淺談空分系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。低溫環(huán)境下水分和二氧化碳會(huì)結(jié)冰依附在熱交換器、精餾塔之中，破壞閥門(mén)、管道等部件，而且乙炔氣體在液化過(guò)程中容易造成爆炸，空氣中的灰塵等會(huì)磨損機(jī)械部件，分子篩的主要功能就是凈化空氣當(dāng)中的各種雜質(zhì)，確?？辗窒到y(tǒng)的安全性和可靠性，與傳統(tǒng)可逆式換熱器相比較，操作簡(jiǎn)便、工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資量小，運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)。

空分系統(tǒng)；分子篩；吸附器

1 引言

隨著人類(lèi)社會(huì)科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，很多行業(yè)都得到了極大發(fā)展，在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業(yè)都需要大型空分設(shè)備的支持和服務(wù)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)化水平的提高，我國(guó)冶金、化工、煤化工、石油化工等行業(yè)對(duì)于氮?dú)?、氧氣等空分產(chǎn)品的需求量急劇上升。目前，就空分行業(yè)而言，空分制氧機(jī)已逐漸向大型化、超大型化方向發(fā)展，同時(shí)對(duì)于單套空分設(shè)備體積、能耗等都提出了更高的要求。1902年德國(guó)發(fā)明高壓節(jié)流循環(huán)制冷，單級(jí)精餾塔分離空氣制氧技術(shù)以來(lái)，空分技術(shù)得到了極大發(fā)展。空分設(shè)備經(jīng)歷了高壓流程到中壓流程，再到高、低壓流程。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的大、中型空分設(shè)備主要采用低壓流程，小型設(shè)備也開(kāi)始向小型化方向發(fā)展。從產(chǎn)品類(lèi)型而言，現(xiàn)代空分技術(shù)產(chǎn)品類(lèi)型多樣化產(chǎn)品類(lèi)型已經(jīng)不只是局限于氧氣、氮?dú)獾犬a(chǎn)品，同時(shí)還能夠制備各種稀有氣體。產(chǎn)品也不只是局限于氣態(tài)產(chǎn)品，還包括液態(tài)產(chǎn)品。

在進(jìn)行低溫精餾法分離空氣時(shí)，空氣在進(jìn)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(zhì)氣體去除掉，不然在低溫環(huán)境下水分和二氧化碳會(huì)結(jié)冰依附在熱交換器、精餾塔之中，破壞閥門(mén)、管道等部件，而且乙炔氣體在液化過(guò)程中容易造成爆炸，空氣中的灰塵等會(huì)磨損機(jī)械部件。而分子篩的主要功能就是凈化空氣當(dāng)中的各種雜質(zhì)，確保空分系統(tǒng)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(lái)，吸附器已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展。分子篩吸附器已經(jīng)成為主流設(shè)備，與傳統(tǒng)可逆式換熱器相比較，分子篩吸附器在清除水分、碳?xì)浠衔镆约岸趸嫉确矫?，操作?jiǎn)便、工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資量小，運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)，分子篩吸附器已經(jīng)在大、中型空分設(shè)備上得到廣泛應(yīng)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(yōu)良的性能，在大、中、小型空分設(shè)備當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。分子篩受熱失去結(jié)晶水，在晶體內(nèi)部形成很多均勻的空穴，這些空穴直徑與被吸附分子、雜質(zhì)的直徑相當(dāng)，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(zhì)被擋在空穴之外，根據(jù)不同氣體分子直徑的差異將不同分子進(jìn)行分離，故名“分子篩”。分子篩的成分是結(jié)晶硅鋁酸鹽，化學(xué)式如下：

Mx/n［.（A102）x（SiO2）y］.mH2O

陽(yáng)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(qiáng)的物質(zhì)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(shí)，一般采用5A或者13X的沸石，根據(jù)凈化類(lèi)型不同選擇不同孔徑、體積、表面積的分子篩。相比于其他類(lèi)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(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。在相對(duì)濕度1%時(shí)，活性氧化鋁吸水量只有3.5%，硅膠只有3%，而分子篩確高達(dá)18%，因此，分子篩清除水分具有更好的性能。在空氣除雜過(guò)程當(dāng)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(tǒng)包含了兩部分子篩吸附器，在工作時(shí)，一臺(tái)吸附器負(fù)責(zé)凈化，另一臺(tái)則進(jìn)行再生。雙層床分子是在篩吸附器是在分子篩進(jìn)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(shí)，活性氧化鋁還能夠吸收空氣中大量的水分，經(jīng)過(guò)活性氧化鋁凈化后的空氣水分大大降低，降低分子篩的實(shí)際吸收水分量，從而降低分子篩在再生過(guò)程中的能耗。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的空氣在經(jīng)過(guò)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(tǒng)單層的分子篩吸附器。

分子篩變溫吸附系統(tǒng)由兩臺(tái)分子篩吸附器、切換閥門(mén)、管路、加熱再生裝置、儀表控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件構(gòu)成?？諝饨?jīng)空冷塔冷卻壓縮成飽和空氣，然后進(jìn)入一個(gè)雙層床分子篩吸附器，在該吸附器飽和之后，控制空氣進(jìn)入另一個(gè)吸附器繼續(xù)吸附。對(duì)于吸收飽和的吸附器，降低壓力至常壓，反向輸入高溫污氮?dú)鈱?duì)分子篩進(jìn)行加熱，分子篩受熱吸附能力降低，釋放出吸附物質(zhì)，雜質(zhì)隨著污氮?dú)獗粠щx分子篩吸附器，再輸入冷的污氮?dú)鈱?duì)分子篩進(jìn)行降溫，使其恢復(fù)常溫。經(jīng)過(guò)這些處理，使得分子篩吸附器恢復(fù)吸附能力。升壓至工作壓力，待另一臺(tái)吸附器飽和之后接替工作。這樣就完成了一個(gè)工作循環(huán)。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著人類(lèi)社會(huì)科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，很多行業(yè)都得到了極大發(fā)展，在石油化工、鋼鐵、電子等諸多行業(yè)都需要大型空分設(shè)備的支持和服務(wù)?，F(xiàn)代空分技術(shù)產(chǎn)品類(lèi)型多樣化產(chǎn)品類(lèi)型已經(jīng)不只是局限于氧氣、氮?dú)獾犬a(chǎn)品，同時(shí)還能夠制備各種稀有氣體。產(chǎn)品也不只是局限于氣態(tài)產(chǎn)品，還包括液態(tài)產(chǎn)品。分子篩的主要功能就是凈化空氣當(dāng)中的各種雜質(zhì)，確?？辗窒到y(tǒng)的安全性和可靠性。與傳統(tǒng)可逆式換熱器相比較，分子篩吸附器在清除水分、碳?xì)浠衔镆约岸趸嫉确矫?，操作?jiǎn)便、工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資量小，運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)，分子篩吸附器已經(jīng)在大、中型空分設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。

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