALEX® zum Totalrecycling von gebrauchten Transformatorenölen aufgezeigt werden. Dazu wurde eine Versuchsanlage konstruiert und gebaut, die es ermöglichte, im Labormaßstab Versuche zum Abbau verschiedener Schadstoffe mittels HALEX® zu untersuchen. Diese Anlage bestand aus einer mit HALEX® befüllten Glaskartusche, einer Schlauchpumpe, Vorratsbehälter, einem Durchlauferhitzer (maximal 180° C) und einem Schlauchsystem. Somit bestand die Möglichkeit, kontaminierte Transformatorenöle bei unterschiedlichen Temperaturen und Durchflussgeschwindigkeiten über eine Schüttung von HALEX® zu leiten.
Bei den zu eliminierenden Schadstoffen handelt es sich um Sauerstoff, Wasser und schwefelhaltige Ver-bindungen. Sauerstoff und Wasser sind für die oxidative Zerstörung der in jedem Transformator enthaltenen Zellulose verantwortlich, schwefelhaltige Verbindungen können durch die Bildung von Kupfersulfid zur Totalzerstörung eines im Betrieb befindlichen Transformators führen.
Durch die oben beschriebene Versuchsanlage konnte der Beweis erbracht werden, dass HALEX® in der Lage ist, folgende Substanzen schon bei einer Temperatur von 110° aus einer öligen Matrix vollständig oder teilweise zu eliminieren:
Wasser, organische Säuren (vollständige Eliminierung)
Sämtliche schwefelhaltigen Verbindungen (Eliminierung 70 - 80%)
Sauerstoff (Eliminierung zu 90%)
Bei einer Temperatur von 180° C lassen sich die schwefelhaltigen Verbindungen zu > 99% zerstören. Die Durchführung der Versuche erfolgte in reinem Öl, dem die betreffenden Schadstoffe in definierten Mengen zugegeben wurden. Abschließend konnte die Wirksamkeit von HALEX® an einem gebrauchten Trafoöl demonstriert werden. Somit steht mit HALEX® ein Reagenz zur Verfügung, das in der Lage ist, sämtliche Transformatorenölschadstoffe in einem einstufigen Prozess zu eliminieren.
Ein Problem ergab sich durch den Abrieb von elementarem Natrium aus der Oberfläche von HALEX® in das behandelte Öl. Da unter allen Umständen das Einbringen von Natrium in einen Transformator zu verhindern ist, muss vor der kommerziellen Einführung von HALEX® ein Filtersystem zwecks Abtrennung des Natriums aus dem behandelten Öl entwickelt werden.
Für die Nutzbarmachung von HALEX® in der Praxis ist nur der Bau eines Kartuschensystems erforderlich, durch das in einem Bypass ständig das Öl eines im Betrieb befindlichen Trafos durchgeleitet werden kann.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Unsere Partner in Japan (Entsorger von Transformatorenölen) konnten schon vor Jahren den Nachweis erbringen, dass mittels HALEX® PCB aus Ölen entfernt werden kann, die Markteinführung eines Kartuschensystems steht bevor. Mit den jetzt vorliegenden Ergebnissen erhöhen sich die Marktchancen dafür erheblich, da nun mit einem solchen System das Totalrecycling der betreffenden Öle ermöglicht wird. Sobald erste Ergebnisse vorliegen, erleichtert sich die Markteinführung selbstverständlich auch hierzulande. Wir rechnen mit der ersten Vorstellung der HALEX®-Kartuschen innerhalb eines Jahres.


Fazit

Es konnte zweifelsfrei erwiesen werden, dass es möglich ist, mittels HALEX® sämtliche für die Alterung von Transformatorenölen verantwortliche Substanzen zu eliminieren. Weiterhin gelingt auch die Zerstörung schwefelhaltiger, nichtkorrosiver Verbindungen schon bei 110° C zu über 70%. Bei Einführung eines mit HALEX® befüllten Kartuschensystems, durch das im Bypass ständig Öl aus einem sich im Betrieb befindlichen Transformators geleitet würde, käme es zu einer drastischen Erhöhung der Lebensdauer des betreffenden Öles. Große Trafos sind mit bis zu 6000 l Öl befüllt, das während deren Lebenszyklen mehrere Male ausgetauscht werden muss. Ein Aufhalten des Alterungsprozesses würde deshalb mit erheblichen Einsparungen unter finanziellen und selbstverständlich auch umweltrelevanten Gesichtspunkten verbunden sein.