View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger
Das Membrankonzept ohne Kreislaufführung ist aufgrund der sehr großen Volumenströme
nur dann vorteilhaft, wenn die Entschwefelung direkt in die Kraftstoffzufuhr des Antriebsaggregates
integriert wird und kein zusätzlicher Aufwand zum Transport der großen Kraftstoffmengen
entsteht. In diesem Fall kann die APU jedoch nur während des Betriebs des Antriebsaggregates
eingesetzt werden. Zusätzlich muss eine ausreichend große
Abwärmemenge von bis zu 1909 W zur Verfügung stehen.
Wesentlich einfacher ist daher die Anwendung des Prozesses mit Kreislaufführung, die bei
geringen Einbußen bezüglich des Energieaufwands und der Baugröße die destillative Abtrennung
direkt ersetzen kann. Für den Verfahrensvergleich wird daher die zweistufige Pervaporation
mit Kreislaufführung herangezogen. Für diesen Prozess beträgt die Wirkungsgradeinbuße
der APU beim Betrieb mit Kerosin mit 3000 ppm-S 3,1%. Wird die für 3000 ppm
ausgelegte Entschwefelung mit Jet A-1 A, mit einen für Europa typischen Schwefelgehalt
betrieben, beträgt die Wirkungsgradeinbuße nur 0,7 Prozentpunkte. Dies gilt jedoch nur
dann, wenn eine Abwärmemenge von 947 W für Jet A-1 mit 3000 ppm Schwefel und 853 W
für Jet A-1 A zur Verfügung steht. Darüberhinaus beträgt der Rückstandsanteil 84 %(Masse)
für Jet A-1 A und 87 %(Masse) für Jet A-1 mit 3000 ppm Schwefel.
5.2.5 Bewertung des Gesamtprozesses für Heizöl EL
Bei den Laborversuchen mit der Membran M-4 konnte für Heizöl EL mit 1000 ppm Schwefel
nur eine Verringerung des Schwefelgehaltes im Permeat um 19 % erreicht werden. Mit der
destillativen Abtrennung kann der Schwefelgehalt dagegen um 81,5 % reduziert werden, so
dass die Anwendung der Pervaporation zur Entschwefelung von Heizöl EL mit der Membran
M-4 nicht sinnvoll ist. Mit den übrigen Membranen wurde die Entschwefelung von Heizöl EL
bisher nicht untersucht, da ohnehin kein Adsorbens mit ausreichender Kapazität zur weiteren
Entschwefelung des Permeatstroms des Kraftstoffs Heizöl EL zur Verfügung steht, wie in
Kapitel 5.1.4 erläutert. Auch mit einer geeigneten Membran ist der Gesamtprozess daher
nicht anwendbar.
5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger
5.3.1 Prozessauslegung
Bei der Auslegung der hydrierenden Entschwefelung mit Vorsättigung für eine Brennstoffzellen-APU
mit einer Leistung von 5 kWel wird der in Kap. 3.1 beschriebene Prozess, wie in
Abb. 5-20 dargestellt, um eine Abtrennung der Gasphase hinter dem Austritt des Reaktors
erweitert (3). Zusätzlich wird eine Wärmerückgewinnung in den Reaktor integriert (2).
Da der Kraftstoff im Reaktor mit einer Temperatur von mehr 350°C vorliegen muss und zur
Abtrennung der Gasphase wieder abgekühlt wird, bietet es sich an, den zugeführten Kraftstoff
mit dem aus dem Reaktor austretenden Produkt vorzuwärmen. Aufgrund der geringen
Volumenströme von jeweils 1,67 l/h an flüssigem Kraftstoff bietet sich dazu ein Mikrowärmetauscher
an, der in die Isolierung des Reaktors integriert wird (2).
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