¿Qué es el tamiz molecular?
Los tamices moleculares son zeolitas cristalinas sintéticas en las que los átomos están dispuestos según un patrón definido. Internamente, la estructura tiene muchas cavidades interconectadas por poros más pequeños de tamaño uniforme. Estos poros sólo son capaces de aceptar y pasar a las cavidades moléculas del mismo y menor tamaño, de ahí el nombre de tamiz molecular.
Las características de adsorción del vapor de agua son muy diferentes de las del gel de sílice. Tamices moleculares puede adsorber hasta aproximadamente 20% en peso de agua antes de que la humedad relativa del aire circundante aumente significativamente. Cualquier aumento posterior provoca un gran aumento de la humedad relativa.
Estas características permiten a los tamices moleculares mantener un punto de rocío muy bajo (-50°C para 10% en peso de agua adsorbida). El material también tiene la capacidad de adsorber rápidamente vapor de agua y es capaz de mantener una alta eficiencia de adsorción a altas temperaturas de hasta 90°C.
El tamiz molecular es un compuesto inorgánico de aluminosilicato, que puede soportar altas temperaturas y tiene buena estabilidad térmica, lo que facilita su regeneración y puede reutilizarse muchas veces. El esqueleto no es descompuesto por microorganismos o similares. Los principales componentes de la parte esquelética del tamiz molecular son el tetraedro de silicio-oxígeno y el tetraedro de aluminio-oxígeno. Como la valencia del aluminio es 3, la valencia de un átomo de oxígeno en el tetraedro de aluminio-oxígeno AlO4 no está equilibrada, por lo que todo el tetraedro de aluminio-oxígeno está en banda. Tiene una carga negativa. Para mantener la neutralidad eléctrica, debe haber iones metálicos cargados positivamente en las proximidades del tetraedro de óxido de aluminio para compensar su carga negativa. Se genera un fuerte campo eléctrico entre los iones metálicos cargados positivamente y la estructura del tamiz molecular cargada negativamente, lo que tiene un gran impacto en el rendimiento de adsorción del tamiz molecular. La capacidad de adsorción de los tamices moleculares para las sustancias polares es mucho mayor que la de las sustancias no polares. Al mismo tiempo, debido al efecto de un fuerte campo eléctrico, para las sustancias que contienen dobles enlaces o grandes enlaces π, también tienen una capacidad de adsorción considerable a través de la polarización inducida. En general, cuanta más carga lleva el catión, cuanto menor es el radio iónico, cuanto más fuerte es el campo eléctrico generado, mayor es el efecto de inducción sobre los dobles enlaces y mayor es la capacidad de adsorción de dichas sustancias.
Los tamices moleculares se utilizan como adsorbentes sólidos en la industria química, y las sustancias adsorbidas pueden desorberse, y los tamices moleculares pueden regenerarse tras su uso. También se utilizan para secar, purificar, separar y recuperar gases y líquidos. Desde la década de 1960, se ha utilizado como catalizador de craqueo en la industria de refinado de petróleo, y ahora se ha desarrollado una variedad de catalizadores de tamiz molecular adecuados para diferentes procesos catalíticos.Hay dos tipos de tamices moleculares: zeolita natural y zeolita sintética.① La mayoría de las zeolitas naturales se forman por la reacción de toba volcánica y rocas sedimentarias tobáceas en ambientes marinos o lacustres. En la actualidad, existen más de 1000 tipos de minerales de zeolita, entre los cuales 35 son los más importantes, los comunes son clinoptilolita, mordenita, erionita y chabazita. Distribuidos principalmente en Estados Unidos, Japón, Francia y otros países, China también encontró un gran número de depósitos de mordenita y clinoptilolita, Japón es el país con la mayor cantidad de minería de zeolita natural.②Debido a que la zeolita natural está limitada por los recursos, desde la década de 1950 se ha utilizado un gran número de zeolitas sintéticas.
Cuál es el tipo común de tamiz molecular de zeolita
Los tamices moleculares están disponibles en cuatro formas genéricas principales: 3A, 4A, 5A y 13X. Cada forma tiene sus propiedades y aplicaciones específicas, y todas conservan una preferencia polar por la adsorción de agua.
Según el diferente tamaño de los poros, el tamiz molecular se define como 3A, 4A, 5A y 13X. Se aplican a las industrias química, electrónica, petroquímica, del gas natural, etc.
La fórmula química de 3A, 4A, 5A, 13X
3A：2/3K₂O1₃-Na₂₂O-Al₂O₃-2SiO₂.-4.5H₂O
4A：Na₂O-Al₂O₃-2SiO₂-4,5H₂O
5A：3/4CaO1/4Na₂OAl₂O₃-2SiO₂-4.5H₂O
13X：Na2O-Al2O3-2,45SiO2-6.0H20
El funcionamiento de los tamices moleculares depende del tamaño de sus poros. El tamaño de sus poros es de 0,3nm/ 0,4nm/ 0,5nm. Estos poros pueden adsorber la molécula más pequeña que ellos y cuanto más grande es, mayor es la capacidad de adsorción. Y son los diferentes tamaños de los poros los que deciden qué tipo de molécula puede adsorber. En resumen, sólo las moléculas de tamaño inferior a 0,3 nm pueden ser adsorbidas por el MS 3A. 4A y 5A también siguen este principio. El tamiz molecular simple puede adsorber humedad hasta 22% de su peso cuando se utiliza como desecante.
Cuál es la diferencia tamiz molecular 3a 4a 5a 13x
3A tamiz molecular madsorbe agua y se utiliza principalmente para el secado de gas craqueado de petróleo, olefinas, gas de refinería y gas de yacimientos petrolíferos, así como desecante en industrias químicas, farmacéuticas, de vidrio aislante y otras. Se utiliza principalmente para el secado de líquidos (como el etanol), secado al aire de vidrio aislante, secado de mezcla de gases de nitrógeno e hidrógeno, secado de refrigerantes, etc.
4A tamices moleculares se utilizan principalmente para secar gas natural y diversos gases y líquidos químicos, refrigerantes, productos farmacéuticos, datos electrónicos y sustancias volátiles, purificar argón y separar metano, etano y propano. Se utiliza principalmente para el secado profundo de gases y líquidos como aire, gas natural, hidrocarburos, refrigerantes; preparación y purificación de argón; secado estático de componentes electrónicos y materiales perecederos; agente deshidratante en pinturas, poliésteres, tintes y revestimientos.
5A tamiz molecular se utiliza principalmente para el secado de gas natural, la desulfuración y la eliminación de dióxido de carbono; la separación de nitrógeno y oxígeno para preparar oxígeno, nitrógeno e hidrógeno; el desparafinado de petróleo para separar los hidrocarburos normales de los hidrocarburos ramificados y los hidrocarburos cíclicos. Sin embargo, la gran superficie específica y la adsorción polar de los tamices moleculares renovables 5A pueden lograr una adsorción profunda del agua y el amoníaco residual. La mezcla descompuesta de nitrógeno e hidrógeno entra en un secador para eliminar la humedad residual y otras impurezas. El dispositivo de purificación adopta torres de adsorción dobles, una absorbe el gas de descomposición de amoníaco seco, y la otra desorbe la humedad y el amoníaco residual en un estado calentado (generalmente 300-350) para lograr el propósito de regeneración.
13X moléculaar tamizEl tamiz molecular 13x, también conocido como tamiz molecular de sodio tipo X, es un aluminosilicato de metal alcalino, que tiene una cierta basicidad y pertenece a una clase de bases sólidas. El tamiz molecular 13x se utiliza principalmente en la purificación de gas en la unidad de separación de aire para eliminar el agua y el dióxido de carbono, el secado y la desulfuración de gas natural, gas licuado de petróleo e hidrocarburos líquidos. Secado profundo de gas en general.
¿Cómo se fabrican 3A y 5A a partir del tamiz molecular 4A?
Se obtiene sustituyendo los iones de sodio de la estructura del tamiz molecular 4A (forma sódica de la zeolita tipo A) por iones de potasio, de modo que el tamaño efectivo de los poros se reduce a 3Å. El tamiz molecular 3A se utiliza principalmente como desecante en gas de craqueo de petróleo, olefinas, gas de refinería, gas de pozos petrolíferos, industria química, farmacia, vidrio aislante, secado de líquidos (alcohol), vidrio aislante, secado de gases mixtos de nitrógeno e hidrógeno, secado de desecantes, secado de refrigerantes, etc. El tamiz molecular 3A puede adsorber humedad y moléculas de menos de 3Å.
A partir de esta forma, se obtienen tamices de tamaños de poro 3Å y 5Å, que intercambian iones de sodio por iones de potasio y calcio, respectivamente. El tamiz molecular 4A puede adsorber humedad, NH3, H2S, SO2dióxido de carbono, C2H5OH, C2H6, C2H4 y otras moléculas bajo 4A. El tamiz molecular 4A se utiliza principalmente para secar gas natural, la mayoría de gases y líquidos, refrigerantes, medicamentos, equipos digitales y materias volátiles, y también para purificar argón y separar metano, etano y propano. Otras aplicaciones incluyen el secado profundo de aire e hidrocarburos, siendo los ehidratadores en pinturas, poliésteres, tintes y revestimientos.
Se obtiene sustituyendo los iones de sodio de la estructura del tamiz molecular 4A por iones de calcio, de modo que el tamaño efectivo de los poros puede aumentarse a 5Å. El tamiz molecular 5A puede adsorber cualquier molécula más pequeña que su poro. Además de las características de 3A y 4A, 5A también puede adsorber C3-C4 n-alcano, cloruro de etilo, bromuro de etilo, butanol, etc. También puede utilizarse en la separación de hidrocarburos n-isoméricos, la adsorción por oscilación de presión y la coadsorción de agua y dióxido de carbono. Las principales aplicaciones del tamiz molecular 5A son el secado de gas natural, la adsorción de azufre y CO2, la separación de nitrógeno&oxígeno, la producción de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Además, el desparafinado del petróleo y la separación de hidrocarburos normales de hidrocarburos ramificados y cíclicos son también dos especialidades del 5A. En cuanto a la regeneración del 5A, su gran superficie específica y su capacidad adsorbente pueden contribuir a una adsorción profunda al agua y al amoníaco. A continuación, los hidrocarburos descompuestos entran en el secador para eliminar la humedad restante y otras impurezas. El equipo de purificación consta de dos torres de adsorción. Una para el gas de descomposición de amoníaco seco y la otra para la humedad y el amoníaco restante en condiciones de regeneración (normalmente 300-350℃).
El tamiz molecular 13X también se denomina tamiz molecular de tipo X. Es la forma sódica de la zeolita X, cuyos poros son mayores que los de la zeolita tipo A (el tamiz molecular de 4A). Es un aluminosilicato de metal alcalino, que tiene cierta alcalinidad y pertenece a una clase de álcalis sólidos. El tamaño de sus poros es de 10Å y puede adsorber moléculas de tamaños comprendidos entre 3,64Å y 10Å. Las principales aplicaciones del 13X son la purificación de gases mediante la adsorción de humedad y dióxido de carbono en la unidad de separación de aire, el secado y la desulfuración de gas natural, GNL e hidrocarburos líquidos, y el secado profundo de gas normal. También puede utilizarse como portador de catalizador, coadsorción de agua y dióxido de carbono, coadsorción de agua y H2S gas.
Otros tipos menos comunes de tamices moleculares son el Tamiz Molecular 10X, que tiene un tamaño de poro de 8A y se utiliza para el secado y la desulfuración de gases y líquidos y la separación de hidrocarburos aromáticos. También podemos encontrar tamices moleculares más específicos diseñados sobre otras zeolitas. Los tamices moleculares están disponibles en varias formas, y tamaño de sus partículas, siendo las formas más comunes las esferas y los pellets. Las esferas presentan varias ventajas como que su densidad de carga es mayor que la de los pellets, por lo que en el mismo volumen cargamos más producto, alargando el ciclo de vida del adsorbente. Además, al no tener aristas vivas, son más resistentes a la atrición, lo que se traduce en una menor formación de finos, evitando el aumento de la caída de presión en el lecho.
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