3A分子筛性质、用途与生产工艺
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大得分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。
分子筛的化学组成通式为：(Mn+)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O，M代表金属离子(人 工合成时通常为Na)，n代表金属离子价数， x代表SiO2的摩尔数，也称为硅铝比，p代 表水的摩尔数。分子筛骨架的最基本结构是 SiO4和AlO4四面体，通过共有的氧原子结 合而形成三维网状结构的结晶。这种结合形 式，构成了具有分子级、孔径均匀的空洞及 孔道。由于结构不同，形式不同，“笼”形的 空间孔洞分为α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “笼”的结构。A型、X型和Y型分子筛的晶体结构见图。
图1 A型分子筛的主要结构 和 X型和Y型分子筛的主要结构
由于AlO4四面体具有一个负电荷，可以结 合钠等离子，成为电中性。在水溶液中，Na+ 很容易与其他阳离子交换。大多数分子筛催 化剂是多价金属阳离子或H+的交换物，分 子筛具有酸性和对分子大小的选择性，可以 作为催化剂或载体使用。硅及铝原子通过氧 构成氧环，氧环的大小决定沸石的细孔孔径。 每个氧环的氧原子数目为4～12个。通常具 有分子筛作用的有八元环(0.4～0.5nm)、十 元环 (0.5～0.6nm) 及十二元环 (0.7～ 0. 9nm)。
具有十二元氧环的有Y型分子筛 (x= 3.1～6.0)和丝光沸石(x=9～11)。前者可 用做裂化催化剂、双功能催化剂，后者可用 作甲苯的歧化催化剂。
十元氧环的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子筛。
八元氧环的有A型分子筛(x=2)、T型 分子筛及ZSM-34等。它们的孔很小，只有直 链烃才能进入到细孔中。以分子筛为催化活 性组分或主要活性组分的催化剂称为分子筛 催化剂。分子筛具有离子交换性能、均一的 分子大小的孔道、优异的酸催化活性、并有 良好的热稳定性和水热稳定性。可制成对许 多反应有高活性、高选择性的催化剂。
按催化性质，分子筛催化剂可以分为以下几点：
(1) 酸催化剂，利用分子筛的表面酸性 进行催化反应。
(2) 双功能催化剂，分子筛可以负载铂、 钯类的金属，得到兼有金属催化功能和酸催 化功能的双功能分子筛催化剂。
(3) 择形催化剂，由于分子筛的催化作 用一般发生在晶体内空间，分子筛的孔径大 小和孔道结构对催化活性和选择性有很大的 影响。分子筛具有规整而均匀的晶内孔道，而 且孔径大小接近于分子尺寸，使分子筛的催 化性能随反应物分子、产物分子或反应中间 物的几何尺寸的变化而显著变化。
分子筛作为催化剂的主要应用见下表。
石油催化裂化 加氢裂化
固体酸 双功能
稀土-Y型分子筛、超稳-Y型分子筛 钯-超稳Y型分子筛、钼-镍超稳Y型分子筛、 钨-镍超稳Y型分子筛
C5和C6烷烃异构化 柴油或润滑油临氢降凝 选择重整 二甲苯异构化 甲苯歧化 烷基化(乙苯合成) 甲醇合成汽油
双功能 双功能、择形 双功能、择形 双功能、择形 固体酸、择形 固体酸、择形 固体酸、择形
铂-丝光沸石 钯-丝光沸石、钯-锌-ZSM-5分子筛 钯-毛沸石、菱沸石 铂-丝光沸石 丝光沸石、ZSM-5型分子筛 ZSM-5型分子筛 ZSM-5型分子筛
- 3A分子筛主要用于不饱和烃如石油裂解气、乙烯、丁二烯的干燥；极性液体如甲醇、乙醇的干燥、制冷剂的干燥；煤油和航空发动机的深度干燥；氮氢混合气体的干燥。石油化工、真空玻璃等工业用干燥剂。
- 4A分子筛是工业上用量较大的分子筛品种之一，主要用于空气、天然气烷烃、制冷剂等气体和液体的深度干燥；氩气的制取和净化；药品包装、电子元件和易变质物质的静态干燥；油漆、染料、涂料中脱水剂。 可以吸附正构烃类和醇类气体。在弱酸介质中具有高的稳定性。可作为石油、化工、天然气及其它工业用气体的干燥和精制。
- 13X分子筛能吸附较大临界直径的分子，主要用于气体的干燥和净化，空气装置原料气的净化，可有效吸附空气中的二氧化碳、水、有机硫化物等物质。
3A分子筛 主要吸附水
4A分子筛主要适用于空气、天然气等各种化工气体和液体、制冻剂、药品、电子材料及易变物质的深度干燥，氩气纯化，甲烷、乙烷、丙烷的分离。对水的选择吸附性能高于任何其他分子。
5A分子筛钙型它除具有3A，4A分子筛所具有的功效外，还可吸附C3—C4正构烷烃，氯乙烷，溴乙烷,丁醇等，可应用于正异构烃分离、变压吸附分离及水和二氧化碳的共吸附。
13X分子筛硅铝比：SiO2/AL2O3≈2.6-3.0是为满足深冷空分行业的特殊要求，进一步提高分子筛对二氧化碳和水的吸附能力，避免空分过程中出现冻塔现象而生产的专用分子筛，也可应用于富氧。
应用：
1. 空气分离装置中的原料气的净化（同时去除脱除水和二氧化碳）。
2. 天然气、液化石油气脱硫（去除硫化氢和硫醇）
3. 工业气体的深度干燥与净化，也可用作于载体。
凡可吸附于3A、4A、5A型分子筛上的技术指标，13X型都能吸附。
用途
用于石油裂解气和烯烃的干燥。
不饱和烃和裂解气，乙烯，乙炔，丙烯，丁二烯等干燥；液体（如乙醇）的干燥；中空玻璃中空气干燥；N2-H2 混合气体干燥；致冷剂的干燥
3A分子筛
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