关键词：水分含量，二氧化碳含量，分子筛纯化器，冻堵
一、13X-APG分子筛特性
1.分子筛的基本特性
⑴.13X-APG分子筛是一种钠X 型硅铝酸盐晶体，具有蜂窝状的结构，晶体内的晶穴和孔道相互联通，并且孔径大小均匀，能够吸附临界直径小于10A（1A=1/10nm）的分子。
⑵.分子筛晶穴和孔道具有非常高的内表面积，其内表面积为外表面积的10000～100000倍。
⑶.分子筛具有极强的选择吸附性。
⑷.分子筛的可逆吸附性。
⑸.分子筛具有良好的热稳定性，在温度高于100℃时仍有很高的吸附能力。
二、分子筛的再生
1. 分子筛的高温再生
首先要对分子筛加热所需的蒸汽压力、温度，电加热器的设定温度达到工艺指标要求。污氮气出口温度作为主要的判断依据，加热阶段初期，加热污氮气使上部床层温度升高，并供给水分、二氧化碳的脱附能，本身温度又迅速下降，污氮气出口的温度降低到负温，然后逐渐升高。污氮气出口的冷吹峰值一般达到100℃以上。
2. 分子筛高温再生合格的标准
高温再生的整个过程，通过再生温度曲线来判断。利用储存在分子筛床层内的热量对下部的分子筛进行解吸，直到冷吹出口污氮气曲线的最高点（冷吹峰值）。该温度是床层再生是否彻底的标志。因为在床层出口部位最不容易再生彻底，如果该处峰值温度达到100℃以上，内部温度一定高于此温度，表示内部均已再生完毕，同时纯化器出口二氧化碳含量＜2.0ppm及露点＜－65℃，分子筛再生合格。
三、分子筛纯化器出口二氧化碳超标的因素
（一）、分子筛床层短路
1.分子筛床层短路的危害
床层冲击使分子筛局部粉化不平整，气流在不同的部位通过床层厚度不同，大量空气经床层短路处（较薄的部位）直接通过分子筛，床层整体吸附效率下降，纯化器出口二氧化碳含量＞2.0ppm。
2.分子筛床层短路后的现象
在冷吹阶段污氮气出口温度会继续升高的原因是床层内仍然积蓄的热量将污氮气及下部分子筛进行加热。如果床层平坦，同一截面上分子筛床层的温度是均匀的，则随着污氮气通过，温度变化向着出口方向推移的过程也大致是相同的，所以在出口同时达到一个最高温度，形成一个峰值。如果床层局部不平整，气流在不同的部位通过床层厚度不同，大量空气经床层短路处（较薄的部位）直接通过分子筛，则在出口不是同时达到最高温度，混合后的峰值会出现几个，或整个峰值较为平坦，峰值温度降低。导致分子筛床层吸附不完全，整体吸附效率下降，严重时造成分子筛出口二氧化碳含量呈直线上升，纯化器出口二氧化碳含量超标（＞2.0ppm）。
3.如何避免分子筛床层短路
⑴.对分子筛的安装要求。认真检查上、下不锈钢筛网有无破损，固定是否牢固，分子筛是否装填满且扒平整，封好顶盖、人孔，防止窜气。
⑵.分子筛纯化器运行时，及时监控分子筛各温度曲线及出口二氧化碳含量的变化情况。
⑶.系统加量过程中，应缓慢进行，防止空气流速过大，冲击分子筛床层。
⑷.分子筛升压过程中，及时监控两组分子筛压差，避免分子筛切换时压差过大，冲击床层。
⑸.控制升、卸压速度。
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（二）、分子筛纯化系统进水
1.分子筛纯化器进水的危害
若纯化器进水量过多，分子筛底部活性氧化铝无法全部吸附，由于水分子极性高于二氧化碳，分子筛首先吸附水，导致整个分子筛床层吸附容量下降，二氧化塔吸附率降低。纯化器出口二氧化塔含量＞2.0ppm。
2.分子筛纯化器进水后的现象
分子筛纯化器进水时，分子筛压力会出现忽高、忽低波动现象，吸附器阻力明显升高，加热和冷吹温度曲线发生变化，纯化器出口温度飙升等现象。
3.分子筛纯化器因进水导致二氧化碳超标的处理方法
⑴.首先降低分子筛纯化器入口空气流量，降低分子筛运行负荷，预冷系统调节正常后，对分子筛进行高温再生，电炉加热温度设定280℃以上，加工空气量设定22000Nm3/h，在保证另一组分子筛正常运行的同时，进水分子筛的加热时间延长600秒，冷吹时间以污氮气出口温度达到25℃时结束，提高再生污氮气流量（加热污氮气流量4400Nm3/h、冷吹污氮气流量7200 Nm3/h）。
⑵.若高温再生一段时间后，分子筛纯化器后二氧化碳含量依然超标，且再生温度曲线及冷吹峰值均正常，分子筛纯化器后二氧化碳含量在纯化器运行一段时间后呈现周期性规律升高趋势，则判断分子筛纯化器夹套进水。
夹套中的水分，在分子筛高温再生时以水蒸气形式从夹套中进入纯化器顶部，由于13X-APG分子筛在200℃的高温下仍具备一定吸水能力，上层分子筛始终处于吸附水分的状态，导致上层分子筛始终无法再生彻底，致使上层分子筛吸附容量降低，二氧化碳吸附效率下降；当分子筛处于冷吹阶段时，未被上层分子筛吸附的水分，被污氮气冷凝为液珠，沿分子筛内壁流回至夹套中，在分子筛反复再生过程中，水分始终不能完全被带出，纯化器后二氧化碳含量始终阶段性超标。
出现此情况时（蒸汽预热器管束已检修合格），拆下分子筛纯化器外筒体下部三个吹除口堵板，若有水排出，在堵板法兰处加装阀门。在分子筛运行及加热、冷吹阶段，在适当提高再生污氮气流量的同事全开阀门进行吹扫，在升、卸压阶段为避免升、卸压速度过快对床层造成冲击，稍开阀门吹扫。当纯化器后二氧化碳含量峰值呈现逐步下降趋势并＜1.0ppm时，采取加热、冷吹阶段全开阀门吹扫，在分子筛运行阶段，进行间歇性吹扫。
（三）、设备因素
1.导致纯化器后二氧化碳超标的设备因素及分析
⑴.中心管焊缝有沙眼。
中心管焊缝距分子筛床层底部1.6米处，若出现沙眼，空气在经过分子筛床层上部时在沙眼处形成短路，上部分子筛吸附不完全，纯化器后二氧化碳含量在分子筛运行一段时间后开始升高并到达峰值，切换后迅速下降。
⑵.分子筛纯化器不锈钢夹套破损。
分子筛纯化器不锈钢夹套破损，空气通过破损处沿夹套内部直接通过分子筛，纯化器后二氧化碳上升趋势随破损位置的上移而推后，最终达到峰值并持续至分子筛运行末期，切换后迅速下降。
⑶. 分子筛纯化器夹套底部焊缝出现裂纹。
分子筛纯化器夹套底部焊缝出现裂纹，部分空气未经分子筛床层直接沿夹套进入纯化器顶部，纯化器出口二氧化碳在运行初期开始升高，并在达到峰值后持续至运行末期，切换后迅速下降。
四、总结
空分装置作为公司生产的源头装置，承担为公司生产装置提供合格氮气的重要任务。由于空分装置的特殊性，若因纯化器出口二氧化碳含量超标，冻堵板式换热器通道，装置被迫停车检修，对全公司用氮装置的正常生产造成极大的影响。本文针对可能造成分子筛纯化器出口二氧化碳的超标原因进行判断分析，对二氧化碳超标原因及部位做到及时发现、及时预防、及时解决处理。
参考文献：
[1] 空分装置操作规程.兰州石化公司企业标准. 兰州：中国石油兰州石化分公司，2012
论文作者:高慧芳 张光忠 余绍利
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期
论文发表时间:2020/3/16
标签：分子筛论文; 氮气论文; 二氧化论文; 温度论文; 峰值论文; 含量论文; 空气论文; 《科学与技术》2019年第18期论文;