Was ist ein Molekularsieb?
Molekularsiebe sind synthetische kristalline Zeolithe, in denen die Atome in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Im Inneren weist die Struktur viele Hohlräume auf, die durch kleinere Poren von einheitlicher Größe miteinander verbunden sind. Diese Poren sind nur in der Lage, Moleküle gleicher oder kleinerer Größe aufzunehmen und in die Hohlräume zu leiten, daher der Name Molekularsieb.
Die Adsorptionseigenschaften von Wasserdampf unterscheiden sich stark von denen des Kieselgels. Molekularsiebe kann bis zu ca. 20% Wasser nach Gewicht aufnehmen, bevor die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft deutlich ansteigt. Jeder weitere Anstieg führt zu einem starken Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit.
Dank dieser Eigenschaften können Molekularsiebe einen sehr niedrigen Taupunkt aufrechterhalten (-50°C für 10% nach Gewicht des adsorbierten Wassers). Das Material ist außerdem in der Lage, Wasserdampf schnell zu adsorbieren und eine hohe Adsorptionsleistung bei hohen Temperaturen von bis zu 90°C aufrechtzuerhalten.
Das Molekularsieb ist eine anorganische Aluminosilikat-Verbindung, die hohen Temperaturen standhält und eine gute thermische Stabilität aufweist, was die Regeneration erleichtert und viele Male wiederverwendet werden kann. Das Skelett wird nicht durch Mikroorganismen oder Ähnliches zersetzt. Die Hauptbestandteile des Skelettteils des Molekularsiebs sind ein Silizium-Sauerstoff-Tetraeder und ein Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder. Da die Wertigkeit von Aluminium 3 beträgt, ist die Wertigkeit eines Sauerstoffatoms im Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder AlO4 nicht ausgeglichen, so dass das gesamte Aluminium-Sauerstoff-Tetraeder gebändert ist. Es hat eine negative Ladung. Um die elektrische Neutralität aufrechtzuerhalten, müssen sich in der Nähe des Aluminiumoxid-Tetraeders positiv geladene Metallionen befinden, um seine negative Ladung auszugleichen. Zwischen den positiv geladenen Metallionen und dem negativ geladenen Molekularsiebgerüst entsteht ein starkes elektrisches Feld, das einen großen Einfluss auf die Adsorptionsleistung des Molekularsiebs hat. Die Adsorptionskapazität der Molekularsiebe für polare Substanzen ist viel stärker als die für unpolare Substanzen. Gleichzeitig haben Substanzen, die Doppelbindungen oder große π-Bindungen enthalten, aufgrund der Wirkung eines starken elektrischen Feldes auch eine beträchtliche Adsorptionskapazität durch induzierte Polarisierung. Im Allgemeinen gilt: Je mehr Ladung das Kation trägt, je kleiner der Ionenradius, je stärker das erzeugte elektrische Feld, desto größer die Induktionswirkung auf Doppelbindungen und desto größer die Adsorptionskapazität für solche Stoffe.
Molekularsiebe werden als feste Adsorbentien in der chemischen Industrie verwendet, und die adsorbierten Stoffe können desorbiert und die Molekularsiebe nach Gebrauch regeneriert werden. Sie werden auch zum Trocknen, Reinigen, Trennen und Rückgewinnen von Gasen und Flüssigkeiten verwendet. Seit den 1960er Jahren wird es als Crack-Katalysator in der Erdölraffinerie verwendet, und inzwischen wurde eine Vielzahl von Molekularsieb-Katalysatoren entwickelt, die für verschiedene katalytische Prozesse geeignet sind.① Es gibt zwei Arten von Molekularsieben: natürliche Zeolithe und synthetische Zeolithe.① Die meisten natürlichen Zeolithe entstehen durch die Reaktion von vulkanischem Tuff und tuffhaltigem Sedimentgestein in mariner oder lakustrischer Umgebung. Gegenwärtig gibt es mehr als 1000 Arten von Zeolith-Erzen, von denen 35 von größerer Bedeutung sind, darunter Klinoptilolith, Mordenit, Erionit und Chabazit. Hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, Japan, Frankreich und anderen Ländern verbreitet, hat auch China eine große Anzahl von Mordenit- und Klinoptilolith-Vorkommen gefunden, und Japan ist das Land mit der größten Menge an natürlichem Zeolith-Bergbau.②Da natürlicher Zeolith durch die Ressourcen begrenzt ist, wurde seit den 1950er Jahren eine große Anzahl synthetischer Zeolithe verwendet.
Welche Art von Zeolith-Molekularsieb ist üblich?
Molekularsiebe sind in vier primären generischen Formen erhältlich: 3A, 4A, 5A und 13X. Jede Form hat ihre eigenen spezifischen Eigenschaften und Anwendungen, und alle behalten eine polare Vorliebe für die Adsorption von Wasser.
Je nach Porengröße werden die Molekularsiebe als 3A, 4A, 5A und 13X bezeichnet. Sie werden in der chemischen, elektronischen, petrochemischen und Erdgasindustrie usw. eingesetzt.
Die chemische Formel von 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
Die Funktionsweise der Molekularsiebe hängt mit ihrer Porengröße zusammen. Ihre Porengröße beträgt 0,3nm/ 0,4nm/ 0,5nm. Diese Poren können Moleküle adsorbieren, die kleiner sind als sie, und je größer sie sind, desto größer ist die Adsorptionskapazität. Und die verschiedenen Porengrößen entscheiden darüber, welche Art von Molekül sie adsorbieren können. Kurz gesagt, nur Moleküle mit einer Größe unter 0,3 nm können von 3A MS adsorbiert werden. 4A und 5A folgen ebenfalls diesem Prinzip. Ein einzelnes Molekularsieb kann bis zu 22% seines Gewichts an Feuchtigkeit adsorbieren, wenn es als Trockenmittel verwendet wird.
Was ist der Unterschied zwischen Molekularsieb 3a 4a 5a 13x
3A-Molekularsieb madsorbiert Wasser und wird hauptsächlich zur Trocknung von Erdölspaltgas, Olefinen, Raffineriegas und Ölfeldgas sowie als Trockenmittel in der chemischen, pharmazeutischen, Isolierglas- und anderen Industrien verwendet. Es wird hauptsächlich zur Trocknung von Flüssigkeiten (z. B. Ethanol), zur Lufttrocknung von Isolierglas, zur Trocknung von Stickstoff- und Wasserstoffmischgasen, zur Trocknung von Kühlmitteln usw. verwendet.
4A-Molekularsiebe werden hauptsächlich zur Trocknung von Erdgas und verschiedenen chemischen Gasen und Flüssigkeiten, Kältemitteln, Arzneimitteln, elektronischen Daten und flüchtigen Stoffen, zur Reinigung von Argon und zur Trennung von Methan, Ethan und Propan verwendet. Hauptsächlich verwendet für die Tiefentrocknung von Gasen und Flüssigkeiten wie Luft, Erdgas, Kohlenwasserstoffe, Kältemittel; Aufbereitung und Reinigung von Argon; statische Trocknung von elektronischen Bauteilen und verderblichen Materialien; Dehydrierungsmittel in Farben, Polyestern, Farbstoffen und Beschichtungen
5A-Molekularsieb wird hauptsächlich für die Trocknung von Erdgas, die Entschwefelung und die Entfernung von Kohlendioxid, die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff zur Herstellung von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff und die Entparaffinierung von Erdöl zur Trennung normaler Kohlenwasserstoffe von verzweigten und zyklischen Kohlenwasserstoffen verwendet. Durch die große spezifische Oberfläche und die polare Adsorption der erneuerbaren 5A-Molekularsiebe kann jedoch eine tiefe Adsorption von Wasser und Restammoniak erreicht werden. Das zersetzte Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch gelangt in einen Trockner, um Restfeuchtigkeit und andere Verunreinigungen zu entfernen. Die Reinigungsvorrichtung verwendet doppelte Adsorptionstürme, von denen einer das trockene Ammoniakzersetzungsgas absorbiert und der andere Feuchtigkeit und Restammoniak in einem erhitzten Zustand (im Allgemeinen 300-350) desorbiert, um den Zweck der Regeneration zu erreichen.
13X Molekülar-Sieb13x Molekularsieb, auch bekannt als Natrium X Typ Molekularsieb, ist ein Alkalimetall-Aluminiumsilikat, das eine gewisse Basizität hat und gehört zu einer Klasse von festen Basen. 3,64A ist weniger als 10A jedes Molekül.13x Molekularsieb wird hauptsächlich in der Gasreinigung in der Luftzerlegungsanlage verwendet, um Wasser und Kohlendioxid zu entfernen.Trocknung und Entschwefelung von Erdgas, Flüssiggas und flüssigen Kohlenwasserstoffen. Allgemeine Gastiefentrocknung.
Wie werden 3A und 5A aus 4A Molekularsieb hergestellt?
Es wird gewonnen, indem Natriumionen in der Molekularsiebstruktur von 4A (Natriumform von Zeolith Typ A) durch Kaliumionen ersetzt werden, so dass die effektive Porengröße auf 3Å reduziert wird. Das 3A-Molekularsieb wird hauptsächlich als Trockenmittel in Ölspaltgas, Olefinen, Raffineriegas, Ölquellengas, in der chemischen Industrie, in der Pharmazie, in Isolierglas, bei der Trocknung von Flüssigkeiten (Alkohol), in Isolierglas, bei der Trocknung von Stickstoff-Wasserstoff-Mischgas, bei der Trocknung von Trockenmitteln, bei der Trocknung von Kühlmitteln usw. verwendet. Feuchtigkeit und Moleküle unter 3Å können vom 3A-Molekularsieb adsorbiert werden.
Aus dieser Form entstehen Siebe mit einer Porengröße von 3Å und 5Å, die Natriumionen gegen Kalium- bzw. Calciumionen austauschen. 4A-Molekularsiebe können Feuchtigkeit, NH3, H2S, SO2, Kohlendioxid, C2H5OH, C2H6, C2H4 und andere Moleküle unter 4A. 4A-Molekularsiebe werden hauptsächlich zur Trocknung von Erdgas, den meisten Arten von Gasen und Flüssigkeiten, Kühlmitteln, Medikamenten, digitalen Geräten und flüchtigen Stoffen verwendet; sie eignen sich auch zur Reinigung von Argon und zur Trennung von Methan, Ethan und Propan. Weitere Anwendungen sind die Tiefentrocknung von Luft und Kohlenwasserstoffen sowie die Verwendung als Ehydrator in Farben, Polyestern, Farbstoffen und Beschichtungen.
Es wird erhalten, indem Natriumionen in der Molekularsiebstruktur von 4A durch Calciumionen ersetzt werden, so dass die effektive Porengröße auf 5Å erhöht werden kann. Das Molekularsieb 5A kann alle Moleküle adsorbieren, die kleiner sind als seine Poren. Neben den Eigenschaften von 3A und 4A kann 5A auch C3-C4 n-Alkan, Ethylchlorid, Ethylbromid, Butanol, usw. Außerdem kann es für die Trennung von n-isomeren Kohlenwasserstoffen, die Druckwechseladsorption und die Co-Adsorption von Wasser und Kohlendioxid verwendet werden. Die Hauptanwendungen des 5A-Molekularsiebs sind die Trocknung von Erdgas, die Adsorption von Schwefel und CO2, die Trennung von Stickstoff & Sauerstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Außerdem sind die Entparaffinierung von Erdöl und die Trennung normaler Kohlenwasserstoffe von verzweigten und zyklischen Kohlenwasserstoffen zwei weitere Spezialitäten von 5A. Was die Regenerierung von 5A betrifft, so können seine große spezifische Oberfläche und sein Adsorptionsvermögen zu einer tiefen Adsorption von Wasser und Ammoniak beitragen. Die zersetzten Kohlenwasserstoffe werden dann in einen Trockner geleitet, um die restliche Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen zu entfernen. Die Reinigungsanlage besteht aus zwei Adsorptionstürmen. Einer für trockenes Ammoniakzersetzungsgas und der andere für Feuchtigkeit und verbleibendes Ammoniak unter Regenerationsbedingungen (normalerweise 300-350 °C).
13X-Molekularsieb wird auch als Typ X-Molekularsieb bezeichnet. Es ist die Natriumform von Zeolith X, dessen Poren größer sind als die von Zeolith Typ A (das Molekularsieb von 4A). Es handelt sich um ein Alkalimetall-Aluminiumsilikat, das eine gewisse Alkalität aufweist und zur Klasse der festen Alkalien gehört. Seine Porengröße beträgt 10Å und kann Moleküle mit einer Größe zwischen 3,64Å und 10Å adsorbieren. Die Hauptanwendungen von 13X sind die Gasreinigung durch Adsorption von Feuchtigkeit und Kohlendioxid in Luftzerlegungsanlagen, die Trocknung und Entschwefelung von Erdgas, Flüssiggas und flüssigen Kohlenwasserstoffen sowie die Tiefentrocknung von normalem Gas. Es kann auch als Katalysatorträger, zur Co-Adsorption von Wasser und Kohlendioxid, zur Co-Adsorption von Wasser und H2S-Gas.
Andere, weniger verbreitete Molekularsiebe sind das Molekularsieb 10X mit einer Porengröße von 8A, das zur Trocknung und Entschwefelung von Gasen und Flüssigkeiten sowie zur Abtrennung aromatischer Kohlenwasserstoffe verwendet wird. Es gibt auch spezifischere Molekularsiebe, die auf anderen Zeolithen basieren. Molekularsiebe sind in verschiedenen Formen und Größen ihrer Partikel erhältlich, wobei die gängigsten Formen Kugeln und Pellets sind. Die Kugeln haben mehrere Vorteile, z. B. ist ihre Beladungsdichte höher als die der Pellets, so dass bei gleichem Volumen mehr Produkt geladen werden kann, was den Lebenszyklus des Adsorptionsmittels verlängert. Da sie keine scharfen Kanten haben, sind sie außerdem widerstandsfähiger gegen Abrieb, was zu einer geringeren Feinbildung führt und einen erhöhten Druckabfall im Bett verhindert.
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