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4 Experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab 66 Stoffdaten Einheit Heizöl EL standard Heizöl EL schwefelarm Bezugsdatum 19.9.2005 19.9.2005 Dichte kg / m 3 846,7 844,8 Aromatengehalt Schwefelgehalt % (Masse) 30,9 28,6 C2 + C3- Thiophene ppm 10 - Benzothiophen ppm 1 - C1-Benzothiophen ppm 29 1 C2-Benzothiophen ppm 29 2 C3-Benzothiophen ppm 143 2 Dibenzothiophen ppm 26 3 C1-Dibenzothiophene ppm 170 13 C2-Dibenzothiophene ppm 214 21 C3-Dibenzothiophene ppm 258 31 C4-Dibenzothiophene ppm 172 12 C5-Dibenzothiophene ppm 336 2 Summe Siedeverlauf ppm 1390 86 Siedeanfang °C 164,5 172,1 10 % (Vol.) °C 184,3 222,1 30 % (Vol.) °C 214,9 252,2 50 % (Vol.) °C 270,3 278,7 70 % (Vol.) °C 320,7 305,4 Siedeendpunkt °C 375,7 376,2 Verlust % (Vol.) 7,1 1,9 Rückstand % (Vol.) 1,3 1,6 Tab. 4-6: Stoffdaten der Heizöl EL Proben Die Analyse der Schwefelkomponenten im Heizöl EL zeigte einen deutlichen Unterschied zu den Kerosinkraftstoffen. Während Kerosine fast ausschließlich Thiophene und Benzothiophene und maximal 6 ppm Dibenzothiophene enthalten, beinhaltet Heizöl EL überwiegend alkylierte Dibenzothiophene. Neben dem höheren Siedebereich ist dies ausschlaggebend dafür, dass die experimentellen Ergebnisse zur Entschwefelung von Kerosin nicht auf die Entschwefelung höhersiedender Mitteldestillate übertragen werden können. Da ab dem 1.1.2008 ein Grenzwert für den Schwefelgehalt in Heizöl EL von 1000 ppm gilt, wurden die beiden Heizöle für die Laborversuche so gemischt, dass der Versuchskraftstoff 1000 ppm Schwefel enthielt.
4.4 Destillative Abtrennung 4.4 Destillative Abtrennung Zur detaillierten Analyse der destillativen Abtrennung wurde für die fünf verwendeten Kerosinqualitäten und die zwei Heizöl EL Kraftstoffe eine fraktionierte Destillation durchgeführt. Neben dem Siedeverlauf, der nach der Standard Methode zur Destillation von Mineralölprodukten bei Umgebungsdruck (ASTM D86) bestimmt wurde, wurde der Gesamtschwefelgehalt und für die Kerosinkraftstoffe auch die Zusammensetzung der Schwefelverbindungen in den einzelnen Fraktionen bestimmt. Damit kann der Effekt der destillativen Abtrennung in Bezug auf den Gesamtschwefelgehalt sowie in Bezug auf die Reduzierung der unterschiedlichen Schwefelverbindungsgruppen quantifiziert werden. In Abb. 4-2 ist die Verteilung der Schwefelverbindungen in Abhängigkeit vom Destillatanteil für zwei Jet A-1 Proben mit nahezu identischem Siedeverlauf dargestellt, die vom Flugplatz Aachen-Merzbrück bezogen wurden. Schwefelgehalt / ppm a) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 30 50 70 100 Leichtsiedende Teilfraktion / % (Vol.) C1-Benzothiophene Benzothiophen Alkylierte Thiophene Schwefelgehalt / ppm 800 700 600 500 400 300 200 100 0 10 30 50 70 100 Leichtsiedende Teilfraktion / % (Vol.) Abb. 4-1: Verteilung der Schwefelverbindungen in der leichtsiedenden Teilfraktion in Abhängigkeit vom Destillatanteil für die Kraftstoffe a) Jet A-1 A, b) Jet A-1 B Der Kraftstoff Jet A-1 A (Abb. 4-1 a) wurde für die Laborversuche zur Membranentschwefelung und die Versuche zur adsorptiven Entschwefelung eingesetzt. Im Rahmen der Laborversuche wurde der Geamtschwefelgehalt des Kraftstoffs durch die Messung von 64 Proben auf 564 ppm bestimmt. Das 95 %-Konfidenzintervall hat eine Breite von 1,84 ppm. Bei der dargestellten Analyse der Schwefeleinzelkomponenten, wurde der Schwefelgehalt für die angegebenen Destillatanteile aus der Summe der Schwefelgehalte der entsprechenden Einzelfraktionen berechnet. Für einen Destillatanteil von eins ergab sich dabei ein Gesamtschwefelgehalt von 552 ppm. Mit einem Anteil von 65 % (Masse) waren darin Benzothiophene die überwiegenden Schwefelkomponenenten. Daneben enthielt der Kraftstoff alkylierte Thiophene (24 % (Masse)) und Dibenzothiophene (11 % (Masse)). Die Analyse der Schwefelverbindungen in den Destillatfraktionen zeigte insbesondere, dass die höhersiedenden Schwefelverbindungen im Rückstand verbleiben: Die untersuchten Destillatanteile mit wD 07 enthielten keine Dibenzothiophene und einen geringeren Anteil Benzothiophene. b) Dibenzothiophene C3-Benzothiophene C2-Benzothiophene 67
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Stoffdaten Einheit Heizöl EL<br />
standard<br />
Heizöl EL<br />
schwefelarm<br />
Bezugsdatum 19.9.2005 19.9.2005<br />
Dichte kg / m 3 846,7 844,8<br />
Aromatengehalt<br />
Schwefelgehalt<br />
% (Masse) 30,9 28,6<br />
C2 + C3- Thiophene ppm 10 -<br />
Benzothiophen ppm 1 -<br />
C1-Benzothiophen ppm 29 1<br />
C2-Benzothiophen ppm 29 2<br />
C3-Benzothiophen ppm 143 2<br />
Dibenzothiophen ppm 26 3<br />
C1-Dibenzothiophene ppm 170 13<br />
C2-Dibenzothiophene ppm 214 21<br />
C3-Dibenzothiophene ppm 258 31<br />
C4-Dibenzothiophene ppm 172 12<br />
C5-Dibenzothiophene ppm 336 2<br />
Summe<br />
Siedeverlauf<br />
ppm 1390 86<br />
Siedeanfang °C 164,5 172,1<br />
10 % (Vol.) °C 184,3 222,1<br />
30 % (Vol.) °C 214,9 252,2<br />
50 % (Vol.) °C 270,3 278,7<br />
70 % (Vol.) °C 320,7 305,4<br />
Siedeendpunkt °C 375,7 376,2<br />
Verlust % (Vol.) 7,1 1,9<br />
Rückstand % (Vol.) 1,3 1,6<br />
Tab. 4-6: Stoffdaten der Heizöl EL Proben<br />
Die Analyse der Schwefelkomponenten im Heizöl EL zeigte einen deutlichen Unterschied zu<br />
den Kerosinkraftstoffen. Während Kerosine fast ausschließlich Thiophene und Benzothiophene<br />
und maximal 6 ppm Dibenzothiophene enthalten, beinhaltet Heizöl EL überwiegend<br />
alkylierte Dibenzothiophene. Neben dem höheren Siedebereich ist dies ausschlaggebend<br />
dafür, dass die experimentellen Ergebnisse zur Entschwefelung von Kerosin nicht auf die<br />
Entschwefelung höhersiedender Mitteldestillate übertragen werden können.<br />
Da ab dem 1.1.2008 ein Grenzwert für den Schwefelgehalt in Heizöl EL von 1000 ppm gilt,<br />
wurden die beiden Heizöle für die Laborversuche so gemischt, dass der Versuchskraftstoff<br />
1000 ppm Schwefel enthielt.