分子筛与分子筛纯化系统

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四面体组成和框架结构。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结构主要分为：A型，X型，Y型等.

A型

主要成分是硅铝酸盐，孔径为4A（1A=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。

X型

硅铝酸盐的晶体结构不同（硅铝比大小不一样），形成孔径为9—10A的分子筛晶体，称为13X（又称钠X型）分子筛；用Ca2+交换13X分子筛中的Na+，形成孔径为9A的分子筛晶体，称为10X（又称钙X型）分子筛

Y型

Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构，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结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。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，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，比孔道直径小的物质分子吸附在空腔内部，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、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，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、油田气的干燥，是化工、医药、中空玻璃等工业用干燥剂。

化学式：2/3K2O·1/3Na22O·AI2O3·2SiO2·.9/2H2O

主要用途：1、液体（如乙醇）的干燥

2、中空玻璃中的空气干燥

3、氮氢混合气体的干燥

4、制冷剂的干燥

4A型分子筛主要用于天然气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干燥、氩气纯化、甲烷、乙烷丙烷的分离。

化学式：Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

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干燥；

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干燥；

4、油漆、聚脂类、染料、涂料中做脱水剂。

5A型分子筛

化学式：3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

主要用途：1、天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳；

2、氮氧分离、氮氢分离，制取氧、氮和氢；

3、石油脱腊、从支烃、环烃中分离正构烃。（可再生）

13XAPG 分子筛

主要用于大中型空分装置原料气的净化。

中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干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基本方法：

1）改变温度，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。其基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行的，这可使被容纳于吸附床入口处的大部分吸附质不必通过整个床层，部分分子筛也可不与湿热气体接触，从而提高分子筛使用寿命。再生气应尽可能干燥，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5×10-7mm，堆密度为700～800kg/m3，比表面积为750～800m2/g，孔隙率为47%，机械强度大于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。

13X分子筛是钠型硅铝酸盐，均匀的孔径约为10×10-7mm，堆密度为600～700kg/m3，比表面积为800~1000m2/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，13X分子筛的吸附性能优于5A分子筛。但13X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作压力较高，正常压力为1.5～2.5MPa，启动压力为5.0MPa。制氧机的运转周期短(3～6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5×10-6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13X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(0.5～0.6MPa)，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1×10-6，为了减少分子筛用量，低压分子筛纯化器全部使用13X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

H2O＞CmHn＞CO2

分子筛对不饱和分子亲和力强，

炔烃＞烯烃＞烷烃

二、吸附过程的进行

吸附平衡：在一定T、P下，当脱附速度和吸附速度相等时，便达到了吸附平衡。即达到饱和。吸附过程的进行：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：当传质区前缘开始达到吸附器出口截面时，流体流出吸附剂层被吸附组分明显增加的点。

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）的吸附剂达到吸附平衡时