KFUPM ePrints

Deactivation of dehydration adsorbents

Khan, Ifadat Ali (2002) Deactivation of dehydration adsorbents. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

هذه الرسالة ناقشت الخمول الكيميائي للزيوليت من النوع (4A) تحت تأثير درجات الحرارة العالية . اعتمدت تجارب هذه الدراسة على استخدام حبات الزيوليت (4A) المصنعة في شركتي يتكن و توسو ، وقد تم تفسير النتائج بالاعتماد على توازن تلك الحبيبات وديناميكيتها . خلال هذه الدراسة تم الحصول على صيغة رياضية لمعرفة معدل الامتصاص لبلورات هذه الحبيبات التي تم سد مسامها كنتيجة لعمليات التفحم وإيجاد الحل الرياضي لهذه الصيغة الرياضية ونتائج أخرى عديدة . عند مقارنة سطوح البلورات التي تم سدد مسامها بشكل مكثف بتلك التي تم سد مسامها بشكل منظم وموزع وجدنا أن معدل انتقال المادة يكون أقل في السطوح الأولى مقارنة بالثانية . من النتائج التي تم الحصول عليها أيضاً علاقة توازن الماء العذب في حبيبات الزيوليت (4A) عند درجات الحرارة 175 ْم و 200 ْم حيث تم مطابقتها بمعادلة فرندليش – لا تغمير ثنائية المواقع . وقد تم حساب نقاط الاختراق للمنحنيات النظرية باستخدام (dispersed plug flow model) وذلك عندما يكون معدل انتقال المادة هو المتحكم في العملية ككل . أما بالنسبة لنقاط الاختراق العملية (التجريبية) فقد أظهرت درجة عالية من عدم التناسق والتطابق بين الامتزاز والانفكاك حتى عند انخفاض كمية التوازن (أقل من 15%) ، وتعتبر هذه الدرجة من اللاتناسق كافية لدعم إمكانية استخدام معادلة فرندليش – لا نغمير ثنائية المواقع . تم تحضير عمليات الزيوليت (4A) عند درجات حرارة 350 ْم و 400 ْم ، بينما كانت كمية البخار 0.05 ملجم/ملجم 0.16 ملجم/ملجم لفترة 200 ، 100 و 300 ساعة . أما بالنسبة لنقاط الاختراق فقد تم الحصول عليها عند درجات الحرارة 175 ْم و 300 ْم وكان ضغط بخار الماء المُدخل تقريباً 9.3 مليبار ، وتم الحصول على معامل الوقت لفتحة المسام من خلال مطابقة المنحنيات النظرية بالمنحنيات العملية . هذا المعامل يزيد بزيادة مدة الخمول الكيميائي إلى أن يصل إلى قيمة ثابتة لا تتغير بتغير مدة الخمول الكيميائي ، وتكون درجة الخمول الكيميائي عالية عند درجات الحرارة العالية ومنخفضة عند درجات الحرارة المنخفضة . وتعتبر درجة الخمول الكيميائي في حبات الزيوليت المصنعة في شركة يتكن أقل من نظيراتها المنتجة من شركة توسو . بالإضافة إلى ذلك فإنه قد تم اقتراح لميكانيكية الخمول الكيميائي ، كما تم إيجاد معدل تغير معامل انتقال المادة خلال فتحة المسام بالنسبة لدرجة الحرارة وكمية الرطوبة وقورن بالنتائج العملية . طاقة التنشيط عند فتحة المسام لا تتغير بتغير الخمول الكيميائي بينما معامل الدالة الأسية يقل لزيادة درجة اللانظامية وهذا في حد ذاته إشارة لخسارة التنظيم الكرستالي عند فتحة المسام .

English Abstract

The deactivation of 4A zeolite molecular sieves under severe hydrothermal conditions is studied. Accelerated deactivation runs are performed on Uetikon and TOSOH 4A zeolite pellets, and the results are interpreted considering their equilibrium and kinetic data. A mathematical model for predicting the uptake rates for crystal particles partially blocked either due to coking or pore mouth closure is developed and numerical results obtained. Concentrated blockage of the crystal surface greatly reduces the mass transfer rate in comparison to uniformly distributed surface blockage. Equilibrium data for fresh water on 4A zeolite pellets is obtained at 175 and 200oC, and fitted to a dual site Freundlich-Langmuir isotherm. The theoretical breakthrough curves are calculated using a dispersed plug flow model with mass transfer controlled by macropore and pore mouth resistances. The experimental breakthrough curves show a high degree of asymmetry between adsorption and desorption even at low equilibrium loading (less than 15% of saturation loading). This asymmetry can be satisfactorily accounted for by the dual site Freundlich-Langmuir isotherm. Accelerated deactivated 4A zeolite samples are prepared at two temperatures, 350oC and 400oC, and two water vapor loadings, 0.05 gm/gm and 0.16 gm/gm for time periods of 100, 200, and 300 hrs. Breakthrough curves are obtained at 175oC and 200oC, at approximately 9.3 mbar inlet water vapor pressure, and the pore mouth time constant is obtained by fitting the experimental breakthrough curves to the theoretical ones. The pore mouth time constant increases with duration of deactivation, approaching a constant value as deactivation increases. The degree of deactivation is highest for the most severe and lowest for the least severe hydrothermal conditions. Uetikon pellets exhibit less deactivation than the TOSOH pellets. A simple reversible deactivation mechanism is proposed. The rate of change of mass transfer coefficient across the pore mouth to deactivation temperature and moisture loading is derived and fitted to the experimental data. The activation energy of jump across the pore mouth is invariant with deactivation; however, the pre-exponential factor decreases indicating an increase in entropy due to a loss of crystallinity at the pore mouth.



Item Type:Thesis (PhD)
Date:December 2002
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Khan, Ifadat Ali
Committee Advisor:Al-Ali, Habib H.
Committee Members:Abu-Reesh, Ibrahim M. and Wazeer, M. I. M. and Ruthven, D. M.
ID Code:10078
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:56
Last Modified:25 Apr 2011 09:58

Repository Staff Only: item control page