View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

3 Neue Lösungsansätze zur dezentralen Entschwefelung von Mitteldestillaten
Im thermodynamischen Adsorptionsgleichgewicht sind die chemischen Potentiale der fluiden
Phase und der adsorbierten Phase identisch. Für ein gegebenes Adsorbens ist das Gleichgewicht
durch die Adsorptivkonzentration im freien Fluid, die Beladung des Adsorbens und
die Temperatur des Systems festgelegt. Da die Temperatur während der Adsorption konstant
gehalten wird, ergibt sich im Gleichgewicht eine direkte Korrelation zwischen der Adsorptivkonzentration
im Fluid und der Gleichgewichtsbeladung, die in Form von Adsorptionsisothermen
dargestellt werden kann (Abb. 3-4) [67, S. 7ff.].
a) b)
32
Beladung
Konzentration
Abb. 3-4: Darstellung des Gleichgewichtes der Flüssigphasenadsorption durch
Adsorptionsisothermen nach [67, S. 4]
Im einfachsten Fall von nur einer adsorbierenden Komponente im Fluid ergibt sich im Idealfall
die Lagmuir-Isotherme (Abb. 3-4, a). Die Beladung des Adsorbens sinkt mit steigender
Temperatur und nimmt mit höherer Adsorptivkonzentration zu. Bei mehreren Komponenten
wird die Gleichgewichtsbeladung noch durch die Konzentration der anderen Komponenten
im Fluid beeinflusst und es ergeben sich mehrstufige Isothermen (Abb. 3-4, b):
Bei Gemischsystemen wird auf mathematische Modelle zurückgegriffen, die aus experimentell
ermittelten Einzeladsorptionsdaten für die adsorbierbaren Komponenten das Gleichgewicht
berechnen. Da die Zahl der Komponenten in Mitteldestillaten zu hoch für die Bestimmung
der einzelnen Gleichgewichte ist und die Zusammensetzung der
Schwefelverbindungen stark mit dem jeweiligen Rohöl variiert, ist dieses Vorgehen für die
Entschwefelung von Mitteldestillaten nicht sinnvoll.
3.2.1.2 Kinetik der Adsorption
Der durch die Thermodynamik beschriebene Gleichgewichtszustand stellt sich erst nach
einer gewissen Zeit ein. Die Geschwindigkeit, mit der sich das neue Gleichgewicht einstellt,
beschreibt die Adsorptionskinetik.
Sowohl die Stoff– als auch die Energietransportwiderstände des Systems beeinflussen die
Kinetik. Aufgrund der vergleichsweise hohen Wärmekapazität von Flüssigkeiten kann bei der
Flüssigphasenadsorption von einer näherungsweise isothermen Adsorption ausgegangen
werden. Daher kann der Einfluss des Wärmeabtransports nach der Adsorption auf die Gesamtkinetik
vernachlässigt werden. Auch die eigentliche Adsorption, die Anlagerung des Adsorptivs
an den freien Oberflächenplätzen des Adsorbens, ist in der Regel nicht geschwin