Las 6 principales aplicaciones del tamiz molecular 13X
El tamiz molecular 13X se utiliza cuando el secado convencional no es suficiente. Su gran apertura de poro y su fuerte afinidad por las moléculas polares le permiten capturar agua, dióxido de carbono, nitrógeno y determinados compuestos de azufre de corrientes de gases y líquidos industriales.
Esto la hace útil en la separación de aire, la generación de oxígeno, el tratamiento de gas natural, la purificación de hidrógeno, la captura de carbono y el procesamiento en refinerías.
Tabla de contenido
¿Qué es el tamiz molecular 13X?
La zeolita 13X es la forma sódica de la zeolita tipo X. Su abertura de poro efectiva es de aproximadamente 10 Å, o 1 nanómetro. La mayor estructura de poros le permite absorber moléculas que no pueden entrar fácilmente en los poros de las zeolitas 3A, 4A o 5A.
Sus objetivos comunes incluyen:
- vapor de agua
- Dióxido de carbono
- Nitrógeno
- Amoníaco
- Alcoholes y otros oxigenados
- Compuestos de azufre seleccionados
- Algunas impurezas de hidrocarburos de mayor tamaño
13X as having one of the highest theoretical capacities among common molecular sieve adsorbents, along with good mass-transfer performance. It also confirms its ability to adsorb water, nitrogen, CO₂ and sulfur compounds. (Technical reference:https://zeochem.com/wp-content/uploads/2023/10/ZEOCHEM-Adsorbents-Brochure-r5a.pdf)
| Información del producto | Detalles |
|---|---|
| Producto | Tamiz molecular 13X |
| CAS No. | 63231-69-6 |
| Código HS | 3824999999 |
| Formularios disponibles | Polvo, gránulos extruidos y perlas esféricas |
| Apertura aproximada del poro | 10 Å |
| Funciones principales | Deshidratación, purificación y separación de gases |
1. Prepurificación mediante separación criogénica del aire
Una unidad criogénica de separación de aire no tolera la entrada de agua ni dióxido de carbono en la cámara frigorífica. Ambos pueden congelarse a bajas temperaturas y restringir el flujo a través de los intercambiadores de calor y los equipos de destilación.
El tamiz molecular 13X está instalado en la unidad de prepurificación de aire para capturar:
- Humedad residual
- Dióxido de carbono
- Hidrocarburos seleccionados
- Otros contaminantes traza
Un sistema típico utiliza alúmina activada en la primera capa para gestionar la mayor parte de la carga de agua, seguida de 13X para eliminar el CO₂ y la humedad restante.
Esto ayuda a prevenir:
- Congelación de la caja frigorífica
- avance del CO₂
- Obstrucción del intercambiador de calor
- Aumento de la presión diferencial
- Ciclos de producción más cortos
- Cierres imprevistos de ASU
El APG 13X y otros grados de purificación de aire se utilizan ampliamente antes de la separación criogénica de oxígeno y nitrógeno. La capacidad de adsorción, la eficiencia de regeneración y la resistencia de las perlas influyen en la duración del ciclo de funcionamiento.
2. Generación de oxígeno mediante PSA y VPSA
En las plantas de oxígeno PSA y VPSA, el catalizador 13X adsorbe selectivamente el nitrógeno del aire comprimido. El oxígeno se adsorbe con menor intensidad y pasa a través del lecho como parte del flujo de producto.
El ciclo sigue una secuencia simple:
- El aire comprimido entra en el adsorbente.
- El nitrógeno queda retenido por la zeolita.
- El gas enriquecido con oxígeno abandona el recipiente.
- La cama está despresurizada.
- Se libera nitrógeno.
- El adsorbente está listo para el siguiente ciclo.
Este proceso se utiliza en:
- generadores de oxígeno industriales
- Aireación de aguas residuales
- Producción de vidrio
- Procesamiento de metales
- Acuicultura
- Sistemas de suministro de ozono
- Sistemas centrales de suministro de oxígeno
Experimental adsorption data show that 13X takes up more nitrogen than oxygen under comparable test conditions, which supports its use in oxygen enrichment. (Research data:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352340920305321)
El adsorbente estándar 13X puede utilizarse para la producción de oxígeno mediante PSA. Sin embargo, los sistemas de alta eficiencia pueden emplear grados LiX, LiLSX o CaX con mayor selectividad de nitrógeno. Por lo tanto, el adsorbente debe seleccionarse en función de la producción de oxígeno, el ciclo de presión y el consumo energético requeridos.
3. Purificación de gas natural y GNL
El gas natural crudo puede contener agua, CO₂, H₂S, COS, metanol, mercaptanos e hidrocarburos pesados. Estas impurezas pueden causar corrosión, formación de hidratos, gas que no cumple con las especificaciones y problemas en los equipos de baja temperatura posteriores.
El tamiz molecular 13X se puede utilizar para:
- Deshidratación profunda de gas natural
- eliminación de CO₂
- adsorción de COS
- Pulido de trazas de contaminantes
- Preparación de piensos para GNL y NGL
- Tratamiento ligero de gases hidrocarburos
El secado profundo es especialmente importante antes de la licuefacción del GNL y la recuperación de los líquidos de gas natural (LGN). El agua residual puede formar hielo o hidratos de gas, mientras que el exceso de CO₂ puede congelarse dentro de la sección criogénica.
Los contaminantes presentes en la alimentación también son importantes. La neblina de aceite, el BTX, los residuos del compresor y los hidrocarburos pesados pueden obstruir los poros, generar una cola térmica durante la regeneración y acortar la vida útil del lecho.
4. Purificación de hidrógeno mediante PSA
El hidrógeno crudo procedente del reformado de metano con vapor, de los gases residuales de refinería o de la producción química puede contener:
- Agua
- Dióxido de carbono
- monóxido de carbono
- Metano
- Nitrógeno
- hidrocarburos ligeros
Las unidades de adsorción selectiva por presión (PSA) de hidrógeno utilizan estas diferencias en la fuerza de adsorción para separar el hidrógeno de las impurezas. El hidrógeno atraviesa el lecho con mayor facilidad, mientras que los adsorbentes más fuertes permanecen en el tamiz molecular y otros materiales del lecho.
El 13X se usa comúnmente para capturar agua y CO₂ en un sistema PSA multicapa. Se pueden agregar alúmina activada, carbón activado, gel de sílice y otras zeolitas para tratar diferentes contaminantes.
Los ajustes típicos incluyen:
- Recuperación de hidrógeno en refinerías
- Purificación de hidrógeno mediante reformador de vapor
- Recuperación del gas de purga de amoníaco
- Tratamiento con gas de purga de metanol
- Sistemas petroquímicos de hidrógeno
- Purificación de gases de síntesis química
El buen rendimiento de la PSA depende de algo más que la capacidad de adsorción estática. La rápida transferencia de masa, la baja abrasión y el tamaño de partícula uniforme contribuyen a mantener ciclos cortos sin una caída de presión excesiva.
5. Captura de CO₂ y mejora del gas
La zeolita 13X tiene una alta afinidad por el dióxido de carbono y se estudia ampliamente para la captura de carbono mediante PSA, VSA y TSA.
Las funciones pertinentes incluyen:
- Eliminación de CO₂ del gas natural
- Mejora del biogás
- Purificación de gases de vertedero
- Captura de carbono de los gases de combustión
- Pulido de gases industriales
- Preparación del alimento antes de la separación criogénica
In one published adsorption study, a 13X sample achieved a CO₂ equilibrium loading of approximately 3.755–4.857 mol/kg at a maximum CO₂ pressure of 1 bar. The tests were performed at 293, 313 and 333 K. (Research data: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352340920305321)
Este resultado muestra la afinidad por el CO₂ del 13X, pero no debe considerarse como la capacidad de trabajo garantizada de todos los productos comerciales. La capacidad dinámica también depende de:
- Concentración de alimento
- Nivel de humedad
- Temperatura de adsorción
- Presión de funcionamiento
- Tiempo de ciclo
- Condiciones de regeneración
- Calor de adsorción
- Adsorción competitiva
El agua es particularmente importante porque se une fuertemente al 13X. Una alimentación húmeda puede ocupar una gran parte de la capacidad disponible antes de que el CO₂ llegue al lecho.
6. Eliminación de GLP, gas de refinería y mercaptanos
Los poros de gran tamaño del material 13X le permiten adsorber compuestos de azufre específicos e impurezas de mayor tamaño. Puede utilizarse en sistemas de purificación de GLP, gas de refinería e hidrocarburos ligeros.
Entre las tareas habituales se incluyen:
- Eliminación de mercaptanos pesados
- Soporte para el endulzamiento de GLP
- Secado de gas de refinería
- Purificación ligera de hidrocarburos
- Tratamiento de GLP de grado aerosol
- pulido de piensos petroquímicos
Esta competencia puede conducir a:
- Avance temprano de los mercaptanos
- Mayor tasa de regeneración
- depósitos de carbono
- Capacidad de trabajo reducida
- Puntos calientes durante la regeneración
- Vida útil del adsorbente más corta
Por lo tanto, es necesario realizar un análisis completo de hidrocarburos y azufre antes de diseñar el lecho.
Seis usos de un vistazo
| Uso industrial | Principales adsorbentes | Valor del proceso |
|---|---|---|
| Prepurificación criogénica del aire | H₂O, CO₂ e hidrocarburos traza | Protege la nevera portátil de la congelación y la obstrucción. |
| Generación de oxígeno PSA/VPSA | N₂, H₂O y CO₂ | Produce una corriente enriquecida con oxígeno. |
| Tratamiento de gas natural y GNL | H₂O, CO₂, COS e impurezas seleccionadas | Controla el punto de rocío y protege los equipos criogénicos. |
| purificación de hidrógeno mediante PSA | H₂O, CO₂ y otros contaminantes | Permite la recuperación de hidrógeno de alta pureza. |
| Captura de CO₂ y mejora del gas | CO₂ | Mejora el gas rico en metano y favorece la captura de carbono. |
| GLP y purificación de refinería | Mercaptanos, H₂O e hidrocarburos seleccionados | Mejora la calidad del alimento y protege los sistemas posteriores. |
Formas de tamiz molecular HONREL 13X
HONREL ofrece tres formatos físicos:
Tamiz molecular en polvo 13X
El polvo se utiliza principalmente como materia prima para adsorbentes formulados, catalizadores y otros productos industriales. Normalmente no se carga directamente en un reactor de lecho fijo convencional.
| Propiedad | Producto de primera clase | Producto cualificado |
|---|---|---|
| Apariencia | Polvo blanco, sin impurezas mecánicas. | Polvo blanco, sin impurezas mecánicas. |
| Adsorción estática de agua | ≥32,5% | ≥32,0% |
| Adsorción estática de CO₂ a 0 °C | ≥27,5% | ≥26,5% |
| Adsorción estática de CO₂ a 25 °C | ≥23,5% | ≥22,5% |
| Humedad del producto envasado | ≤22,5% | ≤23,0% |
| pH | ≤11.0 | ≤11.0 |
| Residuo en tamiz de 0,045 mm | ≤0,5% | ≤0,5% |
| Densidad de compactación | ≥0,60 g/mL | ≥0,60 g/mL |
La adsorción estática de agua se prueba a 35 °C ± 1 °C y 75 % de humedad relativa durante 24 horas.
Tamiz molecular extruido 13X
Los extrudados son adecuados para lechos compactos donde se requiere baja abrasión, una caída de presión definida y resistencia mecánica.
| Propiedad | d 1,5–1,7 mm | d 3,0–3,3 mm |
|---|---|---|
| Adsorción estática de agua, primera clase | ≥26,0% | ≥26,0% |
| Adsorción de agua estática, cualificada | ≥24,0% | ≥24,0% |
| Adsorción estática de CO₂ a 0 °C, primera clase | ≥19,0% | ≥19,0% |
| Adsorción estática de CO₂ a 25 °C, primera clase | ≥17,5% | ≥17,5% |
| Resistencia aplastante, de primera clase. | ≥30 N/tira | ≥45 N/tira |
| Tasa de deserción, primera clase | ≤0,10% | ≤0,20% |
| Densidad aparente suelta, primera clase | ≥0,61 g/mL | ≥0,61 g/mL |
| Humedad del producto envasado | ≤1,5% | ≤1,5% |
Los extrudados más pequeños ofrecen una trayectoria de difusión más corta, pero pueden generar una mayor caída de presión en el lecho. Los gránulos más grandes generalmente ofrecen una mayor resistencia a la compresión individual y pueden ser preferibles en recipientes más profundos o de mayor tamaño.
Tamiz molecular esférico 13X
Las microesferas permiten una carga uniforme y se utilizan ampliamente en sistemas de adsorción cíclica.
| Propiedad | d 1,6–2,5 mm | d 3,0–5,0 mm |
|---|---|---|
| Adsorción estática de agua, primera clase | ≥26,0% | ≥26,0% |
| Adsorción de agua estática, cualificada | ≥24,0% | ≥24,0% |
| Adsorción estática de CO₂ a 0 °C, primera clase | ≥20,0% | ≥20,0% |
| Adsorción estática de CO₂ a 25 °C, primera clase | ≥18,5% | ≥18,5% |
| Resistencia aplastante, de primera clase. | ≥30 N/partícula | ≥85 N/partícula |
| Tasa de deserción, primera clase | ≤0,10% | ≤0,10% |
| Densidad aparente suelta, primera clase | ≥0,64 g/mL | ≥0,64 g/mL |
| Cumplimiento del tamaño de partícula, de primera clase | ≥98,0% | ≥98,0% |
| Humedad del producto envasado | ≤1,5% | ≤1,5% |
¿Qué es importante en un adsorbente que funcione correctamente?
Los valores de adsorción estática son útiles para el control de calidad, pero no predicen completamente el rendimiento de la planta.
Una mesa de operaciones también se ve afectada por:
- Capacidad de trabajo dinámica
- Momento decisivo
- Velocidad del gas
- Longitud de la zona de transferencia de masa
- Temperatura de entrada
- Temperatura de regeneración
- Eficiencia de refrigeración
- Caída de presión
- Distribución de camas
- Carga de contaminantes
- Daños por perdigones
Un material con un alto valor de CO₂ estático aún puede ofrecer un ciclo corto si la regeneración es incompleta o si la alimentación contiene agua, aceite o hidrocarburos pesados.
Elegir la forma y el tamaño adecuados
Utilice el polvo cuando el material se vaya a incorporar a otra formulación de adsorbente o catalizador.
Utilice perlas o extrudados más pequeños cuando la cinética de adsorción rápida sea importante y el sistema pueda tolerar la caída de presión adicional.
Utilice partículas de mayor tamaño cuando el recipiente sea profundo, el flujo de gas sea alto o la caída de presión sea baja y se priorice una mayor resistencia mecánica.
Antes de seleccionar un grado, proporcione:
- Composición del alimento
- Contaminante objetivo
- Concentración de entrada
- Especificación de salida requerida
- Caudal
- Presión
- Temperatura de adsorción
- Método de regeneración
- Tiempo de ciclo
- Dimensiones del recipiente
HONREL puede entonces revisar si el 13X es adecuado o si otro material de su Materias primas para catalizadores El rango se ajustaría mejor al proceso.
Conclusión
Los principales usos del tamiz molecular 13X son la prepurificación de aire criogénico, la generación de oxígeno mediante PSA, el tratamiento de gas natural, la purificación de hidrógeno, la captura de CO₂ y la limpieza de refinerías o plantas de GLP.
Su abertura de poro de 10 Å le confiere una amplia capacidad de adsorción, pero su correcto funcionamiento depende de la alimentación, el diseño del ciclo, la regeneración y la forma de las partículas. El polvo, los extrudados y las microesferas no deben considerarse productos intercambiables.
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