淺談空分系統分子篩吸附器

王 林

（神木富油能源科技有限公司，陜西 神木 719319）

淺談空分系統分子篩吸附器

王 林

（神木富油能源科技有限公司，陜西 神木 719319）

大型空分設備在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業都有廣泛應用。低溫環境下水分和二氧化碳會結冰依附在熱交換器、精餾塔之中，破壞閥門、管道等部件，而且乙炔氣體在液化過程中容易造成爆炸，空氣中的灰塵等會磨損機械部件，分子篩的主要功能就是凈化空氣當中的各種雜質，確保空分系統的安全性和可靠性，與傳統可逆式換熱器相比較，操作簡便、工藝流程簡單、設備投資量小，運行準備時間短等諸多優點。

空分系統；分子篩；吸附器

1 引言

隨著人類社會科學和技術的進步，很多行業都得到了極大發展，在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業都需要大型空分設備的支持和服務。改革開放以來，隨著我國科學技術以及工業化水平的提高，我國冶金、化工、煤化工、石油化工等行業對于氮氣、氧氣等空分產品的需求量急劇上升。目前，就空分行業而言，空分制氧機已逐漸向大型化、超大型化方向發展，同時對于單套空分設備體積、能耗等都提出了更高的要求。1902年德國發明高壓節流循環制冷，單級精餾塔分離空氣制氧技術以來，空分技術得到了極大發展。空分設備經歷了高壓流程到中壓流程，再到高、低壓流程。目前市場上應用的大、中型空分設備主要采用低壓流程，小型設備也開始向小型化方向發展。從產品類型而言，現代空分技術產品類型多樣化產品類型已經不只是局限于氧氣、氮氣等產品，同時還能夠制備各種稀有氣體。產品也不只是局限于氣態產品，還包括液態產品。

在進行低溫精餾法分離空氣時，空氣在進入精餾塔之前必須將空氣之中的水分、二氧化碳以及乙炔等雜質氣體去除掉，不然在低溫環境下水分和二氧化碳會結冰依附在熱交換器、精餾塔之中，破壞閥門、管道等部件，而且乙炔氣體在液化過程中容易造成爆炸，空氣中的灰塵等會磨損機械部件。而分子篩的主要功能就是凈化空氣當中的各種雜質，確保空分系統的安全性和可靠性。自1954年第一代去除水分和二氧化碳的吸附器投入使用以來，吸附器已經得到長足發展。分子篩吸附器已經成為主流設備，與傳統可逆式換熱器相比較，分子篩吸附器在清除水分、碳氫化合物以及二氧化碳等方面，操作簡便、工藝流程簡單、設備投資量小，運行準備時間短等諸多優點，分子篩吸附器已經在大、中型空分設備上得到廣泛應用。

2 分子篩吸附器工作原理及流程

2.1 分子篩吸附原理

分子篩吸附器憑借優良的性能，在大、中、小型空分設備當中得到廣泛應用。分子篩受熱失去結晶水，在晶體內部形成很多均勻的空穴，這些空穴直徑與被吸附分子、雜質的直徑相當，能夠吸附直徑小與本身直徑的灰塵、氣體分子等，直徑大于空穴直徑的物質被擋在空穴之外，根據不同氣體分子直徑的差異將不同分子進行分離，故名“分子篩”。分子篩的成分是結晶硅鋁酸鹽，化學式如下：

Mx/n［.（A102）x（SiO2）y］.mH2O

陽離子與陰離子都具有極性，從而吸附不同極性的分子，極性越強的物質越容易被分子篩吸附。分子篩主要用于空氣干燥、吸附分離以及凈化。在用分子篩清除水分、乙炔以及二氧化碳時，一般采用5A或者13X的沸石，根據凈化類型不同選擇不同孔徑、體積、表面積的分子篩。相比于其他類型的干燥劑，分子篩適用范圍更廣、干燥效率高、吸附量大、速度快、熱穩定性好等諸多優點。在相對濕度1%時，活性氧化鋁吸水量只有3.5%，硅膠只有3%，而分子篩確高達18%，因此，分子篩清除水分具有更好的性能。在空氣除雜過程當中，首先是吸附水分，然后是乙炔，最后才是二氧化碳，因此，除雜程度由二氧化碳吸附效果決定。

2.2 分子篩變溫吸附流程

一般分子篩凈化系統包含了兩部分子篩吸附器，在工作時，一臺吸附器負責凈化，另一臺則進行再生。雙層床分子是在篩吸附器是在分子篩進氣口處，分子篩吸附材料之前加裝一定的活性氧化鋁，活性氧化鋁能夠有效吸收空氣中的酸性氣體，防止分子篩被酸性氣體污染，同時，活性氧化鋁還能夠吸收空氣中大量的水分，經過活性氧化鋁凈化后的空氣水分大大降低，降低分子篩的實際吸收水分量，從而降低分子篩在再生過程中的能耗。經過預處理的空氣在經過13X分子篩凈化掉二氧化碳以及少量的水分。雙層床分子篩吸附器使用壽命上大大超越傳統單層的分子篩吸附器。

分子篩變溫吸附系統由兩臺分子篩吸附器、切換閥門、管路、加熱再生裝置、儀表控制系統等關鍵部件構成。空氣經空冷塔冷卻壓縮成飽和空氣，然后進入一個雙層床分子篩吸附器，在該吸附器飽和之后，控制空氣進入另一個吸附器繼續吸附。對于吸收飽和的吸附器，降低壓力至常壓，反向輸入高溫污氮氣對分子篩進行加熱，分子篩受熱吸附能力降低，釋放出吸附物質，雜質隨著污氮氣被帶離分子篩吸附器，再輸入冷的污氮氣對分子篩進行降溫，使其恢復常溫。經過這些處理，使得分子篩吸附器恢復吸附能力。升壓至工作壓力，待另一臺吸附器飽和之后接替工作。這樣就完成了一個工作循環。

3 結束語

隨著人類社會科學和技術的進步，很多行業都得到了極大發展，在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業都需要大型空分設備的支持和服務。現代空分技術產品類型多樣化產品類型已經不只是局限于氧氣、氮氣等產品，同時還能夠制備各種稀有氣體。產品也不只是局限于氣態產品，還包括液態產品。分子篩的主要功能就是凈化空氣當中的各種雜質，確保空分系統的安全性和可靠性。與傳統可逆式換熱器相比較，分子篩吸附器在清除水分、碳氫化合物以及二氧化碳等方面，操作簡便、工藝流程簡單、設備投資量小，運行準備時間短等諸多優點，分子篩吸附器已經在大、中型空分設備上得到廣泛應用。

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