Les tamis moléculaires (zéolithes) sont des aluminosilicates cristallins microporeux dotés de pores de taille uniforme (3–10 Å). Leur rôle est d’adsorber sélectivement les molécules selon leur diamètre cinétique et leur polarité, en retenant les molécules indésirables tout en laissant passer les autres.
Sommaire
Types de tamis moléculaire
| Type | Taille de pore (Å) | Molécules adsorbées | Applications principales |
|---|---|---|---|
| 3 Å | ~3,0 | H₂O (2,65 Å) | Déshydratation des gaz secs |
| 4 Å | ~4,0 | H₂O, CO, CO₂ | Séchage, élimination du CO/CO₂ |
| 5 Å | ~5,0 | H₂O, CO, CO₂, CH₄, N₂ | Traitement du gaz naturel, de l'air et du biogaz |
| 13X | ~10 | H₂O, CO₂, N₂, O₂, CH₄, hydrocarbures légers | Captage du CO₂, purification de l'air |
Purification de l'hydrogène par PSA
- Les tamis 5 Å sont couramment utilisés en PSA pour retenir H₂O, CO₂, CO, N₂ et CH₄, tout en laissant passer l’H₂ avec une grande pureté. La régénération thermique se fait entre 200 et 300 °C.
- Les tamis 13X sont utilisés dans les étapes finales de « polishing » pour leur grande capacité et leur sélectivité envers les molécules polaires et de plus grande taille.
- L’hydrogène (H₂) est très peu adsorbé dans les pores ≥ 4 Å en raison de son petit diamètre cinétique (~2,89 Å) et de sa faible polarisabilité.
Régénération
Les cycles thermiques (TSA) et de pression (PSA) utilisent des températures de régénération typiques comprises entre 200 et 315 °C, selon le type de tamis.
Critères de sélection
Profil d’impuretés : choisir le 5 Å ou le 13X en cas de teneur élevée en CO₂/CH₄.
Conditions de fonctionnement :
Température idéale : 5–50 °C.
Pression : 1–30 bar, la capacité augmentant avec la pression.
Résistance à la régénération thermique : jusqu’à 250–300 °C
Avantages clés
Grande sélectivité et capacité d’adsorption.
Régénérable → nombreux cycles PSA/TSA.
Durabilité face aux cycles thermiques et mécaniques.
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Questions fréquentes
5 Å : idéal pour éliminer H₂O, CO₂ et les hydrocarbures légers.
13X : meilleure rétention du CO₂ et des composés polaires de grande taille ; c’est aussi celui qui offre la plus grande capacité d’adsorption.
En TSA (régénération thermique), le lit est chauffé, généralement entre 250 et 300 °C, avec un gaz de purge qui évacue l’eau désorbée ; c’est la méthode la plus complète, mais elle consomme plus d’énergie. En PSA (régénération par variation de pression), le lit est dépressurisé et purgé avec une partie du gaz produit, ce qui permet des cycles courts de quelques minutes. Le choix dépend du procédé, du débit et du point de rosée visé.
Bien utilisé, un tamis moléculaire peut fonctionner pendant plusieurs années. Sa durée de vie dépend surtout de l’abrasion des billes, du nombre et de l’intensité des cycles thermiques, et de la présence de contaminants (huile, liquides, composés lourds) qui bouchent les pores. Une hausse progressive du point de rosée en sortie indique qu’il faut le contrôler.
Des billes plus grosses (4–8 mesh) génèrent moins de perte de charge et conviennent aux débits élevés ; des billes plus fines (8–12 mesh) adsorbent plus vite et offrent une zone de transfert plus courte, au prix d’une perte de charge plus importante. La granulométrie est généralement fixée par le fabricant de l’équipement.
Oui, c’est une configuration courante : une première couche d’alumine activée absorbe l’essentiel de l’humidité et protège le lit des gouttelettes et des contaminants, puis une couche de tamis moléculaire assure l’adsorption fine jusqu’à des points de rosée très bas. Ce lit mixte prolonge la durée de vie du tamis.
