View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
5 Verfahrensanalyse und Bewertung An- und Abfahrvorgänge wurden nicht berücksichtigt, der flüssige Kraftstoff wird als inkompressible Flüssigkeit angenommen, die Wärmekapazität wird im gegebenen Temperaturbereich linear interpoliert, der Vorsättiger wird energetisch nicht berücksichtigt, weil nur Abwärme des Prozesses zur Erwärmung des Kraftstoffs zugeführt wird, die bei der exothermen katalytischen Reaktion im Festbettreaktor freiwerdende Wärme wird vernachlässigt. Für die zuvor festgelegten Auslegungsparameter ergibt sich der in Tab. 5-9 aufgeführte Energieaufwand für die hydrierenden Entschwefelung. 156 Komponente Leistung Jet A-1, 563 ppm-S W Leistung Jet A-1, 3000 ppm-S W Pumpe Kerosin 7,7 18,1 Verdichter Reformat 7,0 22,1 Verdichter Spülgas 11,9 11,9 Verluste Rekuperator 63 63 Wärmeverluste Reaktor 46,4 46,4 Verbrauch Reformatgas 4,0 10,0 Summe 140,0 171,5 Tab. 5-9: Energieaufwand zur hydrierenden Entschwefelung für die Entschwefelung von Jet A-1 mit 563 ppm-S und 3000 ppm-S auf einen Produktschwefelgehalt von 10 ppm Der summierte Energieaufwand für die hydrierende Entschwefelung beträgt für Kerosin mit einem typischen Schwefelgehalt von 563 ppm 140 W. Wird ein hochschwefelhaltiges Kerosin mit 3000 ppm Schwefel eingesetzt, muss der Betriebsdruck im Reaktor angehoben werden. Daraus resultiert eine Erhöhung des Energieaufwandes auf 171,5 W. Die erforderliche Wärmezufuhr beträgt unabhängig vom Schwefelgehalt im eingesetzten Kraftstoff 109,4 W. Die Hilfsenergien zum Antrieb der Pumpe, des Verdichters und des Gebläses sowie der Reformatgasumsatz steigen dagegen mit dem Schwefelgehalt im Kraftstoff an. 5.3.3 Bewertung des Prozesses für Jet A-1 Bezüglich der Zielgrößen Energieaufwand, Bauvolumen und Lebensdauer wird die Bewertung der hydrierenden Entschwefelung mit Vorsättiger wie folgt vorgenommen: Die Baugröße der Entschwefelungseinheit wird wiederum mit dem 3-fachen Behältervolumen abgeschätzt. Für ein Volumen des Vorsättigers und des Separators von jeweils 1 l folgt für das Gesamtsystem ein Volumen von 13,2 l.
5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger Obwohl die hydrierende Entschwefelung hohe Betriebtemperaturen und –drücke erfordert, ergibt sich ein relativ geringer Energieaufwand. Für Kerosin mit 3000 ppm-S führt die Entschwefelung zu einer Verringerung des Systemwirkungsgrades der Brennstoffzellen-APU um einen Prozentpunkt. Wird Jet A-1 mit einem in der EU typischen Schwefelgehalt eingesetzt, ergibt sich eine Verringerung des Wirkungsgrades der APU um 0,85 Prozentpunkte. Während der Laborversuche wurde der Katalysator mehr als 2000 h bei unterschiedlichen Betriebsparametern verwendet. Während die Farbe des Produktes über die Laufzeit dunkler wurde, war kein Anstieg des Schwefelgehaltes im Kraftstoff festzustellen. Vor der technischen Anwendung des Prozesses müssen die folgenden Aspekte noch näher untersucht werden: Die H2S-Abtrennug durch Spülen des Kraftstoffs mit einem Inertgas konnte im Labormaßstab nicht untersucht werden. Daher muss mit dem Betrieb der in Kap. 6 beschriebenen Pilotanlage der Nachweis über die ausreichende Reinigung des Kraftstoffs erbracht werden. Das im Kraftstoff gelöste, H2S-haltige Gas wird im Separator abgetrennt und mit einem Inertgas verdünnt. Im Rahmen der Systemintegration muss die Entsorgung des Gasstroms, der maximal 500 lN/h beträgt, geklärt werden. Der Prozess ist so zu optimieren, dass der Schwefelgehalt im Produkt nicht mehr als 10 ppm beträgt. Ansatzpunkte dazu sind die Optimierung der LHSV und der Reaktorgeometrie sowie die Untersuchung unterschiedlicher Katalysatoren. Insbesondere Nickel- Katalysatoren versprechen eine bessere Entschwefelungsleistung [118] Aus den aufgeführten Punkten folgt, dass die hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger vom derzeitigen Stand der Entwicklungen aus mit einem überschaubaren Aufwand zur Prozessoptimierung für eine technische Anwendung geeignet ist. 5.3.4 Bewertung des Prozesses für Heizöl EL In der Literatur wird die Entschwefelung einer Gasölfraktion mit dem Verfahren der hydrierenden Entschwefelung mit Vorsättiger beschrieben [61, S. 1483ff.]. Die Versuche haben gezeigt, das die Entschwefelung der im Gasöl enthaltenen Dibenzothiophene deutlich größere Verweilzeiten als die Umwandlung von Benzothiophenen erfordert [37, S. 58ff.]. Bei den in dieser Arbeit durchgeführten Laborversuchen zur Entschwefelung einer leichten 30 % (Masse) Teilfraktion des Kraftstoffs Heizöl EL wurde der Katalysator innerhalb kurzer Zeit zerstört. Eine mögliche Ursache für die Beschädigung des Katalysators können Additive oder die Farb- und Markierstoffe sein, die dem Heizöl zugegeben werden. Um bewerten zu können, ob die hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger für die Entschwefelung von Heizöl EL geeignet ist, muss daher zunächst eine Untersuchung zu der Wirkung unterschiedlicher Additive auf die Katalysatoren zur hydrierenden Entschwefelung durchgeführt werden. 157
- Seite 119 und 120: Einheit Wert 4.7 Hydrierende Entsch
- Seite 121 und 122: 4.7 Hydrierende Entschwefelung mit
- Seite 123 und 124: 4.7 Hydrierende Entschwefelung mit
- Seite 125 und 126: 4.7 Hydrierende Entschwefelung mit
- Seite 127 und 128: 4.7 Hydrierende Entschwefelung mit
- Seite 129 und 130: 4.8 Zusammenfassung 4.8 Zusammenfas
- Seite 131 und 132: 5 Verfahrensanalyse und Bewertung D
- Seite 133 und 134: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 135 und 136: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 137 und 138: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 139 und 140: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 141 und 142: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 143 und 144: Abb. 5-5: Energiebilanz um eine Ads
- Seite 145 und 146: Energieaufwand / W x 1000 800 600 4
- Seite 147 und 148: 5.1 Prozess 1: Destillative Abtrenn
- Seite 149 und 150: 5.1.3.2 Festlegung des optimalen Be
- Seite 151 und 152: Energieaufwand / W x 2000 1500 1000
- Seite 153 und 154: Energieaufwand / W x 5000 4000 3000
- Seite 155 und 156: a) b) 5.2 Prozess 2: Pervaporation
- Seite 157 und 158: 5.2 Prozess 2: Pervaporation und Ad
- Seite 159 und 160: 5.2 Prozess 2: Pervaporation und Ad
- Seite 161 und 162: 5.2 Prozess 2: Pervaporation und Ad
- Seite 163 und 164: 5.2.3.2 Ausführung der ersten Memb
- Seite 165 und 166: 5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwe
- Seite 167 und 168: 5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwe
- Seite 169: 5.3 Prozess 3: Hydrierende Entschwe
- Seite 173 und 174: 5.4 Zusammenfassung Die Lebensdaue
- Seite 175 und 176: 6 Pilotanlage zur hydrierenden Ents
- Seite 177 und 178: 6.2 Betriebserfahrungen Abb. 6-2: S
- Seite 179 und 180: x / (mol/(mol×bar)) 0,003 0,002 0,
- Seite 181 und 182: 7 Zusammenfassung und Ausblick In L
- Seite 183 und 184: Die adsorptive Entschwefelung biete
- Seite 185 und 186: führten Kraftstoff 30 %(Masse) bet
- Seite 187 und 188: 8 Literatur [1] Intergovernmental P
- Seite 189 und 190: Kraftstoffen durch den Einsatz eine
- Seite 191 und 192: Sulfur Fuels, Proceedings Fuel Cell
- Seite 193 und 194: Vol. 41, 2003, S. 528 - 534 [131] D
- Seite 195 und 196: 9 Anhang 9.1 Verzeichnissse 9.1.1 A
- Seite 197 und 198: Abb. 4-23: Einfluss der Reaktordurc
- Seite 199 und 200: Abb. 9-5: REM Aufnahme der Probe 50
- Seite 201 und 202: Tab. 4-12: Im Rahmen der Vergleichs
- Seite 203 und 204: Tab. 9-22: Auswertematrix zur Besti
- Seite 205 und 206: Wärmeleitfähigkeit µ chemisches
- Seite 207 und 208: 9.2 Pervaporation 9.2.1 Versuchsbed
- Seite 209 und 210: Faktor Stufe Wert Feedtemperatur TF
- Seite 211 und 212: Die Wechselwirkungen sind in Abb. 9
- Seite 213 und 214: Bezeichnung der Probe Versuchsdauer
- Seite 215 und 216: Abb. 9-6: REM Aufnahme der Probe 75
- Seite 217 und 218: Bei 90 °C sind bereits nach zwei T
- Seite 219 und 220: Aktivierung / Regeneration Adsorpti
5 Verfahrensanalyse und Bewertung<br />
An- und Abfahrvorgänge wurden nicht berücksichtigt,<br />
der flüssige Kraftstoff wird als inkompressible Flüssigkeit angenommen,<br />
die Wärmekapazität wird im gegebenen Temperaturbereich linear interpoliert,<br />
der Vorsättiger wird energetisch nicht berücksichtigt, weil nur Abwärme des Prozesses zur<br />
Erwärmung des Kraftstoffs zugeführt wird,<br />
die bei der exothermen katalytischen Reaktion im Festbettreaktor freiwerdende Wärme<br />
wird vernachlässigt.<br />
Für die zuvor festgelegten Auslegungsparameter ergibt sich der in Tab. 5-9 aufgeführte Energieaufwand<br />
für die hydrierenden Entschwefelung.<br />
156<br />
Komponente Leistung<br />
Jet A-1, 563 ppm-S<br />
W<br />
Leistung<br />
Jet A-1, 3000 ppm-S<br />
W<br />
Pumpe Kerosin 7,7 18,1<br />
Verdichter Reformat 7,0 22,1<br />
Verdichter Spülgas 11,9 11,9<br />
Verluste Rekuperator 63 63<br />
Wärmeverluste Reaktor 46,4 46,4<br />
Verbrauch Reformatgas 4,0 10,0<br />
Summe 140,0 171,5<br />
Tab. 5-9: Energieaufwand zur hydrierenden Entschwefelung für die Entschwefelung von<br />
Jet A-1 mit 563 ppm-S und 3000 ppm-S auf einen Produktschwefelgehalt von 10<br />
ppm<br />
Der summierte Energieaufwand für die hydrierende Entschwefelung beträgt für Kerosin mit<br />
einem typischen Schwefelgehalt von 563 ppm 140 W. Wird ein hochschwefelhaltiges Kerosin<br />
mit 3000 ppm Schwefel eingesetzt, muss der Betriebsdruck im Reaktor angehoben werden.<br />
Daraus resultiert eine Erhöhung des Energieaufwandes auf 171,5 W.<br />
Die erforderliche Wärmezufuhr beträgt unabhängig vom Schwefelgehalt im eingesetzten<br />
Kraftstoff 109,4 W. Die Hilfsenergien zum Antrieb der Pumpe, des Verdichters und des Gebläses<br />
sowie der Reformatgasumsatz steigen dagegen mit dem Schwefelgehalt im Kraftstoff<br />
an.<br />
5.3.3 Bewertung des Prozesses für Jet A-1<br />
Bezüglich der Zielgrößen Energieaufwand, Bauvolumen und Lebensdauer wird die Bewertung<br />
der hydrierenden Entschwefelung mit Vorsättiger wie folgt vorgenommen:<br />
Die Baugröße der Entschwefelungseinheit wird wiederum mit dem 3-fachen Behältervolumen<br />
abgeschätzt. Für ein Volumen des Vorsättigers und des Separators von jeweils 1 l<br />
folgt für das Gesamtsystem ein Volumen von 13,2 l.
Change language