浅谈空分分子筛纯化器温度曲线

浅谈空分分子筛纯化器温度曲线! 苏圣妍，樊新庆 （新疆八一钢铁（集团）有限责任公司 能源中心，新疆 乌鲁木齐 !"##$$） 摘要：分析、探讨了分子筛纯化器吸附、再生过程不同阶段工作温度曲线。 关键词：分子筛纯化器；吸附；再生；温度曲线 中图分类号：%&’’()’’ 文献标识码：* 文章编号：’##+,+!#-（$##-）#-,##$#,#- !"#$%##"&’&’()*(*+,*-./%-*0%-1*&23&4*$%4.- 5"*1*6%-"2"*-&27"-5*,.-./&- ./.0123,452，6*7892,:923 （892;9523<*=>>?@2A.B11CD?@EFG@)，HBI)，JECEKE:9!"##$$，G0925） 78#/-.$/：%09LF5F1?I9LMELL1LB01B1KF1?5BE?1ME?N192B01N5?9@ELF?@M1LL@O5PL@?FB9@252I?13121?5B9@2@OK@C1MEC5? L91N1) 9*:;&-<#：K@C1MEC5?L91N1FE?9O91?；5PL@?FB9@2；?13121?5B9@2；B1KF1?5BE?1ME?N1 ’ 前 言 大型制氧机 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 中，分子筛纯化器是清除空气 中水分、二氧化碳、乙炔等杂质的关键设备。该设 备利用分子筛吸附剂高温解吸的原理，使两只纯化 器交替使用，达到连续净化空气的目的。其工作的 状态直接影响制氧机的运转工作周期，是制氧机的 “咽喉”部位。 制氧厂$##$年!月投产的$"(###制氧机采 用国内先进的第六代常温分子筛吸附净化设备。其 分子筛纯化系统采用立式双层床结构的纯化器，纯 化器下部装填活性氧化铝，上部装填’"8分子筛。 经空气冷却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。分子筛纯化器的工作过程通过 QG.控制系统实现自动控制，工作的纯化器或再 生的纯化器，都会根据不同的阶段显示出不同的工 作温度曲线。温度曲线不仅显示了分子筛纯化器的 工作状态，还可以帮助我们分析、判断异常工作状 态的原因及采取先兆事故的预防等。因此，探讨、 深度了解纯化器的工作温度曲线是必要的。 $ 双层床分子筛纯化器 $)’ 结构简介 双层床分子筛纯化器是指在纯化器的空气进口 处，先充装一定量的活性氧化铝，其上再加装一定 ’"8分子筛。两种不同的吸附剂装在同一吸附器 中，床层间界面应用隔离网进行隔离。 $)$ 工作原理 进入分子筛纯化器的含水量饱和的空气，先与 底层的活性氧化铝接触。活性氧化铝根据其吸水容 量比较大的特性，将空气中所含的大部分水分清除 掉，而上部的’"8分子筛清除二氧化碳、乙炔及 其他碳氢化合物。即纯化器正常工作是用活性氧化 铝、’"8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。再生 是利用吸附剂高温下吸附容量减小的特性，通过加 热的手段将被吸附的吸附质解吸出来，从而达到反 第$$卷第-期 低 温 与 特 气 R@C)$$，7@)- $##-年!月 H@S%1KF1?5BE?152I.F1M95CB4D5L1L *E3)，$##- ! 收稿日期：$##-,#+,$’万方数据 复长期吸附净化空气。 ! 分子筛曲线的探讨 分子筛纯化器利用常温吸附、高温解吸来连续 净化空气。在吸附过程中，我们将空气进、出纯化 器的两条温度变化曲线称为“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”。在这一交变过程中， “吸附温度曲线”及“再生温度曲线”都会根据外 围因素对其的影响产生微小的变化，使监控人员根 据曲线进行调整及检查其它设备。以下结合各阶段 的曲线，分析探讨。 !"# 吸附温度曲线 #"正常工作曲线图 正常情况下，空气进纯化器温度基本不变，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。吸附温度曲线如图#所 示。 图# 吸附温度曲线 $"正常曲线分析 从图#中我们可以看出，空气出纯化器的温度 始终高于进口。这是因为空气中的水分和二氧化碳 被分子筛吸附的过程是个放热过程。对于全低压流 程空分设备而言，空气进纯化器的压力在%"&’() （*）左右，空气进纯化器温度约为#%!#&+。在 这种情况下，空气进出纯化器温度间差值约为,! -+。这属于正常现象。 这是因为空分设备中用于吸附水分和二氧化碳 的#!.分子筛，除对极性分子如水和二氧化碳等 具有吸附能力外，对非极性的氮气和氧气也有一定 的吸附作用。升压过程是一个压力上升的过程，随 着压力升高，分子筛的静吸附容量增大，更多的氮 气和氧气被分子筛所吸附。而这个过程是个放热的 过程，这种放热使得#!.分子筛床层温度升高。 投用时空气将分子筛床层的热量带出来，从而引起 出口温度升高。设计人员在设计时，会根据其特 性，考虑后序设备主换热器的换热，因此，此温度 差不会影响主换器的换热。 !"异常现象分析 如果空气进纯化器温度升高，则温差也相应会 有所增大，这是因为：一、进分子筛纯化器的空气 温度升高使得空气饱和水含量增多。二、如果在纯 化器使用过程中（使用初期除外），出纯化器空气 温度突然升高，而进纯化器温度和压力却较为稳 定，这种情况往往显示空气已经将空气冷却塔的水 带入分子筛纯化器了。三、分子筛纯化器由再生转 为使用，吸附工作刚开始的一段时间内，空气出纯 化器温度较高，这时出口温度要比进口高出$%+ 左右。这种现象的原因是由于再生过程中冷吹不彻 底，以及纯化器在升压过程中释放吸附热所造成 的。以上三种现象都属于异常，需要操作人员进行 调整。 !"$再生温度曲线 图$ 再生温度曲线 /0"卸压阶段；01"加热阶段； 12"冷吹阶段；23"充压阶段。 对于较为简单的吸附温度曲线而言，再生温度 曲线要复杂一些。其再生温度曲线如图$所示。 #"卸压阶段（/40）曲线 分子筛纯化器在较高工作压力下完成吸附工 作，而在较低的压力下进行脱附再生。纯化器由吸 附转为再生时，首先将纯化器内的压力降下来。这 使得分子筛静吸附容量减小，原来被吸附的水分子 等，便有部分会从分子筛中解吸出来。与吸附过程 的放热效应相对应，脱附再生过程是个需要吸收热 量的过程。在此阶段，脱附所需热量只能来自于 #!.分子筛床层本身，因而使得床层温度下降。 $"加热阶段（041）曲线 （#）加热阶段开始后，污氮气进口温度迅速升 #$第,期 苏圣妍，等：浅谈空分分子筛纯化器温度曲线 万方数据 高，出口温度还会继续下降，最多可下降至!"以 下，然后才会逐渐升高。经再生电加热器加热过的 高温污氮气，在由上而下通过#$%分子筛床层时， 首先使得床层上部的分子筛温度升高并对上部的分 子筛进行再生。在此过程中，污氮气的热量一方面 传递给了上部的分子筛，另一方面被解吸出来的二 氧化碳和水分带走了，故污氮气本身的温度迅速下 降，到达纯化器底部时，温度已经很低了，所以污 氮气出口温度不会很快升高。 （&）加热阶段需要加以监控的主要是污氮气进口 温度、污氮气流量。污氮气进口温度主要由电加热器 的运行状况以及再生污氮气的实际流量所决定。操作 人员应根据技术 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，严格控制在规定范围内。 $’冷吹阶段（()*）曲线 （#）加热阶段主要解吸的是分子筛床层的中上 部，并且将热量贮存在分子筛床层中。在冷吹阶 段，一方面利用加热阶段贮存在分子筛床层中的热 量继续解吸床层中下部的分子筛及下部的活性氧化 铝，另一方面将床层中的热量带出来，降低至使用 温度，为下次投入使用作准备。冷吹开始后，污氮 气进口温度迅速下降，但出口温度还会继续上升， 一直达到某个最高点后，才会逐渐下降。 （&）冷吹阶段的污氮气出口温度变化曲线——— 冷吹曲线特别重要。冷吹曲线上的最高温度点称为 “冷吹峰值”，它是再生过程是否完善的主要标志。 床层中的分子筛在再生过程中温度自上而下是递减 的，所以最底层的分子筛总是再生的最不彻底。对 于双层床分子筛纯化器，如果冷吹峰值达到#!! "，则说明纯化器内上部的分子筛和下部的活性氧 化铝都已再生完善。 （$）影响冷吹峰值的因素主要是加热阶段进纯 化器的再生污氮气的温度高低、流量大小等。此 外，如果在上一个使用周期中分子筛吸附了太多的 水分和二氧化碳，而在再生时也没有增加再生热 量，则冷吹时峰值会下降。如果分子筛在使用过程 进水，则冷吹峰值也会显著下降。 （+）如果冷吹曲线上会出现多个峰值，则说明 分子筛床层不平整。因为仪表所记录的是床层各处 出来的气体混合在一起后的温度变化曲线，是一系 列的波形曲线综合在一起后所形成的曲线，所以可 以反映床层的情况；当分子筛床层厚薄不均匀时， 流过的气量不均匀，这样最底层的各处不是同时达 到峰值，综合成的波形曲线中就有可能出现两个甚 至三个峰值。 （,）冷吹结束时的污氮气出纯化器温度是另一 个需要加以控制的指标，该温度如果过高，则纯化 器由再生转为使用时空气就会将这一部分热量带入 主板式换热器，进而对其工作状况产生不良影响。 该温度主要由冷吹时间、再生气流量以及加热过程 中带入热量多少等因素决定。 +’升压阶段（*)-）曲线 升压阶段的纯化器内压力是增加的，前文已叙 述，这是空气中杂质被分子筛吸附，而床层温度升高 的过程。受床层温度升高以及保温层中残余热量的影 响，使进出口管道中的残存污氮气温度都会上升。 + 利用分子筛纯化器各阶段温度曲线 解决实际问题 分析分子筛纯化器各阶段温度曲线，可以帮助 我们判断纯化器的工作状态及事故原因。 +’# 吸附温度曲线的变化 对正常运行中分子筛进气温度突然升高到设计范 围以外，应对此进行分析。可能是空气预冷系统中的 常温水泵、冷冻水泵或冷冻机出现了异常，使出空冷 塔的空气温度升高。随着温度的升高，带入分子筛纯 化器的饱和水分含量升高，温差相应扩大，同时因进 主换热器温度及进分馏塔温度均上升，影响分馏塔的 正常工作。同时因吸附是放热过程，温度升高，吸附 质的分子热运动加强，从吸附表面脱离返回气体中的 分子数增加。吸附剂的吸附容量随温度的升高而降 低，对分子筛纯化器的使用周期影响较大，所以出现 此现象时要积极进行调整。 +’& 再生温度曲线的变化 对再生温度曲线的变化应迅速根据分析检测系 统判断事故的严重性，采取有效措施进行“救治”， 如增加再生气量、提高再生气加热温度、增加加热 时间等措施，力保分子筛能继续工作。&!!$年. 月&!/!!!0$／1分子筛因电炉故障，使一组分子 筛纯化器只加热了&!023后，电炉自动跳停。冷 吹时峰值温度最高值只有,!"（正常时峰值达 #,!"左右），即分子筛没有将吸附的水分完全解 析。再次投用时，工作时间不足#1，在线分析检 测仪已明显出现异端。根据温度曲线，将再生气量 从4&!!0$／1增加到近#!!!!0$／1，电炉温度由 正常的#4!"提高到#5!"左右，其温度值主要受 电炉功率及再生气量的影响，精心调整，保证较高 && 低 温 与 特 气 第&&卷 万方数据 的加热温度。根据吸附器温度曲线冷吹峰值的状 况，缩短工作吸附周期。在经过多次再生后，随着 峰值温度的逐渐提高，逐步延长再生各阶段的时 间。分子筛纯化器在经过近!"#的“救治”后， 终于恢复了正常工作水平。 通过以上对该曲线的实例的应用和分析，我们 知道分子筛曲线的变化是多种多样的，如何利用温 度曲线状态及与之相关的其它设备的参数变化，灵 活地判断事故发生的原因，并采取合理的方法给予 解决，是保证制氧机安全、稳定、长周期运行的有 效措施。因此，不断积累和总结分子筛温度曲线图 的变化趋势及出现的问题，学习其他制氧机厂家的 处理经验，是更好掌握分子筛操作的有效途径。 参考文献： ［$］孙全海%分子筛纯化器温度曲线的观察与分析［&］% 深冷技术% ［’］杨明利，等%(""")*／#空分设备分子筛受冲击的分析 及处理［&］%深冷技术% 作者简介： 苏圣妍，女，大学，深冷技术工程师，现就职于乌鲁 木齐（+*""’’ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ）新疆八一钢铁集团有限责任公司能源中心。 脱硫技术的六大关键问题 气体净化是化学工业生产中重要的工艺环节， 特别是在化肥厂煤气粗脱硫和原料气二次脱硫及联 醇、联碱等变换气脱硫及碳化原料气精脱硫技术的 广泛应用，大大优化了生产工艺过程。目前，在化 肥、化工行业的脱硫技术应用中，根据原料气中残 留的,’-、./-、.-’的量，对精脱硫剂、水解催 化剂、有机碱净化剂进行有机组合，构成各种新的 工艺流程。针对脱硫技术不断创新的同时在实际生 产中遇到的问题，有关专家提出，我国脱硫技术研 究应注重以下六大关键问题： $%湿法脱硫中的传质阻力问题。湿法脱硫受传质 控制这一观点已得到确认，虽然01-（酞氰钴）脱硫 方法的出现，显示出新型液相催化剂的巨大作用，即 加入少量01-就能取得较好的脱硫效果，但这并不能 否认过去湿法脱硫中强化传质的思路有错，事实上近 年开发的规整填料和垂直筛板塔等技术都强化了传质 过程，在脱硫应用上有了新发展。 ’%湿法脱硫的硫回收。我国化肥厂的脱硫设 备不仅承担着净化气体的任务，同时还要将硫化氢 转变为单体硫，但这一硫资源回收率不高，不少被 排放流失，而且塔内易形成硫堵，严重影响生产。 过细的硫颗粒不易过滤回收，对填料和器壁附着力 也强。因此设法使硫粒子尽量变粗，脱硫液中悬浮 硫尽量减少，将有助于该问题的解决。 *%合成氨生产链中硫化物变化规律。氨厂气 体中的硫化氢和有机硫处于不断变化的环境，目前 我们对硫化氢的变化了解较多，而对羰基硫、二硫 化碳的变化规律知之甚少。通过对氮肥厂变换、碳 化、铜洗、氨分等各工序硫的变化分析，发现有机 硫除了在变换中水解转化而大幅降低外，在有氨性 溶液或液氨同气体接触的过程中都不同程度地被脱 除，尤其对羰基硫更为显著，在碳化阶段存在着二 氧化碳的“排代”作用，主塔出口有机硫浓度大 增。由于低温和气液接触良好，氨分对羰基硫具有 优异的脱除功能。氨催化剂硫中毒可能更多是由二 硫化碳所引起。另外，在变换的热水饱和系统，少 量硫化氢会进一步深度氧化而生成硫酸盐，影响食 品级碳铵的生产。因此揭示这个生产链中硫化物的 变化规律应是研究方向之一。 !%合理选择脱硫、脱碳工艺。对于大氮肥厂， 通过甲醇洗、2,1、3145、,-等方法可同时脱 硫脱碳，使,’-、./’及有机硫脱至很低浓度。而 在中小氮肥使用煤制气的装置，气体中因含氧使情 况更为复杂。由于干法脱硫剂硫容小，放在脱碳前 是不得已而为之，实际上脱碳前高浓度./’影响 脱硫，尤其是精脱硫。专家指出，在变换气的脱硫 中干法、湿法应合理组合运用，以使费用最小，效 果最优。 6%技术需不断完善。精脱硫存在流程长、硫 容低、功能单一等不足，脱除微量碱化氢及有机硫 若能在一个塔内进行，效益会更好，同时还要加强 对精脱硫剂脱除有机硫能力的研究。此外，醚、噻 吩等技术的开发专家预计，全方位精脱有机硫化物 的目标如能实现，常低温精脱硫工艺将有望全面取 代以加氢脱硫为核心的中温脱硫工艺。 (%精脱硫中的有机硫释放。在精脱硫中气体 通过脱硫设备后，出现“放硫”即羰基硫出口浓度 高于进口的现象，影响正常操作。造成这一现象的 原因在以下几点：./’、./-的竞争吸附；,’-的 吸收相对滞后，形成表面富集，与./’反应生成 ./-；脱硫剂过干或含氧过低，,’-在表面富集， 不能及时转化为单体硫，而导致./-的生成。因 此深入研究放硫机理，对优化工艺条件和改进精脱 硫有着重要意义。 王秋娥 *’第!期 苏圣妍，等：浅谈空分分子筛纯化器温度曲线 万方数据