Introduction
L'analyse de percée est une technique puissante pour déterminer la capacité d'adsorption d'un matériau dans des conditions d'écoulement. L'analyse par percée permet aux utilisateurs de contrôler avec précision la température, la pression et les débits de gaz. Cela permet aux utilisateurs d'imiter les conditions du processus et d'analyser les adsorbats dans des conditions similaires à celles que l'on trouve dans une usine de production.
La zéolite 13X est un matériau alumino-silicaté disponible dans le commerce qui a fait l'objet d'études approfondies dans les domaines de l'adsorption et de la catalyse. La zéolithe 13X a montré un potentiel d'adsorption pour une variété de substances, y compris le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. L'adsorption du dioxyde de carbone suscite un intérêt croissant en raison des préoccupations liées à son impact sur le réchauffement climatique. Cette note d'application examine les performances d'adsorption du dioxyde de carbone de la zéolithe 13X dans des conditions sèches et humides (60 %).
Expérimental
La zéolithe 13X est un matériau de référence standard qui a été obtenu sous forme de granulés. Les pastilles étaient d'une taille suffisante pour pouvoir être analysées telles quelles dans le système de percée. Une colonne d'échantillonnage en acier inoxydable a d'abord été remplie d'une pincée de laine de quartz pour s'assurer que la zéolithe 13X reste dans la zone de chauffage idéale du four. Environ 400 mg de zéolithe 13X ont ensuite été ajoutés à la colonne d'échantillonnage. La colonne d'échantillon a ensuite été chargée dans l'analyseur BreakThrough (BTA) et activée sous flux d'azote à 100°C pendant 2 heures, puis à 200°C pendant 10 heures supplémentaires. Après l'activation, l'échantillon a été refroidi à la température d'analyse de 30°C.
L'analyse de la percée duCO2 sec a été effectuée sur la zéolithe 13X en utilisant un débit de 10 ml/min d'azote, 10 ml/min deCO2 et 1 ml/min de He. Après la percée, l'échantillon a été réactivé sous flux d'azote pendant 2 heures. Cette procédure a été répétée jusqu'à ce que 5 courbes de percée aient été recueillies.
L'analyse de la percée duCO2 humide a été effectuée selon une procédure similaire à celle décrite ci-dessus. L'analyse de la percée a été effectuée en utilisant un débit de 7,4 ml/min d'azote sec, 2,6 ml/min d'azote humide, 10 ml/min deCO2 humide et 1 ml/min d'He sec. Les conditions de réactivation étaient les mêmes et un total de 5 courbes de percée a été collecté.
Résultats - Secs
Les courbes de percée obtenues pour 5 expériences successives d'adsorption deCO2 à sec sont présentées à la figure 1. Les temps morts des expériences de percée ont été soustraits pour plus de clarté. Les courbes de percée ne montrent aucune perte de capacité après 5 essais, obtenant une capacité moyenne d'adsorption deCO2 de 2,87 mmol/g. En outre, la pente des courbes de percée est très raide, ce qui signifie qu'il n'y a que peu ou pas de limitations de transfert de masse dans le système.
Résultats - Humide
Les courbes de percée obtenues pour 5 expériences successives d'adsorption deCO2 humide sont présentées à la figure 2. Une fois de plus, le temps mort de l'expérience de percée a été soustrait. Les courbes de percée présentent une pente très raide, ce qui implique qu'il n'y a que peu ou pas de limitations de transfert de masse dans ce système. Avec chaque essai successif, la performance d'adsorption duCO2 a diminué sur les cinq essais. Cette baisse de performance est le résultat de fortes interactions entre l'eau et la zéolithe 13X, de sorte qu'elle ne peut pas être éliminée sans un chauffage important. Il en résulte une diminution de la capacité d'adsorption duCO2 au fil du temps. La pression de saturation de la vapeur d'eau à 30°C n'est que de 0,043 bar, de sorte que la concentration d'eau dans notre flux gazeux n'est que d'environ 2,5 % par rapport à la concentration deCO2 de 48 %. Cependant, même à de faibles concentrations, la zéolithe 13X adsorbera beaucoup plus d'eau (mmol/g) que deCO2, de sorte que les études sur la percée de l'adsorption de l'eau prendraient de nombreuses heures et dépasseraient le cadre de ce travail.
Résumé
Les courbes d'adsorption duCO2 sur la zéolithe 13X ont été mesurées dans des conditions sèches et humides (60 % HR). Dans des conditions sèches, la zéolithe 13X a montré une excellente adsorption cyclique duCO2 avec une quantité moyenne adsorbée de 2,87 mmol/g. Dans des conditions humides, la zéolithe 13X s'est lentement saturée d'eau, ce qui a réduit sa capacité à adsorber leCO2. Des températures d'activation plus élevées seraient nécessaires pour réactiver complètement le matériau. Cette étude fournit une base de référence pour l'analyseur BreakThrough (BTA) et sa capacité à mesurer la capacité d'adsorption duCO2.
