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4 Experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab wiederholt, bis sich eine stabile Adsorptionskapazität einstellte. Die in Abb. 4-14 dargestellten kumulierten Durchbruchskurven mit den entsprechenden 95 %-Konfidenzintervallen werden aus den Mittelwerten der Ergebnisse der Versuche nach vollendeter Stabilisierung bestimmt. Die Anzahl der Adsorptionszyklen, die dem dargestellten Verlauf zu Grunde liegen ist angegeben. 88 Schwefelgehalt / ppm 400 200 0 2 4 6 Kraftstoffvolumen / (ml / g-Ads) Adsorbens A-3 A-5 A-6 A-7 A-8 A-9 Zyklen 3 3 7 3 4 5 cS,0 ppm 563 563 563 563 563 563 vS,10 ml / g < 0,1 1,37 2,25 < 0,1 0,85 < 0,1 wS,10 mg / g < 0,1 0,61 1,01 < 0,1 0,38 < 0,1 Abb. 4-14: Verlauf des kumulierten Schwefelgehaltes im Produkt der sechs untersuchten Adsorbentien für den Kraftstoff Jet A-1 A Die Parameter zur Konditionierung, zur Regeneration und zur Adsorption wurden der Literatur zu den einzelnen Adsorbentien entnommen oder in Absprache mit dem Hersteller gewählt. Da der Kraftstoff bei 148°C zu sieden beginnt, wurde die Adsorptionstemperatur aus Sicherheitsgründen auf 120°C begrenzt. Die detaillierten Versuchsbedingungen für die einzelnen Adsorbentien sind im Anhang (Kap. 9.3.1) aufgeführt. Von den untersuchten Adsorbentien zeigten nur die Adsorbentien A-5, A-6 und A-8 nennenswerte Kapazitäten zur Entschwefelung von Jet A-1. Die höchste Adsorptionskapazität wurde mit dem auf Ni-Basis hergestellten Adsorbens A-6 erzielt. Zur Regeneration wurde das Adsorbens mit Luftsauerstoff oxidiert und anschließend mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff reduziert. Die Versuche zeigten jedoch, dass das Adsorbens A-6 auch bei Zugabe von reinem Wasserstoff zur Reduzierung der aktiven Ni-Zentren nicht regenerierbar ist. Nach sieben Adsorptionszyklen betrug die Kapazität 31 % weniger als im Neuzustand. In Abb. 4-14 ist daher nicht der über die Anzahl der Versuche gemittelte Verlauf des kumulierten Schwefelgehaltes abgebildet, sondern der des zweiten Adsorptionszyklusses, für den die
4.6 Adsorption höchste Adsorptionskapazität erzielt wurde Die Abnahme der Adsorptionskapazität nach mehrmaligem Regenerieren konnte mit einem zweiten Versuchsreaktor bestätigt werden [63, S. 75ff.]. Mit dem Adsorbens A-5 konnten 1,37 ml Kraftstoff mit einem Gramm Adsorbens auf den Zielwert von 10 ppm entschwefelt werden. Dies entspricht einer Adsorptionsklapazität wS,10 von 0,61 mg/g. Das Adsorbens konnte oxidativ mit Umgebungsluft bei einer Temperatur zwischen 400°C und 500°C regeneriert werden und es war kein anschließender Reduktionsschritt erforderlich. Für eine technische Anwendung müssen in diesem Fall folglich keine zusätzlichen Medien zur Verfügung gestellt werden. Das Adsorbens A-8, das wie A-6 Nickel enthält, konnte durch eine oxidative Behandlung mit anschließender Reduzierung regeneriert werden. Zur Reduktion wurde ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff eingesetzt. Die Adsorptionskapazität des Adsorbens war jedoch um 38 % geringer als die des Adsorbens A-5. Darüber hinaus wirkt sich mit dem Adsorbens A-8 der zusätzliche Reduktionsschritt bei der Auslegung eines Mehrbettadsorbers mit integrierter Regeneration negativ auf die Größe des Adsorbers und den apparativen Aufwand aus. Die übrigen untersuchten Adsorbentien, darunter auch der Cu(I)-Y-Zeolith, zeigten keine nennenswerte Kapazität zur Entschwefelung von Kerosin. Daher wird von den untersuchten Materialien das Adsorbens A-5 favorisiert. Dennoch ergab die Prozessanalyse, dass die Kapazität des Adsorbens für eine technische Anwendung nicht ausreicht (siehe Kap. 5.1.3.1). Daher wird im Folgenden untersucht, ob sich eine höhere Adsorptionskapazität ergibt, wenn der Adsorption vorentschwefelter Kraftstoff zugeführt wird. 4.6.4 Adsorptionskapazität für vorentschwefelte Teilfraktionen Die Vorentschwefelung erfolgt, indem nur eine niedrigsiedende Teilfaktion des zugeführten Kraftstoffs, die mit dem Verfahren der destillativen Abtrennung erzeugt wurde, für das Brennstoffzellensystem verwendet wird. Um die Auswirkungen der Vorentschwefelung auf den Adsorptionsprozess zu quantifizieren, wurde mit drei destillativ abgetrennten, niedrigsiedenden Teilfraktionen die Durchbruchskurve für das Adsorbens A-5 ermittelt. Die Teilfraktionen entsprachen 30 % (Vol.), 50 % (Vol.) bzw. 70 % (Vol.) des zugeführten Jet A-1 A. Die Versuche wurden jeweils mit unbenutzten Adsorbensschüttungen durchgeführt, die zuvor 3 h mit getrockneter Luft bei 350°C konditioniert wurden. Zusätzlich wurde mit der 30 %(Vol.) Fraktion eine Regeneration und ein zweiter Adsorptionszyklus durchgeführt, da der erste Versuch zu früh abgebrochen wurde, um das Durchbruchsvolumen für einen Schwefelgehalt von 10 ppm zu bestimmen. Die detaillierten Versuchsbedingungen sind im Anhang (Kap 9.3.2) aufgeführt. Die kumulierten Durchbruchskurven für die verschiedenen Fraktionen sind in Abb. 4-15 im Vergleich zur kumulierten Durchbruchskurve für Jet A-1 A dargestellt. 89
- Seite 51 und 52: 3.2 Adsorption S. 7652ff.], so dass
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wiederholt, bis sich eine stabile Adsorptionskapazität einstellte. Die in Abb. 4-14 dargestellten<br />
kumulierten Durchbruchskurven mit den entsprechenden 95 %-Konfidenzintervallen werden<br />
aus den Mittelwerten der Ergebnisse der Versuche nach vollendeter Stabilisierung bestimmt.<br />
Die Anzahl der Adsorptionszyklen, die dem dargestellten Verlauf zu Grunde liegen ist<br />
angegeben.<br />
88<br />
Schwefelgehalt / ppm<br />
400<br />
200<br />
0<br />
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Kraftstoffvolumen / (ml / g-Ads)<br />
Adsorbens A-3 A-5 A-6 A-7 A-8 A-9<br />
Zyklen 3 3 7 3 4 5<br />
cS,0 ppm 563 563 563 563 563 563<br />
vS,10 ml / g < 0,1 1,37 2,25 < 0,1 0,85 < 0,1<br />
wS,10 mg / g < 0,1 0,61 1,01 < 0,1 0,38 < 0,1<br />
Abb. 4-14: Verlauf des kumulierten Schwefelgehaltes im Produkt der sechs untersuchten<br />
Adsorbentien für den Kraftstoff Jet A-1 A<br />
Die Parameter zur Konditionierung, zur Regeneration und zur Adsorption wurden der Literatur<br />
zu den einzelnen Adsorbentien entnommen oder in Absprache mit dem Hersteller gewählt.<br />
Da der Kraftstoff bei 148°C zu sieden beginnt, wurde die Adsorptionstemperatur aus<br />
Sicherheitsgründen auf 120°C begrenzt. Die detaillierten Versuchsbedingungen für die einzelnen<br />
Adsorbentien sind im Anhang (Kap. 9.3.1) aufgeführt.<br />
Von den untersuchten Adsorbentien zeigten nur die Adsorbentien A-5, A-6 und A-8 nennenswerte<br />
Kapazitäten zur Entschwefelung von Jet A-1. Die höchste Adsorptionskapazität<br />
wurde mit dem auf Ni-Basis hergestellten Adsorbens A-6 erzielt. Zur Regeneration wurde<br />
das Adsorbens mit Luftsauerstoff oxidiert und anschließend mit einem Gemisch aus Wasserstoff<br />
und Stickstoff reduziert. Die Versuche zeigten jedoch, dass das Adsorbens A-6 auch bei<br />
Zugabe von reinem Wasserstoff zur Reduzierung der aktiven Ni-Zentren nicht regenerierbar<br />
ist. Nach sieben Adsorptionszyklen betrug die Kapazität 31 % weniger als im Neuzustand. In<br />
Abb. 4-14 ist daher nicht der über die Anzahl der Versuche gemittelte Verlauf des kumulierten<br />
Schwefelgehaltes abgebildet, sondern der des zweiten Adsorptionszyklusses, für den die
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