Back to Blog

منخل جزيئي 5A مقابل 13X في تنقية الهيدروجين PSA: أي درجة تفوز؟

---

تطهير الهيدروجين باستخدام امتزاز تأرجح الضغط (PSA) هو أحد التطبيقات القليلة التي يتم فيها النظر في درجتي المنخل الجزيئي 5A و 13X كبدائل بشكل روتيني. يعتمد الاختيار الصحيح على تكوين الغاز الداخل، ونقاء الهدف، والتكلفة النسبية لضغط الغاز مقابل استبدال الممتز.

في شركة Aluminaworld، نقوم بشحن كلا الدرجتين إلى مصانع الهيدروجين في المصافي، ومعدلات الميثانول، ومشغلي الكلور القلوي. يعكس مصفوفة القرار أدناه البيانات من أكثر من 80 وحدة PSA قمنا بدعمها منذ عام 2018، بما في ذلك تركيب رائد حيث أدى التبديل من 13X إلى 5A إلى مضاعفة عمر المنخل.

كلا المنخلين لهما حجم مسام فعال يبلغ 5 أنجستروم (5A = نوع A متبادل بالكالسيوم؛ 13X = نوع X الصوديوم مع مسام 10 أنجستروم يميز حسب حجم الجزيء). الفرق الرئيسي هو الانتقائية: 5A يستبعد جميع الهيدروكربونات المتفرعة والحلقية C6+، بينما يسمح 13X بالبارافينات العادية حتى حوالي C12.

1. هيكل المسام والانتقائية: الفرق الأساسي يمتلك الزيوليت 5A فتحة مسام تبلغ حوالي 4.9 أنجستروم (0.49 نانومتر)، وهو كبير بما يكفي للسماح بدخول البارافينات العادية حتى C5 (القطر الحركي للنيوبنتان حوالي 4.3 أنجستروم) ولكنه يستبعد جميع الهيدروكربونات المتفرعة والحلقية. يمتلك 13X فتحة مسام من 9 إلى 10 أنجستروم وترتيب مختلف للأيونات، مما يسمح بدخول البارافينات العادية حتى C12 بالإضافة إلى معظم المركبات العطرية.

لتنقية الهيدروجين من وحدة إصلاح بخار الميثان (SMR) أو وحدة الأكسدة الجزئية (POX)، يحتوي الغاز الداخل عادةً على:

H2: 70 إلى 75 مول% CO2: 20 إلى 25 مول% CH4: 2 إلى 5 مول% CO: 1 إلى 3 مول% N2: 0.5 إلى 2 مول% الهيدروكربونات الأعلى (C2+): 50 إلى 500 جزء في المليون H2S: 0 إلى 5 جزء في المليون

يمتص كل من 5A و 13X CO2 و CH4 و CO و N2 بينما يسمحان بمرور H2. يحدث الاختلاف مع الهيدروكربونات الأثقل والشوائب النزرة.

2. عندما يتفوق 5A: هيدروجين المصفاة مع تغذية خفيفة في مصانع الهيدروجين SMR حيث تكون التغذية عبارة عن ميثان فقط (بدون تغذية LPG) ويعمل المصلح بشكل نظيف، يوفر 5A:

السعة التشغيلية لـ CO2: 4.5 إلى 5.5 وزن% في ظروف PSA النموذجية السعة التشغيلية لـ CH4: 1.8 إلى 2.2 وزن% وقت الدورة: 10 إلى 15 دقيقة لكل طبقة عمر المنخل: 5 إلى 8 سنوات استهلاك الطاقة: 0.32 إلى 0.38 كيلوواط ساعة لكل نيوتن متر مكعب H2

دراسة حالة: مصفاة ساحل الخليج 2023 كانت مصفاة ساحل الخليج الأمريكية تعمل بـ 13X لمدة 7 سنوات في مصنع الهيدروجين بقدرة 90,000 نيوتن متر مكعب/ساعة، مع استبدال الطبقة كل 2.5 سنة بسبب تراكم الهيدروكربونات C6+. قمنا بأخذ عينة من الطبقة المستهلكة وأكدنا تشبع الهيدروكربونات الثقيلة بنسبة 11 وزن%; كان 13X يحتفظ بالبارافينات C7 إلى C12 التي كان 5A سيرفضها تمامًا.

أدى التبديل إلى 5A في أوائل عام 2024 إلى ثلاثة نتائج قابلة للقياس: زاد عمر المنخل من 30 إلى 78 شهرًا في آخر فحص، وتحسنت استعادة H2 من 86% إلى 89% بسبب انخفاض خسائر الامتزاز المشترك، وانخفضت واجب التسخين على جانب التغذية بنسبة 8% لأن دورة التجديد احتاجت إلى تأرجح حراري أقل عدوانية.

3. عندما يتفوق 13X: تغذية تحتوي على هيدروكربونات ثقيلة أو تيارات غنية بـ CO2 يحتفظ 13X بالميزة في سيناريوهين محددين:

ضغط جزئي مرتفع لـ CO2 (أعلى من 8 بار في التغذية). يتمتع 13X بسعة توازن أعلى بنسبة 30% لـ CO2 عند الضغوط الجزئية العالية، مما يترجم إلى حجم طبقة أصغر لنفس الإنتاجية. تغذية تحتوي على LPG، النفتا، أو تيارات المصلح مع العطريات C6+. يمكن لـ 13X التعامل مع التذبذبات العرضية حيث أن 5A سيشبع بسرعة.

إذا كانت تغذيتك تحتوي على ضغط جزئي لـ CO2 أقل من 6 بار ومحتوى C6+ أقل من 50 جزء في المليون، فإن 5A هو الخيار الأكثر اقتصادية على مدى 10 سنوات. فوق هذه العتبات، يحتفظ 13X بسعة تشغيلية أعلى وعمق طبقة أقصر.

التكوين الهجين بالنسبة لغاز التخليق عالي الضغط (60 إلى 80 بار) مع 30 مول% من CO2، تستخدم بعض المصانع طبقة طبقية: 13X في الأعلى لإزالة CO2 بالجملة، و5A في الأسفل للتلميع النهائي. يتعامل 13X مع الجملة؛ يضمن 5A أن يظل الانزلاق النزري لـ CH4 و CO أقل من 100 جزء في المليون في منتج H2. قمنا بتوريد طبقات طبقية لثلاثة مصانع صينية من الفحم إلى الهيدروجين منذ عام 2022، وجميعها أبلغت عن استعادة H2 بنسبة 92 إلى 95% مع نقاء المنتج عند 99.99%.

الأسئلة الشائعة أيهما أرخص لكل كجم، 5A أم 13X؟ عادةً ما يكون 5A أقل بنسبة 8 إلى 12% من 13X بسبب بساطة عملية التبادل بالكالسيوم