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分子筛吸附器培训课件新钢气体厂唐剑2010年11月培训内容•1、吸附原理及常用吸附剂•2、分子筛吸附器的结构•3、吸附器工作流程•4、分子筛吸附器操作运行管理•5、分子筛吸附器常见故障•6、分子筛吸附器事故案例分析一、吸附原理及常用吸附剂•1吸附原理•吸附作用又称吸着作用,是两相交界面上物质分子浓度自动发生变化的自然现象。研究表明,吸附现象不仅发生在固—气交界面上,在液—气界面、固—液界面上同样也会发生。•吸附体系由吸附剂和吸附质组成,我们将具有一定吸附能力的材料称为吸附剂,将被吸附的物质称为吸附质。在空分制氧设备的吸附器中,常用吸附剂有硅胶、活性氧化铝、惰性氧化铝和分子筛。一、吸附原理及常用吸附剂•1.1吸附作用的特点吸附剂与吸附质一旦接触便会自发的产生吸附现象,这是吸附作用的一个重要特点。按照热力学定律,在自然界中凡是能降低自身能量的作用都是可以自发进行的。例如水从高处流向低处,热从高温端传到低温端,都是自动进行的,因为其结果都使自身原先所具有的能量得到降低。吸附剂表面吸附其它介质的分子,这个过程的结果是降低了吸附剂自身原先所拥有的“表面自由能”,所以吸附作用能自发进行。在压缩空气干燥器中,水蒸气被吸附的过程是不需外界提供任何能量的自发过程。一、吸附原理及常用吸附剂•1.2物理吸附与化学吸附•按照吸附剂表面与吸附质分子间作用力的不同,吸附可分为物理吸附及化学吸附两种。对于物理吸附,吸附剂和吸附质之间通过分子间力(也称“范得华”力)相互吸引发生吸附现象。在化学吸附中,被吸附的分子与吸附剂表面的原子发生化学作用,在吸附剂和吸附质之间会发生电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。•在我们研究的压缩空气吸附干燥范围内发生的是物理吸附。物理吸附有下列特点:一、吸附原理及常用吸附剂•(1)吸附作用力小,被吸附的气体分子比较容易重返气相—即比较容易“脱附”(又称“解吸”);•(2)一般说来,物理吸附的过程是可逆的,几乎不需要活化能(即使需要也很小),吸附和脱附的速度都很快,即可认为,吸附剂与吸附质一经接触,立即发生吸附作用;•(3)所有的吸附过程都是放热反应,物理吸附放出的“吸附热”比化学吸附要少得多,其热量接近吸附质液体状态下的汽化热或气体状态时的冷凝热;•(4)物理吸附没有选择性,即任何固体都可以吸附任何气体,仅在于吸附量的不同而已(吸附量太小的吸附作用没有实际应用价值);•(5)物理吸附与凝聚有关,因此必然只有在低于被吸附物质的沸点时才能进行。一、吸附原理及常用吸附剂•1.3吸附量•吸附量分静吸附量(平衡吸附量)与动吸附量两种。静吸附量是指当吸附剂与被吸附的气体(吸附质)达到充分平衡后(即单位时间里吸附速度与脱附速度相等时),单位质量吸附剂所吸附气体的数量,单位:mol/g(或g/g)。•动吸附量是指当两元(两种气体组分)或两元以上混合气体通过吸附剂床层时,被吸附气体在吸附塔出口端达到脱除精度时,塔内吸附剂吸附被吸附气体量的平均值。•在吸附干燥器中,压缩空气可视为干空气与水蒸气的两元混合物,当干燥器出口端空气达到预定的“露点”值时,所吸附的水蒸气量占塔内充填的吸附剂重量的百分比定义为吸附剂的动吸附量。•动吸附量是吸附干燥器设计中重要的基本参数,它直接关系到干燥器的几何体量和压缩空气成品气的露点。一、吸附原理及常用吸附剂•1.4吸附热•吸附剂和气体或液体混合物相接触时,伴随吸附过程所产生的热效应称为“吸附热”,它是表征吸附现象的特征参数之一。对绝大多数吸附体系来说,吸附过程是放热过程,而脱附过程则是吸热过程。吸附热可以比较准确地表示吸附剂的活性及吸附能力的强弱,在吸附剂选择、吸附设备能量衡算及吸附过程的控制方面都很有帮助。•物理吸附的吸附热一般接近其吸附质的液化热(此外还含有润湿热,但量很小)。它首先由吸附质的性质决定,其次受吸附剂的性状的影响。一、吸附原理及常用吸附剂•2、吸附剂：空分生产中常用吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、惰性氧化铝和分子筛。•硅胶常用于空分流程中的液空吸附器和液氧吸附器中，在我厂1000、3350、3200制氧机流程中使用，而在4500、10000、16000制氧机流程中，因流程配置不同，现已不需要使用。•现重点介绍活性氧化铝、惰性氧化铝和分子筛等常见吸附剂。一、吸附原理及常用吸附剂13X-APG1/16条形分子筛13X球形分子筛是指钠X型晶体结构的钠型，能吸附临界直径10A的分子，化学式为Na2O＊Al2O3＊（2.8±0.2）SiO2＊（6-7）H2O主要用途空分装置原料的净化；凡可吸附于3A、4A、5A型分子筛上的分子，都能吸附13X型；可吸附临界直径较大的分子，如某些芳烃和支链烃；深度吸附H2O和CO2，以及部分碳氢化合物。主要产品技术指标见表一5A分子筛在此不作详细介绍一、吸附原理及常用吸附剂13X分子筛主要产品技术指标见表一指标项目单位产品规格型号及标准球状(8×12目4×8目)条状(1/161/8)直径(D)mm1.6-2.53月5日5月8日1.63.2粒度≥%9898989292堆积密度≥g/ml67.00%0.660.640.620.61磨耗率≤%wt0.10.10.10.20.2抗压强度≥N40801003070吸附CO2量≤mg/g180180180180180静态水吸附≥mg/g265265265265265包装含水量≤%wt11111一、吸附原理及常用吸附剂吸附剂在不同温度下对水分的静吸附容量(质量分数)温度/℃255075100125150250吸附剂13X型分子筛22%21%18.5%15%9%6%3.5%活性氧化铝10%6%2.5%2%1%0注:以上为水蒸气分压力011kPa的实验数据。一、吸附原理及常用吸附剂常温下不同吸附剂的干燥效能吸附剂干燥气体的露点/℃完全再生时不完全再生时活性氧化铝-70-4013X型分子筛-90-60一、吸附原理及常用吸附剂不同再生温度下的再生效果比较再生温度/℃200170150120冷吹峰值温度/℃16013010080二氧化碳和水分解吸情况效果最佳均能解吸基本解吸部分残留1%～2%一、吸附原理及常用吸附剂活性氧化铝是一种具有多孔性高分散度的固体物料，有很大的比表面积，既有良好的吸附性能，又有良好的耐压、耐磨损和耐热性能，具有抗压强度高、磨耗率低、不粉化、不爆裂等特点。其抗冷、热的突变性也很强。在空气饱和含水量高时有较好的吸水性，而且与分子筛等高度的床层下，阻力也更低。分子式：AL2O3活性氧化铝主要作用去除空气中的水分，并且强度大，不易破碎。活性氧化铝价格相对低一些，所以一般在处理空气温度较高的情况下（~15-20℃左右），其空气中饱和含水量较大时，在下层设置活性氧化铝，利用它对空气进行初步干燥，更经济，节能。所以现在大中型空分中选择双层床吸附器较为普遍。一、吸附原理及常用吸附剂惰性氧化铝瓷球具有强度高、化学稳定性好和热稳定性好的特性，它耐高温、高压、不易被酸、碱腐蚀。通常用于化工行业装置反应器内催化剂的支撑剂及覆盖剂。在空分应用中，惰性氧化铝起着支撑吸附剂和对气流均匀分配的作用，其本身不具备吸附功能。惰性氧化铝瓷球二、分子筛吸附器的结构立式双层径向流吸附器示意图二、分子筛吸附器的结构立式径向流吸附器：它的气流径向穿过吸附层，直立式放置。比卧式吸附器，在较大型空分上节约用地。但它多层吸附剂同心度要求高，制造成本高。并且进入维修不便。受运输的影响，直径也不能过大，所以吸附周期大多设置在~3小时，在相同的空分等级上，吸附剂的用量与卧式吸附器4小时的工作时间的用量差不多。二、分子筛吸附器的结构立式轴向气流吸附器：气流均布较容易，但气流面积受圆筒直径的限制，只能用在10000空分设备下。直径过大，运输上存在一定的困难。二、分子筛吸附器的结构卧式双层床吸附二、分子筛吸附器的结构卧式双层床吸附器在目前应用较普遍，但由于操作不当常引起冲床事故，造成两种吸附剂混床，吸附剂无法分离，造成空分设备停车。这种故障给大中型设备带来很大的损失。为此，杭氧股份公司开发出一种新型刚性结构分隔板，代替原来用单层丝网来隔离两种吸附剂的方案，有效地解决了可能发生的混床问题。了解10000和16000分子筛结构（查找相关图纸）二、分子筛吸附器的结构立式径向流吸附器，它的气流径向穿过吸附层，直立式放置。比卧式吸附器，在较大型空分上节约用地。但它多层吸附剂同心度要求高，制造成本高。并且进入维修不便。受运输的影响，直径也不能过大，所以吸附周期大多设置在~3小时，在相同的空分等级上，吸附剂的用量与卧式吸附器4小时的工作时间的用量差不多。2~3万空分设备两种结构的实际运行参数的比较:结构处理空气空气工作13x分子筛氧化铝污氮气再生平均类型量Nm3/h温度℃周期(h)用量（吨）用（吨）用量Nm3/h电耗kW卧式吸附器147000174563228000575立式径向流吸附器142000102.5432127500630卧式吸附器112000174413121000473立式径向流吸附器113000173363727500526注：以上数据采集正在运行产品。三、分子筛吸附器的工作流程2、仿真式分子筛阀门动作图我们通过对分子筛吸附系统工作流程演示及仿真式分子筛阀门动作图加深了解.1、分子筛工作流程演示三、分子筛吸附器的工作流程三、分子筛吸附器的工作流程•工艺原理：1、分子筛纯化系统一般由吸附器、再生加热设备以及阀门、管路、仪电控等组成。吸附器内填装分子筛、活性氧化铝等吸附剂对空气中的二氧化碳、水分、及一些碳氢化合物进行吸附去除。分子筛纯化系统的吸附器一般采用两台吸附器切换使用。待一台吸附饱和后，将另一台再生好的吸附器投入使用。三、分子筛吸附器的工作流程•2、吸附饱和后的吸附剂就失去了继续吸附的能力，应当进行再生后才能使用。再生过程是吸附的逆过程—解吸，即把所吸附的水分、二氧化碳、乙炔等一些碳氢化合物通过污氮气带走，然后再继续使用。再生一般分四步进行：1.降压；2.加温；3.吹冷；4.升压。三、分子筛吸附器的工作流程3、再生降压过程即将吸附饱和的这台吸附器的内部压力降到再生气的压力。加温过程一般采用低压高温、干燥的污氮气对吸附剂进行加温解吸，内部吸附的杂质被带走。吹冷过程是用常温、干燥的污氮气对吸附剂进行吹冷，直到内部吸附剂的温度冷却下来。升压是将另一台正在工作的吸附器中的空气置换入再生好的吸附器内，用以升高压力，升压后该台吸附器即可投入使用。三、分子筛吸附器的工作流程4、吸附器内装入一定床层高度的吸附剂，在一定的压力和温度下进行吸附。吸附剂有分子筛、活性氧化铝。一般把仅使用分子筛吸附的叫单层床吸附器。而把使用分子筛、氧化铝两种吸附剂的吸附器叫双层床吸附器。空分上的分子筛目前使用较多的是13X-APG型分子筛。利用其颗粒内部多孔性，以及对极性分子具有较强的亲和力，有选择地吸附二氧化碳、水分、及一些碳氢化合物等杂质，使空气得到纯化。三、分子筛吸附器的工作流程5、由于空气中的有害物质，如二氧化硫、氯化氢、氯和一氧化氮等，也会被分子筛吸附，在被吸附后又遇到水分的情况下，会与分子筛起反应，而使分子筛内部晶格遭到破坏，从而影响分子筛的使用寿命。故大中型空分设备在分子筛纯化系统前设置空气预冷系统，对空气中的酸性组分、氨气等进行洗涤净化，并对空气进行降温，有利于提高分子筛的使用寿命和吸附容量。三、分子筛吸附器的工作流程6、活性氧化铝具有抗压强度高、磨耗率低、不粉化、不爆裂等特点。其抗冷、热的突变性也很强。在空气饱和含水量高时有较好的吸水性，而且与分子筛等高度的床层下，阻力也更低。活性氧化铝价格相对低一些，所以一般在处理空气温度较高的情况下（~15-20℃左右），其空气中饱和含水量较大时，在下层设置活性氧化铝，利用它对空气进行初步干燥，更经济，节能。所以现在大中型空分中选择双层床吸附器较为普遍。三、分子筛吸附器的工作流程7、电加热器内主要组件是电加热管。形式有：直管式、U形管、U形管带翅片式，PTC管等。直管式电热元件检修方便。在大功率的电加热器上应用较普遍。由于电加热器的接线端子由于接线的需