Evaluación de tamices moleculares en base zeolita X para la separación de un efluente del proceso de Acoplamiento Oxidativo de Metano (OCM)

Abstract

Los procesos industriales actuales para la obtención de olefinas de alta pureza generalmente involucran el uso de destilación criogénica a alta presión en la separación de olefinas y parafinas. Sin embargo, este proceso consume una gran cantidad energía y requiere grandes costos de capital y operativos. Para reducir el consumo de energía y mejorar el potencial económico del proceso, se requieren nuevas técnicas de separación. Entre las diferentes alternativas con potencial para implementar en la industria se destaca la adsorción selectiva con variación de presión, la cual permite la remoción selectiva de etileno de la mezcla de gases. A pesar de que el proceso es bien conocido, es necesario el desarrollo de materiales cada vez más selectivos y adecuados para la operación industrial. La mayoría de los esfuerzos de investigación en este tema se han centrado en el uso de carbones activados y silicatos cristalinos (zeolitas). Teniendo en cuenta lo anterior, se sintetizó una zeolita tipo Na-X mediante tratamiento hidrotermal. La síntesis se llevó a cabo en reactores discontinuos a diferentes composiciones de gel, temperaturas y tiempos de cristalización. El diseño experimental siguió un método Box Behnken utilizando como meta la cristalinidad del material adsorbente (caracterizado por XRD). Posteriormente, el material sintetizado se sometió a un proceso de intercambio iónico con calcio, con el fin de mejorar el rendimiento y la selectividad para la adsorción de etileno. Una vez obtenida, la zeolita Ca-X, se sometió a un proceso de aglomeración para obtener tamices moleculares granulados (aprox. 3 mm de diámetro). Las partículas obtenidas se caracterizaron midiendo el área superficial, distribución de poros, capacidad de adsorción e isotermas de adsorción con gases OCM. Los resultados indican que el material es adecuado para ser utilizado como adsorbente en sistemas de separación por oscilación de presión para gases OCM. (Texto tomado de la fuente)

Current industrial processes for the isolation of high purity olefins generally involve high pressure cryogenic distillation of olefins and paraffins. This process consumes a large amount of energy and requires large capital and operating costs. To reduce energy consumption and improve the economic potential of the process, new separation techniques are required. Among the different alternatives, selective adsorption and pressure variation can be used for the selective removal of ethylene from the gas mixture. Although the process is well known, it is necessary to develop more selective materials suitable for industrial operation. Most research efforts on this topic have focused on the use of activated carbons and crystalline silicates (zeolites). Considering the above, a Na-X type zeolite was synthesized by hydrothermal treatment. The synthesis was carried out in batch reactors at different gel compositions, temperatures, and crystallization times. The experimental design followed a Box Behnken method using the crystallinity of the adsorbent material (characterized by XRD) as a goal. Subsequently, the synthesized material was subjected to an ion exchange process with calcium, to improve the performance and selectivity for the adsorption of ethylene. Once obtained, the Ca-X zeolite was subjected to an agglomeration process to obtain granulated molecular sieves (approx. 3 mm in diameter). The particles obtained were characterized by measuring the surface area, pore distribution, adsorption capacity and adsorption isotherms with OCM gases. The results indicate that the material is suitable for use as an adsorbent in pressure swing separation systems for OCM gases.