制氧空分系统分子筛吸附器的优化应用

制氧空分系统分子筛吸附器的优化应用

王立强

哈密市第二人民医院   新疆维吾尔自治区哈密市

 摘要：某厂制氧作业区现有21000m3/h型空分4套，空分设备采用分子筛吸附净化、透平膨胀机制冷、规整填料塔上塔、全精馏制氩流程，配属分子筛吸附器采用卧式双层结构，分子筛系统作为空分设备的关键设备，2021年前4套空分分子筛内主要装填分子筛13X1/16和活性氧化铝D201 3-5mm小球，该分子筛在空分运行过程中存在冷吹峰值在85℃-100℃之间，分子筛运行过程中存在能耗较高现象，通过技术交流后对现有分子筛进行优化。

关键词：制氧空分系统；分子筛吸附器

1分子筛在空分系统中的应用

1.1 分子筛的特点

1)吸附力极强，对水和气体具有可逆吸附性。

2)分子筛的干燥程度高，当高温和高流速的气体通过时，分子筛能对其进行充分的烘干。

3)分子筛具有良好的稳定性和耐高温性，当温度低于200℃时，分子筛都能保证正常的吸附容量。同时，分子筛的使用寿命也很长，正常情况下，可以达到2-3年。

4)分子筛不仅可以吸附气体中的水分，同时，它对气体中的乙炔和二氧化碳也有一定的吸附作用。在全低压大型空分装置上采用分子筛流程，分子筛吸附器一般采用13X分子筛。

1.2 分子筛流程的空分特点

1)切换式换热器净化流程在清除气体中的水分、乙炔等杂质时，需要设置吸附器及相应的液氧泵等，流程繁琐，而分子筛使工艺流程大大简化，该流程因为不需要添加其他的吸附器，使相应的管道阀门数目减少，日常维护保养、操作、故障点相应减少。

2)相较于切换式换热器净化流程，分子筛流程的设备故障率较低，设备使用寿命也更长，因为分子筛流程采用的是主热交换器，不用频繁工作切换阀，另外，主热交换器不受交变应力影响。

3)切换式换热器净化流程在设备启动阶段，需要考虑水分、二氧化碳是否在设备内冻结，而分子筛流程则不需要考虑这个问题，使启动操作简化。

4)切换式换热器的切换时间只有8分钟左右，分子筛吸附流程切换时间可延长到4小时左右，因此，分子筛吸附器可以有效的较少空气的切换损失，从而提高氧气的吸附率。

5)在正常情况下，分子筛净化的效果较为理想，且设备在连续运转下，分子筛的寿命可以达到2-3年。

6)分子筛净化流程的运行波动更小，带来的好处便是氩塔工况更加稳定。

2 分子筛吸附器在实际生产中的特性

2.1 分子筛的装填

1)分子筛吸附器的筒体在加工和运输过程中，内部会产生油脂和杂质，为了以后的生产安全和运行周期不受影响，先对筒体内部进行仔细的打磨除锈，再用脱脂剂对内部进行仔细的脱脂和清扫，确保筒体内部绝对无油质和杂质。

2)分子筛污氮气进口处设有上气体分布器，可以为再生污氮气增加阻力，使气体分配均匀，从而提高了空气再生污氮气流的均匀性，同时阻挡了工作过程中分子筛可能产生的粉末进入管路系统。

3)分子筛在空气进口处设有下气体分布器，气体分布器由不锈钢板制成，并在合适的区域均匀的开孔，这使气流分布的均匀性大大提高。

4)分子筛吸附器内部分为三层，每只内部第一层装填活性氧化铝D201 3-5mm大球13吨，装填高度为0.475米，装填结束后进行扒平，之后再铺一层活性氧化铝D201 2-3mm小球3.6吨，装填高度为0.145米，装填完毕将表面扒平。之后需在氧化铝床层上铺设隔栅板，铺设前要仔细检查有无破损。对于可疑的地方可以手工抓一把分子筛放在上面看是否可以漏过去。要确保不漏且连接部位牢固。如果隔栅板是约翰逊隔栅则可能不需要另外加铺筛网，否则需要铺10目或20目筛网(如底部不平则需要剪裁)。氧化铝小球和分子筛之间亦需要铺20目丝网，以避免装填或开工阶段意外因素导致的混床。一旦发生混床则很难找到具体位置，只有整床重装。因此务必要将筛网准备、检查妥当。第三层装填分子筛APGIII 8*12小球24吨，装填高度0.95米，装填完毕将表面扒平。整个的装填工作过程中，我们都进行严密的监护，确保吸附剂的装填质量和平整，为正常生产打下良好的基础。

5)注意记录装填的重量和桶数，注意测量堆积高度，避免少装、漏装。装填过程中务必做到开一桶装一桶，切勿一次性打开较多桶，以防吸潮。装填时采用专业皮带传送设备或吊装方式，人员在罐内协助铺平。

6)装填完氧化铝后要确认水平度，平整后铺丝网。铺设时，要求丝网靠近器壁处向上卷边150-200mm。

7)分子筛装填完成后，需要从下人孔把底部隔栅尽下面漏下来的颗粒和细分进行清理，然后用氮气或干燥空气反吹去除细粉。尽快封罐，并保正压待用(同时检测密封状况)。

8)分子筛装填完成后，需要从下人孔把底部隔栅尽下面漏下来的颗粒和细分进行清理，然后用氮气或干燥空气反吹去除细粉。尽快封罐，并保正压待用(同时检测密封状况)。

2.2 分子筛吸附剂吹扫

1)新安装的设备、容器和管道内部必定会留有大量的杂志和水分，所以必须进行塔内的吹扫工作。酒钢21000m3/h型空分装置分子筛在调试期间采用了两种不同的吹扫方案：一种是分子筛内装填吸附剂的吹扫方案；另一种是分子筛内未装吸附剂的吹扫方案。

2)在分子筛吸附器筒内装填吸附剂时，对吹扫的整个过程要求非常严格，从空气的压力，空气的流量上都不能有较大的波动，否则就会造成分子筛冲床事故的发生。

3)首先将进分子筛之前的外部管道吹扫干净，防止将杂质带进分子筛吸附器内。设定好空压机的出口压力在0.2MPa并且要稳定，利用分子筛的升压阀缓慢将压力升到0.17MPa左右，然后间断吹扫进分子筛之前的管道。

4)在吹扫分子筛之后的管道时利用连续吹扫的方法将管道内的杂质从污氮总管吹出，为了不让杂质自存在污氮总管的底部，特意在污氮总管底部开了一个直径20mm的开口，使得杂质从污氮总管底部吹出。

5)由于分子筛电加热器内已经装好了电加热杆，为了避免将杂质吹进电加热器内，而损坏电加热杆，在吹扫电加热器的前、后管道时，采取将电加热器前、后管道上的堵头盲板拆除，分别吹扫电加热器的前、后管道，吹扫干净后再将管道上的堵头盲板封堵。

6)在空气管道上还有流量孔板，为了避免将杂质积存在流量孔板内而影响流量孔板的精确性，导致今后生产、操作上的不便，所以将流量孔板也拆除掉，等管道彻底吹扫完毕后再回装。

7)以上是分子筛内装填吸附剂后的吹扫过程，吹扫结束后，打开两组分子筛上部人孔进行检查，上层的分子筛非常平整，因为整个操作过程都非常严谨，压力、流量波动非常小，所以没有出现冲床现象，而且吹扫也非常彻底，没有留下任何死角。

2.3 另一种吹扫方案

在分子筛吸附器未装填吸附剂之前进行的，操作时比起上一种方案来就简单得多了，在压力和空气流量上的要求也不象上一种那么严，吹扫过程中只要空压机的压力不太高，不留下任何死角就行。等分子筛系统都彻底吹扫完毕，就可以装填吸附剂了。通过吹扫彻底解决了分子筛内部杂质，满足了工艺要求。

3分子筛吸附器更换后达到的效果

通过对分子筛吸附器优化更换后，空气预净化单元二氧化碳能更容易被分子筛所吸附对，本次优化主要调整为：多装了氧化铝，去掉了惰性瓷球，并且分子筛床层采用复合床，以求最佳性价比。之前的氧化铝、吸附剂填料均弃用，并替换为UOP特殊供应分子筛新剂，满足更为苛刻的进料条件，满足了分子筛长周期运行，将分子筛切换周期由原有4小时切换延长为7小时，将冷吹峰值由原有85℃-100℃提高至120℃-140℃。

参考文献

[1] 毛绍融，朱朔元，周志勇.现代空分设备技术与操作原理[M].杭州：杭州出版社，2005.

[2] 韩磊，孙瑞.大型空分设备分子筛出口空气中CO2含量超标分析与处理[J].石化技术，2015,22.