View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 Verfahrensanalyse und Bewertung
zweite Membranstufe beispielhaft für ein Kerosin mit 3000 ppm dargestellt, das in der ersten
Membranstufe auf 1800 ppm entschwefelt wurde.
Abb. 5-17: Massenströme und Schwefelgehalte in der zweiten Membranstufe für ein vorentschwefeltes
Permeat der ersten Membranstufe mit 1800 ppm Schwefel
Mit dem Anreicherungsfaktor = 3,084 ergibt sich für diese Auslegung eine Verminderung
des Schwefelgehaltes gegenüber dem zugeführten Kraftstoff um 53 % auf 848 ppm-S. Die
Berechnung der Schwefelgehalte beinhaltet hier wiederum die Annahme, dass der Anreicherungsfaktor
unabhängig vom Schwefelgehalt im Kraftstoff angesehen werden kann. Für die
exakte Auslegung ist dies für diesen Anwendungsfall jedoch empirisch zu überprüfen, da der
Schwefelgehalt im Rückstand um 53 % geringer ist als der im zugeführten Kraftstoff.
5.2.2 Energetische Bewertung
Der Energieaufwand der Pervaporation setzt sich aus der Leistung der Pumparbeit, der
Wärmemenge zum Aufheizen des Kraftstoffs und dem Wärmeverlust an die Umgebung zusammen.
Abgesehen von den An- und Abfahrvorgängen, die hier nicht berücksichtigt werden,
ist der Prozess stationär.
Die Berechnung der Pumpenleistung erfolgt analog zu den Berechnungen zur adsorptiven
Entschwefelung. Dabei werden die Pumpen zur Zufuhr von Kraftstoff, zur Kreislaufführung
und zur Komprimierung des flüssigen Kondensats auf Umgebungsdruck berücksichtigt.
Die Leistung der Vakuumpumpe, die zur Entfernung nicht kondensierbarer Gase aus dem
Permeatraum erforderlich ist, kann auf Basis der Undichtigkeit des Vakuumraums berechnet
werden. Der Permeatraum entspricht in einem Hohlfasermodul etwa 35 % des Gesamtvolumens
[150]. Dafür ergibt sich aufgrund von Undichtigkeiten ein Leckluftstrom von 4,0 l/h
[151]. Für eine Drehschieberpumpe vom Typ S1,5 der Firma Leybold Oerlikon, mit einer Motorleistung
von 80 W ergibt sich daraus eine Laufzeit von 8,28 s/h und damit eine durchschnittliche
Leistung von nur 0,184 W [152].
Der größte Energieaufwand wird zum Aufwärmen des Kraftstoffs vor dem Eintritt in das
Membranmodul benötigt. Zum einen muss der im Kreislauf geförderte Kraftstoff, der beim
Überströmen der Membran um T = 10 K abkühlt, wieder auf die Eintrittstemperatur erwärmt
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