分子筛问题总汇

18537998533wang · 发表于 2014-7-22 09:11:03

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分子筛纯化系统问题总汇
一、作用及优点
1、作用  吸附清楚原料空气中的水分、乙炔、二氧化碳及一些碳氢化合物，保证空分的正常安全运行。其吸附吮吸依次为水分、乙炔、二氧化碳、其他碳氢化合物。
2、优点  分子筛净化空气流程具有产品提取量大、操作简单、运转周期长、使用安全可靠等诸多优点
二、结构
分子筛吸附器采用卧式双层床结构，也即在纯化器的进口处，先装一定量的活性氧化铝，在其上再装一层13X分子筛。这样设计的主要原因有
双层床结构的分子筛纯化器相比只充填分子筛的单层床纯化器具有增强吸附效果、延长使用时间、降低再生能耗、延长使用寿命的特点。具体分析如下：活性氧化铝对于含水量较高的空气，吸附容量比较大，而且对水分的吸附热也比分子筛小，其大量吸附水分后使空气温升较小，有利于后部分分子筛对二氧化碳的吸附，而且双层床纯化器净化空气的程度比单层床更高，空气的干燥程度可以由原来露点的-60℃降到-66～-70℃，净化后空气中的二氧化碳含量也更低；采用双层吸附床，可以延长纯化器的使用时间，经试验得出：双层床结构的分子筛纯化器比单床层结构的有效工作时间可延长25～30％；活性氧化铝解吸水分容易，而分子筛较为困难，分子筛再生时其冷吹峰值需要达到120℃以上才能保证其再生完善，而活性氧化铝只需要达到80℃左右即可，这样一来就可以降低整个系统的再生温度，从而节省了再生能耗（对于双层床结构的分子筛纯化器一般将冷吹峰值控制在100℃以上，作为其再生完善的主要标志）；活性氧化铝颗粒较大，且坚硬，机械强度较高，吸水不龟裂、粉化，所以双层床的活性氧化铝可以减少分子筛粉化，延长分子筛寿命，活性氧化铝处于加工空气入口处，还可以起到均匀分配空气的作用；铝胶还具有抗酸性，对分子筛能起到保护作用。
三、流程
1、基本概念
（1）吸附：是利用一种多孔性固体（活性氧化铝、分子筛）表面去吸取气体混合物（空气）中的某种组分（水、乙炔、二氧化碳以及其他碳氢化合物），使该组分从混合物中分离出来。
（2）解吸：使被吸附剂（活性氧化铝、分子筛）吸附的物质（水、乙炔、二氧化碳以及其他碳氢化合物）脱离出吸附剂的过程。
（3）吸附器的再生：恢复吸附剂吸附能力的过程，一般分为四步。第一步：降压；第二步：加热（用加热的干燥气体吹扫吸附剂）；第三步：冷吹（用未经加热的干燥气体吹扫吸附剂）；第四步：升压
（4）再生气：使加温气体通过吸附剂层，使吸附剂温度升高，被吸附组分解吸，然后被带出吸附器。再生气压力越低，温度越高，越有利于解吸。
（5）降压：吸附剂在工作周期结束时将带压空气排放出去，为避免床层收到压力波的冲击，降压不宜太快。
（6）冷吹：用未经加热的再生气体吹扫吸附剂，带出吸附剂中大量的热量和残余的被吸附组分。
2、流程
  分子筛纯化系统电加热再生流程图如下所示：
图一：分子筛纯化系统再生流程图

被压缩的空气遇冷系统冷却到13℃左右，并清洗掉一些水溶性杂质（NH3、NO2、SO2等）后，自上而下通过MS1201(或MS1202)时，空气中所含有的H2O、C2H2、CO2等杂质被相继吸附清除。吸附器成对交替使用，一只工作时，另一只再生。吸附器再生循环图如图二所示

图二吸附器再生循环图
吸附器的再生一般分为降压、加热、冷吹、升压四步。
吸附器一个工作周期一般分为17步，以MS1201工作，系统切换将结束为例,,此时的阀门状态为：V1201，V1203， V1202，V1204，V1217，V1207，V1219开， V1211，,V1212, V1213，V1214,  V1215，V1216，V1218关。
第一步，MS1201准备泄压：1min,关V1207
第二步，准备泄压，1min，关闭V1201，V1203.
第三步，泄压:  8min，打开V1205，MS1201系统压力PIS1201低于10KP时泄压结束。
第四步，准备加热：1min,关V1205开V1213，V1218
第五步，加热：110min,打开V1213，关闭，V1219 ，V1217
第六步，冷吹：120min,打开V1217,关闭V1218
第七步，准备充压：1min,打开V1219，关闭V1211，V1213.
第八步，充压：22min，打开V1207.
第九步，准备切换：1min,打开V1203，
第十步，切换：3min，打开V1201，
第十一步：MS1202准备泄压，关闭V1202，V1204
第十二步，泄压:  8min，打开V1206，MS1202系统压力PIS1201低于10KP时泄压结束。关闭V1206.
第十三步，准备加热：1min,打开V1214,V1212
第十四步，加热：110min,打开V1218，关闭V1217，V1219
第十五步，冷吹：120min,打开V1217,关闭V1218
第十六步，准备充压：1min,打开V1219，关闭V1212，V1214
第十七步，充压：22min，打开V1207.
第十八步，准备切换：1min,打开V1204，
第十九步，切换：3min，打开V1203，关闭V1207

3，连锁
分子筛---报警联锁清单
装置序号工位位置报警及联锁内容报警联锁联锁结果
分子筛 1 AIA1203 CR 空气进冷向前CO2分析 H:1.5PPm 　　
2 PIS1201 CR MS1201出口压力联锁　 L:0.010MPa (卸压阶段) 允许进入加热阶段
3 PIS1203 CR MS1202出口压力联锁　 L:0.010MPa (卸压阶段) 允许进入加热阶段
4 PDS1201 CR MS1201,MS1202出口压差　 L:0.006MPa (均压阶段) 允许进入切换阶段
5 FICS1201 CR 污氮进MS系统流量　 LL:9000NM3/h (加热阶段) UZ1201,UZ1202, UZ1203
6 PDIAS1205 CR MS前后压差 H:0.012MPa HH:0.014KPa UZ101
7 TIS1201 CR MS1201进口温度　 H:313K    冷吹阶允许进入卸压阶段
8 TIS1203 CR MS1202进口温度　 H:314K    (冷吹阶段) 允许进入卸压阶段
9 TIAS1211 CR EH1201出口温度 H:463K HH:473K UZ1201
10 TIAS1212 CR EH1202出口温度 H:463K HH:473K UZ1202
11 TIAS1213 CR EH1203出口温度 H:463K HH:473K UZ1203
12 UZ1201 CR 联锁逻辑　　切断加热器EH1201
13 UZ1202 CR 联锁逻辑　　切断加热器EH1202
14 UZ1203 CR 联锁逻辑　　切断加热器EH1203
4，说明
1），分子筛电加热器温度一般设置为165℃
2),  分子筛冷吹峰值一般为100℃以上。

四、分子筛纯化系统常见问题
3.1分子筛带水
3.1.1分子筛带水的原因：
（1）空冷塔水位过高
（2）循环水加药造成低温结晶，堵塞布水器，或水中含有大量泡沫，使气液分离产生困难
（3）空冷塔下部液位计失灵
（4）常、低温泵启动频繁或低温水调节幅度大造成空冷塔液悬
（5）低温水水量过小，布水器使水雾化。
（6）空气出空冷塔温度过高。
（7）空压机机后压力波动大。
（8）水冷塔下部液位计失灵，或停车期间忘关水冷塔补水阀，导致水倒灌进污氮管道。
（9）空冷塔加水过快造成液泛
（10）纯化器突然放空
3.1.2 分子筛带水现象判断
（1）分子筛出口压力波动
（2）分子筛系统压差升高
（3）空气出分子筛AIA1203 CO2含量升高。
（4）分子筛进口管吹出阀有水吹出，泄压时有水流出。
（5）加热和冷吹后的峰值发生变化，其中最明显的是冷吹后温度下降病出现平头峰，平头峰的曲线距离越长表示分子筛进水越多。
3.1.3处理办法
首先处理空冷塔正常，同时减量生产，降低分子筛负荷，缩短分子筛使用时间，并对分子筛进行活化。活化前先用大量气进行冷冷吹，等游离水分吹完时高温活化几个周期，如AIA1203达不到要求，应更换分子筛。
3.2  AIA1203 CO2+超标的原因
（1），分子筛带水
（2）大气环境不好
（3）循环水pH值偏小，显酸性
（4）分子筛床层不平，气体短路
（5）分子筛使用时间过长，部分分子筛粉化，床层降低。
3.3 分子筛吸附转校时间提前的原因
3.3.1吸附转效时间：空气从接触吸附层开始到吸附剂中被吸附物质烦的浓度没有明显增加的时间。
3.3.2吸附转效时间提前的原因
（1）吸附剂颗粒增大
（2）床层高度降低
（3）空气通过床层时的流速增加
（4）原料空气中杂质浓度过高
3.4分子筛使用寿命
3.4.1影响分子筛使用寿命的因素
1、分子筛本身的强度
2、填充不实和气流的冲击导致活性氧化铝破碎
3、加热气体含湿使细孔硅胶破碎
4、再生温度过高
5、多次吸附和再生的温度交变
6、油、烃类饱和不能解析
3.4.2分子筛使用寿命的延长、
1、空分设备安装在上风向处
2、循环水pH值维持在7~8之间
3、避免空冷塔误操作使水分带入吸附器
4、分子筛床层应尽量避免受到气流冲击
五、空分停车期间纯化系统的处理
1、故障停车，记录分子筛运行状态及各阀门状态，关闭分子筛各阀门
2、若为计划停车，应在应在分子筛加热结束或冷吹时停车
3、若停车时1#分子筛泄压，2#分子筛工作，则开车时先对2#分子筛冲压，1#分子筛可直接进入加加热状态。
4、若1#分子筛工作，2#分子筛充压，开车时2#分子筛可直接工作，1#分子筛进行加热。
六、分子筛因阀门故障而暂停切换时首先应准确判断出因哪一个阀门发生故障，然后现场确认阀门动作到位后投入自动运行。
七、分子筛运行曲线说明
在吸附过程中，空气进、出纯化器的两条温度变化曲线被称为“吸附温度曲线”；在再生过程中，污氮气进、出纯化器的两条温度变化曲线被称为“再生温度曲线”。
1、附温度曲线：
一般情况下，只要空气预冷系统正常，空气进纯化器温度就不会变化，因而温度曲线是一条水平的直线。而空气出纯化器温度除刚开始的一段时间较高外，以后变化也极小，因而也近似是一条直线。典型的吸附温度曲线如图三所示。
图三：吸附温度曲线图
空气在经过纯化器后，温度会有所升高。这是因为空气中的水分和二氧化碳被分子筛吸附，而吸附是个放热过程。对于全低压流程空分设备而言，空气进纯化器压力在0.45MPa左右，空气进纯化器温度约为10～15℃左右。在这种情况下，空气进出纯化器温度之差约为4～6℃。如果空气进纯化器温度升高，则温差也相应会有所增大，这是因为空气温度升高使得空气中水含量增多。如果在纯化器使用过程中（刚开始使用的一段时间除外），出纯化器空气温度突然升高，而进纯化器温度和压力却较为稳定，这种情况往往显示空气已经将空冷塔的水带入分子筛纯化器了。
在分子筛纯化器由再生转为使用，吸附工作刚开始的一段时间内，空气出纯化器温度较高，这时出口温度要比进口高出20℃以上。这种现象除了是由于再生过程中的冷吹不彻底造成的以外，还由于纯化器在切换至使用前的升压过程中释放吸附热所造成的。
2再生温度曲线，如图四所示

图四：再生温度曲线

2.1卸压阶段（A－B）
分子筛纯化器在较高工作压力下（0.45MPa）完成吸附任务，而在较低的压力下（10Kpa左右）进行脱附再生。在纯化器由吸附转为再生时，首先将纯化器内的压力降下来。压力下降时，分子筛静吸附容量减小，原来被吸附的气体分子或水分子，便有部分会从分子筛中解吸出来。与吸附过程的放热效应相对应，脱附再生过程是个需要吸收热量的过程。在卸压阶段，脱附所需热量只能来自于分子筛床层本身，因而使得床层温度下降。受此影响，空气进口（污氮气出口）和空气出口（污氮气入口）温度同时开始下降（因为卸压阀在分子筛进口处，故卸压阶段空气出口温度较空气进口温度下降的幅度更大）。
2．2加热阶段（B－C）
加热阶段开始后，虽然污氮气进口温度迅速升高，但出口温度还会继续下降，最多可下降至－10℃左右，然后才会逐渐升高。经再生电加热器加热过的高温污氮气，在由上而下通过分子筛床层时，首先使得床层上部的分子筛温度升高并对上部的分子筛进行再生。在此过程中，污氮气的热量一方面传递给了上部的分子筛，另一方面被解吸出来的二氧化碳和水分带走了，故污氮气本身的温度迅速下降，到达纯化器底部时，温度已经很低了，所以污氮气出口温度不会很快升高。
加热阶段需要加以监控的主要是污氮气进口温度，它和污氮气流量、加热时间等一起体现了带入纯化器中的热量的多少。污氮气进口温度主要由电加热器的运行状况以及再生污氮气的实际流量等因素所决定。
一般来说，加热阶段主要解吸的是分子筛床层的中上部，并且将热量贮存在分子筛床层中。
2．3冷吹阶段（C－D）
在冷吹阶段，一方面利用加热阶段贮存在分子筛床层中的热量继续解吸下部的活性氧化铝，另一方面将床层中的热量带出来，从而为再次投入使用作准备。冷吹开始后，污氮气进口温度迅速下降，但出口温度还会继续上升，一直达到某个最高点后，才会逐渐下降。
冷吹阶段的污氮气出口温度变化曲线（以下简称冷吹曲线）特别重要。冷吹曲线上的最高温度点称为“冷吹峰值”，它是再生过程是否完善的主要标志。床层中的分子筛在再生过程中温度自上而下是递减的，所以最底层的分子筛总是再生得最不彻底。对于双层床分子筛纯化器，如果冷吹峰值达到100℃，则说明纯化器内上部的分子筛和下部的活性氧化铝都已再生好了。
影响冷吹峰值的因素主要是加热阶段进纯化器的再生污氮气的温度高低、流量大小以及加热时间的长短等等。此外，如果在上一个使用周期中分子筛吸附了太多的水分和二氧化碳（即吸附饱和），而在再生时也没有增加再生热量，则冷吹峰值会下降。如果分子筛在使用过程进水，则冷吹峰值也会显著下降。
如果冷吹曲线上会出现多个峰值，则说明分子筛床层不平整。当分子筛床层厚薄不均匀时，较薄处分子筛量少而流过的气量多，分子筛温度变化得就比较快，而较厚处情况正好相反。这样最底层的各处不是同时达到峰值，综合成的波形曲线中就有可能出现两个甚至三个峰值。一般来说，分子筛床层不平整时，冷吹曲线的形状也会变得“矮”和“胖”一些。
冷吹结束时的污氮气出纯化器温度是另一个需要加以控制的指标，该温度如果过高，则纯化器由再生转为使用时空气就会将这一部分热量带入主板式换热器，近而对其工作状况产生不良影响。该温度主要由冷吹时间、再生气流量以及加热过程中带入热量多少等因素决定。一般来说，分子筛床层不平整时，冷吹到指定温度需要更长的时间。
2．4升压阶段（D－E）
升压阶段的纯化器内压力是增加的，前面已经叙述过，这是空气中杂质被分子筛吸附，而床层温度升高的过程。受床层温度升高以及保温层中残余热量的影响，污氮气进出口温度都会上升。