Tiefentschwefelte Kraftstoffe. Konventionelle Verfahren und neue Methoden / Deep desulphurization of fuels - conventional routes and new ways (2002)

Aufgrund von Umweltschutzbestimmungen muessen Mineraloelprodukte wie Dieseloel und Ottokraftstoff praktisch vollstaendig entschwefelt werden, da beim Verbrennen schwefelhaltiger Kraftstoffe unerwuenschtes Schwefeldioxid entsteht (Stichwort Saurer Regen). Ausserdem sollen Kraftstoffe zukuenftig bis auf wenige ppm S tiefentschwefelt werden, um neue Motor- und Katalysatorkonzepte zu realisieren, die die CO-, NOx- und Partikelemissionen und den Kraftstoffverbrauch noch weiter vermindern. Der derzeit zulaessige Schwefelgehalt von Benzin beziehungsweise Dieseloel in Deutschland von 150 beziehungsweise 350 ppm S wird daher ab 2005 fuer alle Kraftfahrzeugbrennstoffe europaweit auf 50 ppm begrenzt. Es werden auch Kraftstoffe auf dem Markt sein, die noch geringere Werte aufweisen. Die derzeitige Entschwefelungstechnologie ist die heterogen-katalysierte hydrierende Umsetzung der organischen Schwefelverbindungen (Hydrotreating). Diese ausgereifte Technik bereitet keine Probleme, wenn es um die bisher gueltigen S-Grenzwerte geht. Bei dem zukuenftig notwendigen noch hoeheren Entschwefelungsgrad steigt der Aufwand bei diesem Verfahren allerdings sehr stark an. Alternative Verfahren sind daher fuer die Produktion von Kraftstoffen mit extrem niedrigen Schwefelgehalten notwendig beziehungsweise sehr wuenschenswert. Nach einer kurzen Uebersicht ueber den Stand der Technik werden zwei sehr verschiedene Alternativen zur Erzeugung von schwefelarmen oder -freien Kraftstoffen vorgestellt, die Extraktion der organischen Schwefelverbindungen mit ionischen Fluessigkeiten und die synthetische Herstellung vollkommen schwefelfreier Kraftstoffe durch Fischer-Tropsch-Synthese (FTS). Die Ergebnisse erster experimenteller Untersuchungen zeigen, dass das neue Extraktionsverfahren mit ionischen Fluessigkeiten eine interessante Alternative oder Ergaenzung zur etablierten hydrierenden Entschwefelung sein koennte. Langfristig duerfte auch die Erzeugung voellig schwefelfreier Kraftstoffe durch FTS auf der Basis von Erdgas (und Kohle) eine wachsende Rolle spielen. Dabei wird es ganz entscheidend sein, ob es gelingt, ein gegenueber der erdoelstaemmigen Kraftstofferzeugung wirtschaftlich konkurrenzfaehiges Verfahren zu entwickeln. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: In recent years, much attention has been given to the desulphurization of fuels like diesel oil and gasoline, since exhaust gases containing SOx cause air pollution and acid rain. Moreover, a lower sulphur content of fuels would allow the use of new engines and catalytic systems for the reduction of CO, particle and NOx-emissions, and a more efficient fuel consumption. The S-level in fuels is presently limited in Germany for gasoline and diesel oil to 150 ppm and 350 ppm, respectively. In 2005, the level will be decreased Europe-wide for all vehicle-fuels down to 50 ppm or even less. The current technology of hydrodesulphurization can desulphurize quite adequately down to today's S-level. The process, however, is limited for the production of ultra-low sulphur fuels, and the expenses are high to meet future requirements. Alternative processes are therefore desirable. Beside an overview about hydrotreating, this paper presents two quite different alternatives: Extraction of sulphur compounds by ionic liquids (ILs) and the synthetic production of S-free fuels from natural gas by Fischer-Tropsch-Synthesis (FTS). ILs are low melting salts which represent a new class of non-molecular, ionic solvents. In the experiments presented, extraction of model diesel oils (dibenzothiophene and dodecanthiol in n-dodecane) as well as of a real predesulphurized diesel oil (with about 400 ppm S) were investigated. The results show the excellent and selective extraction properties of ILs for organic sulphur compounds, especially with regard to those compounds which are very difficult to remove by common hydrodesulphurization. As expected, the desulphurization by extraction is much more complicated in case of real diesel oil (compared to a model oil) due to its complex chemical composition including many different sulphur compounds and other impurities like organic nitrogen and metal-compounds. Nevertheless, the results with pre-desulphurized diesel oil are also very promising. At a longer term the production of gasoline and diesel oil from natural gas (or other fossil fuels like coal) by FTS might be an alternative. The products like diesel oil are completely free of suplphur and other impurities. But currently the production costs are still above the break-even point.