分子筛温度曲线的研究与事例分析

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1、分子筛温度曲线的研究与事例分析张 晨一、分子筛纯化器的工作原理及结构特点我国第六代制氧机的一个重要特点就是采用吸附法净化空气中的水分、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。吸附法就是用活性氧化铝、分子筛等吸附剂在常温下将空气中所含的水分、二氧化碳这些吸附质吸附在其表面上（没有化学反应），加热再生时利用吸附剂高温下吸附容量减小的特性，再把吸附质解吸出来，从而达到连续净化空气的目的。我厂1﹟、2﹟14000m3/h制氧机以及新建的23000m3/h制氧机的分子筛纯化系统均选用卧式双层床结构的纯化器，纯化器下部装填活性氧化铝，上

2、部装填分子筛（四车间分子筛纯化器内活性氧化铝和13X分子筛的充装量分别为5000Kg和11000Kg，五车间的为12571Kg和17512Kg，23000m3/h制氧机为15000Kg和20000Kg）。空压机后经空冷塔冷却的低温饱和空气从纯化器下部进入分子筛，先由活性氧化铝将其所含的大部分水分吸附掉，然后再由分子筛吸附二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。双层床结构的分子筛纯化器相比只充填分子筛的单层床纯化器具有增强吸附效果、延长使用时间、降低再生能耗、延长使用寿命的特点。具体分析如下：活性氧化铝对于含水量较高的空气，吸

3、附容量比较大，而且对水分的吸附热也比分子筛小，其大量吸附水分后使空气温升较小，有利于后部分分子筛对二氧化碳的吸附，而且双层床纯化器净化空气的程度比单层床更高，空气的干燥程度可以由原来露点的-60℃降到-66～-70℃，净化后空气中的二氧化碳含量也更低；采用双层吸附床，可以延长纯化器的使用时间，经试验得出：双层床结构的分子筛纯化器比单床层结构的有效工作时间可延长25～30％；活性氧化铝解吸水分容易，而分子筛较为困难，分子筛再生时其冷吹峰值需要达到120℃以上才能保证其再生完善，而活性氧化铝只需要达到80℃左右即可，这样

4、一来就可以降低整个系统的再生温度，从而节省了再生能耗（对于双层床结构的分子筛纯化器一般将冷吹峰值控制在100℃以上，作为其再生完善的主要标志）；活性氧化铝颗粒较大，且坚硬，机械强度较高，吸水不龟裂、粉化，所以双层床的活性氧化铝可以减少分子筛粉化，延长分子筛寿命，活性氧化铝处于加工空气入口处，还可以起到均匀分配空气的作用；铝胶还具有抗酸性，对分子筛能起到保护作用。二、分子筛曲线研究：  分子筛纯化器利用常温吸附、高温解吸来达到连续净化空气的目的，在这一交变过程中，特别需要对其进、出口温度加以监控，以掌握其使用情况。在吸

5、附过程中，空气进、出纯化器的两条温度变化曲线被称为“吸附温度曲线”；在再生过程中，污氮气进、出纯化器的两条温度变化曲线被称为“再生温度曲线”。1、            吸附温度曲线：   一般情况下，只要空气预冷系统正常，空气进纯化器温度就不会变化，因而温度曲线是一条水平的直线。而空气出纯化器温度除刚开始的一段时间较高外，以后变化也极小，因而也近似是一条直线。典型的吸附温度曲线如图1所示。   空气在经过纯化器后，温度会有所升高。这是因为空气中的水分和二氧化碳被分子筛吸附，而吸附是个放热过程。对于全低压流程空分设备

6、而言，空气进纯化器压力在0.5Mpa（G）左右，空气进纯化器温度约为10～15℃左右。在这种情况下，空气进出纯化器温度之差约为4～6℃。   如果空气进纯化器温度升高，则温差也相应会有所增大，这是因为空气温度升高使得空气中水含量增多。如果在纯化器使用过程中（刚开始使用的一段时间除外），出纯化器空气温度突然升高，而进纯化器温度和压力却较为稳定，这种情况往往显示空气已经将空冷塔的水带入分子筛纯化器了（如安龙3200m3/h制氧机分子筛进水事故时，就出现了运行中的分子筛进水导致出纯化器空气温度突然升高的现象）。   在分子

7、筛纯化器由再生转为使用，吸附工作刚开始的一段时间内，空气出纯化器温度较高，这时出口温度要比进口高出20℃以上。这种现象除了是由于再生过程中的冷吹不彻底造成的以外，还由于纯化器在切换至使用前的升压过程中释放吸附热所造成的。在空分设备中用于吸附水分和二氧化碳的13X分子筛，除对极性分子如水和二氧化碳等具有吸附能力外，对非极性的氮气和氧气也有一定的吸附作用。升压过程是一个压力上升的过程，随着压力升高，分子筛的静吸附容量增大，更多的氮气和氧气被分子筛所吸附。而这个过程同样是个放热的过程，这种放热使得分子筛床层温度升高。当升压

8、后的纯化器转为使用时，空气将分子筛床层的热量带出来，从而引起出口温度的升高（由于升压阀的位置不同，故升压过程中空气进出口温度的变化也不同，如1﹟14000m3/h制氧机分子筛升压阀在分子筛纯化器后，故在升压过程中空气进口温度的温升远远大于空气出口的温升。而2﹟14000m3/h制氧机因为升压阀在纯化器前，其温度变化就大不相同）。由于这种现象不单