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5 Verfahrensanalyse und Bewertung den apparativen Aufwand klein zu halten, ist dieser für xD < 0,42 im Rückstandsstrom (2) anzuordnen und für xD > 0,42 im Destillatsstrom (1). Werden zwei Wärmetauscher eingesetzt, beträgt die Energieersparnis gegenüber dem Einsatz eines Wärmetauschers bis zu 31 % bei xD= 0,42. Da der Destillatanteil vor der adsorptiven Entschwefelung mit dem Adsorbens A-4 ohnehin kondensiert und auf 20°C abgekühlt werden muss, ist für Permeatanteile bis xD= 0,5 der Einsatz von zwei Wärmetauschern sinnvoll. Daher wird zunächst der energetisch optimale Fall 3 für die weitere Betrachtung ausgewählt. 5.1.2 Adsorption 5.1.2.1 Prozessauslegung Die Adsorptionskapazität ws ist ein maßgeblicher Wert für die Auslegung der adsorptiven Entschwefelung. Wie die experimentellen Untersuchungen gezeigt haben, hängt die Adsorptionskapazität sowohl von den Betriebsbedingungen der Adsorption als auch von den Regenerationsbedingungen ab. Zur Auslegung der adsorptiven Entschwefelung sind diese Zusammenhänge mathematisch zu beschreiben. Da die eingesetzten Kraftstoffe aus einer Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen bestehen und die Zusammensetzung zusätzlich von der jeweiligen Charge abhängt, kann dies nur empirisch auf Basis der in Kap.4.6 experimentell ermittelten Abhängigkeiten erfolgen. Dazu wird der Einfluss der einzelnen Faktoren auf die Adsorptionskapazität ausgehend von der Kapazität bei festgelegten Standardbedingun- f i i ausgedrückt: gen wS,0 durch Ausgleichsfunktionen w 122 i wS , 0 f i . (5-3) S i Die Einflussfaktoren sowie die jeweiligen Standardwerte sind in Tab. 5-1 aufgeführt.
5.1 Prozess 1: Destillative Abtrennung und Adsorption Parameter Einheit Standardwert Parameterbereich Min. Max. Adsorption Kraftstoff, Destillatanteil wD % (Masse) 50 30 100 Kraftstoff, Gesamtschwefelgehalt cS ppm 300 264 932 Temperatur TAds °C 20 20 130 Raumgeschwindigkeit LHSV h -1 Regeneration 1 0,70 2,85 Temperatur TReg °C 400 400 500 Raumgeschwindigkeit GHSV h -1 655 100 655 Haltezeit der Regenerationstemperatur tH h 3 1 3 Geometrie Durchmesser Reaktor dR mm 5 5 20 Länge Reaktor lR mm 200 150 650 Durchmesser Partikel dP μm 75 - 250 75 - 250 1190 - 2830 Tab. 5-1: Einflussparameter zur Bestimmung der Adsorptionskapazität des Adsorbens A-4 für den Kraftstoff Jet A-1 Die Festlegung der Standardbedingungen erfolgte in Anlehnung an die Ergebnisse der Laborversuche mit dem Adsorbens A-5. Die Ermittlung der Ausgleichsfunktionen aus den einzelnen Einflussfaktoren wird im Folgenden erläutert. Zunächst werden die Ausgleichsfunktionen der Adsorptionsparameter bestimmt. Dazu gehören die LHSV und die Adsorptionstemperatur. Der Einfluss des eingesetzten Kraftstoffs hängt vom Gesamtschwefelgehalt und vom anteiligen Gehalt der unterschiedlichen Schwefelverbindungen ab. f w wD: Aufgrund der komplexen Kohlenwasserstoffmatrix und der großen Anzahl un- D terschiedlicher Schwefelverbindungen im Kraftstoff, kann die Adsorptionskapazität nicht in Abhängigkeit vom Gehalt einzelner Schwefelverbindungen ermittelt werden. Versuche mit leichtsiedenden Jet A-1 Teilfraktionen zeigten jedoch eine Abhängigkeit der Adsorptionskapazität vom Siedepunkt der enthaltenen Schwefelverbindungen. Da die Siedegrenzen von Jet A-1 und die der enthaltenen Schwefelverbindungen nur begrenzt voneinander abweichen, kann die Abhängigkeit der Adsorptionskapazität von den enthaltenen Schwefelverbindungen über den Destillatanteil angenähert werden. Auf Basis der Laborversuche ergibt sich eine nicht stetige Ausgleichsfunktion für die diskreten, untersuchten Destillatanteile: 123
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Werden zwei Wärmetauscher eingesetzt, beträgt die Energieersparnis gegenüber dem Einsatz<br />
eines Wärmetauschers bis zu 31 % bei xD= 0,42. Da der Destillatanteil vor der adsorptiven<br />
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werden muss, ist für Permeatanteile bis xD= 0,5 der Einsatz von zwei Wärmetauschern sinnvoll.<br />
Daher wird zunächst der energetisch optimale Fall 3 für die weitere Betrachtung ausgewählt.<br />
5.1.2 Adsorption<br />
5.1.2.1 Prozessauslegung<br />
Die Adsorptionskapazität ws ist ein maßgeblicher Wert für die Auslegung der adsorptiven<br />
Entschwefelung. Wie die experimentellen Untersuchungen gezeigt haben, hängt die Adsorptionskapazität<br />
sowohl von den Betriebsbedingungen der Adsorption als auch von den Regenerationsbedingungen<br />
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mathematisch zu beschreiben. Da die eingesetzten Kraftstoffe aus einer<br />
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Die Einflussfaktoren sowie die jeweiligen Standardwerte sind in Tab. 5-1 aufgeführt.
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