View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Die adsorptive Entschwefelung bietet prinzipiell die Möglichkeit, den Kraftstoff auf den
Zielwert von 10 ppm zu entschwefeln. Dafür muss jedoch ein Adsorbens mit ausreichender
Kapazität für aromatische Schwefelverbindungen verfügbar sein, das mit den im
Brennstoffzellensystem verfügbaren Medien in einem integrierten Prozess an Bord regeneriert
werden kann. Da jedoch kein solches Adsorbens kommerziell verfügbar war,
mussten bestehende und neu entwickelte Adsorbentien auf ihre Eignung für diese Anwendung
hin untersucht werden.
Die hydrierende Entschwefelung mit Vorsättiger ist eine Weiterentwicklung der industriellen,
hydrierenden Entschwefelung. Der für die Reaktion benötigte Wasserstoff wird bei
Drücken von bis zu 70 bar im flüssigen Kraftstoff gelöst, so dass die Kreislaufführung des
Gasstroms entfällt. Daher hat auch dieses Verfahren das Potential zum Einsatz in Brennstoffzellen-APUs.
Da bisher nur die Entschwefelung von Dieselkraftstoffen unter Zufuhr
von reinem Wasserstoff im Labormaßstab gezeigt wurde, war der Betrieb mit dem im
Brennstoffzellensystem verfügbaren Reformatgas zu untersuchen. Außerdem war zu prüfen,
ob hochschwefelhaltiges Kerosin mit einem Schwefelgehalt von 3000 ppm mit dem
Verfahren auf den Zielwert von 10 ppm entschwefelt werden kann.
Um die offenen Fragen zur Anwendbarkeit der ausgewählten Verfahren zu beantworten,
wurden Laborversuche durchgeführt, die in Kapitel 4 beschrieben sind:
Mit der destillativen Abtrennung konnte der Schwefelgehalt in der Destillatfraktion für ein
Verhältnis aus Destillat und Rückstand von 3:7 in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt im
Kerosin um 33 – 66 % reduziert werden. Für das untersuchte Heizöl EL ergab sich eine
Verringerung des Schwefelgehaltes um 73 % bis 88 %.
Bei der Untersuchung verschiedener Pervaporationsmembranen wurden zwei gegensätzliche
Eigenschaften beobachtet. Mit einer Polyurethan Membran konnte ein schwefelarmer
Kraftstoffstrom abgetrennt werden, der durch die Membran permeiert. Je nach Betriebspunkt
und eingesetzter Kerosinqualität enthielt der Permeatstrom 32 – 64 % weniger
Schwefel als der zugeführte Kraftstoff. Für Heizöl EL konnte der Schwefelgehalt im Permeat
nur um 19 % reduziert werden. Weitere Forschungsarbeit ist jedoch erforderlich, um
die Dauerhaltbarkeit des Membranmaterials auf die geforderte Betriebszeit mit Kerosin zu
steigern.
Eine vernetzte Polyimidmembran führte dagegen mit einer destillativ abgetrennten, leichtsiedenden
Kerosinfraktion zu einem mit Schwefelverbindungen angereicherten Permeatstrom.
Dieser enthielt einen dreimal höheren Schwefelgehalt als die zugeführte
Kraftstofffraktion. Für Jet A-1 wurde jedoch keine Anreicherung erzielt, da der Dampfdruck
der mehrfach alkylierten Benzothiophene, die in Jet A-1 die vorherrschenden Schwefelverbindungen
sind, bei der Betriebstemperatur von weniger als 135°C zu gering ist. Mit
Heizöl EL wurden keine Versuche mit dieser Membran durchgeführt, da der Dampfdruck
der enthaltenen Dibenzothiophene noch geringer ist.
Zehn unterschiedliche Adsorbentien wurden experimentell untersucht. Mit acht davon
wurde keine nennenswerte Kapazität für die Entschwefelung von Jet A-1 erreicht. Zwei
Adsorbentien zeigten zwar eine ausreichende Kapazität, die Regeneration war jedoch
nicht bzw. nur mit reinem Wasserstoff möglich, so dass sie nicht zum Einsatz in Brennstoffzellen-APUs
geeignet sind. Jedoch wurde mit dem Adsorbens A-4, das mit einem
heißen Luftstrom regeneriert werden kann, eine ausreichende Kapazität zur Entschwefe-
169