浅谈空分系统分子筛吸附器

【摘 要】大型空分设备在石油化工、钢铁、电子等诸多行业都有广泛应用。低温环境下水分和二氧化碳会结冰依附在热交换器、精馏塔之中，破坏阀门、管道等部件，而且乙炔气体在液化过程中容易造成爆炸，空气中的灰尘等会磨损机械部件，分子筛的主要功能就是净化空气当中的各种杂质，确保空分系统的安全性和可靠性，与传统可逆式换热器相比较，操作简便、工艺流程简单、设备投资量小，运行准备时间短等诸多优点。

【关键字】空分系统；分子筛；吸附器

1引言

随着人类社会科学和技术的进步，很多行业都得到了极大发展，在石油化工、钢铁、电子等诸多行业都需要大型空分设备的支持和服务。改革开放以来，随着我国科学技术以及工业化水平的提高，我国冶金、化工、煤化工、石油化工等行业对于氮气、氧气等空分产品的需求量急剧上升。目前，就空分行业而言，空分制氧机已逐渐向大型化、超大型化方向发展，同时对于单套空分设备体积、能耗等都提出了更高的要求。1902年德国发明高压节流循环制冷，单级精馏塔分离空气制氧技术以来，空分技术得到了极大发展。空分设备经历了高压流程到中压流程，再到高、低压流程。目前市场上应用的大、中型空分设备主要采用低压流程，小型设备也开始向小型化方向发展。从产品类型而言，现代空分技术产品类型多样化产品类型已经不只是局限于氧气、氮气等产品，同时还能够制备各种稀有气体。产品也不只是局限于气态产品，还包括液态产品。

在进行低温精馏法分离空气时，空气在进入精馏塔之前必须将空气之中的水分、二氧化碳以及乙炔等杂质气体去除掉，不然在低温环境下水分和二氧化碳会结冰依附在热交换器、精馏塔之中，破坏阀门、管道等部件，而且乙炔气体在液化过程中容易造成爆炸，空气中的灰尘等会磨损机械部件。而分子筛的主要功能就是净化空气当中的各种杂质，确保空分系统的安全性和可靠性。自1954年第一代去除水分和二氧化碳的吸附器投入使用以来，吸附器已经得到长足发展。分子筛吸附器已经成为主流设备，与传统可逆式换热器相比较，分子筛吸附器在清除水分、碳氢化合物以及二氧化碳等方面，操作简便、工艺流程简单、设备投资量小，运行准备时间短等诸多优点，分子筛吸附器已经在大、中型空分设备上得到广泛应用。

2分子筛吸附器工作原理及流程

2.1分子筛吸附原理

分子筛吸附器凭借优良的性能，在大、中、小型空分设备当中得到广泛应用。分子筛受热失去结晶水，在晶体内部形成很多均匀的空穴，这些空穴直径与被吸附分子、杂质的直径相当，能够吸附直径小与本身直径的灰尘、气体分子等，直径大于空穴直径的物质被挡在空穴之外，根据不同气体分子直径的差异将不同分子进行分离，故名“分子筛”。分子筛的成分是结晶硅铝酸盐，化学式如下：

阳离子与阴离子都具有极性，从而吸附不同极性的分子，极性越强的物质越容易被分子筛吸附。分子筛主要用于空气干燥、吸附分离以及净化。在用分子筛清除水分、乙炔以及二氧化碳时，一般采用5A或者13X的沸石，根据净化类型不同选择不同孔径、体积、表面积的分子筛。相比于其他类型的干燥剂，分子筛适用范围更广、干燥效率高、吸附量大、速度快、热稳定性好等诸多优点。在相对湿度1%时，活性氧化铝吸水量只有3.5%，硅胶只有3%，而分子筛确高达18%，因此，分子筛清除水分具有更好的性能。在空气除杂过程当中，首先是吸附水分，然后是乙炔，最后才是二氧化碳，因此，除杂程度由二氧化碳吸附效果决定。

2.2分子筛变温吸附流程

一般分子筛净化系统包含了两部分子筛吸附器，在工作时，一台吸附器负责净化，另一台则进行再生。双层床分子是在筛吸附器是在分子筛进气口处，分子筛吸附材料之前加装一定的活性氧化铝，活性氧化铝能够有效吸收空气中的酸性气体，防止分子筛被酸性气体污染，同时，活性氧化铝还能够吸收空气中大量的水分，经过活性氧化铝净化后的空气水分大大降低，降低分子筛的实际吸收水分量，从而降低分子筛在再生过程中的能耗。经过预处理的空气在经过13X分子筛净化掉二氧化碳以及少量的水分。双层床分子筛吸附器使用寿命上大大超越传统单层的分子筛吸附器。

分子筛变温吸附系统由两台分子筛吸附器、切换阀门、管路、加热再生装置、仪表控制系统等关键部件构成。空气经空冷塔冷却压缩成饱和空气，然后进入一个双层床分子筛吸附器，在该吸附器饱和之后，控制空气进入另一个吸附器继续吸附。对于吸收饱和的吸附器，降低压力至常压，反向输入高温污氮气对分子筛进行加热，分子筛受热吸附能力降低，释放出吸附物质，杂质随着污氮气被带离分子筛吸附器，再输入冷的污氮气对分子筛进行降温，使其恢复常温。经过这些处理，使得分子筛吸附器恢复吸附能力。升压至工作压力，待另一台吸附器饱和之后接替工作。这样就完成了一个工作循环。

3结束语

随着人类社会科学和技术的进步，很多行业都得到了极大发展，在石油化工、钢铁、电子等诸多行业都需要大型空分设备的支持和服务。现代空分技术产品类型多样化产品类型已经不只是局限于氧气、氮气等产品，同时还能够制备各种稀有气体。产品也不只是局限于气态产品，还包括液态产品。分子筛的主要功能就是净化空气当中的各种杂质，确保空分系统的安全性和可靠性。与传统可逆式换热器相比较，分子筛吸附器在清除水分、碳氢化合物以及二氧化碳等方面，操作简便、工艺流程简单、设备投资量小，运行准备时间短等诸多优点，分子筛吸附器已经在大、中型空分设备上得到广泛应用。

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