空分分子篩吸附劑活性下降及解決措施研究

張慶華 馬君

摘 要：我國空分裝置的規模已經從最早的制氧機外壓縮，發展到現在具有生產28000 m3/h、40000 m3/h（氧）的特大型空分設備的能力。在全低壓空分設備上，常溫分子篩凈化吸附法已占主導地位。常用的分析篩吸附劑主要有硅膠、活性氧化鋁和分子篩。如果分子篩的吸附性能嚴重下降，將嚴重制約空分裝置的長周期運行。

關鍵詞：空分裝置;分子篩;吸附;長周期

1 概述

開祥精細化工年產20萬t甲醇生產裝置中28000 m3/h的空分裝置由四川空分集團設計并安裝，分子篩共兩臺，均為臥式安裝，分別為MS1201、MS1202，總容積為157m3，分上下層安裝，底部裝填物為活性氧化鋁，共40m3，化學式為Al2O3+NH2O，主要功能為深度脫水，干燥深度達-70℃。上部為分子篩，共100m3，化學式為13X，也稱沸石，是一種堿金屬硅鋁酸鹽，可用于催化劑協載體、水、乙炔和二氧化碳共吸附、水和硫化氫氣體共吸附。上下部之間用絲網隔開。正常運行過程中，兩臺分子篩切換運行，一臺吸附運行，另一臺解吸再生。其中時間均為4h。

2 分子篩吸附活性下降原因分析及后果

分子篩主要性能為吸附、脫除出預冷系統的空氣中水分、乙炔、二氧化碳等雜質，保證進入精餾塔空氣的干燥度和潔凈度。造成分子篩活性下降主要有以下因素：

①分子篩受充壓、泄壓速率太快影響導致床層被沖垮，內部的吸附物質分布不均勻，吸附不掉空氣中的水分、乙炔、二氧化碳等雜質;

②分子篩本身質量不好，或長期運行超出設計使用壽命，造成分子篩粉化嚴重;

③分子篩超負荷運行，吸附、解吸運轉時間超出本身設定時間，增加運轉周期，造成吸附再生不徹底，吸附容量下降;

④空氣預冷系統出口氣體的溫度長期超出設計溫度、壓力超出設計壓力、氣體濕度過大、氣體流速超出設計流速等因素，均會造成分子篩吸附性能下降;

⑤空氣預冷系統出口氣體中油含量超標，進入分子篩后堵塞分析篩吸附孔徑，造成分子篩吸附能力下降。

如果分子篩吸附性能下降，將造出分子篩出口氣體中水分、乙炔、碳氫化合物、二氧化碳等含量超標，而水分、二氧化碳等雜質進入主換熱器與主塔送出的低溫氣體換熱后會結晶成固體，堵塞管道造成生產裝置被迫停車。而乙炔和碳氫化合物進入精餾塔后會逐步沉積濃縮，在主冷凝蒸發器中碳氫化合物達到100ppm后、乙炔含量達到0.1 ppm后，會與純度達到99.5%以上的液氧發生化學反應，有爆炸的風險。

3 分子篩吸附劑的在線部分添加

結合空分裝置長周期運行和年度檢修計劃，在空分裝置運行過程中如果遇到突發因素導致分子篩吸附性能下降時，考慮分子篩吸附劑的在線添加，添加量大約為5-6 m3。

分子篩運行流程如下：分子篩在運行中有控制程序分別為：泄壓、加熱、冷吹、充壓四個步驟。假設1#分子篩活性下降，在線添加方案如下：

①等待分子篩運行控制程序走至1#分子篩吸附結束、2#分子篩解吸完畢，1#分子篩走至并列運行步驟時，1、7、2、8號閥門打開，再生氣通過F3導入放空消音器放空，1#、2#分子篩出口壓力平衡時，此時暫停分子篩順控程序，手動關閉1、7號閥門，緩慢打開11號泄壓閥門，控制1#分子篩出口壓力下降速率，壓力表上顯示壓力最低時，手動關閉11號閥門，打開9號閥門。現場手動關閉1、3、5、7、11號等閥門防止誤操作造成事故發生;

②打開1#分子篩頂部兩個人孔，與空氣連通，分析內部氣體含量，氧含量大于18%無其他氣體成分，確認分析數據正常、安全后方可讓作業人員進入分子篩內部開始作業，添加部分新催化劑，期間借助專業工具可以縮短作業時間，減少在線添加的風險。如果1#吸附劑裝填時間過長，會造成2#分子篩吸附性能飽和后，超過設計吸附能力，可能會造成分子篩出口水、二氧化碳、乙炔超標;

③新吸附劑裝填結束后，檢查裝填量及床層平整度，確認吸附器里面無遺漏的工具和雜物后，封人孔;

④確認條件具備后，關閉9號閥門，準備投入1#分子篩運行工作，緩慢手動打開3號充壓閥門，控制充壓速率，過程要緩慢，以防充壓過快拉跨空壓機出口壓力觸動聯鎖，也避免沖垮分子篩床層，隨著壓力提升的過程，配合做氣密性實驗，如有漏氣現象，需抓緊時間緊固，確保人孔處不漏氣。待1#分子篩出口壓力與7號閥門后壓力均衡時，手動打開1、7號閥門，關閉3號閥門，檢查確認1、3、4、5、6、7、9、10、11、12號等閥門改為自動控制狀態，投入分子篩順序控制程序，此時進入2#分子篩準備泄壓狀態，12號閥門緩慢打開，壓力卸至無壓力后逐步加入加熱狀態，而后按照分子篩順序控制上步驟逐步進行下去，10、6號閥門逐步打開，2、8號閥門逐步關閉，F2閥門緩慢打開投入再生氣，F3緩慢關閉，2#分子篩開始加熱（需提前將蒸汽加熱器溫度提至正常值加30℃以上，即210℃左右，加熱時間可以適當延長至85min。高溫活化結束后，將分子篩順序控制中1#分子篩加熱時間調至正常值，75min，加熱溫度還原至正常值180℃左右。此時分子篩正常運行，在線添加吸附劑圓滿結束。

4 分子篩吸附劑的全部更換

如果分子篩出口水分、乙炔、二氧化碳等分析數據嚴重超標，證明分子篩性能嚴重老化，需考慮上報檢修計劃，擇機全部更換。

作者簡介：

張慶華（1986- ），女，33歲，漢族，河南省義馬市人，助理工程師，現工作于河南能源開祥精細化工有限公司。