Adsorption & Natural Gas Treatment part.2

 المهندس عباس فاضل عبدي

---

تقسم المواد المازة التجارية الى أربعة أقسام رئيسية:-

 1-الزيولايت ذو المناخل الجزيئية Molecular sieve zeolites

 2-الكاربون الفعال Activated carbon

 3-الآلومينا الفعال  Activated alumina

  4-السليكا جل  Silica gel

 1- الزيولايت ذو المناخل الجزيئية Molecular sieve zeolites

لاحظ العالم السويدي (Baron Cronstedt) في منتصف القرن الثامن عشر بأن هناك معادن معينة عند تسخينها فأنها تنصهر ثم تغلي وسماها بالزيولايت. وتعني Zein  (الذي يغلي) و lithos (الحجر) أي الحجر الذي يغلي.

والزيولايت من نوع المناخل الجزيئية عبارة عن سليكات الالمنيوم البلورية للصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنسيوم ويمكن ان تكون مواد طبيعية أو صناعية .

والمناخل الجزيئية هي مواد تختلف عن الانواع الاخرى من المواد الممتزة مثل الكاربون الفعال والالومينا الفعال والسليكا جل في انها تعتبر مواد بلورية (crystalline) , تركيب الزيولايت يحتوي على قنوات للمسامات ومن فراغات وفجوات مرتبطة والتي يحتل بالايونات الموجبة (cations) وجزيئات الماء, هذه الجزيئات الموجبة تكون متحركا عموما ويمكن ان تتبادل . وللزيولايت أنتقائية عالية بسبب انها تفصل الجزيئات بناءا على حجم الجزيئة والقطبية للجزيئة . وعرفت لحد الان 150 نوع زيولايت صناعي و 40 نوع زيولايت طبيعي وهي مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية.

 من أنواع الزيولايت الطبيعية: chabazite,mordenite,clinoptilolite,philipsite, 

 ومن أنواع الزيولايت الصناعية (المناخل الجزيئية): النوع   A, النوع  X , والنوع  Y .

النوع A: ولها فتحة مسام بقطر  * 4A°   او ما يعادل: ( 0.4 nm  أو 10 اس (-8) cm) وتركيبها الكيميائي:                                                          

                                           [( AlO2)12 (SiO2)12] x H2O12Na

بإضافة الكالسيوم إلى الصوديوم في المعادلة السابقة نحصل على النوع التجاري ذو فتحة مسام بقطر 5Aº:

        Ca5Na2 [(AIO2)12(SiO2)12] x H2O  

 وبتبديل الصوديوم في المعادلة السابقة بالبوتاسيوم نحصل على النوع التجاري ذو فتحة مسام بقطر 3Aº  .

    النوع X :

ولها فتحة مسام بقطر بقطر 10Aº وتركيبها الكيمياوي هي :

 Na86[(AIO2)86(SiO2)106]  x H2O

 ويقابل المنخل الجزيئي من نوع  13X .

 النوع  Y:

ويشابه النوع  X  ويستعمل في اغراض التكسير الحراري (العوامل المساعدة) .

    إن عملية الفصل بالمناخل الجزيئية يتم بطريقتين :-

أ-الفصل حسب حجم الجزيئة: عندما يمرر غاز او سائل خلال المناخل الجزيئية , فان الجزيئات الاصغر قطرا من مسامات الزيولايت سوف تدخل فقط ويمتز , اما الجزيئات الكبيرة فلا تدخل .

 مثال : خليط من بارافين اعتيادي وبارافين متفرع , فأنه سوف يمتز البارافين الاعتيادي فقط عند استعمال النوع (5Aº) , نفس النتيجة يتم الحصول عليها          لخليط ( N2-O2) .

 ب- الفصل حسب قطبية الجزيئة : عندما يكون الغاز او السائل مؤلفا من جزيئات صغيرة فأن الفصل بالحجم يكون مستحيلا . ففي هذه الحالة فان المناخل الجزيئية تميل الى أمتزاز الجزيئات حسب القطبية العالية .

 مثال: من السهل تجفيف الهايدروجين من الماء باستعمال النوع (4Aº) على الرغم من كون جزيئات الماء اكبر من الهايدروجين فأنها سوف يمتز تلقائيا (حسب قطبيتها العالية).

 2-الكاربون الفعال Activated Carbon:

     يصنع الكاربون الفعال من المود المحتوية على الكاربون مثل الفحم: الخشب والليكنايت والنسيج النباتي التفحم وقشور جوز الهند . تتكون طريقة التصنيع من مرحلتين:التفحيم والتنشيط. تشمل طريقة التفحيم التجفيف والتسخين , والهدف هو أزالة عدة مركبات جانبية غير مرغوبة من المادة الاولية كالقطران ((tar وهيدروكاربونات أخرى . تسخن المادة أثناء عملية التفحيم الى (400-600ºC) في جو خال من الاوكسجين وبسبب أن هذه المادة لاتكون مساميا فأنها تحتاح الى تنشيط بمعاملتها مع مواد كيمياوية ككلوريد الزنك وحامض الفسفوريك قبل عملية التفحيم ثم أكسدتها عند درجات حرارة تزيد عن (700 ºC) لتكوين نظام مسامي دقيق.

   وتم في السنوات الاخيرة صنع كاربون بنظام مسامي ضيق لحجم المسام وبقطر مسام (0.6nm) تقريبا وسمي هذا النوع من الكاربون بكاربون المناخل الجزيئية (Carbon Molecular Sieve) وذلك بعد أختيار المادة الاولية المناسبة وضبط عملية التنشيط.

   أن الكاربون الفعال له مساحة سطحية عالية لوحدة الوزن يتراوح من (300-1500 m²/g) وحجم مسام يتراوح من (0.7-1.8 cm³/g) , والكاربون الفعال المصنع من فحم الكوك البترولي يمكن أن يكون له مساحة سطحية تقريبا (m²/g 3000 ) .

  هنالك نوعين مختلفين من الكاربون الفعال تم تمييزهما تجاريا:

1- كاربون الطور السائل أو كاربون أزالة الآلوان ويكون على شكل مسحوق وله مساحة سطحية حوالي   (300 m²/g) , وحجم مسام (3 nm) أو أكبر , وستعمل لازالة المركبات العضوية من مياه الفضلات الصناعية.

2- كاربون طور البخار أو الغاز ويكون على شكل حبيبات خشنة أو كروية وله مساحة سطحية من (800-1200 m²/g) وحجم مسام أقل من (3 nm) ويستعمل في أستخلاص المذيبات العضوية .

-الالومينا الفعال Activated Alumina

   يعتبر الالومينا الفعال غير متبلورا (Amorphous) والذي يكون تركيبه الكيمياوي (Al2O3) , وهو معدن ابيض اللون أو بلون اشبه بالقصدير ومظهر طباشيري و وله مساحة سطحية تتراوح من (200-400 m²/g) وتحتوي على مسامات بأقطار من (2-5 nm) , ويجهز المنتج على شكل حبيبات .  وبسبب كون اللالومينا الفعال من المواد الهايدروفيلية فأنها تجذب الماء بشكل عالي ولكن ليس بقوة زيولايت المناخل الجزيئية .

  ويمكن للالومينا الفعال تجفيف الغازات الى اقل من  1ppm  محتوى رطوبة .