Adsorptive gas dehydration with supported ionic liquids

负载型离子液体吸附气体脱水

基本信息

项目摘要

In the course of the DFG-project, which was completed in November 2015, ionic liquids (ILs) have been successfully studied with regard to their use for drying of gases by absorption (gas scrubbing). As a result, it has been found that the IL [EMIM][MeSO3] is a suitable alternative to triethyleneglycol (TEG) currently used for industrial gas drying and surpasses the TEG in important performance features: The required height of the adsorption column is lower compared to TEG; losses due to evaporation in the regeneration step are avoided because of its very low vapor pressure and the much lower regeneration temperatures needed; furthermore its stability against oxidation enables regeneration of the IL with air as stripping agent; in contrast, TEG is sensitive to oxygen. Based on these results first measurements with supported ionic liquid ([EMIM][MeSO3] on silica) have shown that such a system can be also used for gas drying. A main advantage is the much lower regeneration temperature compared to commonly used adsorption agents such as silica gel or zeolites. Within the applied new research project (application for continuation of funding), this research on supported ILs for gas drying should be continued in order to get a better and deeper insight into the new adsorption system. (Remark: Strictly speaking, steam is absorbed in the ionic liquid, which is supported on porous solid; nevertheless, the term adsorption is used here, because parallel to the absorption in the IL a real adsorption may also take place on the solid support and the process is conducted in a fixed bed typically for adsorption.) In addition to the already (partly) characterized IL [EMIM][MeSO3], two other promising ionic liquids, [EMIM][acetate] and [EMIM][Cl], are of interest for detailed investigation. At first, the focus lies on the determination of the important physicochemical data for gas drying (activity coefficient of H2O, vapor pressure) of the remaining two ILs; in addition, systematic measurements with regard to the thermodynamics of H2O-adsorption (adsorption isotherms) have to be conducted. Based on these measurements, the decision will be made which combination of IL and porous support is the best for further studies in a fixed-bed adsorber. Thereby, the pore filling degree as well as the particle size has to be varied in order to determine the influence of mass transfer (pore diffusion) on the kinetics of adsorption. This will be experimentally explored by the analysis of breakthrough curves and the height of the transfer zone, respectively. Along with these experiments, modelling of the adsorption process in the fixed-bed is crucial, on both the level of a single particle as well as the entire fixed-bed. Therefore, the differential equations considering the processes in a single particle (diffusion, adsorption) and in a fixed-bed have to be solved; by comparison of the data gained in the simulations with the experimental data, the adsorber model can be proven.
在2015年11月完成的DFG项目过程中,成功地研究了离子液体(ILS)用于通过吸收(气体洗涤)干燥气体。结果发现,IL[EMIM][MeSO3]是目前用于工业气体干燥的三甘醇(TEG)的合适替代品,并在重要的性能特征上超过了TEG:与TEG相比,所需的吸附柱高度较低;由于其极低的蒸汽压和所需的较低的再生温度,避免了再生步骤中因蒸发而造成的损失;此外,其抗氧化稳定性使IL能够在空气作为反萃剂的情况下再生;相比之下,TEG对氧气敏感。基于这些结果,首次用负载型离子液体(硅胶上的[EMIM][MeSO3])进行的测量表明,这样的体系也可以用于气体干燥。与硅胶或沸石等常用的吸附剂相比,其主要优点是再生温度低得多。在新的应用研究项目(申请继续资助)中,应继续开展负载型离子液体气体干燥的研究,以便更好、更深入地了解新的吸附体系。(备注:严格地说,蒸汽在离子液体中被吸收,离子液体被多孔固体支撑;然而,这里使用术语吸附,因为与在IL中的吸收平行,真实的吸附也可能发生在固体载体上,并且该过程通常在固定床中进行以进行吸附。)除了已经(部分)表征的离子液体IL[EMIM][MeSO3]之外,还有两种很有前途的离子液体,[EMIM][乙酸酯]和[EMIM][Cl],值得详细研究。首先,重点是确定其余两个ILS气体干燥的重要物理化学数据(H2O活度系数、蒸汽压);此外,还必须进行关于H2O吸附热力学(吸附等温线)的系统测量。在这些测量的基础上,将决定离子液体和多孔载体的哪种组合是在固定床吸附器中进行进一步研究的最佳组合。因此,为了确定传质(孔扩散)对吸附动力学的影响,必须改变孔填充程度和颗粒大小。这将分别通过穿透曲线和转移区高度的分析来进行实验探索。除了这些实验,对固定床中吸附过程的模拟也是至关重要的,无论是在单个颗粒的水平上,还是在整个固定床的水平上。因此,必须求解考虑单个颗粒(扩散、吸附)和固定床中过程的微分方程组;通过将模拟得到的数据与实验数据进行比较,可以证明吸附模型是正确的。

项目成果

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Evaporation and Decomposition Behavior of Pure and Supported Ionic Liquids under Thermal Stress
  • DOI:
    10.1002/cite.201400139
  • 发表时间:
    2015-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Florian Heym;W. Korth;Johannes Thiessen;C. Kern;A. Jess
  • 通讯作者:
    Florian Heym;W. Korth;Johannes Thiessen;C. Kern;A. Jess
Gas Drying Using Supported Ionic Liquids
使用负载型离子液体进行气体干燥
Gas dehydration using the ionic liquid [EMIM][MeSO3] supported on silica gel – Structural and water vapor sorption properties
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    Florian Radakovitsch;A. Jess
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Florian Heym;W. Korth;B. Etzold;C. Kern;A. Jess
  • 通讯作者:
    Florian Heym;W. Korth;B. Etzold;C. Kern;A. Jess
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