Einflüsse auf die adsorptive Entschwefelung flüssiger Kohlenwasserstoffe für moderne Brennstoffzellensysteme

Flüssige Kohlenwasserstoffe werden in mobilen sowie stationären Systemen vielseitig eingesetzt, da sie sich insbesondere durch ihre hohe Energiedichte und Stabilität auszeichnen. Zur Steigerung der Energieeffizienz weisen Brennstoffzellen ein hohes Potential auf, da sie eine effiziente Umwandlung von chemisch gebundener in elektrische Energie ermöglichen. Um darüber hinaus die Vorteile eines flüssigen Energieträgers nutzen zu können, werden zum Betrieb moderner Brennstoffzellensysteme aus flüssigen Kohlenwasserstoffen kohlenmonoxidund wasserstoffreiche Synthesegase erzeugt. Diese Synthesegase können in der Brennstoffzelle direkt genutzt werden, so dass Strom und gegebenenfalls Wärme zur Verfügung stehen. Da sowohl die im Reformer als auch in der Brennstoffzelle eingesetzten Katalysatoren durch die im flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenen Schwefelverbindungen reversibel aber auch irreversibel desaktiviert werden können, ist eine Entschwefelung der eingesetzten Medien in-situ erforderlich. Die Schwefelgehalte in kommerziell verfügbaren flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Diesel oder Heizöl EL, sind für eine uneingeschränkte Nutzung in Brennstoffzellensystemen zu hoch, so dass Verfahren zur Entfernung oder Reduzierung der Schwefelkonzentration eingesetzt werden müssen. Auf Basis einer verfahrenstechnischen und energetischen Bewertung ist ein rein adsorptives Verfahren als alternatives Konzept zur in-situ Entschwefelung flüssiger Kohlenwasserstoffe ausgewählt worden. Es konnte ein nickelbasierter Adsorbens identifiziert werden, der technisch relevante Mitteldestillate auf die Zielgröße von 1 mglkg entschwefelt. Die Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen zeigt, dass das Verfahren unabhängig vom Systemdruck, jedoch stark abhängig von der Temperatur und der Veniveilzeit ist. Der Druck im System ist erforderlich, um bei Temperaturen im Siedebereich der eingesetzten Kohlenwasserstoffe einen Phasenwechsel zu verhindern. Da bisherige Untersuchungen und verfahrenstechnischen Verbesserungen auf Veränderungen der Adsorbentien beruhen, wurde der Schwerpunkt auf die Einflussgrößen der Kohlenwasserstoffmatrix selbst gelegt. Zur Bewertung der kohlenwasserstoffseitigen Einflussgrößen wurde die Funktionsweise des nickelbasierten Adsorbens nachgewiesen.