气体纯化吸附剂-分子筛
一．分子筛工作原理
分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质.
吸附功能：分子筛对物质的吸附来源于物理吸附，其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。
筛分功能：分子筛的孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部。
通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子，所以被形象的称为“分子筛”。
二.常用分子筛介绍
1）5A分子筛化学式：化学式：3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O
硅铝比：SiO2/AI2O3≈2
有效孔径：约5Å
应用：5A分子筛可吸附小于该孔径的任何分子，一般称为钙分子筛。它除具有3A，4A分子筛所具有的功效外，还可吸附C3—C4正构烷烃，氯乙烷，溴乙烷,丁醇等，可应用于正异构烃分离、变压吸附分离及水和二氧化碳的共吸附。我公司主要用在氮气加氢纯化、氨分解纯化设备干燥器，无热或微热再生干燥器；
2）3A分子筛
3A分子筛是一种碱金属硅铝酸盐，有时，它也被称为3A沸石分子筛。
化学式：2/3K2O·1/3Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O
硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2
有效孔径：约3A;
3A分子筛的孔径是3A;，主要用于吸附水，不吸附直径大于3A的任何分子，根据工业上的应用特点，分子筛具有快吸附速度、再生次数、抗碎强度及抗污染能力，提高了分子筛的利用效率并延长了分子筛的使用寿命，是石油、化工行业中气液相深度干燥、精炼、聚合所必需的干燥剂。我公司主要用在氨干燥设备干燥器。
3）13X分子筛化学式: Na2O • Al2O3• 2.45SiO2• 6.OH2O
硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2.6
有效孔径：约10A;
13X型分子筛的孔径10A，吸附小于10A 任何分子，可用于催化剂协载体、水和二氧化碳共吸附、水和硫化氢气体共吸附，主要应用于医药和空气压缩系统的干燥. 我公司主要用在碳脱氧纯化干燥器和氢回收设备干燥器。
常用分子筛技术特性
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性能 |
单位 |
技术特性 |
||
|
形状 |
|
5A球形 |
3A球形 |
13X球形 |
|
直径 |
mm |
3.0-5.0 |
3.0-5.0 |
3.0-5.0 |
|
堆积密度 |
g/ml |
≥0.66 |
≥0.60 |
≥0.60 |
|
磨耗率 |
% |
≤0.20 |
≤0.20 |
≤0.20 |
|
抗压强度 |
N |
≥70/p |
≥45/p |
≥60/p |
|
静态水吸附 |
% |
≥21 |
≥20 |
≥25 |
三．分子筛再生
为了取得好的操作性能和尽可能长的寿命，分子筛使用后必须再生，是因分子筛吸附性能和机械性能的衰减和老化是非常低的，正确再生后的分子筛同新分子筛一样，一般使用3年以上分子筛吸附性能下降30%。所谓“再生”就是将达到吸附平衡后的吸附剂，通过物理方法使其恢复到吸附前的表面活性的过程。
- 分子筛再生两种基本方法
1）：改变温度，既“变温”。它是通过加热分子筛来除去被吸附的水分和其它物质。工业上一般是用经预热的再生气加热，吹扫分子筛300℃左右，并带走脱附下来的吸附物。氮纯化、氨分解纯化、氨干燥、氢回收均属于变温吸附；
2）：改变相对压力，即“变压”一般用于气相吸附过程。其基本方法是保持吸附温度不变，通过降低压力和惰性气体反吹，除去吸附物。制氮机、变压吸附制氢、无热及微热再生属于变压再生。
五．分子筛再生条件
1）.进气温度、湿度、流速均会影响分子的吸附性能，见下表
不同温度下的吸附性能比较
|
吸附剂 |
温度℃ |
||||||
|
25 |
50 |
75 |
100 |
125 |
150 |
250 |
|
|
吸附量（克水/100克吸附剂） |
|||||||
|
分子筛 |
22 |
21 |
18.5 |
15 |
9 |
6 |
3.5 |
不同流速下的吸附性能比较
|
吸附剂 |
气流速度（米/秒） |
||||
|
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
|
吸附量（％克吸附剂） |
|||||
|
分子筛 |
17.6 |
17.2 |
17.1 |
16.7 |
16.5 |
从上表可以看出、温度对分子筛吸附性能影响较大，正常工作时，吸附器工作温度尽量控制在50℃以下，最高别超过75℃，再生时分子筛温度控制在250℃-350℃，达不到温度分子筛再生不彻底；为保证分子筛的再生效果，纯化装置从以下方面进行控制：
1）干燥器加热温度300℃~350℃，加热结束出气温度尽可能≥120℃.
2) 再生气必须是干燥的且不能含有可能含有可被分子筛吸附的组份（最好是干燥的氮气），可通过调整再生气量保证加热效果，再生气量的选择见后面描述；.
3可通过调整再生加热时间控制再生温度；
注：调整时间时尽可能不延长工作周期，吹冷结束后干燥器温度要在50℃以下，最高别超过75℃。
六：分子筛的再生气量
气体纯化中我们常用的再生气就是利用工作干燥器的纯气流量的一小部份纯气来吹扫另一干燥器，吹扫的过程中再生干燥器加热，再生气把热量带到干燥器中，使分子吸附的水份和其它物质脱附，加热一段时间后，再把分子筛吹扫到常温。从而达到循环利用。这个过程也正好利用分子筛的特性，“常温吸附，高温脱附”。分子筛的脱水工艺对分子筛再生气量的要求，一般为纯化装置额定气量10％左右，特殊设备除外，跟据气源的水含量来计算再生气的再生量。例如：我们尾气回收纯化设备中，气源的水含量过大，再生气可能达到设备额定气量的20％～30％左右都有可能。注：再生气流量计存在标定介质与工作介质不 一致的情况，使用时要注意介质的换算。
如：流量计为氨标定，通氮气进行再生，流量计读数为10m3，实际流量为：
10/(28/17)0.5=7.8 m3,其中28和17分别为氮气和氨气的分子量;
分子筛再生温度与再生气体露点（含湿量）及再生后的分子筛的残存水量有关。再生气体露点越低，再生效果越好。
七．分子筛吸附器再生过程
吸附器的再生一般分降压、加热、吹冷、升压四步进行。
降压：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。降压是再生出气动阀（AV3）,打开而实现的。为了避免上部分子筛层受到压力波动的冲击，降压速度不能太快，此步完成时间不应短于11min。降压是按压力联锁实现的，当压力降至10kPa时，打开再生氮气进(AV7)。
加热：打开1组干燥气再生（再生干燥器加热），2组干燥器工作（工作干燥器常温），再生污氮气进入电加热器被加热到170℃，干燥的热污氮气在吸附器入口处温度达60℃以上，自上而下通过吸附器，时间为480min。
吹冷：关闭干燥器加热电源，吹冷用氮气的温度为常温。吹冷期内，氮气出吸附器的温度起初继续上升，待上升至100℃以上就逐渐下降，吹冷末，氮气出吸附器温度可下降30℃左右。
升压：关闭再生出气阀(AV3)，使吸附器压力慢慢升高，当吸附器前后压差小于10kPa时，升压结束。同时为避免气流冲击分子筛床层，使床层发生移动或
摩擦，故升压要缓慢，此步完成时间不应短于15min。
再生四步骤结束后，该吸附器就投入工作。（干燥器再生好出口温度应在30℃左右）。整个再生过程必须严格按照规定的控制程序和时间，压力，压差等条件，以及前一步动作完成之后，有关阀门的开关状态来进行。
AV1 干燥器1组进气阀
AV2 干燥器2组进气阀
AV3 干燥器1组再生出气阀
AV4 干燥器2组再生出气阀
AV5 干燥器1组出气阀
AV6 干燥器2组出气阀
AV7 干燥器1组再生进气阀
AV8 干燥器2组再生进气阀
八. 分子筛再生不完全处理方法
处理：可适当调大再生气量，延长再生时间。
九.什么是气体露点
露点是指气体中的水份从未饱和水蒸汽变成饱和水蒸汽的温度，当未饱和水蒸气变成饱和水蒸气时有极细的露珠出现，出现露珠时的温度叫做“露点”，它表示气体中的含水量。可以参考本公司网站的气体湿度、露点和ppm换算表
苏州穆尔气体
