空分装置纯化系统分子筛再生气露点测量准确性研究

陈鼎

联泓（山东）化学有限公司  山东滕州  277500

摘要：空分设备的工艺是全低压空分设备，即KDON-12000 / 24000、增压扩张器和常温分子筛。装置的运行暴露出一些问题:经过大约一个月的运行，主换热器的阻力逐渐上升到14kPa以上，进入塔内的空气量减少到50，000m ^ 3H-1以下(工艺指数为65，000m ^ 3H-1)。O2和N2的纯度达不到工艺指数，工作条件恶化，湿气和CO2冻结现象明显。出现这种情况的原因是分子筛净化器的再生周期长，分子筛吸附饱和，水和CO2等杂质流入主换热器，主换热器的阻力增加。

关键词：空分装置；纯化系统；分子筛；再生气露点；测量；准确性

引言

近年来，随着煤中烯烃、煤中石油、煤中甲醇等多种煤化工产业的兴起。、新建煤气化装置越来越多，单个气化炉的功率和单个气化装置中气化炉的数量显着增加，相关空分装置的功率从原来的几千nm3/h增加到83 000。nm3/h，当前最大剂量100，000 nm3/h逐渐增加。分子筛空气净化系统对大规模空分设备的安全、稳定、长时间运行起着重要作用。分子筛是一种独特的铝硅酸盐化合物，具有均匀的微孔结构和均匀的孔径。这些孔隙可以将直径较小的分子吸附到孔隙腔的内部，并且对极性分子和不饱和分子具有优选的吸附能力，所以它们可以分离具有不同极性、饱和程度、分子大小和沸点的分子，即具有屏蔽分子的功能。

1分子筛纯化器系统概况

300 Nm3 / h空分设备的清洗系统由两个吸附器组成，一个在内部是13XAPG分子筛，一个用于操作，另一个用于再生，切换时间为8小时。包括两组电加热器，一组用于使用，另一组用于大气，6个低功率电加热管(33千瓦)、24个高功率电加热管(132千瓦)和13个由软件控制器控制的气动球阀。空气净化包括使用13X分子筛的选择性吸附特性，根据可变温度和压力吸附(TSA、PSA)的原理，在空气中吸收水蒸气、二氧化碳、乙炔等有害成分。来自预冷系统的潮湿饱和空气首先从下到上通过吸附剂之一流动，空气中的水分、二氧化碳、乙炔等在压力下被分子筛吸附。由于分子筛的剂量是确定的，分子筛的吸附能力在一段时间内达到饱和，即吸附层渗透，分子筛没有持续的吸附能力。此时，自动切换阀门启闭顺序，空气进入其他吸附器继续吸附。对于具有饱和吸附器的吸附器，压力首先以常压释放到大气中，接着注入加热的污浊氮，以与吸附状态相反的气体流动加热吸附器层。分子筛吸附剂原粒子内的吸附剂因温度升高而脱附，水蒸气、二氧化碳、乙炔等，被高温气体脱附，从吸附层位移。这时，吸附层的温度太高，不能适合在下一个循环中吸附。

2露点测量准确度影响因素分析

2.1样品传输管线吸附性因素分析

在水分子的空间结构中，水分子不对称，成角度。水分子是一种极性分子，容易吸附在金属材料表面。当测量取样和输送管道中气体中的微量水分含量时，通常使用316L无缝不锈钢管，从而在样品输送过程期间，样品输送管道的内表面容易吸附微量水。从空分设备在线分析设备中对管道取样没有特殊要求，因为被测样品主要是现有气体。为了节约成本，通常铺设不锈钢线圈。与传统的6米取样泵不同，取样线圈的内表面可以机械磨光。不锈钢线圈的长度往往是几百米或几千米，这受到其长度的限制。目前，还没有相关技术来实现采样线圈内表面的机械抛光。取样的内在平稳性只能取决于生产过程。线圈的内表面粗糙度一般超过300微英寸，但是未经特殊处理而进口的取样线圈的表面粗糙度可以达到30至60微英寸(以SANDVIC为例)。由于取样管道的内表面粗糙度，水分子很容易吸附和脱离管道的内表面。

当工艺样品中微量水量上升时，首先一部分水分子吸附到管道的内表面，在达到吸附饱和之前，测量不会接近实际值，而在此期间的测量会低于实际值。如果工艺样品中微量水分含量减少，在初始阶段，管壁中水分子的吸附饱和会引起该点解吸现象的重复发生，从而在建立比实际值高的平衡之前测量结果。由于管道内壁的吸附效应，测量值严重滞后，数据波动大，因此很难反映工艺环境中微量水分的实际含量。当分子筛再生气体加热器发生细微泄漏时，当316L不锈钢无缝管未经任何处理而使用时，反应时间(由T90计算)最长为90分钟，比分子筛的热吹扫时间长。由于过程操作人员很难找到加热器在时间上的细微泄漏，分子筛的再生效果下降，分析性能随着时间的延长和再生时间的延长而逐渐恶化，导致分子筛的破坏失败，水和二氧化碳等杂质进入后续的空气分离段。

2.2取样方式影响

根据分子筛再生循环，在热吹风阶段的冷箱中，脏氮通过再生气体热交换器加热到180℃以上，这将解吸分子筛中吸收的水等杂质，然后进入冷模糊阶段，降低分子筛的温度。现阶段，脏氮不通过热交换器，直接通过热交换器前面的旁路管进入分子筛，进入露点分析仪的气体是不流入的气体。肮脏的氮气管道工艺是碳钢管，因此对碳钢管内表面的吸附效果更严重。如果脏氮不大量流动，管道壁吸附的微量水将被脱利释放，管道壁附近氮的微量含水量将增加，从而影响测量值。这就是热风在每个再生周期进入冷模糊阶段时微量含水量增加的原因。

3露点测量准确性措施

3.1减小取样管壁的吸附效应

样品传输管道内表面有特殊涂层(硅钢片涂层)的316SS不锈钢无缝管取代了原来的不锈钢无缝管，从而使管壁吸附效应对水分子极性测量的影响最小化，所以取样管的放置路径是合理规划的。最小化样品运送输送机的长度，并最大限度地缩短测量响应延迟。

3.2空分装置分子筛纯化器再生温度的控制

分子筛清洁器的再生温度不能太高或太低。在较低的再生温度下，吸附的成分不能完全解吸，也就是说，有些吸附的成分保留在吸附剂的表面。吸附剂再次吸附后，分子筛的动态容量减少，净化器的工作周期减少。如果再生温度过高，再生将谨慎进行，但如果加热的气体消耗的能量过高，将导致浪费，还会影响净化器和吸附剂的使用寿命。

3.3露点控制

进气干燥器出口空气露点值直接测量，并与用户设定的露点值进行比较。如果低于设定露点值，干燥塔和再生塔不会切换，并且认为干燥塔可以继续运行，因为干燥塔仍然具有干燥能力。一段时间后，干燥塔的干燥能力达到其最大负荷，出口露点提高。如果超过设定值，露点控制器在干燥塔和再生塔之间切换。因此，气体出口露点指数可直接用于延长两塔切换时间，并可达到理想的节能效果。

结束语

从样品输送管道的吸附性、样品温度和环境的变化、取样方法和取样管道的长度等方面详细分析了影响分子筛再生气体露点测量精度的因素，并对各影响因素作出了科学、合理、有针对性的决定。对溶液引入后的效果进行实验验证和比较后，进行了分子筛废料中氮再生露点的准确测量，不仅提供了分子筛的再生效果，还保护了分子筛，为空气净化系统和整个空分装置的安全、长期、稳定运行提供了准确可靠的测量数据。

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