保持氣體分子篩吸附性能的措施

王永寧，張志剛，張紅斌，王永虎

(中國石油吐哈油田公司甲醇廠，新疆 鄯善 838202)

一、分子篩純化器二氧化碳超標情況

中國石油吐哈油田公司甲醇廠24萬t甲醇/年擴建工程的配套工程KDONAr-10000/500/350型空分裝置是由四川空分設備（集團）有限責任公司設計、制造、安裝的一套帶增壓透平膨脹機的常溫分子篩吸附純化、規整填料塔無氫制氬的空分裝置，分子篩純化器為臥式雙層床結構，設計工作周期為4h，底部為活性氧化鋁 (粒度為φ3～φ5mm)，上部為上海UOP公司的13X分子篩。

2007年3月，循環水系統進行預膜操作時，所加藥劑造成循環水起泡，空氣出空冷塔時夾帶大量水分，造成1＃分子篩吸附床層帶水。經過對1＃分子篩進行幾個周期高溫活化再生處理，重新投入生產后，1＃分子篩工作末期純化后的空氣中二氧化碳含量AIA-1204在線分析值經常≥1ppm，甚至達到停車值2ppm，嚴重影響裝置的安全生產。

二、超標原因分析

經過對分子篩純化器工作原理和運行狀況進行分析，認為造成二氧化碳含量超標有以下原因：（1）空冷塔出口空氣溫度偏高，空氣中飽和水含量高，分子篩靜態吸附容量降低；（2）再生污氮氣溫度偏低，致使吸附劑再生不徹底；（3） 再生污氮氣量不足，致使吸附劑再生不徹底；（4）分子篩帶水后，吸附性能下降，變劣率增大，轉效時間縮短，致使二氧化碳穿透分子篩床層。

三、解決措施

1.降低進氣溫度

在夏季，進入純化器的空氣溫度經常超過設計指標。裝置的空氣冷卻系統配置了空氣冷卻塔、水冷卻塔。通過常溫水和冷凍水噴淋使壓縮空氣冷卻。空氣冷卻塔的出塔氣溫度TIA-1102的設計值為≤12℃。在夏季，TIA-1102經常超出設計值，達12～14℃，這大大增加了吸附器的負荷，而由于吸附溫度的升高，吸附劑的吸附性能又有顯著下降，從而增加了工況惡化的可能性。

為解決該問題，經與循環水崗位協調，將進入遇冷系統的循環水溫度控制在27℃以下，并增加水冷塔的污氮氣量，盡可能降低冷凍水溫度，保證了空冷塔的冷卻效果，將夏季的空冷塔出氣溫度控制在12℃以下。降低進入純化器的空氣溫度后，二氧化碳雖仍存在超標現象，但平均含量由1.8ppm降至1.1ppm以下。

2.提高再生氣加熱溫度

裝置原設計的吸附器加溫再生氣溫度為170℃，冷吹峰值為80～90℃，此溫度值偏低，再生時熱量不足，不能將床層底部的吸附劑完全解吸。在同樣的加熱時間內，提高加溫再生氣溫度可使加熱結束時吸附劑床層底部的溫度升高，從而減少殘留吸附量。經實踐，通過把蒸汽加熱器與電加熱器串連共用，將加溫溫度設定為195℃。提高再生氣溫度后，二氧化碳超標頻率大大降低，由原來的70%降至20%。

3.增加再生氣量

根據調整再生氣溫度后的再生狀況，對再生氣流量也進行了優化調整。裝置原再生氣量為：加溫氣8 600m3/h，冷吹氣量8 800m3/h。在實際運行中，發現再生氣量偏低，在設定的加溫時間內，不能將吸附劑床層底部溫度升至設計水平。在同樣時間內，增大再生氣量可使加溫結束時吸附劑床層底部的溫度升高，從而減少殘留吸附量。通過多次試驗后，再生氣量調節至9 600～9 700m3/h時比較適宜，每次冷吹峰值均在100℃以上，滿足了分子篩冷吹峰值溫度的要求。調整再生氣量，純化后空氣中二氧化碳含量降至1ppm以下，再未出現超標現象。

4.縮短工作時間

由于只是1＃分子篩工作末期時出現二氧化碳含量報警，2＃分子篩工作正常，結合以上調整措施和甲醇廠實際生產情況，通過試驗摸索，對1＃、2＃分子篩再生周期進行了調整，縮短了1＃、2＃分子篩泄壓時間和2＃分子篩的再生時間，相當縮短了1＃分子篩的工作時間。調整分子篩工作時間后，1＃分子篩工作期間純化后空氣中二氧化碳含量AIA－1204一直控制在1ppm以下，各項參數均達到設計值。分子篩工作周期調整前后數據見表1。

四、調整后的效果

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[1]魏東.分子篩純化系統的優化運行 [G].中國工業氣體工業協會第十一次會員代表大會暨2001年年會論文集.