分子筛的三种活化方式

分子筛的活化

在了解分子筛的活化方式之前我简单的将分子筛是什么，查找了一些相关资料进行一定了解，但相关资料比较庞杂，以下这种说法我看来还是比较准确“分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级,它只允许直径比孔径小的分子进入,因此能将混合物中的分子按大小加以筛分。”当然由于分子筛的种类比较繁多而用途也各异，而分子筛的吸附原理也并非只是简单的物理吸附这么简单，有些分子筛同时也具有化学吸附的作用，物理吸附的吸附力为分子间作用力，而化学吸附是由化学键的作用力产生得。而13X分子筛，13X型分子筛的孔径为10A，吸附小于10A 任何分子。

而分子筛的作用主要是将压缩空气中的水分和乙炔、二氧化碳、烃类化合物、及氮氧化物吸附，以符合工艺生产的要求。二氧化碳（CO2）和一氧化二氮（N2O）会冻结在换热器和冷凝器的管道中从而堵塞通道。如果碳氢化合物含量过高如烃类，特别是乙炔，如果累积在主冷凝蒸发器中有可能形成爆炸性混合物。但是即使用分子筛也未必能将所用的碳氢化合物都除去，特别是丙烷和甲烷，很容易通过分子筛而进入主冷在主冷积聚，这样就只能不断的更新主冷中的液氧将这些碳氢化合物带走，使其维持在一个安全的围。除了丙烷和甲烷外还有一些氮氧化合物也会沉积在换热器和主冷中对设备造成损害，而我们厂也针对氮氧化合物添加了相应的吸附剂CAX，以保证工艺的正常运行。

相应的为了增加13X分子筛的吸附效率，还专门用了活性氧化铝来吸收空气中的水分，由于颗粒较13X分子筛坚硬也优先吸附水分被安放在床层的最低端来吸收水分和抵御气流的冲击。

各杂质在分子筛中的吸附量如图所示

分子筛层上应含有CaX吸收残余的氮氧化合物。

有时在启停车过程中由于气流过大也会发生冲床的事故，还由于吸附是发生在高压低温利于吸附，低压高温利于解析所以，因此在启停车过程中压力短暂的降低会影响但吸附剂的吸附容量所以吸附流量不得高于正常工作流量的70%。

还有改变出口温度也会对床层的吸附量产生很的大影响如

图：

横坐标是入口温度，竖坐标代表吸附流量。

分子的吸附过程根据他的吸附原理一般分为变温吸附和变压吸附，如果压力不变，在常温或低温的情况下吸附，用高温解吸的方法，称为变温吸附（简称TSA）。

如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附（简称PSA）。

而我们工厂所用的TSA，吸附完的分子筛需要活化再生而才能够投入下一个循环使用，

完整的解吸需要加热的污氮气对吸附剂床层进行彻底的吹扫。污氮气从E202流出被加热到大约175℃的温度下。最容易被吸附的水蒸汽将最后被解吸。在解吸的水蒸汽的温度下，已经将所有其他杂质解吸。

在开始加热时，加热污氮气首先通过入口处向出口汇聚，但解析过程是一个吸热的过程，热量在通过床层到达出口时被吸附剂吸收温度达到最低值，出口温度并随着这热量的逐步前移而升高。进入冷吹阶段后热量被推动前移出口温度达到最高值，冷吹

峰值的高低的是分子筛活化是否彻底的标志。

当热量到达氧化铝和解吸水的显著温度时就会有大量的水份析出这时的温度被称为水的高峰温度。床层温度升高后达到水的解吸点（41°C ），表示所有的水已被吹除，并没有过多的热量输入。为了节省能源，操作可能会降低的加热再生步骤的时间或加热器的输出温度。

如果床层温度没有达到水的解吸点，则没有足够的热量来解析所有的水蒸汽。为了防止杂质和水分的残留，操作时应增加加热再生步骤的时间或加热器的输出温度。

下面是出口温度和空气中的杂质析出时的曲线

HOT REACTIVATION TIME TOTAL REACTIVATION TIME HEATER OFF

COOLDOWN TIME EXCESS HEAT (ABOVE THAT NEEDED

FOR COMPLETE DESORPTION)

REACTIVATION

OUTLET

TEMPERATURE

(TI-1808A/B)OUTLET PEAK, AS INDICATED ON TI-1808A/B H O 2

FULL DESORPTION TEMPERATURE OF H O (NOT SHOWN ON TREND)

2

CO 2

再活化吹扫开始后不久，曲线将下降，然后再上升。然后，趋势水平时，清除二氧化碳。第二扁平线是在解吸点的水气。平线的长度表示被解吸的水的相对量。行的时间越长，更多的水被释放。然后，阴影部分是多余的热量的峰值温度曲线，碳氢化合物和其他污染物在不同的点沿下条曲线脱附。

TSA再生模式是如上面曲线所示有大部分热量浪费加热了床层，吹除时产生冷吹峰值，而阴影部分表示TSA再生的过程中有多余的热量放出。

LWH模式的理论是提供足够的能量，加热再生气体，除去分子筛层和氧化铝层的吸附物。其计算基点是再生气体出口温度TI1808A/B。如在曲线上表示就是出口温度曲线刚好无限接近第二条曲线。有少量的废热产生。热峰（冷吹峰值）- 加热器提供更多的热量来除去二氧化碳和水分是必要的，这多余的热量由再生气体带出。“低余热”再生的目标是尽量减少这种热峰。再生能量被最小化，通过减少输入的热量到床层上，直到离开床层温度是在65°和100℃（以往的再生的典型值）之间的热峰。这被称为低余热为较低的多余能量离开床层。分子筛完全再生彻底时用最小热量以减少能耗。

冷吹- 热峰退出床后床继续进行冷吹直到再生气体出口是略高于进料气体的温度。

额外冷吹- 更多的冷却气体被引入到床层，这将进一步冷却吸附剂。这个过程不会带来任何效益，应尽量降低再生流速和调整加热和冷却时间。无论加热时间怎么调整则总得吸附时间不变，泄压，并行，充压时间也不会改变只会改变加热时间而加热时间减少的量会增加到冷吹时间中，以使总的吸附时间不变。

TPSA模式适用于只提供足够的能量将分子筛层的吸附物除去。在氧化铝层中使用PSA模式再生，也就是说分子筛层用TSA 的模式将吸附物除去，而氧化铝层用PSA的方式将水分除去，也就是说，较LWH模式更为节能，再生过程中不会出现的任何显著的热量峰值。这种方式使TSA的床层的再生所需的总热量保持在最小量。计算基点是分子筛和氧化铝的中间点TI1821A/B。氧化铝层中的水分是通过降压脱附的方式来进行再生，用大量的污氮气将氧化铝层中的水分带出。TPSA的时间运行方式和LWH 模式一样。

虽然床层在线时，控制逻辑监视通过床层温度，压力和流量，从这些信息中，它是能够计算床上所经过的吸附量，然后，根据由操作者所提供的加热器设定值和需要的再生气流量，由部计算出可用的加热时间。加热时间的计算公式比较复杂不解在这就不写了。

LWH和TPSA模式可以在任何时候打开和关闭。当程序处于脱机状态时，它仍能够获取数据计算热负荷和加热时间。当打开它，TSA程序通过加热时间设置从程序中计算出的下一个周期