Introducción
El análisis de rotura es una potente técnica para determinar la capacidad de adsorción de un material en condiciones de flujo. El análisis de avance permite a los usuarios controlar con precisión la temperatura, la presión y el caudal de gas. Esto permite a los usuarios imitar las condiciones del proceso y analizar adsorbatos en condiciones similares a las que se encuentran en una planta de producción.
La zeolita 13X es un material de silicato de aluminio disponible en el mercado que se ha estudiado a fondo en los campos de la adsorción y la catálisis. La zeolita 13X ha mostrado potencial de adsorción para diversas sustancias, como el dióxido de carbono y el vapor de agua. La adsorción de dióxido de carbono suscita cada vez más interés debido a la preocupación por su impacto en el calentamiento global. Esta nota de aplicación examinará el rendimiento de adsorción de dióxido de carbono de Zeolite 13X en condiciones secas y húmedas (60%).
Experimental
La zeolita 13X es un material de referencia estándar que se obtuvo en forma granulada. Los gránulos tenían un tamaño suficiente para que pudieran analizarse tal cual en el sistema de avance. Primero se rellenó una columna de muestra de acero inoxidable con una pizca de lana de cuarzo para garantizar que la zeolita 13X permaneciera en la zona de calentamiento ideal del horno. A continuación, se añadieron unos 400 mg de zeolita 13X a la columna de muestras. A continuación, la columna de muestras se cargó en el analizador BreakThrough (BTA) y se activó bajo flujo de nitrógeno a 100°C durante 2 horas, seguidas de 200°C durante 10 horas más. Tras la activación, la muestra se enfrió hasta la temperatura de análisis de 30°C.
El análisis de penetración deCO2 seco se realizó en zeolita 13X utilizando un flujo de 10 ml/min de nitrógeno, 10 ml/min deCO2 y 1 ml/min de He. Tras la penetración, la muestra se reactivó bajo flujo de nitrógeno durante 2 horas. Este procedimiento se repitió hasta que se recogieron 5 curvas de penetración.
El análisis de penetración deCO2 húmedo se llevó a cabo mediante un procedimiento similar al descrito anteriormente. El análisis de penetración se realizó utilizando un caudal de 7,4 ml/min de nitrógeno seco, 2,6 ml/min de nitrógeno húmedo, 10 ml/min deCO2 húmedo y 1 ml/min de He seco. Las condiciones de reactivación fueron las mismas y se recogieron un total de 5 curvas de avance.
Resultados - En seco
En la figura 1 se muestran las curvas de avance resultantes de 5 experimentos sucesivos de adsorción deCO2 en seco. El tiempo muerto de los experimentos de avance se ha restado para mayor claridad. Las curvas de avance no muestran ninguna pérdida de capacidad después de 5 experimentos, obteniéndose una capacidad media de adsorción deCO2 de 2,87 mmol/g. Además, la pendiente de las curvas de avance no muestra ninguna pérdida de capacidad. Además, la pendiente de las curvas de avance es muy pronunciada, lo que significa que las limitaciones de transferencia de masa en el sistema son escasas o nulas.
Resultados - Húmedo
En la Figura 2 se muestran las curvas de penetración resultantes de 5 experimentos sucesivos de adsorción húmeda deCO2. Una vez más, se ha restado el tiempo muerto del experimento de avance. Las curvas de avance muestran una pendiente muy pronunciada, lo que implica que las limitaciones de transferencia de masa en este sistema son escasas o nulas. Con cada ensayo sucesivo, el rendimiento de adsorción deCO2 disminuía a lo largo de los cinco ensayos. Esta disminución del rendimiento es el resultado de las fuertes interacciones entre el agua y la zeolita 13X, de manera que no puede eliminarse sin un calentamiento significativo. El resultado es una disminución de la capacidad de adsorción deCO2 a lo largo del tiempo. La presión de saturación del vapor de agua a 30°C es de sólo 0,043 bar, de modo que la concentración de agua en nuestra corriente de gas es de sólo un 2,5%, frente a una concentración deCO2 del 48%. Sin embargo, incluso a bajas concentraciones, la zeolita 13X adsorberá una cantidad significativamente mayor de agua (mmol/g) en comparación conel CO2, por lo que los estudios de avance de la adsorción de agua llevarían muchas horas y están fuera del alcance de este trabajo.
Resumen
Las curvas de avance para la adsorción deCO2 en la zeolita 13X se midieron en condiciones secas y húmedas (60% HR). En condiciones secas, la zeolita 13X mostró una excelente adsorción cíclica deCO2 con una cantidad media adsorbida de 2,87 mmol/g. En condiciones húmedas, la zeolita 13X se saturó lentamente de agua, disminuyendo su capacidad de adsorción deCO2. Se necesitarían temperaturas de activación más elevadas para reactivar completamente el material. Este estudio proporciona una línea de base para el Analizador BreakThrough (BTA) y su capacidad para medir la capacidad de adsorción deCO2.
