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所能吸附的最大量。

即吸附剂所能达到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。

也就是吸附剂达到转效点时的吸附量。

通常用转效时间来计算，即从流体开始接触到吸附剂层到“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、分子筛床层应尽量避免受气体冲击。

所以冲泄压时分层进行，设压差联锁。

2、应避免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7—8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13X分子筛，并将分子筛作为干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，干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。

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、X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 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。

13X、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，可多次重复利用。

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。

作为干燥剂，分子筛具有很强的干燥性能和良好的吸附性能，同时具有良好的择型作用，因此分子筛干燥剂广泛应用于石油炼制(Refining)，石油化工(Petrochemical)，深冷制氧（cryogenic），天然气干燥和脱硫，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始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部分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π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行大量吸附。

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。