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分子筛在空分设备中的应用

2022-03-12      阅读:

分子筛具有均匀的微孔孔道结构,小于孔径的分子能够被吸进孔道内,大于孔径的分子则被挡在孔道外,根据分子的大小,把各种组分分离,目前习惯称之为沸石或沸石分子筛。沸石分子筛的早期研究源于 19 世纪,20 世纪五六十年代开始工业化。


分子筛在空分设备中的应用


在深冷空分设备中,分子筛纯化系统的作用就是清除空气中所含的水分、乙炔、二氧化碳、烯烃等杂质,防这些杂质随空气进入低温换热器、透平膨胀机或精馏塔等设备造成冻堵,从而保证空分设备长期稳定运行。

分子筛纯化系统完成吸附杂质、净化空气的功能是通过吸附剂来实现的。一般利用活性氧化铝对空气中饱和水吸附容量大的特点,初步吸附水分,在利用分子筛进行吸附,使处理后的空气干燥到需要的露点。目前,也有在活性氧化铝的下层铺垫惰性氧化铝。惰性氧化铝具有耐高温高压、化学性能稳定、耐腐蚀等优点,能支撑和保护吸附床层中的活性氧化铝及分子筛,增加气流均布等,但惰性氧化铝本身不会吸附。


空气通常在较低的温度 ( 5 20 ℃ 左右) 下进入分子筛吸附器。分子筛对水分、乙炔和二氧化碳等极性或不饱和分子有很强的亲和力,其吸附性能顺序是: 水分 > 乙炔 > 二氧化碳。而出吸附剂床层的 空 气 中 杂 质 的 顺 序 为: 甲 烷 ( CH4 ) 、乙 烷( C2 H6 ) > 乙烯 ( C2 H4 ) 、丙烷 ( C3 H8 ) 、二氧化碳 > 乙 炔 ( C2 H2 ) > 丙 烯 ( C3 H6 ) > 丁 烷( C4 H10 ) > 丁烯 ( C4 H8 ) 。因此在分子筛吸附器工作周期内控制出口空气中二氧化碳的含量,


就能达到去乙炔、丙烯、丁烷和丁烯等目的。空气中对分子筛有害的杂质有: 二氧化硫、氮氧化 物 ( NO、NO2 ) 、氯 化 氢、氯、硫 化 氢 和 氨等。在上述有害杂质中,氯化氢、氨最易被水洗涤,其次二氧化硫、三氧化硫和二氧化氮也能被水洗涤。但空气中所有在水中的溶解度比二氧化硫低的杂质,都不能被洗涤,如硫化氢、氯、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮和碳氢化合物等,但能够被分子筛吸附。其吸附的强弱顺序为: 水 > 氨 > 硫化氢 > 二氧化硫 > 二氧化碳。空气中杂质诸如二氧化硫、氯化氢、氯和一氧化氮被分子筛吸附的同时会与吸附的水分子发生反应生成酸性物质,进而与分子筛发生反应,从而降低分子筛的吸附效率,并且缩短分子筛的使用寿命。


在分子筛吸附器的设计中,除选用性能好的吸附剂外,吸附剂的在生也相当在要。深冷空分设备中分子筛在生温度通常在 150 200 ℃ ,也有应用更低的在生温度,好处是降低能耗,但在生温度过低可能导致在生不完全、吸附容量下降。


目前常用的吸附剂主要为 13X 型分子筛及其改性产品。13X 型分子筛的典型化 学 式 为: Na2 O ·Al2 O3 · ( 2. 8 ± 0. 2) SiO2 · ( 6 - 7) H2 O,有效孔径为 9 10 。市场上常用的有空分Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型分子筛等。



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