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4 Experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab gen und der Regressionspolynome sowie die Konfidenzintervalle sind im Anhang (Kap. 9.4.1) erläutert. 112 Effekt S-Gehalt / ppm Haupteffekt T -152 Haupteffekt p 22 Wechselwirkung -14 Tab. 4-20: Haupteffekte und Wechselwirkungen der Temperatur und des Druckes im Reak- 1 tor auf den Schwefelgehalt im Produkt bei LHSV 0, 7 h Der Haupteffekt der Temperatur war der dominante Effekt. Wird die Temperatur von 330°C auf 390°C angehoben, folgte daraus eine Verringerung des Schwefelgehaltes im Produkt um 304 ppm. Damit war der Einfluss der Temperatur 6,9-mal größer als der Haupteffekt des Druckes und 10,9-mal größer als die Wechselwirkung beider Parameter. Da die Betrachtung der 95 %-Konfidenzintervalle ergab, dass sämtliche Effekte signifikant sind, muss die Wechselwirkung für die Bildung des Regressionspolynoms berücksichtigt werden. Für die Auslegung des Entschwefelungsmoduls sollten daher der Temperatur- und der Druckeinfluss nicht unabhängig voneinander betrachtet werden. Zur Berücksichtigung der Wechselwirkung ergibt sich für den untersuchten Parameterbereich das folgende Regressionspolynom für den Schwefelgehalt im Produkt cS,Produkt: T3610, 55 p510, 0117 T361p51 cS, Produkt 90 2, 533 R R R R (4-11) Für den optimalen Auslegungspunkt folgt daraus, dass die Temperatur maximiert und der Druck minimiert werden sollte. Die maximale Temperatur ist jedoch begrenzt, da das Risiko der Verkokung des Katalysators mit steigender Temperatur zunimmt und ein Überschreiten der kritischen Temperatur, die bei etwa 411°C liegt [14, S. 24], unbedingt zu vermeiden ist. Für Betriebstemperaturen von mehr als 390°C ist daher ein Dauerversuch erforderlich, um zu überprüfen, ob die Lebensdauer für den jeweiligen Anwendungsfall ausreicht. Zur Optimierung des Reaktordruckes wurde ein zusätzlicher Versuch bei pR= 20 bar mit einer Temperatur von 390°C und einer LHSV von 0,7 h -1 durchgeführt. Dabei wurde der Katalysator jedoch zerstört. Eine mögliche Ursache ist, dass es aufgrund eines zu geringen Wasserstoffpartialdrucks zur Verkokung des Katalysators gekommen ist. Für die Auslegung der Pilotanlage wird zunächst eine Reaktortemperatur von 390°C gewählt. Die Wahl des Betriebsdruckes erfolgt in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt im Kraftstoff. Wie die Versuche gezeigt haben, reicht ein Druck von 30 bar für Schwefelgehalte bis 1675 ppm aus. Um zu verhindern, dass der Katalysator Schaden nimmt, wird der Druck für geringere Schwefelgehalte nicht unter 30 bar abgesenkt. Für einen Schwefelgehalt von 3000 ppm haben die Versuche gezeigt, dass ein Druck von 70 bar ausreichend ist.
4.7 Hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger 4.7.7 Einfluss der Raumgeschwindigkeit auf die Entschwefelung Die Verweilzeit des Kraftstoffs im Reaktor beeinflusst den Schwefelgehalt im Produkt und die Baugröße des Reaktors. Daher wurden anschließend Versuche zur Optimierung der LHSV durchgeführt (siehe Abb. 4-33). Schwefelgehalt / ppm 100 80 60 40 20 0 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 LHSV / h -1 Abb. 4-33: Abhängigkeit der Entschwefelung von der Raumgeschwindigkeit bei T = 390°C, p = 30 bar mit Kerosin C; Bei der kleinsten mit der Versuchanlage erreichbaren LHSV von 0,5 h -1 lag der Schwefelgehalt im Produkt bei 18 4 ppm. Entgegen der Erwartung ergab sich für eine LHSV von 0,7 h -1 eingeringerer Schwefelgehalt von nur 10 1,5 ppm. Dies kann jedoch damit begründet werden, dass die Versuche bei einer LHSV von 0,5 h -1 und 1,2 h -1 mit einer neuen Katalysatorschüttung durchgeführt wurden. Für eine LHSV von 1,2 h -1 betrug der Schwefelgehalt 43 2 ppm. Folglich besteht mit dem untersuchten Katalysator kein Potential, die LHSV zu erhöhen und damit die Baugröße zu verringern, wenn ein Schwefelgehalt von 10 ppm im Produkt erreicht werden soll. 4.7.8 Entschwefelung von Heizöl EL Nach dem Abschluss der Versuche mit Kerosin wurde ein weiterer Versuch zur Entschwefelung von Heizöl EL durchgeführt. Als Versuchskraftstoff wurden die Kraftstoffe Heizöl EL- Standard und Heizöl EL- Schwefelarm so gemischt, dass der Versuchskraftstoff 1000 ppm Schwefel enthielt. Von diesem Kraftstoff wurde für die Versuche zur hydrierenden Entschwefelung destillativ eine leichtsiedende 60 % Teilfraktion mit 500 ppm Schwefel abgetrennt. Der Rotfarbstoff verblieb dabei in der Rückstandsfraktion. Mit diesem Kraftstoff zeigte sich eine stetige Degradation der Produktqualität (siehe Abb. 4-34). 113
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Baugröße des Reaktors. Daher wurden anschließend Versuche zur Optimierung der LHSV<br />
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Abb. 4-33: Abhängigkeit der Entschwefelung von der Raumgeschwindigkeit bei T = 390°C,<br />
p = 30 bar mit Kerosin C;<br />
Bei der kleinsten mit der Versuchanlage erreichbaren LHSV von 0,5 h -1 lag der Schwefelgehalt<br />
im Produkt bei 18 4 ppm. Entgegen der Erwartung ergab sich für eine LHSV von<br />
0,7 h -1 eingeringerer Schwefelgehalt von nur 10 1,5 ppm. Dies kann jedoch damit begründet<br />
werden, dass die Versuche bei einer LHSV von 0,5 h -1 und 1,2 h -1 mit einer neuen Katalysatorschüttung<br />
durchgeführt wurden. Für eine LHSV von 1,2 h -1 betrug der Schwefelgehalt<br />
43 2 ppm.<br />
Folglich besteht mit dem untersuchten Katalysator kein Potential, die LHSV zu erhöhen und<br />
damit die Baugröße zu verringern, wenn ein Schwefelgehalt von 10 ppm im Produkt erreicht<br />
werden soll.<br />
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Nach dem Abschluss der Versuche mit Kerosin wurde ein weiterer Versuch zur Entschwefelung<br />
von Heizöl EL durchgeführt. Als Versuchskraftstoff wurden die Kraftstoffe Heizöl EL-<br />
Standard und Heizöl EL- Schwefelarm so gemischt, dass der Versuchskraftstoff 1000 ppm<br />
Schwefel enthielt. Von diesem Kraftstoff wurde für die Versuche zur hydrierenden Entschwefelung<br />
destillativ eine leichtsiedende 60 % Teilfraktion mit 500 ppm Schwefel abgetrennt. Der<br />
Rotfarbstoff verblieb dabei in der Rückstandsfraktion. Mit diesem Kraftstoff zeigte sich eine<br />
stetige Degradation der Produktqualität (siehe Abb. 4-34).<br />
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