分子筛与分子筛纯化系统37985

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1、-.z.分子筛与分子筛纯化系统 一、分子筛的品种型号 分子筛又称合成沸石是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它是由 SiO 和 AIO 四面体组成和框架构造。在分子筛晶格中存在金属阳离子如 Na，K，Ca 等，以平衡四面体中多余的负电荷。分子筛的类型按其晶体构造主要分为：A 型，*型，Y 型等.A 型 主要成分是硅铝酸盐，孔径为 4A1A=10-10 米，称为 4A又称纳 A 型分子筛；用 Ca2+交换 4A 分子筛中的 Na+，形成 5A 的孔径，即为 5A又称钙 A 型分子筛；用 K+交换 4A 分子筛的 Na+，形成 3A 的孔径，即为 3A又称钾 A 型分子筛。*型 硅铝酸盐的晶体构造不同 硅铝

2、比大小不一样，形成孔径为 910A 的分子筛晶体，称为 13*又称钠*型分子筛；用 Ca2+交换 13*分子筛中的 Na+，形成孔径为 9A 的分子筛晶体，称为 10*又称钙*型分子筛 Y 型 Y 型分子筛具有*型分子筛烃似的晶体构造，但化学组成不同硅铝比较大通常用于催化领域。分子筛是一种硅铝酸盐，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架构造，在构造中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内外表积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架构造不变，形成了许多大小一样的空腔，空腔又有许多直径一样的微孔相连，比孔道直径小的物质分子吸附在空腔内

3、部，而把比孔道大得分子排斥在外，从而使不同大小形状的分子分开，直到筛分分子的作用，因而称作分子筛。它主要用于各种气体、液体的深度枯燥，气体、液体的别离和提纯，催化剂载体等，因此广泛应用于炼油、石油化工、化学工业、冶金、电子、国防工业等，同时在医药、轻工、农业、环保等诸多方面，也日益广泛地得到应用。3A 型分子筛，主要用于石油裂解气、烯烃、炼气厂、油田气的枯燥，是化工、医药、中空玻璃等工业用枯燥剂。化学式：2/3K2O1/3Na22OAI2O32SiO2.9/2H2O 主要用途：1、液体如乙醇的枯燥 2、中空玻璃中的空气枯燥 3、氮氢混合气体的枯燥 4、制冷剂的枯燥 4A 型分子筛主要用于天然气

4、以及各种化工气体和液体、冷冻剂、药品、电子材料以及易变物质的枯燥、氩气纯化、甲烷、乙烷丙烷的别离。化学式：Na2OAl2O32SiO29/2H2O 主要用途：1、空气、天然气、烃完烷、制冷剂等气体和液体的深度枯燥；2、氩气的制取和净化；3、电子元件和易受潮变质物质的静态枯燥；4、油漆、聚脂类、染料、涂料中做脱水剂。5A 型分子筛 化学式：3/4CaO1/4Na2OAl2O32SiO29/2H2O 主要用途：1、天然气枯燥、脱硫、脱二氧化碳；2、氮氧别离、氮氢别离，制取氧、氮和氢；3、石油脱腊、从支烃、环烃中别离正构烃。可再生 13*APG 分子筛 主要用于大中型空分装置原料气的净化。-.z.中

5、空玻璃专用分子筛系列，可以同时吸附中空玻璃中的水分和残留有机物，使中空玻璃即使在很低温度下仍然保持光洁透明，充分降低中空玻璃因为季节和昼夜温差变化所承受的强大内外压力差，彻底解决普通中空玻璃枯燥剂易使普通中空玻璃膨胀或收缩导致的扭曲破碎问题，充分延长中空玻璃的使用寿命。分子筛活化粉系列，是分子筛合成原分经过脱水后的分子筛。它具有一定的分散性和快速的吸附速度。主要用于涂料、油漆、树脂及相关粘合剂的添加剂。分子筛的再生 为了取得好的操作性能和尽可能长的寿命，分了筛使用一定时间后必须再生。正确再生后的分子筛同新鲜的一样，其吸附性能和机械性能的衰减和老化是非常低的。分子筛的再生有两种根本方法：1改变温

6、度，即“变温。它是通过加热分子筛来除去被吸附的物质。工业上一般是用经预热的再生气加热，吹扫分子筛至 200 左右，并带走脱附下来的吸附质。2 改变相对压力，即“变压。一般用于气相吸附过程。其根本方法是保持吸附剂温度不变，通过降低压力和惰性气体反吹，除去吸附质。再生通常是同吸附逆向进展的，这可使被容纳于吸附床入口处的大局部吸附质不必通过整个床层，局局部子筛也可不与湿热气体接触，从而提高分子筛使用寿命。再生气应尽可能枯燥，否则会影响吸附效率。5A 分子筛是钙型硅铝酸盐。均匀的孔径约为 510-7mm，堆密度为 700800kg/m3，比外表积为 750800m2/g，孔隙率为 47%，机械强度大于

7、 95%，对水分的吸附容量约为 21.5%，对二氧化碳的吸附容量为 1.5%，在吸附水分、二氧化碳的同时对乙炔等碳氢化合物有共吸附作用。13*分子筛是钠型硅铝酸盐，均匀的孔径约为 1010-7mm，堆密度为 600700kg/m3，比外表积为 8001000m2/g，孔隙率为 50%，机械强度大于 90%，对水分的吸附容量约为 28.5%，对二氧化碳的吸附容量为 2.5%，在吸附水分、二氧化碳的同时对乙炔等碳氢化合物也具有共吸附作用。两种吸附剂相比较，13*分子筛的吸附性能优于 5A 分子筛。但 13*分子筛的机械强度及耐磨性稍差，且制造工艺较为复杂，因而价格较高。小型制氧机的分子筛纯化器的工

8、作压力较高，正常压力为 1.52.5MPa，启动压力为 5.0MPa。制氧机的运转周期短(36 个月)，加工空气通过分子筛纯化器后要求二氧化碳含量小于 510-6即可。所以，以往中压分子筛纯化器多数选用 5A 分子筛。目前，为延长制氧机的运转周期，也改用 13*分子筛作为中压纯化器的吸附剂。大型全低压制氧机由于工作压力低(0.50.6MPa)，分子筛对水分、二氧化碳的动吸附容量降低，且大型制氧机的运转周期长(通常为两年)，要求空气净化后二氧化碳含量小于 110-6，为了减少分子筛用量，低压分子筛纯化器全部使用13*分子筛。一、分子筛的动吸附 一般来讲极性最强的最先被吸附 H2OCmHnCO2

9、分子筛对不饱和分子亲和力强，炔烃烯烃烷烃 二、吸附过程的进展 吸附平衡：在一定 T、P 下，当脱附速度和吸附速度相等时，便到达了吸附平衡。即到达饱和。吸附过程的进展：传质区、平衡区、保护区。空分吸附塔 CO2 出口浓度小于 1ppm 转效点：当传质区前缘开场到达吸附器出口截面时，流体流出吸附剂层被吸附组清楚显增加的点。三、吸附能力的衡量 静吸附容量：再一定 T 和被吸附组分浓度下，每单位质量体积的吸附剂到达吸附平衡时-.z.所能吸附的最大量。即吸附剂所能到达的最大吸附量与吸附剂量之比。动吸附容量：当吸附器后刚出现吸附质时，吸附器内单位质量体积吸附剂的平衡吸附量。也就是吸附剂到达转效点时的吸附量

10、。通常用转效时间来计算，即从流体开场接触到吸附剂层到“转效点的时间。动吸附容量小于静吸附容量的 50-70 四、延长分子筛使用寿命几点措施：l、分子筛床层应尽量防止受气体冲击。所以冲泄压时分层进展，设压差联锁。2、应防止空冷塔误操作将水带进吸附塔或改进空冷塔设计。主要存在问题 3、空冷塔用循环水，水的 PH 值保证在 78 之间。五、分子筛纯化系统节能降耗的几点措施 1、设置预热器 2、设置蓄热器 3、蒸汽加热器代替电加热器。电能属于有序能，品位高，热能属于无序能，品位低。分子筛是一种硅铝酸盐的晶体，具有许多孔径大小均一的微孔，骨架通常带负电荷，孔道中具有平衡骨架负电荷的阳离子。最早发现的分子

11、筛是天然沸石，人们发现在火山口附近开采的矿石，经过加热后会产生气泡，因而称之为沸石。20 世纪 30 年代，美国联合碳化物公司首先人工合成了 4A 和 13*分子筛，并将分子筛作为枯燥剂应用于石化领域。后联碳公司陆续发现了 Y 型分子筛等，并将之应用于催化领域，代替以前应用的硅铝小球，使汽油产率提高15%以上，当时全世界每年原油用量 4 亿吨，并产生 80 亿美元的经济效益。后来又陆续发现ZSM，磷铝，MS41，全硅沸石等系列分子筛，并在石油化工领域，枯燥等领域取得了广泛应用。可以这么讲，没有分子筛就没有现在的石油化工业。现在分子筛催化是化学学科中至关重要的优先领域，是炼油和环保科学的关键技术

12、。分子筛具有孔径大小均一的微孔，依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子，因而被称为“分子筛。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体，从而被吸附，否则被排斥。分子筛还根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。一般地，极性强的分子更容易被吸附。分子筛的类型多达几十种，但目前能大规模生产并获得广泛应用的是 A 型、*型和 Y 型、M 型和 ZSM 系列等几类。其中，3A、4A、5A 型分子筛均为 8 元环的孔道，4A 型分子筛是一种硅铝酸钠，其微孔的表现直径约为 4.2A，能吸附直径在 4.2A 以下的分子。3A 为用 K 离子交换的 4A 分子筛，孔径为 3.8A。5

13、A 型分子筛为钙交换的是 4A 分子筛，其微孔表现直径为 5.0A，能吸附 5.0A 以下的分子。13*、Y 和 M 型分子筛的主孔道为12 元环，大小为 10A 左右。ZSM-5 为 10 元环孔道，是一种择型催化剂。同时分子筛又是一种硅铝酸盐无机化合物，能够耐高温，具有良好的热稳定性，为再生提供了方便，可屡次重复利用。骨架不被微生物等分解。由于具有以上所述优点，因此分子筛的用途广泛。它既是一种新型的高效能选择性微孔型吸附剂，也是一类性能优异的催化剂和催化剂载体。作为枯燥剂，分子筛具有很强的枯燥性能和良好的吸附性能，同时具有良好的择型作用，因此分子筛枯燥剂广泛应用于石油炼制(Refining

14、)，石油化工(Petrochemical)，深冷制氧cryogenic，天然气枯燥和脱硫，中空玻璃IG，冷冻refrigeration，变压吸附制氧，PVC 塑料稳定剂，烟草行业过滤嘴，作为离子交换剂脱除放射性物质等。近年来开发的全硅沸石亲油分子筛已开场用于环保行业处理废水和锅炉废气。分子筛内部具有很强的电场梯度 分子筛的骨架局部主要成分为硅氧四面体和铝氧四面体，由于铝的化合价是 3，所以铝氧四面体 AlO4 中有一个氧原子的价没有得到平衡，这样就使整个铝氧四面体带有负电荷，为了保持电中性，在铝氧四面体的附近必须有带正电荷的金属离子来抵消它的负电荷。带正电荷的金属离子和带负电荷的分子筛骨架之间

15、产生强大的电场，从而对分子筛的吸附性能产生巨大的影响。分子筛对极性物质的吸附能力要远远强于非极性物质，同时由于强大电场的作用，对于含有双键或大键的物质，通过诱导极化作用，也具有相当的吸附能力。通常阳离子所-.z.带的电荷越多，离子半径越小，产生的电场越强，对双键的诱导作用也变大，对这类物质的吸附能力也越大。例如，5A 分子筛对乙烯，丙烯等烯烃和炔烃能够进展大量吸附。分子筛纯化器的装填和吸附 根据床层设计，可以将分子筛纯化器分为三种：立式，卧式和环形。立式床的特点为紧凑体积小，占地面积小，但气流分布容易不均匀。见于立式床的横截面积的有限性，立式床的床层通常较高，分子筛一般采用48 目或 1/8条

16、，以减少分子筛气流的阻力，防止床层受到气流冲击发生床层反转现象(Bed lifting)。立式床一般用于 3000m3/h 以下的小空分。卧式床同样为圆柱形，使用时是卧式的，分子筛装填于中间局部，卧式床的分子筛的装填高度米，可以减少 Bed lifting 的产生，采用多个进气口进气，气流分布比较均匀，为 3000m3/h 以上的大空分使用。环形分子筛纯化器是将分子筛装填在一个环形的空间内，从环形内部进空气，从外部出气。环形装填方式可以有效防止床层受到气流冲击发生反转，保证纯化器的正常运行。分子筛活化的操作 1 准备工作穿戴劳保用品 工具、用具准备 2 处理确认 FV-1226、V-1250

17、处于关闭状态 MAC 加载完成，预冷系统处于正常运行状态 缓慢开启分子筛入口 KV-1201/1202 入口旁路阀 V1215/1216，当 KV1201/1202 前后是否存在压差，当无压差时，开启 KV1201/1202，开启 PV1210，然后将其打入自动控制模式 点击初始化按钮，然后按下暂停按钮。选择其中的一个吸附器，并按下选择按钮 点击开场按钮 处于再生的分子筛纯化器开场卸压 卸压完毕后，点击下一步，分子筛程序开场进入再生和吸附阶段，然后点击暂停。缓慢开启 V1250，观查再生气流量 FIC1201，使其逐渐到达 70000NM3/H.点击继续按钮 3 使用工具正确使用工具 正确维护

18、工具 4 平安及其它按国家法规或企业规定 在规定时间内完成操作 分子筛纯化器的切换时间是怎样选取的 从理论上讲，切换时间最长只能等于分子筛吸附过程的转效时间。转效时间的长短是由分子筛对水分及二氧化碳的动吸附容量所确定的。影响其动吸附容量的参数有空气带入分子筛纯化器的水分、二氧化碳以及乙炔等碳氢化合物的分压力，吸附温度，气体流速等因素。当认为分子筛纯化器吸附温度不变，水分、二氧化碳等的分压力不变时，气体流速提高，因水分子及二氧化碳分子与分子筛的接触时间缩短，则动吸附容量将减少，分子筛吸附过程的转效时间将缩短。考虑到分子筛老化、切换阀动作时间、充气、放气时间等因素，实际设定的切换时间必定小于转效时

19、间。切换时间长，切换阀动作次数少，可延长使用寿命，而且可以减少切换放空的气体损失。此外，可使空分装置的运行稳定，尤其是还可以提高氩的提取率。但是，切换时间长，则纯化器的气体负荷大，分子筛用量增加，纯化器的尺寸要增大，使设备投资增加。中、小型空分装置的切换时间一般设定为 8h。大型空分装置为了缩小纯化器的尺寸，又考虑到分子筛老化后需要定期更换的问题，应尽量减少分子筛的用量。因此，采用较短的切换周期。切换时间通常设定为 1.52.0h。由于分子筛制造技术的提高，新型分子筛对水分及二氧化碳的吸附容量的增加，所以大型空分装置的分子筛纯化器的切换时间也在延长，长周期的纯化器切换时间已可延长为 46h。-

20、.z.分子筛出口 CO2超标原因及处理 1 原因分子筛长期使用吸附能力下降 分子筛再生不完善 蒸汽加热器泄露 分子筛吸附水分负荷过大影响对 CO2的吸附 气流脉动等原因造成床层起伏不平，气路短路 2 处理更换分子筛 提高蒸汽加热器温度使加热污氮气进分子筛温度增高 消除蒸汽加热器漏点 降低进气温度，减少进气量 铺平分子筛床层 分子筛纯化系统有哪些节能措施？分子筛纯化系统目前多数采用加热再生法(TSA)，其能耗占总能耗的 5%左右。在中、大型空分装置的分子筛纯化系统中，为了减少分子筛的用量，提高分子筛对二氧化碳的吸附容量，取空气入分子筛纯化器的温度 815。为了预先降低空气温度，采用氮-水预冷系统

21、加冷冻机提供冷冻水冷却，或者空气在氮-水预冷系统中冷却后再由氨制冷机加以冷却的措施。这也增加了分子筛纯化系统的能耗。可见，采用对二氧化碳有较强吸附能力的分子筛，提高进入纯化器的空气温度，显然是一条有效的节能途径。例如，现在采用 13*碳分子筛代替 5A 分子筛。此外还有以下几条有效的节能措施：1)采用活性氧化铝与分子筛双层床。这一措施可以降低再生温度，从而到达节能目的；2)加热再生操作中，采用加热一冷吹分阶段方式。加热时不是将整个床层的吸附剂都到达彻底再生的温度-200以上再停顿，而是出口达 50左右就停顿加热，转入冷吹。冷吹是加热再生的继续，是用床层本身积蓄的热量来解吸再生。这样的操作既保证

22、了彻底再生，又缩短了加热时间；3)在纯化系统的电加热系统中设置蓄热器。纯化系统中的再生加热器是连续工作的，使用时要求电加热器的功率较高。如果采用功率较小的电加热器，另外设置一个蓄热器，让电加热器连续工作，将热量储存在蓄热器中。加热再生时，可由蓄热器补充足够的热量；4)用余热蒸汽加热器代替电加热器。冶金企业和化工企业中都有大量的余热。将余热锅炉获得的蒸汽，用于纯化器的加热再生，可节约能源消耗；5)采用变压解吸的 PSA 系统。变压再生的纯化系统(PSA)，分子筛床层的再生依靠降压来实现，床层不需要加热，故相对 TSA 较为节能；6)用空压机出口的压缩空气预热再生用的污氮。加工空气经空压机压缩后温

23、度可升高至 7080，用它来预热再生的污氮气，既可以节能，又可使加工空气得到冷却。分子筛切换系统故障及处理 1 准备工作穿戴劳保用品 工具、用具准备 2 故障控制系统故障，程序出现错误 电磁阀故障，切换阀不能开或关 行程开关故障，切换程序进展中断 切换阀动作缓慢 切换阀门故障 3 处理转入手动操作，假设无法实现手动操作，应停机检查处理 检查电源，气源是否正常，有问题处理，以及处理无效时改手动，更换电磁阀 处理行程开关-.z.检查气源压力，压力低时调节 检查行程，阀门密封，执行机构 2 与阀杆松动，重新紧固 4 使用工具正确使用工具 正确维护工具 5 平安及其它按国家法规或企业规定 在规定时间内完成操作