空气分离净化知识
空气分离净化知识
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第一节概述
空气中含有灰尘及少量的水蒸气、二氧化碳、乙焕和
碳氢化合物等气体。他们在低温条件下从空气中吸储，积聚在空分装置的一定区域内，堵塞设备、甚至引起爆炸，影响操作和安全。为了提高运行的安全乡、可靠性和经济性，设置专门的净化设备、清除空气中的机械杂质极少量的水蒸气、二氧化碳、乙焕等有害物质。
第二节固体杂质的清除
空气中含有灰尘等机械杂质，其含量在0.005—0.01贷款工资证明范本克/米3之间变动。如果空气压缩机直接吸入空气，机械杂质就会损坏空气压缩机叶片、气缸，也能造成设备、阀门、管线的阻塞，因此在空压机的入口管道上设置空气过滤器、清除机械杂质。
KDONAr-30000/161610/930型空分设备选用一台自洁式空气过滤器。其工作过程是空气自上而下从过滤器里向外流动，空气透过滤布向外流动进入空压机入口，机械杂质着附在过滤
器里表面，当机械杂质附着在过滤布上的量较多时•，其过滤器阻力增加，当阻力达到850Pa时，从纯化器后抽出一股0.52MPa(G)的空气进行反吹，清除附着在滤布口的机械杂质，阻力达到350Pa时自动关闭；定期将机械杂质从集灰斗内清出。
第三节空气的纯化
为实现深冷法分离空气，空气液化前如不除去空气中的水分、二氧化碳和乙快等杂质，将会造成主换热器通道和精储塔板堵塞，影响系统稳定和安全运行。在分子筛流程净化空气之前的空分流程采用可逆式热交换器流程，通过冷冻脱除水分和二氧化碳。再利用足够的污氮对可逆式热交换器吹扫以清除截留住的水分和二氧化碳。可逆式热交换器并不是在任何情况下都普遍适用的，当要求不含水分和二氧化碳的纯产品超过处理空气量的50%时，它就不能适用了。然而分子筛净化流程就不受此限制。随着空分装置规模的日益扩大，设备操作的安全性越来越受到重视,特别是这些装置位于严重污染区，例如在石油化工和化学联合企业。
一、空气纯化原理
1、原理
空气纯化是利用沸石分子筛的选择吸附特性，按照变温变压（TSA、PSA）吸附原理，吸附空气中水蒸气，二氧化碳，乙焕等有害成分。分子筛纯化系统由两只内装吸附剂（13X和A12O3）的两只吸附器以及切换阀门管道系统构成。来自预冷系统的含湿饱和空气首先自下而上流经其中一只吸附器，在加压条件下空气中的水分、二氧化碳、乙快等被分子筛吸附，由于分子筛的用量一定，因此在一定时间内，分子筛的吸附容量将达到饱和，即吸附床层穿透，分子筛无继续吸附能力。此时，通过手动或自动切换阀门的开关顺序，空气转而进入另一只吸附器继续吸附，原先吸附饱和的吸附器，首先向大气泄压至常压再引入被加热到150℃左右的空气或污氮气以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。原先被吸附分子筛吸附剂颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来，在热流气体的推动下被解吸出来的水蒸气、二氧化碳、乙烘等被赶出吸附床外。由于此时吸附剂床层的温度很高，不适合下个循环周期吸附，因此在完成加热时间后，须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行吹冷，使吸附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。至此，吸附器的再生工况完成，准备下次吸附。两只吸附器就是如此交替轮流吸附和再生工况，从而实现空气的连续净化。
2、专业术语或概念
注：以下的概念说明如果在阐述其自身变化因而产生的影响时，通常未综合考虑相关联的因素。
2.1何谓分子筛？
具有均一微孔结构，并且能选择性地吸附直径小于其微孔孔径的气体分子的固体吸附剂。主要组成成分为硅铝酸盐。分子筛广泛应用于气体分离和气体纯化。分子筛合成属高分子化工领域，其性能指标涉及硅铝比、吸附容量、抗压强度、孔隙容积、比表面积、堆积密度、颗粒尺寸等性能参数。沸石分子筛的硅铝比越高，分子筛抗酸碱的能力就越强，但一味提高硅铝比又会降低其吸附性能。X型分子筛的硅铝比为1到1.5,可吸附的气体包括：氧气，氮气，氮，敬，酸性气体，可溶性有机气体。13X的微孔直径IOA（IO/°米=IA）O
2.2分子筛种类
分子筛按照其晶体结构分为：A型分子筛（3A,4A,5A）、八面沸石（X型，Y型）、丝光沸石、斜发沸石等。
2.3何谓变温吸附（TSA）?
变温吸附是利用吸附剂吸附能力随温度的变化从而吸附分离所需组分的工艺过程。当温度低时，分子筛吸附容量大，已吸附大量物质的吸附剂在当温度升
高到某一程度时，吸附剂不但不能继续吸附，并且将先前吸附的组分脱附出来。
2.4变温吸附与变压吸附之间的关系
变温吸附通常伴随变压吸附；
变压吸附不需要要外部热量导入，但吸附过程将发生温度变化；
变温吸附适用于微量组分的脱除，变压吸附适用于大量组分的分离；
变温吸附操作周期较长，变压吸附的操作周期很短。
变温吸附通常需要脱除的气体组分不是单一的，一种或多种组分被吸附剂强烈吸附。其余的组分被微弱吸附,再生气加温的目的主要是为了解吸强吸附组分,因此能耗很高；
变压吸附最显著的特点是周期短，切换损失大，压力波动显著，尤其对下游操作影响大。
为了继承PSA和TSA的优点并推弃各自的缺点，国外现在发展了一种新型的空气纯化工艺：TPSAo它比TSA净化工艺可节能20~60%。
2.5分子筛中毒
怎样可以净化空气所谓的分子筛中毒是指分子筛吸附某一组分物质后，不能可逆解吸。几乎永久丧失其吸附能力，我们把这种现象称为分子筛中毒。在使用分子筛时，应尽力避免被处理的工艺气体中含有易使分子筛中毒的吸附质，如：SO2,NOx,Ch,HCl,HF等。
2.6再生能耗
再生能耗（电能、热能）包括：金属加热、吸附剂加热、二氧化碳解吸热、水分解吸热、热量损失等几方面所需热量的总和。
2.7吸附和解吸过程的热量变化
吸附剂吸附过程是一个放热过程，吸附剂解吸再生是一个吸热过程。空分纯化系统之所以能够连续切换循环工作正是基于此机理实现的。空分纯化器系统的吸附剂在吸附期间，床
层温度由于吸附热通常将上升3~5C甚至更高，床层温升与原料空气进吸附器的温度有关，进气温度越高，床层上升的温度也越高。然而解吸期间正好相反。再生加热初期，吸附器出口将出现温度急剧下降，导致空气中的水蒸气在吸附器出口接管外表面凝结成小水珠，这就是行业通常所说的“冒汗”现象。
2.8吸附温度
吸附温度是指来自预冷系统的空气进到吸附器入口时的饱和含水温度。通常在5~20°C的范围内。
2.9再生温度
再生温度是指吸附器吸附完成，泄压之后，经蒸汽加热器或电加热器加热后的空气或污氮气体进到吸附器入口的温度。通常为：正常再生150~180°C;养猫还是养狗高温活化220〜250℃的范围内。
2.10吸附压力
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吸附压力是指纯化器正常工作时或最低的工作压力（工艺压力有别于强度压力）。单位：巴（bar）0吸附压力越低，则吸附剂吸附容量越低，进到吸附器内空气的含水量越多，需要的再生气量增加，再生能耗增大。
2.11吸附（切换）周期
习惯上，吸附周期指单台纯化器从吸附开始到吸附结束时所经历的时间（单位：小时）。严格地讲，应该称为半周期。因为一个完整周期应包括：吸附、泄压、加热、吹冷、充压五个步骤。吸附（半）周期=加热+吹冷+充压+泄压。吸附周期越长，再生气量变小，能耗降低。但吸附周期增加，容器重量，吸附剂用量增加，生产、运输、采购等成本增加。
2.12二氧化碳含量
纯化器系统的二氧化碳含量包括：原料空气的二氧化碳含量和纯化后空气的二氧化碳含量。以PPM（V）即体积百万分比表示。吸附器进口空气的二氧化碳含量通常为350〜400PPM；吸附器净化后空气出口的二氧化碳含量（净化指标）可达IPPM或更低。空气纯化系统在吸附剂吸附二氧化碳满足要求时可确保彻底清除空气中的乙快。
2.13露点
露点温度（简称露点）是指空气中水气含量不变，气压一定时，通过降低气温使空气达到饱和时的温度，称为露点温度，单位为°C。纯化器净化后空气出口的含水量可达到相当于常压露点-70C,即水蒸气含量2.58PPM（V）,相当于20℃时每立方米空气含0.001936克的水分。
3、空分纯化系统的组成及各自的功用空气分离纯化系统的组成通常包括：
3.1吸附器两台
每只吸附器内装分子筛吸附剂和活性氧化铝，用以除去空气中的水蒸汽，二氧化碳以及乙焕等杂质。分子筛常常用13X,也有选用5A分子筛吸附剂的情况。但通常认为13X的二氧化碳吸附能力优于5A分子筛，5A分子筛再生温度高于13X分子筛。小型空分纯化系统通常设计成单层床，常用cad中键不能平移5A分子筛。
吸附器结构
按绝热方式分为：内绝热和外绝热
按型式分类：    立式吸附器和卧式吸附器
按床层分类：    单层床和双层床
3.2阀门和管道切换系统1套
控制空气的流通和切断，改变空气流向，使两只吸附器交替工作。阀门通常为气动（电动）程控阀，也可以是手动阀。由于系统工作温度较高，因此要求阀门可长时间承受250℃以上的高温。通常阀门选型时，要求其工作耐高温温度300°C-4000Co
3.3蒸汽加热器1台
蒸汽加热器的高温介质可以是饱和蒸汽或过饱和蒸汽。用以加热再生气（空气或污氮）。加热后的再生气温度通常为150〜180C。一般是为了满足正常再生活化的需要。蒸汽加热器的结构采用双管程单壳程、双管板的U型管换热器，双管板结构能够防止管程蒸汽串入壳程，保证再生安全。介质流向通常为蒸汽走管程，再生气走壳程。但如果蒸汽加热器采用立式结构，则加热介质和冷却介质所在通道需交换，这主要是因为蒸汽在冷却介质带走热量后会形成冷凝水，并确保冷凝水被带出热流通道的缘故。从蒸汽加热器的制造和传热
效率看，卧式蒸汽加热器应略强于立式。
3.4电加热器1台
电加热器的作用通常是为了满足纯化系统在高温活化期间，提高再生器温度。由于分子筛使用时间过长，有可能使得吸附剂内部的吸附剂解吸不彻底，长时间积累，造成吸附剂内部吸附质本底含量增加，增大到某一程度，造成整个纯化器系统的纯化效果下降。此时，就需要停止吸附并对吸附剂床层进行高温活化处理，使吸附剂尽可能恢复其最大吸附能力。高温活化的温度通常为230C~250C.

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