Desorption in Aktivkohlefiltern: ein unterschätztes Risiko

Aktivkohle ist ein äußerst zuverlässiges Adsorptionsmittel zur Entfernung von Verunreinigungen aus Luft und Biogas. Adsorption ist jedoch kein einseitiger Prozess. Unter bestimmten Bedingungen, unter anderem bei hohen Umgebungstemperaturen, kann der umgekehrte Vorgang eintreten: die Desorption.

Neben einer durchdachten Auswahl des Kohletyps und der Filterlösung ist auch die Überwachung der Prozessbedingungen entscheidend. Dank ihrer thermischen Isolierung und der integrierten aktiven Kühlung können die AirPure L Filter von Cargen dazu beitragen, die nachteiligen Auswirkungen höherer Umgebungstemperaturen auf Ihren Prozess zu vermeiden.

Desorption ist der Prozess, bei dem zuvor adsorbierte Moleküle aus der Porenstruktur der Aktivkohle wieder freigesetzt werden und in die Gas- oder Flüssigphase zurückkehren. Es handelt sich um einen Gleichgewichtsprozess, der mit der Adsorption einhergeht, da die Adsorption reversibel ist. Wenn sich die Prozessbedingungen ändern (etwa Temperatur, Druck, Konzentration oder pH-Wert), kann sich dieses Gleichgewicht verschieben, sodass Moleküle erneut desorbieren und damit freigesetzt werden.

Die Temperatur ist einer der bestimmendsten Faktoren für die Desorption. Da die Adsorption ein exothermer Prozess ist, verschiebt eine steigende Temperatur im Filter das Gleichgewicht in Richtung Desorption. Dies führt zu einer sinkenden Adsorptionskapazität. Auch die kinetische Energie der abzuscheidenden Komponenten nimmt bei höheren Temperaturen zu, wodurch diese mobiler werden und leichter aus den Poren entweichen können.

Bei der Aufbereitung von Biogas zu Biomethan müssen sowohl H2S als auch VOC abgeschieden werden. H2S wird vor allem über eine stabile(re) chemische Bindung abgeschieden (Chemisorption). VOC dagegen, die hauptsächlich über reversible Physisorption adsorbiert werden, sind bei steigenden Temperaturen anfälliger für Desorption. Freigesetzte VOC können zu Emissionsspitzen führen und dadurch den Reinheitsgrad des Biogases senken. Desorbierte VOC werden anschließend an der nachgeschalteten Membran adsorbiert beziehungsweise kondensiert, was zu Membranfouling führt.

Desorption kann erhebliche negative Folgen für den Betrieb eines Aktivkohlefilters haben:

• Durchbruch: plötzliche Freisetzung der adsorbierten Schadstoffe, was zu unerwünschten Emissionsspitzen führen kann.
• Geringere Prozesszuverlässigkeit: unvorhersehbares Verhalten erschwert Auslegung und Monitoring. Eine Fehlinterpretation kann zu einem vorzeitigen Filterwechsel führen (weil fälschlicherweise von einer gesättigten Kohle ausgegangen wird) und damit unnötige Kosten verursachen.
• Qualitätsprobleme: bei der Luftbehandlung kann dies zu einer Überschreitung der Emissionsgrenzwerte oder zu Geruchsproblemen führen. Speziell bei der Biogasaufbereitung kann ein VOC-Durchbruch die Membranen verschmutzen und so die Biomethaneinspeisung beeinträchtigen.

Alle AirPure L Filter von Cargen sind für maximale Stabilität thermisch isoliert und mit einer Kühlspirale ausgestattet, um die Temperatur im Filter aktiv zu regeln. So wird nicht nur eine hohe anfängliche Adsorptionskapazität gewährleistet, sondern auch ein zuverlässiger Betrieb bei steigenden Umgebungstemperaturen.

Temperaturschwankungen in einem Filterbett können zu einem schnelleren Durchbruch, einer verringerten Adsorptionskapazität und unkontrollierten Emissionen führen. Durch die aktive Kontrolle der Prozessbedingungen mithilfe isolierter mobiler Filter mit Kühlspirale lässt sich die Desorption vermeiden. Mit dem AirPure L Filter von Cargen erhält der Kunde die Gewähr für einen effizienten und reibungslos ablaufenden Adsorptionsprozess.