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3 Neue Lösungsansätze zur dezentralen Entschwefelung von Mitteldestillaten
ter, der kontinuierlich mit Gas und Flüssigkeit durchströmt wird. Um eine möglichst große
Verteilung des Gases im Kraftstoff zu erreichen, wird der Wasserstoff mit einer Fritte zerstäubt
[37, S. 41]. Durch besondere Maßnahmen zur Intensivierung des Stoffaustauschs
zwischen den Phasen kann die Baugröße des Sättigers jedoch verringert werden. Eine Möglichkeit
dazu ist der Strahlschlaufenreaktor [49]. Um die erforderliche Verweilzeit zur Begasung
der Flüssigkeit im Sättiger zu minimieren, wird durch den Impuls eines Flüssigkeitsstrahls
eine Zirkulationsströmung erzeugt, so dass die Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit
und Gas maximiert wird. Eine weitere Möglichkeit ist der von Datsevich entwickelte Sättiger,
der nicht näher spezifiziert wird [50].
Der flüssige Kraftstoff mit dem darin gelösten Gas gelangt anschließend in den Reaktor.
Damit sich im Reaktor keine Gasphase ausbildet, muss die Temperatur im Vorsättiger so
gewählt werden, dass die gelöste Gasmenge unter der Sättigungsgrenze im Reaktor liegt. In
der Katalysatorschüttung werden die Schwefelverbindungen analog zur herkömmlichen Hydrierung
zu Schwefelwasserstoff umgesetzt. Nach der Entspannung des Produktes kann der
überschüssige Gasstrom abgeschieden werden. Ein Restgehalt an H2S bleibt jedoch im
Kraftstoff gelöst und muss anschließend z.B. in einer Stripperkolonne oder durch eine Adsorption
vom Produktstrom abgetrennt werden [51].
Um den Schwefel im zugeführten Kraftstoff vollständig umzusetzen, muss genügend Wasserstoff
für die Hydrierung in der Flüssigkeit gelöst sein. Im Gleichgewichtszustand ist die
gelöste Gasmenge abhängig vom eingesetzten Kraftstoff, dem zugeführten Gasstrom, vom
Druck und von der Temperatur. Bisherige Untersuchungen zur hydrierenden Entschwefelung
mit Vorsättiger beschränken sich auf die Zufuhr von reinem Wasserstoff. In einer mit Kerosin
betriebenen Brennstoffzellen-APU ist dagegen kein reines Wasserstoffgas verfügbar. Bei
Einsatz eines autothermen Reformers enthält das Reformatgas am Reaktoraustritt im trockenen
Zustand nur 36,5 % (Vol.) H2 [9, S. 4852]. Am Austritt aus dem Shiftreaktor liegt der
H2 Gehalt im trockenen Zustand bei 41% (Vol.) [52]. Um eine aufwändige Abtrennung des
Wasserstoffs zu vermeiden, ist zu untersuchen, ob der Prozess auch mit dem aus dem
Shiftreaktor austretenden Gasstrom betrieben werden kann. Zur Bestimmung des dazu notwendigen
Druckes im Vorsättiger ist der Gleichgewichtszustand im Vorsättiger zu ermitteln.
Für den Fall idealer Gase und idealer Flüssigkeiten gilt für die Stoffmengenanteile des Kraftstoffs
in der flüssigen ( x Kraftstoff ) und der gasförmigen ( y Kraftstoff ) Phase im Gleichgewicht:
26
T y Kraftstoff p xKraftstoff
p D,
Kraftstoff . (3-1)
mit T p D, Kraftstoff
= Dampfdruck des eingesetzten Kraftstoffs.
Für eine ideale Gaskomponente i gilt im Gleichgewichtszustand das Henrysche Gesetz:
T, p
yi p xi
H i . (3-2)
mit Tp H i , = Henry Konstante der Gaskomponente i.
Dieses Gesetz besagt, dass der Stoffmengenanteil der Gaskomponente in der Flüssigkeit
proportional zu der im Gas ist. Wie für die meisten Flüssigkeitseigenschaften ist die Druck-
H i T,
p gering und kann in der Regel vernachlässigt
abhängigkeit des Henrykoeffizienten