1、空分設備操作技術第1頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五 空氣純化系統原料空氣純化原理及設備主講人: 杭氧設計院 林秀娜2011年5月第2頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五 目的：分子篩純化系統運行在最優化狀態安全、節能。第3頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統介紹一、 概述二、分子篩純化原理三、流程和設備介紹 四、 事故案例分析第4頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統一 、 概述 為了使空分設備長期、安全、可靠地運轉，必須設置的純化設備。用以清除空氣中的水分和二氧化碳、乙炔等碳氫化合物發

2、展動態：1950年后期-國外的小型空分設備已采用分子篩純化流程。八十年代前國內以切換式換熱器自清除流程為主八十年代后期開始:國內空分設備開始采用分子篩純化流程。分子篩純化流程優點：具有純產品提取量大、操作簡便、運轉周期長，使用安全可靠等諸多優點。它代表著空分發展的主導方向。第5頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統1.分子篩純化流程作用：用吸附法清除原料空氣中的水分、乙炔、二氧化碳及一些能吸附的碳氫化合物，保證空分設備的正常運行。2.、吸附系統功能組成：吸附-工作（較高壓力0.6MPa(A)下），解吸再生常壓下0.116MPa(A） 3、 設備組成：分子篩吸附器、

3、加熱設備、消聲器、閥門、儀電控第6頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五第7頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統二、分子篩純化原理1. 空氣成分及有害氣體空分設備的原料氣是空氣?？諝馐嵌嘟M分的混合氣體。除氧、氮及稀有氣體外，還含有水蒸汽、二氧化碳及碳氫化合物等，另外還有少量灰塵等固體雜質。2. 有害氣體危害這些雜質隨空氣進入空壓機，繼而進入空分設備是非常有害的。固體雜質會磨損機器運轉零件，堵塞冷卻設備。第8頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統水分和二氧化碳會隨著空氣溫度的下降，從 空氣中析出，凍結和堵塞氣體通道。

4、乙炔和其它碳氫化合物在空分設備內積聚，在一定條件下還會引起爆炸。 3. 空分設備有害氣體的安全范圍水分吸附后達到-60以下，CO2小于1PPm,乙炔小于0.01 PPm等 。第9頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五空氣純化系統分子篩流程第一次將凈化空氣部分分離出來，采用獨立單元，因此分子篩流程的空分裝置，主換熱器已經基本是一個純換熱設備了，不再同時兼具凈化空氣的作用。第10頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五用分子篩凈化空氣技術的發展歷史：國外二十世紀五十年代末期 -Linde公司中國二十世紀八十年代引進Linde公司技術發展起來空氣純化系統第11頁，共

5、70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩純化系統目前空分采用分子篩純化系統為主來純化空氣。吸附器內裝填的吸附劑有：分子篩，活性氧化鋁等。吸附原理介紹為了保證分餾塔的安全，我們需要對空氣進行吸附處理。1. 吸附劑的吸附原理吸附法凈除空氣中的雜質空氣中的水分、乙炔、二氧化碳均可用叫做“吸附劑”的多孔物質吸附凈除。吸附術語吸附力分類:吸附又可分為物理吸附和化學吸附兩類。第12頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩純化系統物理吸附:也稱為范德華吸附，它是由于分子間的彌散作用及靜電作用等引起的；物理吸附熱較低，接近液體的汽化或冷凝熱，吸附和解吸速度都較快?；瘜W吸附

6、:是由于化學鍵作用所引起的?；瘜W吸附由原子間反應生成了表面絡合物，吸附熱接近化學反應熱，需要一定的活化能，其吸附和解吸速度都比物理吸附慢?！钡?3頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩純化系統吸附熱:空分吸附中水分，CO2占主要時，物理吸附占主要，吸附熱主要由水分，CO2冷凝潛熱產生，所以產生了吸附器前后溫度的升高。再生: (解吸或脫附)由于分子篩等吸附劑是固體，它的多孔吸附表面是有限的，所以不能連續操作，吸附容量飽和時，必須進行解吸。第14頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五固定床吸附原理再生: (解吸或脫附)“氣體一固體”, 這是不均勻界面吸附,

7、 已被吸附的原子或分子, 返回到氣相中, 稱之為解吸或脫附。(2) 恒溫恒壓固定床吸附的基本原理當吸附質濃度為ye混合氣體開始以恒定流速進入吸附器時，吸附質首先在靠近吸附器進口端的吸附劑入口上被吸附。并漸漸趨于飽和。 第15頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五固定床吸附原理吸附平衡區：吸附劑上的吸附質濃度xe與進氣濃度ye平衡，氣體經過這一段吸附柱時濃度不再發生變化，這一區域稱為吸附平衡區，傳質區：在平衡區以上是正在進行吸附的傳質區。未吸附區：傳質區以上是未吸附區，繼續進料，吸附器中傳質區逐漸下移，平衡區慢慢擴大，未吸附區相應縮小，只要傳質區還附在吸附柱內，氣體經過吸附柱后

8、吸附質濃度都應該是y0。 第16頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五固定床吸附原理轉效點：當傳質區前緣移出吸附柱，則流出氣體中吸附質濃度開始增加。當傳質區的尾緣也離開了吸附柱的出口截面，這時整個吸附柱都達到飽和，對原料氣的吸附質不再具有吸附能力，經過吸附柱后的氣體中吸附質濃度仍為ye。當傳質區前緣開始達到吸附器出口截面時，這一點即稱為轉效點，用表示時間，則b為轉效時間。（見圖1）第17頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五固定床吸附原理吸附劑的吸附能力以吸附容量來表示。吸附容量分為靜吸附容量和動吸附容量。靜吸附容量：是在一定溫度和被吸附組分濃度一定的情況下

9、每單位重量或單位體積的吸附劑到達平衡時所能吸附物質的最大量，即吸附劑的吸附容量能達到的最大值（平衡值）。 第18頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五動吸附容量動吸附容量：是吸附劑到達“轉效點”時的吸附值（吸附器內單位吸附劑的平均吸附容量）。由于氣體連續流過吸附劑表面，未達飽和就已流走，故動態吸附容量小于靜態吸附容量。 第19頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五1： 吸附劑在不同溫度下對水分的靜吸附容量 溫度 255075100125150250分子篩 222118.515963.5活性氧化鋁 1062.5310 注：上表在水蒸汽分壓力0.1KPa的實驗數

10、據 第20頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附劑(3)吸附劑種類 吸附劑: 一切固體都有吸附能力, 但并不都是吸附劑.吸附劑必須具備適當的表面結構、表面積、孔隙大小和分布，使其具有很強的吸附力。 常用的吸附劑:空分設備中為純化空氣有分子篩、活性氧化鋁、硅膠等。 第21頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩 a 分子篩 分子篩經加熱失去結晶水，晶體內形成許多孔穴，其孔徑大小與被吸附氣體分子直徑相近，且非常均勻。它能把小于孔徑的分子吸進孔隙內，把大于孔徑的分子擋在孔隙外。因此，它可以根據分子的大小，把各種組分分離，“分子篩”亦由此得名。 第22頁，共

11、70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩類型:分子篩是人工合成泡沸石，硅鋁酸鹽的晶體，呈白色粉末，加入粘結劑后可擠壓成條狀、片狀和球狀。 在空分上常用分子篩13X-APG， 1.球狀有4X8目，(4mm) 2.球狀有8x12目, (2.38mm) 3.條狀有1/16”, (1.6mm,L=3-6mm) 現有些廠家有新開發的分子篩,吸附能力提高(10%),可降低能耗或延長工作時間第23頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五第24頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩分子篩的化學通式為： Me x/n(AlO2x(SiO2)ymH2OMe陽

12、離子，主要是Na+、Ca+、K+；X/n能置換原子價n的陽離子數;式中n金屬離子的價數； xAlO2分子數； ySiO2的分子數； m結晶水的分子數。第25頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五分子篩 13X型的分子篩化學通式Na86(AlO2)86(SiO2)106 .mH2O 能吸附臨界直徑 C2H2 CO2。由于是共吸附，勢必會使分子篩對每種組分的吸附容量都將減少。第32頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附原理在出吸附劑床層的空氣中很快會出現甲烷（CH4）,乙烷(C2H6),接著乙烯(C2H4),丙烷(C3H8)幾乎與二氧化碳同時在出吸附劑層的空

13、氣中出現。以后才依次出現乙炔（C2H2）, 丙烯(C3H6)、丁烷（C4H10）、丁烯（C4H8）。 第33頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附原理由于吸附器在工作周期內必須在出口空氣中出現二氧化碳之前結束，即切換。這表明乙炔、丙烯、丁烷、丁烯不能隨空氣進入空分設備內。 第34頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附物質可將上述吸附用表3、表4示出：表3：分子篩透過和吸附雜質 透過 甲烷、乙烷、丙烷、乙烯 吸附 (二氧化碳) 乙炔、丁烷、丙稀、丁烯 (水). 第35頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五表4：雜質穿透分子篩床層順序

14、甲烷 立即穿透 乙烷 幾乎立即穿透 二氧化碳、丙烷、乙烯 幾乎同時穿透，但按相反順序 乙炔、丙稀 遲一些穿透 丁烷、丁烯 較遲一些穿透 水 很遲穿透 第36頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五第37頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五b.活性氧化鋁 活性氧化鋁是用堿從鋁鹽溶液或用酸從鋁鹽溶液中沉淀出水合氧化鋁，然后經過老化、洗滌、膠溶、干燥和成型得到氫氧化鋁，再經脫水而得氧化鋁。 其化學式為Al2O3。它是白色具有較好的化學穩定性和機械強度的固體吸附劑。 第38頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五活性氧化鋁 現在使用的活性氧化鋁是以三

15、水鋁石為原料，經過干燥、高溫快速脫水，然后經再水化和活化等制備工藝制取的X型干燥劑。 特點:具有抗壓強度高、磨耗低，不粉化，不爆裂等獨特的優點，其抗冷熱的突變性也很強，在極惡劣的工作條件下，也能承擔吸附作用。吸水性能好。 第39頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五活性氧化鋁 我們現在常用活性氧化鋁來初步吸附水分。顆粒3-5mm.放在下層。 c惰性氧化鋁 30-65%的Al2O3含量，SiO2等組成。鋪于床層底層，用于分布氣流。在床面分布好的吸附器內，可以不用. 第40頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五2. 影響吸附性能的因素-溫度、濃度吸附容量的大小受

16、多種因素的影響，主要有： 吸附過程的溫度和被吸附組分的分壓力（或濃度）的影響。隨水蒸汽分壓力增加而增大，但增大到一定程度以后，吸附容量大體上與分壓力無關了。所以應盡量降低吸附過程的溫度，溫度降低，飽和水分含量也減少，有利于吸附。 第41頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五影響吸附性能的因素 與氣體（或液體）的流速有關流速越高，吸附效果越差，動吸附容量越小。 氣體濕度的影響分子篩對相對濕度較低的氣體干燥能力較大。 與吸附劑的再生完善程度有關 吸附劑解吸再生越徹底，吸附容量就 越大， 反之越小，而再生的完善程度與再生溫度有關，也與再生氣體中含有多少吸附質有關。第42頁，共70頁

17、，2022年，5月20日，12點1分，星期五 影響吸附性能的因素再生 3. 吸附劑的再生為使吸附質從吸附劑表面上解脫出來,從而使吸附劑恢復吸附能力稱為“解吸”(或“再生”)。在吸附質與吸附劑充分接觸后，終將達到動平衡，被吸附的量達到了最大值（即飽和），“動平衡”是指吸附和解吸的吸附質,分子數相等，處于平衡狀態，此時吸附劑失去了吸附能力。吸附和解析事實上是同時進行的，只不過未達飽和前吸附的量大于解析的量。第43頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五影響吸附性能的因素再生 吸附劑被吸附質飽和以后就失去了吸附的能力，應當進行再生，把所吸附的水分，乙炔和二氧化碳趕走，然后再繼續使用。

18、 再生是吸附的逆過程解析過程。再生是利用吸附溫度越高，壓力越低，吸附容量越小的特性進行的，因為氣體溫度升高，分子動能增大，吸附劑吸附不住吸附質時，吸附質就逃逸了。 所以再生在低壓、高溫下進行。第44頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五影響吸附性能的因素吸附劑的再生溫度應該是對于該吸附質的吸附容量等于零時的溫度，稱為完全再生。空氣中的乙炔、丙烯、丁烷在吸附器切換之前一般可純化至 10-4ppm、在解析過程中，大部分乙炔在10分鐘之內解析掉，解析氣中乙炔的最高含量在加熱開始后15分鐘左右。第45頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五再生（1）吸附劑的再生及能耗

19、再生的基本機理是破壞吸附的動態平衡，人為地使吸附表面上停留的吸附質分子不斷減少，最后達到完全脫附的目的。因此，再生是傳質和傳熱同時發生的復雜過程。第46頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五再生實際上，在再生結束的時候，吸收層的溫度不一定均勻，再生氣的出口和入口部位，殘留在吸附層中的吸附組分量當然也會產生梯度。隨著分子篩流程使用經驗的積累，分子篩再生溫度也從最先開始的300左右下降到160左右，甚至還可到100左右。在再生溫度300和200比較時，前者吸附容量僅增加3%，但再生氣體所需的熱量卻要增加30%。 第47頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五再生從

20、設備運轉的經濟性考慮，以后逐漸將再生氣體的進口溫度降到160左右。隨著溫度的降低，其吸附容量略有降低。但相差不大，在實際使用中也能很好地運轉。在再生加熱溫度為200時，吹冷峰值溫度可達160左右，這是吸附器的最佳運轉工況。第48頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五再生 分四步:1. 降壓 2. 加溫 3. 吹冷 4. 升壓 5. 切換在再生加熱溫度為170時，吹冷峰值溫度可達130左右，這時被吸附的水分和二氧化碳均能解析。再生時間也有關系.再生氣量也有關系.可調整。Q總=CMt*T（時間）由于電加熱器的功率有限，活化時可以降低流量，增加時間和t。而工作周期長（48h）,其吸

21、附劑用量增多，容器體積變大，氣體通過床層的壓力降也大、空壓機的排壓也要相應提高，這增加了能耗。 第49頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五三、 空氣純化系統流程和設備的介紹1.流程1.1 流程以及測點1）PIS，PDIS，與V1205，V1206、V1207的關系。 2）污氮流量的調整與吹冷峰值的關系 3）分電加熱器流程，關注TIAS，TC 4）蒸汽加熱器流程等，進口閥的自調 5)四種流程介紹1.2 時間程序控制圖（總則：出口閥門先開，再開進口閥門）第50頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五流程 1.3.突然斷電時閥門狀態：氣動閥門在斷電時關閉。大閥門處

22、于保位狀態.i.短時停車后啟動，閥門原位置再走。ii.較長時間停車后閥門要關閉.再啟動，工作的吸附器必須充氣后再接著走原步驟。1.4 閥門和管道安裝時注意點1）V1217、V1219等的與壓力穩定的關系。第51頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五流程2） 電加熱器后至吸附器間閥門和管道盡量就近布置，且保溫嚴密。 V1211、V1212與吸附器間距盡量接近，V1217管后接入點靠近 V1211、V1212，使吹冷管和加溫管道共用段減少，以減少加熱時管道熱損。第52頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五1。 吸附器 氣體的純化設備是空分系統中不可缺少的一個重要

23、組成部分。凈除雜質不僅提高了原料氣的潔凈度，而且防止了雜質在設備，管路局部部位集結、堵塞，否則將會影響設備的正常運行，嚴重的甚至會發生爆炸，造成重大的停產事故和不必要的經濟損失。 2. 設備第53頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附器八十年代后期，從林德引進分子篩吸附器技術.杭氧自八十年代初，在引進林德技術的基礎上，開發研制了第一套分子篩吸附器，用于六千空分設備的配套，至今，也已生產了一千以上空分吸附器幾百多套。經過摸索和改進提高，結構不斷完善發展，設計與制造技術已日趨成熟。目前杭氧已開發成功多套60000Mm3/h氧氣空分設備.并對八萬、十二萬氧氣空分進行技術儲備.吸

24、附器型式分為：臥式、立式、同心床（徑向流）三種吸附器。 第54頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五1) 新結構吸附器吸附器工作特點：循環工作，疲勞破壞。強度計算考慮疲勞破壞因素。主要結構如下：1. 下部進口：a, 空氣進口氣體分布裝置-已取得發明專利授權。在大型臥式吸附器越來越長時，進氣口與封頭端部也距離較遠，進口局部區域與端部的氣流分布不勻，容易導致分子篩床面的吸附性能不同，造成吸附劑的浪費和能耗增加。 杭氧氣體分布裝置的使用，可有效降低能耗，減小吸附器的再生能耗。第55頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附器支承柵架防漏技術2.研制了分子篩吸附器支

25、承柵架防漏技術，使特大型吸附器設備返修率低，達到了國際先進水平。 由于吸附器內部壓力、溫度交替變化，內件要不斷承受熱脹冷縮，因此零件間、零件與殼體間只能活動連接，但同時又要防止1.63mm的顆粒不能漏下床面，這對于特大型吸附器，床面面積達到100m2以上,其防漏難度很大。以前分子篩泄露事故時有發生，帶來較大損失。而現在研制的防漏技術的成功應用，解決了這一制約大型臥式吸附器制造的瓶頸問題。 第56頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附器3.上部空氣出口，氮氣進口懸空活動固定著圓管孔式均布器，它以一定的流通面積控制再生氣的流速，而用壓條焊接在均布器外圍的絲網又將工作時隨空氣攜

26、帶的粉末過濾掉。在氮氣進口處一段距離圓管均無孔，包括圓管至兩端封頭處也用圓板焊死。 第57頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附器四：研制了新型隔板裝置，有效地解決了兩種吸附劑混床問題。2008年取得發明專利授權因空分操作失誤而造成的吸附劑混合失效，可能帶來的空分停產事故，時有發生，一次事故有時造成上百萬元損失。該裝置很好防止了這種事故的發生。 已應用到杭氧所有的雙層床吸附器中，獲得了滿意的使用效果，近年來，我公司生產的吸附器未再有混床事故的發生。第58頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五吸附器4. 對于大直徑容器的鞍式支座，也與以往不同，不用地腳螺栓

27、固定在基礎座上。由于自身重量及高徑比關系，已足夠穩定。所以固定支座端直接放在澆埋于基礎座上的鋼板上，而在活動支座端下部再焊平面光滑的不銹鋼薄板，在其下部放置聚四氟乙烯板，此板四周用固定條焊接，以防摩擦活動板移位。 第59頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五5. 填裝和檢修要求：注意：1）吸附器內可能有氮氣窒息事故：當人員進入吸附器之前，應先以足夠的空氣進行置換，以徹底驅除殘余污氮氣體，同時對設備內空氣的含氧量進行分析，應大于20%，以確保人身安全。2）填裝分子篩、氧化鋁層時，由于空氣穿過床層時，傳質區平行移動。因此要求每層平整，高低不平會引起某些地方先穿透。第60頁，共70

28、頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五6. 臨時檢修的最佳時機和方法：檢修最好停車進行.選擇檢修臺在降壓末期，適當地人為延長再生側吸附器降壓時間，提前降低工作側吸附器空氣處理量，此時再生側吸附器污氮進出口閥必須關閉。待降壓到比污氮壓力稍高時-50kpa，應及時關閉降壓閥，防止污氮通過降壓閥進入吸附器。并對設備內空氣含氧量進行分析，應大于20%氧，確保人身安全。第61頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五同心床吸附器是立式結構。杭氧公司有部分大型空分配套吸附器配此種型式。該結構的吸附床處在兩個圓柱形篩網筒之間，加工空氣從底部進入，從外筒內四周流向中心，經頂部排出。再生污

29、氮從頂部進入，從中心通道流向外筒四周，經底部排出。杭氧2002年進行研發,2009年在河南信陽20000空分上進行了工業性使用，取得成功。2） 同心床（徑向流）吸附器第62頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五徑向流吸附器其優點在于：占地面積小。阻力較低。再生加熱時圓柱篩筒可自由熱脹冷縮。吸附劑裝填厚度可較薄，其高度可根據需要的吸附劑用量設計。吸附器底部和頂部只有簡單的緩沖板，使空氣和污氮均勻流過而不要裝導向板。缺點：制造費用高，再生污氮用量較多。因為設計采用了一些剛性連結和嚴格的工藝加工，加工費時，對小設備而言，就顯得不經濟了。第63頁，共70頁，2022年，5月20日，12點1分，星期五5）吸附器在日常維護時注意事項：5）吸附器