E‑BOOK

Spis treści

• Co to jest absorpcja i adsorpcja?DZy53xHN7Co to jest absorpcja i adsorpcja?

• Rodzaje adsorbentów stosowanych w procesach osuszania gazu ziemnegoD1ZOHo48YRodzaje adsorbentów stosowanych w procesach osuszania gazu ziemnego

• Właściwości adsorbentów stosowanych w instalacjach osuszania gazu ziemnego

  • Żel krzemionkowy1Żel krzemionkowy

  • Sita molekularne (zeolity)2Sita molekularne (zeolity)

  • Tlenek glinu3Tlenek glinu

  • Chlorek wapnia (tabletki)4Chlorek wapnia (tabletki)

  • Węgiel aktywny5Węgiel aktywny

• Charakterystyka adsorbentów stosowanych do osuszania gazu ziemnegoDudFUuis7Charakterystyka adsorbentów stosowanych do osuszania gazu ziemnego

• Netografia i bibliografiaDGLlCDbk5Netografia i bibliografia

Właściwości adsorbentów stosowanych w instalacjach osuszania gazu ziemnego

Żel krzemionkowy

Żel krzemionkowy to dwutlenek krzemu o różnym stopniu uwodnienia $\text{Si}{\text{O}}_2·n {\text{H}}_2\text{O}$, stosowanymi rozmiarami porów (mikropory od $1 \mathrm{nm}$ do
$1,5 \mathrm{nm}$, makropory do $5 \mathrm{nm}$) oraz dużą hydrofilowością. Zaadsorbowana para wodna utrzymuje się na powierzchni siatki krystalicznej żelu krzemionkowego dzięki wiązaniom wodorowym, wytworzonym między jej grupą hydroksylową a tą powierzchnią.

RCVSCRgerZ8Zq

Na zdjęciu przedstawiono animowaną ilustrację przedstawiającą żel krzemionkowy. Żel krzemionkowy to dwutlenek krzemu o różnym stopniu uwodnienia.
Na zdjęciu widoczne są trzy zamknięte buteleczki na odczynniki. W każdej z butelek znajdują się drobne kolorowe kuleczki. W butelce po lewej są one koloru czerwonego. W butelce po środku są koloru żółtego. W butelce po prawej są koloru żółtego. Przed buteleczkami znajdują się szalki Petriego. W każdej z szalek nasypane są kolorowe granulki. Granulki odpowiadają kolorowi granulek w buteleczce na odczynniki.

Czysta krzemionka $\text{Si}{\text{O}}_2$ jest chemicznie nieaktywnym i niepolarnym materiałem, wykazującym podobieństwo do kwarcu. Jeśli natomiast posiada grupę hydroksylową, jej powierzchnia staje się silnie polarna i hydrofilowa. Rozpoznaje się dwa typy żelu krzemionkowego, które różnią się rozkładem wielkości porów oraz kształtem krzywej izotermy adsorpcji pary wodnej. Typ A posiada pory $2,0 - 3,0 \mathrm{nm}$, a typ B charakteryzują pory około $7,0 \mathrm{nm}$. Dla typu A powierzchnia wewnętrzna wynosi $650 \frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}$, zaś dla typu B  $450 \frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}$. Po wygrzaniu w temperaturze $350°\text{C}$ na każdy gram żelu krzemionkowego przypada od $0,04$ do $0,06 \text{g}$ ${\text{H}}_2\text{O}$ i jeśli doprowadzi się do utraty tych cząsteczek, żel traci swój hydrofilowy charakter i pojemność adsorpcyjną względem wody. Te metody stosuje się to głównie do osuszania gazów (powietrza, węglowodorów). Typ A jest wykorzystywany do rutynowego suszenia gazów, natomiast typ B lepiej się sprawdza przy względnej wilgotności powyżej $50\%$.

R1MukpAtodnk0

Na zdjęciu przedstawiono wzór sumaryczny i strukturalny żelu krzemionkowego. Żel krzemionkowy to dwutlenek krzemu o różnym stopniu uwodnienia.
W górnej części zdjęcia znajduje się wzór sumaryczny <math aria‑label='Es i o dwa kropka en ha dwa o'>SiO2·nH2O.
Poniżej znajduje się wzór strukturalny. Po lewej stronie widoczny jest krzem oznaczony jako Si. Od centralnie umieszczonego krzemu odchodzą pod kątem czterdziestu pięciu stopni cztery proste. Proste biegną w przeciwne kierunki. Proste po lewej stronie krzemu nie mają żadnych oznaczeń na końcu. Na końcu prostych po prawej stronie krzemu widoczne są literki O. Od każdej litery O odchodzi prosta pozioma. Na końcu prostej znajduje się literka H. Pomiędzy literkami H znajduje się literka O. Literki H z literką O połączone są przerywaną prostą. Po prawej stronie litery O widoczne są dwie litery H są one połączone prostymi. Litera O w tym układzie jest narysowana centrycznie. Litery H rozmieszczone są na planie krzyża.

Właściwości:

• sumaryczna powierzchnia porów – do $700 \frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}$,

• mikropory ($1-1,5 \mathrm{nm}$),

• makropory (do $5 \mathrm{nm}$),

• duża hydrofilowość,

• łatwa regeneracja,

• obniżenie zdolności adsorpcyjnej (regeneracja w temperaturze ponad $200°\mathrm{C}$),

• spadek zdolności adsorpcyjnych w przypadku zanieczyszczeń siarkowodorem.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Sita molekularne (zeolity)

Sita molekularne to krystaliczne glinokrzemiany (zeolity), które mają w swojej strukturze kanały o określonych niedużych wymiarach. Puste przestrzenie w strukturze krystalicznej zeolitów stanowią około połowy całej objętości kryształu. Powierzchnia pustych przestrzeni wynosi od $600$ do $1200 \frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}$ zeolitu. Do wnętrza sieci krystalicznej zeolitu mogą wnikać tylko takie cząsteczki, których przekrój poprzeczny jest mniejszy od wielkości okien w tej sieci, czyli na zeolicie zostają zatrzymane cząsteczki o mniejszych rozmiarach niż rozmiar okien zeolitu. Pozostałe cząstki przepływają przez warstwę zeolitu, nie ulegając adsorpcji. Naturalne zeolity są stosowane jako osuszacze i dezodoranty oraz do ulepszania gleb. Stosuje się je również do rozdzielania powietrza, wymiany jonowej, zwłaszcza jonu amonowego i jonów metali ciężkich, np. w oczyszczaniu wody. Zeolity syntetyczne są produkowane w drodze reakcji hydrotermalnych w autoklawach. Najczęściej wykorzystuje się ich główne typy: typ A i typ X.

RaFDAfXZ2DDXA

Na zdjęciu przedstawiono animowaną grafikę zeolitu typu A o strukturze sodalitu oraz zeolitu typu X o strukturze fojazytu. Na górze ilustracji znajduje się napis: <math aria‑label='na dwa o kropka ael dwa o trzy kropka dwa es i o kropka cztery i pół ha dwa o'>Na2O·Al2O3·2SiO·4,5H2O.
Pod napisem umieszczone są dwie grafiki. Po lewej stroni znajduje się zeolit typu A. Zeolit widoczny na zdjęciu jest zbliżony kształtem do sześcianu. Wierzchołki stanowią bryły zbliżone do kul które zbudowane są wielościanów. Podstawą struktury jest czworościan foremny. Połączenia brył zbliżonych do kul jest za pomocą elementów o kształcie zbliżonym do prostopadłościanów. Pod rysunkiem znajduje się napis: zeolit typu A – struktura sodalitu.
Po prawej stronie zdjęcia widoczny jest zeolit typy X. Zeolit jest trójwymiarową bryłą której ściana przednia wyglądem przypomina osadzone na pierścień na którym osadzonych jest sześć brył zbliżonych kształtem do kul. Bryły zbudowane są z wielościanów których podstawą jest czworościan foremny. Zeolit składa się z takich trzech połączonych ścian przez co przybiera kształt zbliżony do dużej kuli. Pod rysunkiem znajduje się napis: zeolit typu X struktura fojazytu.

Właściwości:

• sumaryczna powierzchnia porów – do $1200 \frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}$,

• połowę objętości kryształów stanowią puste przestrzenie,

• różna wielkość okna sieci krystalicznej umożliwiająca selektywne rozdzielanie związków.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Tlenek glinu

Podobnie jak zeolity, gliny mogą być wytwarzane syntetycznie lub pochodzić ze złóż naturalnych. Jednak w przeciwieństwie do zeolitów, ich działanie jest możliwe dzięki powierzchniom krzemianowym, które wsysają molekuły pomiędzy swoje warstwy, wskutek czego ich sieć krystaliczna zaczyna się powiększać, co często jest określane terminem puchnięcia.  Naturalnym, aktywowanym montmoryllonitem jest Ziemia Fullera. Po oczyszczaniu kwasem wielkość porów i powierzchnia aktywna wzrasta do $150-250\frac{{\mathrm{m}}^2}{\mathrm{g}}.$

Materiały gliniaste są mogą być używane do re‑oczyszczania jadalnych i mineralnych olejów, jak również do adsorpcji związków toksycznych i usuwania barwników. Są chętnie wykorzystywane w przemyśle przede wszystkim dzięki ich relatywnie niskiej cenie. Formy kationowe mają zdolność do pochłaniania  w obecności wody cząsteczek polarnych i niepolarnych. W celu wytworzenia glin filarowych międzypłaszczyznowych przestrzenie pomiędzy naturalnymi warstwami mogą być powiększone. Odbywa się to poprzez wymianę jonów i zrównoważenie ładunku wieloatomowymi jonami metali hydrokompleksujących, które tworzą się w zhydrolizowanych roztworach wieloładunkowych jonów metali (np. ${\text{Al}}^{3+}$ oraz ${\text{Zr}}^{4+}$). Dalej, w procesie kalcynacji, pojawia się odwodnienie kationów wieloatomowych wraz z wytworzeniem klastrów tlenków metali. Stanowią one  tunele pomiędzy warstwami gliny, dzięki czemu tworzą się przestrzenie o wielkościach cząsteczek. Przykładem zastosowania może być tu rozdzielanie azotu i tlenu oraz rozdzielanie izomerów substancji organicznych.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Chlorek wapnia (tabletki)

Proces osuszania gazu ziemnego za pomocą chlorku wapnia jest swoistym technologicznie procesem, łączącym adsorpcję pary wodnej na stałym chlorku wapnia $\text{Ca}{\text{Cl}}_2$ z jej absorpcją w roztworze tej soli. Z tego względu, krótką informację o istocie tego procesu podano po omówieniu absorpcyjnych i adsorpcyjnych metod osuszania. Ten związek ma zdolność pochłania wody i zamiany w hydrat. Wiąże się on w formie krystalicznej do sześciu cząsteczek wody na jeden równoważnik związku. Wykazuje zdolności higroskopijne i chłonie wodę na powierzchni ziaren z  taką siłą, że zaczyna tworzyć roztwór.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Węgiel aktywny

Węgle aktywne wytwarza się z materiałów o wysokiej zawartości węgla, np. z węgla (antracyt i brunatny), ligniny, drewna, łupka orzechów, ropy oraz syntetycznych polimerów.

Węgiel aktywny zawiera także nieznaczne ilości popiołu, $1-12\%$. Popioły składają się z krzemu, glinu, żelaza, alkaliów i metali alkalicznych ziem rzadkich. Niektóre z nich mają zdolność podwyższania hydrofilowości węgla aktywnego, co jest korzystne zwłaszcza, gdy węgiel aktywny jest wykorzystywany do oczyszczania wody.

Powrót do spisu treści12Powrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Osuszanie gazu ziemnego metodą adsorpcyjnąDKsBJfZUCOsuszanie gazu ziemnego metodą adsorpcyjną

• Wyposażenie instalacji do adsorpcyjnego osuszania gazu ziemnegoDb3zRgQniWyposażenie instalacji do adsorpcyjnego osuszania gazu ziemnego