בתהליך זיקוק גז נפט נוזלי (LPG), הסרת הלחות היא קישור הליבה כדי להבטיח את איכות המוצר ובטיחות התהליכים. יבשות מסורתיות מוגבלות על ידי יכולת ספיחה וביצועי התחדשות, וקשה לענות על צרכיה של התעשייה הפטרוכימית המודרנית לנקודת טל נמוכה ותפעול מחזור ארוך. עם מבנה הנקבוביות הייחודי ותכונות הכימיות של פני השטח שלו,מסננת מולקולרית 13xהפך לחומר חדשני בתחום ייבוש גפ"מ, והיתרונות הטכניים שלו אומתו במלואם ביישומים תעשייתיים.
ניתוח מבנה המסגרת ומנגנון ספיגת המים של מסננות מולקולריות מסוג נתרן
מסננת מולקולרית 13x שייכת למסננת מולקולרית מסוג X (NAX), ומבנה הגביש שלו נוצר על ידי טטרהדרון סיליקון-חמצן וטטרהדרון אלומיניום-חמצן באמצעות שיתוף אטומי חמצן ליצירת מסגרת תלת ממדית. יוני הנתרן (Na⁺) במסגרת שומרים על יציבות מבנית באמצעות פעולה אלקטרוסטטית, תוך יצירת נקבוביות אחידות בקוטר של בערך 10 Å. הקוטביות של מולקולות המים מקלה על יצירת הידרציה עם יוני נתרן. נתונים ניסיוניים מראים כי תוך 25 מעלות ולחות יחסית של 50%, ספיחת המים הסטטיים של מסננת מולקולרית 13x יכולה להגיע ליותר מ- 26.5WT%, שהיא טובה משמעותית מ -3A מסננת מולקולרית (20WT%) ומסננת 4A מולקולרית (22WT%).
הספיחה של מולקולות מים בנקבוביות של מסננת מולקולרית 13x מציגה מאפייני ספיחה רב-דרגתיים:
ספיחה חלשה: קשרי מימן נוצרים בין קבוצות הידרוקסיל על פני הנקבוביות ומולקולות המים, ואנרגיית הספיחה היא בערך 49.5kJ\/mol;
ספיחה חזקה: הידרציה של נתרן יון היא דומיננטית, ואנרגיית הספיחה מגיעה ל- 80-100 kJ\/mol;
ניתן לספוג את אפקט הספיחה המשותפת: ניתן לספוג מימן גופרתי (H₂S) ופחמן דו חמצני (CO₂) ב- LPG בו זמנית כדי להשיג טיהור עמוק.
יתרונות תהליכים של מסננת מולקולרית 13x בייבוש גפ"מ
1. ביצועי התייבשות יעילים
היישום בפועל של מיזם פטרוכימי מראה כי מגדל הייבוש הגפ"מ באמצעות מסננת מולקולרית 13x יכול להפחית את תכולת המים של הגז הגולמי מ- 150ppm עד מתחת לגובה 5pm, וטמפרטורת נקודת הטל נשלטת ביציבות מתחת ל {}}}. המאפיינים הקינטיים של הספיחה שלה מראים כי כמות הספיחה בחמש הדקות הראשונות מהווה 65% מכלל המים, ו -90% ממשימת ההתייבשות הושלמה תוך 30 דקות, וזה טוב משמעותית מאשר זמן שיווי המשקל של אלומינה מופעלת.
2. אנטי-זיהום ופעולה לטווח הארוך
חוזק הדחיסה של המסננת המולקולרית 13x מגיע 8 0 n\/חלקיק, וקצב השחיקה פחות או שווה ל 0. 1WT%. זה יכול לפעול יציב יותר משלוש שנים במיטה הנוזלית המהירה של גפ"מ. לאחר שמכשיר מסוים פועל במשך 20 מחזורי ספיגת ספיגת מים רצופים, כמות הספיחה של שיווי המשקל רק ירדה ב- 12%. לאחר טיפול בחיזוק יונים עם תמיסת נתרן כלוריד 0.5 מול\/ליטר, יציבות המחזור גדלה ב -30%.
3. אופטימיזציה של תהליכי התחדשות שיפוע
לאור המאפיינים האנליטיים של המסננת המולקולרית 13x, מאומץ מצב התחדשות משולב בטמפרטורה משתנה בשילוב בתרגול תעשייתי:
השלב הראשון: 180 מעלות, ספיחת לחץ אטמוספרי של מים עיקריים, שיעור הספיגה 85%;
השלב השני: 150 מעלות, טיפול בוואקום 5KPA במים שיוריים, זמן הספיחה הכולל קיצר ב- 40%.
תהליך זה מקטין את צריכת הקיטור ב- 28%, ומחזור ההתחדשות נדחס מ- 24 שעות ל 14.4 שעות.
מקרי יישום תעשייתי והטבות כלכליות
מקרה 1: יחידת התפרקות של גפ"מ
בית זיקוק מיישם מסננת מולקולרית 13x על תהליך התפרקות הגפ"מ. בתנאים של תכולת כניסת H₂S של 800ppm ותכולת מים של 120 ס"מ, השקע H₂S יורד מתחת לגובה 5ppm, ותכולת המים יציבה ב- 3ppm. לאחר טרנספורמציית הציוד, הצריכה השנתית של מסננות מולקולריות מצטמצמת ב- 40%, וצריכת האנרגיה של התחדשות מגדל הייבוש מופחתת ב -35%.
מקרה 2: הפרדת אוויר קריוגני טיהור גז גולמי
ביחידת הפרדת האוויר, מסננת מולקולרית 13X מסלקת פחמימנים כמו H₂O, CO₂ ו- C₃H₆ מ- LPG בו זמנית, מה שמגדיל את טוהר הגז הגולמי ל 99.999%. בהשוואה לתהליך סדרת המסננת המולקולרית 3A\/4A, השקעת הציוד מצטמצמת ב- 25% והגמישות התפעולית מוגברת ב- 40%.
המסננת המולקולרית 13x הפכה לטכנולוגיית הזרם המרכזי בתחום ייבוש גפ"מ בגלל ביצועי הספיחה המצוינים שלה ויכולת הסתגלות התהליכים שלה. עם חדשנות רציפה של שינוי חומרים ושילוב תהליכים, טכנולוגיה זו תמלא תפקיד גדול יותר בתהליך האנרגיה הנקייה ובפחמימות נמוכה תעשייתית.