View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

4 Experimentelle Untersuchungen im Labormaßstab
der Aromatenanreicherung im Permeat entgegen wirkt. Die Membran M-4 kann bei Temperaturen
von bis zu etwa 160°C eingesetzt werden. Da Kerosin bei etwa 150°C zu sieden beginnt,
wurde die Betriebstemperatur aus Sicherheitsgründen auf 140°C begrenzt. Wird die
Betriebstemperatur auf bis zu 140°C angehoben, steigen sowohl der transmembrane Fluss
als auch der Anreicherungsfaktor an. Die beobachteten Anreicherungsfaktoren reichen von
0,81 bis zu 1,05. Folglich ist die Membran nicht zur Entschwefelung von Kerosin geeignet.
Da mit der Membran M-5 nur geringe Abweichungen von der Entschwefelungsleistung der
Membran M-4 erwartet werden, wurden sie nicht mit Jet A-1 A untersucht.
Obwohl die Membran M-3 gemäß einem Patent als aromatenselektive Membran definiert ist,
ergaben die Versuche Anreicherungsfaktoren zwischen = 0,36 und = 0,6. Für die Betriebspunkte
mit Anreicherungsfaktoren von mehr als 0,4 betrug der transmembrane Fluss
mehr als 1 kg/h m 2 und erreicht bei einem Anreicherungsfaktor von 0,6 bis zu 5,64 kg/h m 2 .
Zur Abreicherung des Schwefelgehaltes im Permeat zeigte die Membran damit die weitaus
besten Ergebnisse. Im Vergleich mit der destillativen Abtrennung konnte mit der Membran
M-3 etwa die gleiche Verringerung des Schwefelgehaltes erreicht werden, wie für eine destillativ
abgetrennte Fraktion mit einem Destillatanteil von wD= 0,3. Der Schwefelgehalt im Permeat
bestand zu 72 % aus niedrig siedenden alkylierten Thiophenen, während diese 81 %
der Schwefelverbindungen in der Destillatfraktion ausmachten.
Im Folgenden wird die Membran M-3 detailliert charakterisiert, um die technische Umsetzbarkeit
zu überprüfen und die Auslegungsdaten für eine Pilotanlage zu ermitteln.
4.5.4 Charakterisierung der Membran M-3 zur Abreicherung des Schwefelgehaltes
im Permeat
Um die technische Anwendbarkeit der Membran M-3 zu überprüfen und um eine Pilotanlage
auszulegen, wurden die folgenden Parameter untersucht:
- Zur Bestimmung des optimalen Betriebspunktes wurden die Betriebstemperatur, der Permeatdruck
sowie der feedseitige Volumenstrom variiert.
- Für eine technische Anwendung darf die Temperatur zur Kondensation des Permeatstroms
nicht unter der Umgebungstemperatur liegen. Daher wurden Versuche zum
Einfluss der Kondensationstemperatur durchgeführt.
- Die Dauerhaltbarkeit der Membran muss für den technischen Einsatz gewährleistet sein.
Daher wurde die Stabilität der Membran im Betrieb mit Kerosin untersucht.
Die Optimierung wurde mit dem Kraftstoff Jet A-1 A durchgeführt. Zur Übertragung der Ergebnisse
auf hochschwefelhaltiges Kerosin wurden anschließend Vergleichsversuche mit
Kerosin C durchgeführt. Abschließend wurde überprüft, ob Ergebnisse der Versuche auf die
Entschwefelung von Heizöl EL übertragen werden können. Die Ergebnisse der Untersuchungen
werden im Folgenden beschrieben.
4.5.4.1 Optimierung der Betriebsparameter
Bei den Screening-Versuchen verschiedener Membranen wurden die Membranen mit einem
Volumenstrom von mindestens 150 ml/min überströmt. Dies entspricht einer mittleren Überströmgeschwindigkeit
von mehr als 2,31 cm/s. In technischen Wickelmodulen kann die
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