View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

7 Zusammenfassung und Ausblick
Extraleichtflüssiges Heizöl (Heizöl EL), das den gleichen Siedebereich wie
Dieselkraftstoffe für Kraftfahrzeuge hat, jedoch einen Siederückstand von mehr als 5 %
enthalten kann. Der Schwefelgehalt darf in der EU bis zu 1000 ppm betragen.
Dibenzothiophene sind die vorherrschenden Schwefelverbindungen in Heizöl EL.
Bunkergasöl, das in der EU zum Antrieb von Binnenschiffen eingesetzt wird. Als Bunkergasöl
werden entweder Heizöl EL, Dieselkraftstoff für Kraftfahrzeuge oder Gasöl für den
Seeverkehr eingesetzt. Gasöl für den Seeverkehr unterscheidet sich von Heizöl EL nur
durch eine geringfügig höhere Dichte. Bunkergasöle dürfen nicht mehr als 1000 ppm enthalten.
Wie in Heizöl EL sind Dibenzothiophene die überwiegenden Schwefelverbindungen.
Folglich ist für den Einsatz von Brennstoffzellen-APUs in LKW keine Entschwefelung an Bord
erforderlich, während Flugturbinenkraftstoffe und Bunkergasöl zum Betrieb von Brennstoffzellen-APUs
in Flugzeugen und Schiffen vor der Reformierung entschwefelt werden müssen.
Für die Untersuchungen in dieser Arbeit wurden daher das in der kommerziellen Luftfahrt
übliche Jet A-1 und das als Bunkergasöl eingesetzte Heizöl EL als repräsentative Kraftstoffe
ausgewählt.
In Raffinerien ist die hydrierende Entschwefelung die vorherrschende Technologie zur Entschwefelung
von Mitteldestillaten. Darüber hinaus wird nur ein neuartiger Adsorptionsprozess
industriell eingesetzt. Bei beiden Prozessen ist dem Reaktor Wasserstoff im Überschuss
zuzuführen, der im Kreislauf geführt wird. In der Brennstoffzellen-APU ist jedoch kein
reiner Wasserstoff verfügbar. Der Reformatstrom enthält nur 41 %(Vol.) Wasserstoff, so dass
der Wasserstoffgehalt bei der Kreislaufführung weiter reduziert würde, bis die Reaktion zum
erliegen käme. Die notwendige Aufbereitung des Gasstroms zur Anreicherung des Wasserstoffs
und zur Abtrennung des Schwefelwasserstoffs wäre zu aufwändig für die Anwendung
in mobilen Brennstoffzellensystemen. Für diesen Anwendungsfall werden daher alternative
Verfahren zur Entschwefelung von Mitteldestillaten benötigt, die sich jedoch bisher im Forschungsstadium
befinden. In Kapitel 3 werden die in der Literatur diskutierten Verfahren im
Hinblick auf ihre Anwendung in Brennstoffzellen-APUs bewertet. Dabei wurden die folgenden
potentiell geeigneten Verfahren ausgewählt:
Die destillative Abtrennung ist ein Vorentschwefelungsverfahren, das mit einem weiteren
Verfahren zur Feinentschwefelung kombiniert werden muss. Dabei wird eine leichtsiedende,
schwefelreduzierte Teilfraktion des Kraftstoffs destillativ abgetrennt. Da ein hochschwefelhaltiger
Rückstandsstrom anfällt, kann das Verfahren nur beim Einsatz einer mobilen
Brennstoffzellen APU gemeinsam mit einem separaten Antriebsaggregates
eingesetzt werden, welches den Rückstandsstrom verwenden kann.
Die Pervaporation ist ein Membranverfahren, das analog zur destillativen Abtrennung einen
zugeführten Kraftstoff in einen schwefelarmen Produktstrom und einen hochschwefelhaltigen
Rückstandsstrom aufteilt. Aufgrund der geringen Betriebstemperaturen von 80
- 150°C können sich gegenüber der destillativen Abtrennung Vorteile bezüglich der Energieeffizienz
ergeben. Es war jedoch keine Membran für diese Anwendung kommerziell
erhältlich, so dass verfügbare Pervaporations-Membranen und in Forschungskooperationen
neu entwickelte Membranen im Rahmen dieser Arbeit auf ihre Eignung zur Entschwefelung
von Mitteldestillaten untersucht werden mussten.
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