工业型实验平台分子筛撬装块研发与应用

杨孔霞、张睿、许浩

山东齐鲁华信高科有限公司

摘要：撬装块是指将设备、管道、阀门、仪表、管架等按照杭氧的空分工艺流程连接成一个整体，通过螺栓连接、焊接等方式固定于型钢之上，实现不同工艺需求的一种设计理念和产品呈现。其组装成型只需在工厂便可实现，无需在现场进行大量的组装，对场地和天气条件的依赖程度极小

关键词：撬装块; 整体布置; 安装; 降成本

引言

在当今工业领域，分子筛技术的应用越来越广泛，而分子筛撬装块作为其关键组成部分，扮演着至关重要的角色。本文旨在探讨工业型实验平台分子筛撬装块的研发与应用。通过深入研究分子筛撬装块的设计理念、构成及布置形式，以及管道应力计算等方面内容，我们将更好地理解其在工业领域的作用与价值。此外，我们还将探讨工业型实验台位分子筛撬装块的功能及其在不同领域的应用推广，为相关行业的发展提供参考与指导。

一、分子筛撬装块的设计理念

分子筛撬装块的设计理念主要基于提高工业气体处理过程的效率和便捷性。这种设计通常将分子筛选型、吸附能力与工艺优化相结合，以实现对特定气体混合物的高效分离和纯化。在设计过程中，考虑到分子筛的物理和化学特性，如孔径大小、形状选择性、吸附动力学以及热和水稳定性等因素。同时，撬装块的设计强调了模块化和集成化，使得整个装置更加紧凑、便于安装和维护。此外，它还注重能源的合理利用和自动化控制，旨在降低操作成本并提升系统的整体性能。通过精确控制工艺参数，如温度、压力和流速，分子筛撬装块能够针对不同的应用场景提供定制化的气体处理解决方案。

二、分子筛撬装块的构成及布置形式

分子筛撬装块通常由多个关键组件构成，包括进气系统、预处理装置、吸附塔、再生系统以及控制系统等。这些组件根据工艺需求合理布置，以确保整个装置的紧凑性和高效性。进气系统负责将待处理的气体均匀分布到分子筛吸附塔中，而预处理装置如过滤器则用于去除气体中的固体颗粒和水分，防止这些杂质影响分子筛的性能和寿命。吸附塔内装有特定类型的分子筛选用针对性地捕获气体混合物中的特定组分，如氮气、二氧化碳或甲烷等。再生系统则通过加热或减压的方式释放分子筛上吸附的物质，恢复其吸附能力。此外，控制系统监测并调节整个工艺流程，确保操作的连续性和稳定性。在实际布置时，撬装块的设计允许多个吸附塔并联或串联配置，以适应不同的气体处理量和纯度要求。例如，对于需要高纯度产品的场合，可以采用多塔串联的布置形式，通过增加吸附阶段的数量来提高产品气体的纯度，从而在99.99%以上的高纯度应用中实现高达20%的回收率提升。

三、分子筛撬装块的管道应力计算

分子筛撬装块在设计时不仅需要考虑工艺效率，还需确保整个系统的结构稳定性和安全性。为此，对连接各个组件的管道进行应力计算是至关重要的。管道应力计算主要包括对由温度变化、内压、自重、约束反力等引起的各种应力进行分析，以确保管道在实际运行中的强度和稳定性满足安全要求。计算时，依据ASME B31.3等标准使用计算软件或工程方法，评估在不同操作条件下的应力分布情况。例如，在高温差环境下工作时，热膨胀所产生的应力可能成为主要关注点。通过设置合理的滑动支架和弹簧支架来分担由于热膨胀引起的推力，可以有效控制管道应力。实验数据表明，适当增加弯头半径和波纹管补偿器可以降低由于热膨胀引起的轴向应力高达30%，从而显著提高系统的可靠性和耐用性。此外，还需考虑到因振动和设备启停引起的动态载荷影响。通过精确计算并采取措施如增设减振器、调整管道走向和固定方式等，可保证管道系统的稳定性和延长使用寿命。

四、工业型实验台位分子筛撬装块的功能

工业型实验台位分子筛撬装块是专为实验室规模和半工业规模设计的，用于测试和优化分子筛选型、吸附工艺参数以及评估吸附剂性能的设备。其主要功能包括实现精确的气体分离、纯化和回收，同时提供必要的操作数据以供放大生产规模时参考。该撬装块通常具备流程控制、温度监控、压力调节和流量计量等功能，能够模拟实际工业过程中的操作条件。通过这些功能，研究人员可以在不同的进气组成、温度（如常温至500℃）、压力（例如高达10巴）和空速（如1000-5000小时-1）条件下测试分子筛的性能。实验数据表明，通过使用该撬装块对分子筛选型和工艺条件的优化，可以显著提高特定气体组分的吸附容量和选择性，例如在CO2捕获应用中，经过优化的分子筛可以提升CO2/N2选择性比例达到30%以上。

五、分子筛撬装块的应用推广

分子筛撬装块以其紧凑的设计和高效的性能，在工业气体处理领域得到了广泛的应用推广。它被广泛用于氢气纯化、二氧化碳捕获、天然气干燥和石油化工中各种气体的净化过程。在氢气纯化应用中，分子筛撬装块能够有效去除原料气中的水分、二氧化碳和其他杂质，提高氢气纯度至99.999%以上，从而满足燃料电池和化学工业的高要求。在环境保护方面，例如CO2捕获，采用分子筛撬装块可以实现高达90%的CO2吸附效率，有助于减少温室气体排放。此外，该技术在天然气干燥方面也显示出优异的性能，可以降低水蒸气含量至ppm级别，保障了LNG运输和储存的安全性。在石油化工领域，通过使用分子筛撬装块进行尾气处理，不仅显著降低了有害物质排放，还成功回收了价值较高的烃类气体，数据显示，在某些裂解过程中，可回收高达70%的烃类气体，大幅提高了资源利用效率。

六、分子筛撬装块的必要性探究

分子筛撬装块在工业气体处理中的必要性体现在其对提高气体纯度、降低环境排放和增强工艺效率方面的贡献。随着全球对环境保护和能源利用效率的要求日益严格，传统的气体处理技术已经难以满足现代工业的需求。分子筛撬装块因其结构紧凑、操作灵活以及高效吸附特性，成为解决这一问题的关键。在石油化工领域，对烃类气体的纯化和回收至关重要。传统分馏技术耗能巨大且设备庞大，而分子筛选项性吸附提供了一种更为高效的解决方案。例如，在乙烯生产中，使用分子筛撬装块可以有效去除乙炔等杂质，提高乙烯产品的纯度，同时显著减少能耗，据报告，节能效果可达到30%以上。环保方面，对于温室气体如二氧化碳的捕获与封存（CCS）技术而言，分子筛撬装块的应用显得尤为重要。它能够从烟气中高效分离CO2，实验数据显示，某些特制分子筛对CO2的吸附量是传统活性炭材料的数倍，这对于实现更经济的碳捕集过程具有重要意义。此外，在氢气作为清洁能源广泛应用的背景下，氢气的纯化过程尤为关键。分子筛撬装块可以从多种气体混合物中高效提纯氢气，确保燃料电池等设备的稳定运行。分子筛撬装块以其高效率、低能耗和紧凑设计，为工业气体处理带来了革命性的进步。

七、总语

通过本文的研究，我们深入了解了工业型实验平台分子筛撬装块的设计、构成和应用。这些关键技术在工业生产中发挥着不可替代的作用，为各行各业的发展提供了重要支持。未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，我们相信分子筛撬装块将会更加广泛地应用于工业生产中，并为环境保护、能源利用等方面带来更多的创新与进步。我们期待着更多的研究者和工程师能够致力于这一领域的探索与发展，共同推动工业技术的进步，为构建更加繁荣、可持续的社会做出贡献。

参考文献

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