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(guī)模已經(jīng)從最早的制氧機(jī)外壓縮，發(fā)展到現(xiàn)在具有生產(chǎn)28000 m3/h、40000 m3/h（氧）的特大型空分設(shè)備的能力。在全低壓空分設(shè)備上，常溫分子篩凈化吸附法已占主導(dǎo)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(yán)重下降，將嚴(yán)重制約空分裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：空分裝置;分子篩;吸附;長(zhǎng)周期

1 概述

開祥精細(xì)化工年產(chǎn)20萬t甲醇生產(chǎn)裝置中28000 m3/h的空分裝置由四川空分集團(tuán)設(shè)計(jì)并安裝，分子篩共兩臺(tái)，均為臥式安裝，分別為MS1201、MS1202，總?cè)莘e為157m3，分上下層安裝，底部裝填物為活性氧化鋁，共40m3，化學(xué)式為Al2O3+NH2O，主要功能為深度脫水，干燥深度達(dá)-70℃。上部為分子篩，共100m3，化學(xué)式為13X，也稱沸石，是一種堿金屬硅鋁酸鹽，可用于催化劑協(xié)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(wǎng)隔開。正常運(yùn)行過程中，兩臺(tái)分子篩切換運(yùn)行，一臺(tái)吸附運(yùn)行，另一臺(tái)解吸再生。其中時(shí)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(yù)冷系統(tǒng)的空氣中水分、乙炔、二氧化碳等雜質(zhì)，保證進(jìn)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(dǎo)致床層被沖垮，內(nèi)部的吸附物質(zhì)分布不均勻，吸附不掉空氣中的水分、乙炔、二氧化碳等雜質(zhì);

②分子篩本身質(zhì)量不好，或長(zhǎng)期運(yùn)行超出設(shè)計(jì)使用壽命，造成分子篩粉化嚴(yán)重;

③分子篩超負(fù)荷運(yùn)行，吸附、解吸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間超出本身設(shè)定時(shí)間，增加運(yùn)轉(zhuǎn)周期，造成吸附再生不徹底，吸附容量下降;

④空氣預(yù)冷系統(tǒng)出口氣體的溫度長(zhǎng)期超出設(shè)計(jì)溫度、壓力超出設(shè)計(jì)壓力、氣體濕度過大、氣體流速超出設(shè)計(jì)流速等因素，均會(huì)造成分子篩吸附性能下降;

⑤空氣預(yù)冷系統(tǒng)出口氣體中油含量超標(biāo)，進(jìn)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?xì)浠衔?、二氧化碳等含量超?biāo)，而水分、二氧化碳等雜質(zhì)進(jìn)入主換熱器與主塔送出的低溫氣體換熱后會(huì)結(jié)晶成固體，堵塞管道造成生產(chǎn)裝置被迫停車。而乙炔和碳?xì)浠衔镞M(jìn)入精餾塔后會(huì)逐步沉積濃縮，在主冷凝蒸發(fā)器中碳?xì)浠衔镞_(dá)到100ppm后、乙炔含量達(dá)到0.1 ppm后，會(huì)與純度達(dá)到99.5%以上的液氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

3 分子篩吸附劑的在線部分添加

結(jié)合空分裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行和年度檢修計(jì)劃，在空分裝置運(yùn)行過程中如果遇到突發(fā)因素導(dǎo)致分子篩吸附性能下降時(shí)，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(yùn)行流程如下：分子篩在運(yùn)行中有控制程序分別為：泄壓、加熱、冷吹、充壓四個(gè)步驟。假設(shè)1#分子篩活性下降，在線添加方案如下：

①等待分子篩運(yùn)行控制程序走至1#分子篩吸附結(jié)束、2#分子篩解吸完畢，1#分子篩走至并列運(yùn)行步驟時(shí)，1、7、2、8號(hào)閥門打開，再生氣通過F3導(dǎo)入放空消音器放空，1#、2#分子篩出口壓力平衡時(shí)，此時(shí)暫停分子篩順控程序，手動(dòng)關(guān)閉1、7號(hào)閥門，緩慢打開11號(hào)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(shí)，手動(dòng)關(guān)閉11號(hào)閥門，打開9號(hào)閥門?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉1、3、5、7、11號(hào)等閥門防止誤操作造成事故發(fā)生;

②打開1#分子篩頂部?jī)蓚€(gè)人孔，與空氣連通，分析內(nèi)部氣體含量，氧含量大于18%無其他氣體成分，確認(rèn)分析數(shù)據(jù)正常、安全后方可讓作業(yè)人員進(jìn)入分子篩內(nèi)部開始作業(yè)，添加部分新催化劑，期間借助專業(yè)工具可以縮短作業(yè)時(shí)間，減少在線添加的風(fēng)險(xiǎn)。如果1#吸附劑裝填時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)造成2#分子篩吸附性能飽和后，超過設(shè)計(jì)吸附能力，可能會(huì)造成分子篩出口水、二氧化碳、乙炔超標(biāo);

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

④確認(rèn)條件具備后，關(guān)閉9號(hào)閥門，準(zhǔn)備投入1#分子篩運(yùn)行工作，緩慢手動(dòng)打開3號(hào)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(jī)出口壓力觸動(dòng)聯(lián)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(shí)驗(yàn)，如有漏氣現(xiàn)象，需抓緊時(shí)間緊固，確保人孔處不漏氣。待1#分子篩出口壓力與7號(hào)閥門后壓力均衡時(shí)，手動(dòng)打開1、7號(hào)閥門，關(guān)閉3號(hào)閥門，檢查確認(rèn)1、3、4、5、6、7、9、10、11、12號(hào)等閥門改為自動(dòng)控制狀態(tài)，投入分子篩順序控制程序，此時(shí)進(jìn)入2#分子篩準(zhǔn)備泄壓狀態(tài)，12號(hào)閥門緩慢打開，壓力卸至無壓力后逐步加入加熱狀態(tài)，而后按照分子篩順序控制上步驟逐步進(jìn)行下去，10、6號(hào)閥門逐步打開，2、8號(hào)閥門逐步關(guān)閉，F(xiàn)2閥門緩慢打開投入再生氣，F(xiàn)3緩慢關(guān)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(shí)間可以適當(dāng)延長(zhǎng)至85min。高溫活化結(jié)束后，將分子篩順序控制中1#分子篩加熱時(shí)間調(diào)至正常值，75min，加熱溫度還原至正常值180℃左右。此時(shí)分子篩正常運(yùn)行，在線添加吸附劑圓滿結(jié)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(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，證明分子篩性能嚴(yán)重老化，需考慮上報(bào)檢修計(jì)劃，擇機(jī)全部更換。

作者簡(jiǎn)介：

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