固体干燥剂脱水知识培训

固体干燥剂脱水知识培训

培训地点：会议室培训人：培训时间：2019年1月24日-1月26日

固体表面对临近气体（或液体）分子存在吸附力，在固体表面可捕捉临近的气液分子，这种现象称吸附。

根据吸附力的不同，吸附分为化学吸附和物理吸附两种。

若气体和固体原子间以某种化学键结合、形成新的物质并以单层分子形式附着于固体表面上，称化学吸附，多数为不可逆过程。

若气体和固体间依靠范德华力，使固体表面形成多层被吸附的气体分子，称物理吸附，是可逆过程。逆过程称为再生、活化或脱附。

固体干燥剂脱水属于物理吸附。

吸附装置为固定床吸附塔，即在立式圆柱筒体内充填多孔性固体吸附剂。塔顶为湿气进口，塔底为干气出口。

1、单组分的吸附过程

如图，流出吸附床的气体水浓度随时间而变化。开始水浓度极低，tB时刻水浓度开始增加，最终床出口气体水浓度与进口相等。tB称为吸附过程的转效点，相应的水浓度CB为转效点浓度，浓度随时间变化曲线称转效曲线。

如图为吸附床示意图。吸附床层从开始吸附到停止使用而再生，在吸附过程的不同时期，吸附床层的吸附情况是不同的。

图中阴影部分为吸附传质段，吸附剂仍然有吸附脱水作用；在吸附传质段后边线BB上方的吸附剂已被水饱和，称饱和吸附段；在吸附传质段前边线AA下方，吸附剂尚未吸附水汽，称未吸附段。

随含水气体不断通过吸附床，吸附传质段不断向下移动，当传质段前边线AA达到床层出口端，即吸附过程转效点达到出口端时，流出床层的气体中，水浓度开始迅速上升。

2、多组分的吸附过程

吸附剂在吸水的同时也吸附甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳和烃类。根据吸附质和吸附剂亲和力的强弱，优先吸附的顺序为：水、甲醇、硫化氢和硫醇、二氧化碳，之后为烃类。烃类按分子量大小排序，由重到轻。按吸附顺序各组分转效曲线沿床长的分布如图所示。

3、吸附特性

1）吸附平衡

气体与固体吸附剂接触时，有一定量的气体被吸附。被吸附的气体，由于热运动又会发生脱附，脱附速度随固体表面被吸附气体量的增加而增大。最后在一定温度和压力下，脱附速度和吸附速度相等，便达到了吸附平衡。

在平衡条件下，单位质量吸附剂吸附物质的多少，称平衡吸附量，简称吸附量。

吸附量的大小与温度和压力有关。如图，CO2在木炭上的等温吸附线，横坐标为CO2在气体内的分压。可见，吸附量随温度的升高而减少，随吸附质在气相中分压的增大而增加。吸附剂的这种性质表明，高压、低温有利于吸附。

在气体脱水工业中，吸附量的大小以湿容量表示，是指每100g吸附剂吸附水蒸汽的克数。

湿容量又分为静态平衡湿容量和动态平衡湿容量。处于静止条件下测定的吸附剂的吸附量称静态平衡湿容量；处于流动条件下测定的吸附剂的吸附量称动态平衡湿容量。动态湿容量约为静态湿容量的40～60％。

吸附剂湿容量随使用时间延长而降低，开始时湿容量降低很快，之后降低缓慢，最终降低至某一很低的水平上，失去脱水能力而更换。因而，吸附剂脱水设计中不可能以动态平衡湿容量确定所需的吸附剂用量，一般约取70％动态平衡湿容量为设计湿容量，或称有效湿容量。2）吸附速率

吸附速率取决于外部扩散速率、内部扩散速率及吸附本身的速率。外部扩散是指气流中的吸附质扩散至气固界面；内部扩散是指气固界面处的吸附质沿多孔性固体内部的毛细孔扩散至吸附表面。

吸附速率的变化范围很大，可以从百分之几秒到几十小时。由于吸附速率的影响因素众多，在实际工程应用时，一般依据经验或通过实验方法来确定。

3）吸附热

气体分子被吸附到吸附剂表面时所放出的热量称为吸附热。不含吸附质的新鲜吸附剂从开始吸附到吸附一定量吸附质时放出的全部热量，称为积分吸附热。吸附热一般由实验测定。

实际吸附过程中放出的热量会使吸附剂和气流温度升高，从而降低了吸附剂的吸附量。因此，在设计吸附塔时，必须要考虑吸附热对平衡吸附的影响。只有吸附质的量很小时，才可以认为是等温吸附。

4、吸附剂种类

用于天然气脱水的吸附剂主要有三种：硅胶、活性氧化铝和分子筛。

1）硅胶

主要成分为SiO2，含微量Al2O3和水。用于脱水的硅胶有粉状、圆柱条状和球状三种，并有细孔（20～40Å，600～700m2／g）和粗孔（80～100 Å ，300～500 m2／g）之分。

缺点：①与液态水接触易炸裂，因此除尽量防止液态水外，通常需要在气体进口处加一层不易为液态水破坏的吸附剂。②若气流内存在防腐剂，由于硅胶的再生温度不足以使防腐剂脱附，造成防腐剂在硅胶上结焦，影响脱水效果。③易于为液态烃堵塞。

2）活性氧化铝

主要成分为Al2O3，并含有少量其他金属化合物（Na2O、Fe2O3等）和水。活性氧化铝也有细孔（约72 Å ）和粗孔（120～130 Å）之分，商用活性氧化铝做成粒径3～7 mm的球状和圆柱条状。活性氧化铝的比表面积210～350m2／g。

缺点：①处理酸性天然气时，氧化铝能促使H2S与气体生成COS。吸附剂加热再生时，吸附床内残留固态硫，造成堵塞，影响正常脱水。②易于为液态烃堵塞。

3）分子筛

分子筛是一种人工合成的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体。其分子式的通式为：

SiO2分子数与Al2O3分子数之比称为硅铝比，在数值上等于x。

（1）分子筛的类型

根据硅铝比的不同，分子筛分为三种类型：A型（硅铝比为2），X型（硅铝比为2.5）和Y型（硅铝比为3~6）。

对于相同的类型（即硅铝比相同），形成分子筛的金属离子不同，分子筛的孔径不同，在几到十几个Å 。

（2）分子筛的吸附特性

①选择吸附性：

分子筛的孔径小于硅胶和活性氧化铝的孔径，只有分子直径小于筛孔直径的气体分子才能进入筛孔内被吸附，因此分子筛的吸附具有很强的选择性。

②优选吸附性：

分子筛表面具有大量较强的局部电荷，为极性物质。因而，对于那些能够进入筛孔内的分子，其优先吸附其中极性强的分子。水是强极性分子，所以分子筛是干燥脱水的优良吸附剂。

③高效吸附性：

分子筛的高效吸附性主要表现在两个方面：

如图，三种吸附剂的湿容量与相对湿度的关系。可见，相对湿度愈小，湿容量愈小。但当相对湿度较低时分子筛仍有很好的吸附性能。

如图，三种吸附剂的湿容量与温度的关系。可见，温度愈高，湿容量愈小；但当温度较高时分子筛仍有很好的吸附性能。