Molekulární síta zeolit FiMols

Technická specifikace a procesní charakteristika zeolitů FiMols

Syntetické zeolity produktové řady FiMols představují průmyslový standard v oblasti selektivní chemisorpce, hlubokého sušení a fázové separace vícesložkových směsí. Z materiálového hlediska jde o krystalické hlinitokřemičitany s trojrozměrnou polymerní strukturou tvořenou vzájemně propojenými tetraedry [SiO₄]⁴⁻ a [AlO₄]⁵⁻. Izomorfní substituce čtyřmocného křemíku trojmocným hliníkem v primární mřížce vytváří záporný přebytek náboje, který je elektrostaticky kompenzován vyměnitelnými kationty alkalických kovů či kovů alkalických zemin (Na⁺, K⁺, Ca²⁺). Tyto kationty současně determinují efektivní průměr vstupních pórů a ovlivňují polaritu sorpčního pole uvnitř krystalických kavit.

Pórovitost materiálů FiMols je striktně mikroporézní, monodispersní a přesně definovaná krystalickou mřížkou. Specifický povrch dosahuje hodnot v rozsahu 700 až 900 m²/g, přičemž vnitřní volný objem pórů představuje až 50 % celkového objemu krystalu. Na rozdíl od amorfních sorbentů (např. silikagelu či aktivovaného oxidu hlinitého) vykazují materiály FiMols sorpční izotermy I. typu podle klasifikace IUPAC – vykazují extrémní sorpční kapacitu i při velmi nízkých parciálních tlacích adsorbátu (pod 100 Pa) a při zvýšených provozních teplotách.

Produktové řady a krystalografická diferenciace

1. Zeolity strukturního typu LTA (Linde Type A)

Krystalická síť se skládá z cubooctaedrických jednotek (sodalitových klecí) propojených čtyřčetnými můstky do centrální α-dutiny o vnitřním průměru cca 11,4 Å. Efektivní vstupní aperturu reguluje typ kompenzačního kationtu:

• FiMols 3A (K-A forma, nominální průměr pórů ~3 Å): Vzniká substitucí původních iontů Na⁺ většími ionty K⁺. Velikost vstupního okna vylučuje vstup většiny uhlovodíků větších než molekula vody (dkin = 2,6 Å).

  • Klíčová vlastnost: Selektivní záchyt H₂O bez současné koadsorpce nenasycených uhlovodíků (např. ethylenu, propylenu, butadienu), což zcela eliminuje riziko nekontrolované polymerace a koksování uvnitř pórů.

  • Typické nasazení: Komerční sušení krakovaných plynů, odvodnění technického a palivového ethanolu (až na zbytkovou vlhkost pod 0,5 hm. %), sušení polárních i nepolárních chladiv.

• FiMols 4A (Na-A forma, nominální průměr pórů ~4 Å): Základní syntetická sodná forma. Efektivní vstupní otvor umožňuje adsorpci molekul jako H₂O, CO₂, SO₂, H₂S a nižších uhlovodíků (methan, ethan).

  • Klíčová vlastnost: Vysoká rovnovážná kapacita pro vodu při standardních tlacích, minimální prašnost a vysoká otěruvzdornost granulátu při dynamickém namáhání v loži.

  • Typické nasazení: Dvoukolonové adsorpční sušičky tlakového vzduchu (dosahovaný rosný bod −40 °C až −70 °C), statické odvodnění izolačních dvojskel, aplikace v bezvodých polyuretanových směsích a nátěrových hmotách (jako pasivní scavenger vlhkosti zamezující vzniku bublin CO₂).

• FiMols 5A (Ca-A forma, nominální průměr pórů ~5 Å): Forma získaná iontovou výměnou Na⁺ za dvoumocné ionty Ca²⁺. Výměna dvou monovalentních iontů za jeden divalentní uvolňuje prostor ve vstupním kruhu a zvětšuje průměr póru.

  • Klíčová vlastnost: Schopnost selektivně separovat lineární uhlovodíky (n-parafiny s kinetickým průměrem cca 4,3 Å) od rozvětvených izo-parafinů a cyklických sloučenin (kinetický průměr > 5,0 Å).

  • Typické nasazení: Procesy petrochemického štěpení a frakcionace v parní i kapalné fázi (jednotky Isosiv, Molex), tlaková cyklická adsorpce (PSA) pro separaci a zakoncentrování O₂ a N₂ ze vzduchu, odstraňování stopových příměsí ze zemního plynu.

2. Zeolity strukturního typu FAU (Faujasit)

Struktura FAU je tvořena sodalitovými klecemi uspořádanými tetraedricky do superklecí o vnitřním průměru 13 Å, přístupných přes dvanáctičlenné kruhy o vstupním průměru přibližně 7,4 až 10 Å. Poměr Si/Al se pohybuje v rozmezí 1,1 až 1,5.

• FiMols 13X (Na-X forma, nominální průměr pórů ~10 Å): Disponuje největší vstupní aperturou v běžné průmyslové řadě a silným elektrostatickým gradientem generovaným hustou sítí kationtů.

  • Klíčová vlastnost: Schopnost adsorbovat objemné molekuly s vysokým dipólovým nebo kvadrupólovým momentem. Vykazuje výjimečnou selektivitu pro oxid uhličitý i při stopových koncentracích v proudu surového vzduchu.

  • Typické nasazení: Předčištění vzduchu před kryogenními kolonami ASU (odstranění CO₂ na úrovně < 1 ppm a stopových uhlovodíků zamezující jejich vymrzání ve výměnících), hluboké odsiřování zemního plynu a LPG (záchyt ethylmerkaptanu, methylmerkaptanu, dimethylsulfidu), záchyt těkavých organických sloučenin (VOC).

Provozní parametry regenerace adsorpčních loží

Materiály FiMols pracují v cyklických procesech TSA (Thermal Swing Adsorption) nebo PSA/VPSA (Pressure Swing Adsorption). Pro zachování dlouhodobé kapacity lože je nutné striktně dodržovat termodynamická rozmezí desorpce: