View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.1 Prozess 1: Destillative Abtrennung und Adsorption
mit xVerlust : Kraftstoffverlust während der Regeneration in gKraftstoff / gAdsorbens.
Die Berechnung der erforderlichen Adsorbensmenge hängt von der Regenerationsdauer und
damit von der Zeit zum Aufheizen des Reaktors ab. Diese wird zusammen mit der energetischen
Bewertung des Prozesses bestimmt.
5.1.2.2 Energetische Betrachtung
Zur Berechnung des Energiebedarfs der adsorptiven Entschwefelung wird der Prozess in
vier Phasen unterteilt und jeweils die erforderliche Wärmemenge und die Energie zum Betrieb
von elektrisch angetriebenen Systemkomponenten bestimmt. Diese werden unter Berücksichtigung
der Schüttungszahl nSch über die Dauer eines Adsorptionszyklusses zu einem
mittleren Energieaufwand umgerechnet.
1.) Während der Adsorption ist lediglich die Energie PAds zur Förderung des Kraftstoffs
gegen den Druckverlust in der Adsorbensschüttung aufzubringen. Für die aufzubringende
Pumpenleistung gilt:
P
Ads
m
Kraftstoff
Kraftstoff
1
p
Pumpe
(5-14)
Für die ausgewählte Reaktorgeometrie ergibt sich in der Adsorbensschüttung ein Druckverlust
p von weniger als 30 mbar.
2.) Anschließend wird der Reaktor entleert. Dazu wird mit einem Gebläse ein Luftstrom
durch die Adsorbensschüttung geleitet. Der Druckverlust in dem zu Beginn noch mit Kerosin
gefüllten Reaktor wird mit dem Maximaldruck des Gebläses von pLeeren= 400 mbar abgeschätzt.
Der Luftstrom ergibt sich aus dem Schüttungsvolumen und der GHSV. Bei der Berechnung
der Gebläseleistung PLeeren muss die Druckabhängigkeit der Dichte berücksichtigt
werden. Es gilt für die Leistung des Gebläses:
P
p
m
p
1
Leeren
Leeren U Luft ln
(5-15)
pU
Gebläse
3.) In der dritten Phase wird der Festbettreaktor auf die Regenerationstemperatur erhitzt
und dabei mit einem Luftstrom durchströmt. Das Erhitzen des Adsorbers ist ein instationärer
Prozess. Die Wärmezufuhr erfolgt über den zugeführten Luftstrom, der auf die Regenerationstemperatur
TReg vorgeheizt wird und durch die elektrische Beheizung des Reaktors. Zur
Bestimmung des erforderlichen Energieaufwands wurden die Temperaturverläufe in axialer
Richtung im Adsorber mit Matlab Simulink in Abhängigkeit von der Heizdauer modelliert.
Dazu wurde der Reaktor in axialer Richtung in sechs Teilstücke unterteilt, die jeweils aus
Isolierung, der metallenen Reaktorwand und dem Adsorbens aufgebaut sind. In den Elementen
der Teilstücke herrscht jeweils eine homogene Temperatur. Die zur Berechnung der
Temperaturen betrachteten Wärmeübergänge sind in Abb. 5-4 dargestellt.
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