View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Grundlagen und Technik der Entschwefelung
der Untersuchungen liegt dabei auf dem Flugturbinenkraftstoff Jet A-1. Für die entwickelten
Verfahren wird jedoch auch die Anwendbarkeit für Heizöl EL überprüft, das sich in Deutschland
nur durch den Zusatz von Markierstoffen von Bunkergasöl unterscheidet. Da das Design
des am IEF-3 entwickelten Reformers für die Zuführung flüssigen Kraftstoffs ausgelegt
ist, liegt der Fokus auf der Entschwefelung in der Flüssigphase.
Wird ein Mitteldestillat mit 10 ppm Schwefel zum Betrieb des Reformers eingesetzt, beträgt
der Schwefelgehalt vor dem Reformerkatalysator durch die Vermischung mit Luft und Wasserdampf
noch etwa 1 ppm. Für den Betrieb einer herkömmlichen PEMFC ist daher die Entschwefelung
des Brenngases erforderlich. Wird eine HT-PEFC eingesetzt, kann die Brenngasentschwefelung
entfallen, weil HT-PEFCs mit einer Schwefelkonzentration von 5 ppm im
Brenngas betrieben werden können. Da HT-PEFCs für den Einsatz in Brennstoffzellen APUs
favorisiert werden und die adsorptive Entschwefelung eines H2S haltigen Gasstroms industriell
beherrscht wird, ist die Brenngasentschwefelung nicht Teil dieser Arbeit.
2.3 Entschwefelung – Stand der Technik
Zur Entschwefelung flüssiger Kraftstoffe stehen industriell bewährte Prozesse zur Verfügung.
Im folgenden Kapitel werden diese im Hinblick auf Ihre Anwendbarkeit für Brennstoffzellen-
APUs dargestellt und bewertet.
2.3.1 Hydrierende Entschwefelung
Um Verunreinigungen wie Schwefel- oder Stickstoffverbindungen aus Naphta- und Mitteldestillatfraktionen
zu entfernen, werden heute in der Raffinierietechnik nahezu ausschließlich
Hydrierungsprozesse eingesetzt [43, S. 583]. Die hydrierende Entschwefelung ist ein katalytischer
Prozess, bei dem organische Schwefelverbindungen zunächst in Schwefelwasserstoff
umgewandelt und anschließend abgetrennt werden. Nachfolgend werden die wesentlichen
verfahrenstechnischen Gesichtspunkte erläutert.
Das schwefelhaltige flüssige Edukt wird zunächst, wie in Abb. 2-1 dargestellt, mit einem
Kompressor auf einen Druck zwischen 7 bar und 70 bar verdichtet, mit Wasserstoff vermischt
und auf 205°C bis 425°C erhitzt [43, S. 575]. Die Temperatur und der Druck im Reaktor
sind von der Art der Fraktion sowie vom erforderlichen Grad der Entschwefelung abhängig.
Hochsiedende Fraktionen, hohe Schwefelgehalte im Edukt und ein geringer
Schwefelgehalt im Produkt erfordern hohe Drücke und Temperaturen im Reaktor [43,
S. 585]. Während hohe Temperaturen die Entschwefelungsleistung verbessern, führen Temperaturen
über 415°C zu übermäßiger Verkokung und damit zur Degradation des Katalysators
[43, S. 578].
Das Gemisch wird anschließend durch das Katalysatorbett geleitet, wobei die Schwefelkomponenten
zu Schwefelwasserstoff und den jeweils korrespondierenden Kohlenwasserstoffen
umgesetzt werden. In der industriellen Praxis kommen heute vornehmlich Cobalt-Molybdän
(Co-Mo/Al2O3) oder Nickel-Molybdän (Ni-Mo/Al2O3) Katalysatoren auf einem Aluminiumoxidträger
zum Einsatz [37, S. 13ff.]. Die durchschnittliche Lebensdauer des Katalysators beträgt
ein bis drei Jahre. Es ist möglich, den Katalysator anschließend mit einem Gasgemisch aus
Luft und Dampf oder Luft und Verbrennungsabgasen zu regenerieren [43, S. 579].
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