View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger
die Abwärme des Brennstoffzellensystems zur Beheizung des Vorsättigers ausreicht und
diese somit genutzt werden kann. Bei Nutzung der Abwärme des HT-PEFC Stacks, der
bei 180°C arbeitet, kann eine Vorsättigertemperatur von mindestens 130°C erreicht werden.
Der erforderliche Betriebsdruck ist vom Schwefelgehalt im Kraftstoff abhängig. Die experimentellen
Untersuchungen haben bestätigt, dass am Austritt des Reaktors ein Wasserstoffpartialdruck
von 10 bar ausreicht. Damit folgt aus der Modellrechnung zur Gaslöslichkeit
in Abhängigkeit von der Temperatur im Vorsättiger und dem Schwefelgehalt im
Kraftstoff der in Abb. 5-21 dargestellte Verlauf des erforderlichen Betriebsdruckes.
cs,max / ppm
3000
2000
1000
0
127°C
27°C
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
pH2 / bar
Abb. 5-21: Zusammenhang zwischen dem Betriebsdruck und dem Schwefelgehalt in Jet A-1
für die vollständige Umsetzung der Schwefelverbindungen in Abhängigkeit von
der Temperatur im Vorsättiger
Bei einer Vorsättigertemperatur von 127°C ist für ein Jet A-1 mit einem in Europa typischen
Schwefelgehalt von 550 ppm nur ein Betriebsdruck von 25,5 bar erforderlich. Enthält
das Kerosin 3000 ppm Schwefel muss ein Betriebsdruck von 59 bar aufgebracht werden.
Damit liegen die Drücke 11 % bzw. 37 % unter dem Wert, der bei einer
Vorsättigertemperatur von 27°C erforderlich ist.
Die Versuche haben gezeigt, dass die Reaktionstemperatur einen starken Einfluss auf
den Schwefelgehalt im Produkt hat. Mit steigender Temperatur wird ein geringerer Schwefelgehalt
im Produkt erzielt. Um eine Verkokung des Katalysators zu vermeiden wird als
Maximalwert die Temperatur von 390°C für die Prozessauslegung ausgewählt.
Die Festlegung der LHSV wirkt sich direkt auf die Baugröße und das Gewicht des Reaktors
aus. Da ein größerer Reaktor ein größeres zu beheizendes Volumen und damit auch
größere Wärmeverluste bedingt, wirkt sich dies indirekt auf den Energiebedarf des Prozesses
aus. Zur Minimierung des Schwefelgehaltes im Produkt wurde auf Basis der Laborversuche
eine LHSV von 0,7 h -1 ausgewählt. Allerdings scheint dieser Parameter Potential
zur weiteren Prozessoptimierung zu bieten.
Die Auslegung erfolgt auf Basis der Laborversuche für ein Jet A-1 mit bis zu 3000 ppm
Schwefel, so dass der Auslegungsdruck 70 bar beträgt. Wird jedoch ein Kerosin mit ei-
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