View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 Verfahrensanalyse und Bewertung
Energieaufwand / W x
148
3000
2000
1000
0
Adsorption Hilfsenergie
Kraftstoffverlust Pervaporation
563 1675 3000 3000
2-stufig
cS / ppm
mAds / g
9
6
3
0
563 1675 3000 3000
2-stufig
cS / ppm
Abb. 5-18: Energieaufwand, Adsorbensmenge sowie der Feedstrom bei der Entschwefelung
von Kerosin durch Pervaporation und Adsorption mit Kreislaufführung
In Abhängigkeit vom Schwefelgehalt im Kerosin ergibt sich für den einstufigen Prozess ein
ähnlicher Verlauf des Energiebedarfs wie bei dem Prozess mit destillativer Abtrennung. Wird
der Prozess für die Kraftstoffe Jet A-1 A bzw. Kerosin C ausgelegt, ergibt sich basierend auf
den Ergebnissen der Laborversuche ein um jeweils 6,5 % geringer Gesamtenergieaufwand
als für den Prozess mit destillativer Abtrennung. Die erforderliche Adsorbensmenge und der
zuzuführende Kraftstoffstrom unterscheiden sich nur unwesentlich vom Prozess mit destillativer
Abtrennung. Für Schwefelgehalte von 3000 ppm-S liegen die Vorteile der Pervaporation
gegenüber dem ersten Prozess mit jeweils weniger als 10 % im Bereich der Ungenauigkeit
der Abschätzung und sind damit als nicht signifikant zu betrachten.
Der Energieaufwand der Pervaporation unterscheidet sich von dem der destillativen Abtrennung
in einem wesentlichen Punkt. Bei der destillativen Abtrennung ist eine Reduzierung des
Destillatanteils unter 30 % aufgrund des hohen Wärmebedarfs zur Erhitzung des Kraftstoffs
nicht sinnvoll. Bei der Pervaporation ergibt sich aus der Betriebstemperatur von 80°C, bzw.
135°C eine andere Situation, da die zuzuführende Wärmeenergie aus den Abwärmeströmen
der APU gewonnen werden kann. Bei der Verwendung einer HT-PEFC kann z.B. die Abwärme
des Stacks verwendet werden. Sofern genügend Abwärme vorhanden ist, ist die für
die Pervaporation aufzubringende Wärmemenge daher für den Gesamtwirkungsgrad der
APU nicht relevant.
Wird der zweistufige Membranprozess eingesetzt, vermindert sich die Adsorbensmenge um
56 %, da der Schwefelgehalt am Eintritt der Adsorption geringer ist. Während sich für die
zweistufige Pervaporation ein um 11 % höherer Gesamtenergieaufwand um ergibt, steigt der
Anteil der Wärmezufuhr, die durch Abwärme erfolgen kann, deutlich an. Sofern genügend
Abwärme zur Verfügung steht, sinkt der wirkungsgradrelevante Energieaufwand gegenüber
dem einstufigen Prozess um 48 %. Im Gegenzug steigt der zuzuführende Kraftstoffstrom um
65 % an. Der Grund dafür ist, dass mit der zweiten Pervaporationsstufe ein zusätzlicher
Rückstandsstrom entsteht.
m
Ads
m
Feed
11
10
9
8
7
6
5
4
mFeed / (kg / h)