空分装置分子筛纯化节能措施

空分装置分子筛纯化节能措施

王红超1陈虎2田克英3王红硕4

1.3.4独山子石化公用工程部

2. 独山子石化铁路运输公司

摘要：文章主要是针对空分设备分子筛纯化系统的节能措施展开的。首先，对空分设备分子筛纯化系统做了一个简要的介绍，并对该系统的特性以及常见类型的电阻特性有了一定的认识。接着，文章从结构设计、热源选择、操作使用等几个方面，给出了一些节能的方法，期望在这篇文章中，可以对空分设备分子筛纯化系统的基本特性有一个较为完整的认识，同时，也可以为后期更好地降低空分设备分子筛纯化系统的能耗提供一些借鉴。

关键字：空气分离装置；分子筛；提纯系统；节能

近年来，随着我国制造业的快速发展，对装备的品质提出了更高的要求，而空分装置作为一种重要的装备，其净化系统又是决定空分结果的关键。由于空分装置在使用过程中能耗较高，因此，有必要对其进行节能改造的研究。

1空分分子筛纯化系统

1.1吸附器结构型式的抗干扰分析

立式径向流吸附器是一种比较常见的设备，具有结构简单、占地面积小、操作简单等特点，下面对其进行阻力分析。

立式径向流吸附器主要由进风管、进风室、离心式过滤器、过滤室等部分组成。从进风管进入吸附器的空气流经过滤器后，经滤芯过滤，空气中的粉尘和气体得到分离，净化后的空气进入过滤室。过滤室内的过滤器采用中心进风、四周出风的布置形式。过滤室内设置有压力平衡装置，当压力平衡装置的压力高于进风口压力时，室内空气流入进风管；当压力低于进风口压力时，室内空气流出进风管。

根据《机械设计手册》中相关的阻力计算公式，立式径向流体吸附器的阻力主要由入口流速和出口流速两部分组成。其中：入口流速=进风管入口风速-进风管出口风速；出口流速=进风管出口风速-出风管出口风速。

其中进风管、进风室内过滤器和过滤室的阻力相对较小，约为50 Pa左右；立式径向流吸附器的出口流速相对较大，约为1.55m/s左右。根据计算可知，立式径向流吸附器在实际应用中具有较好的分离效果。

该吸附塔结构较为复杂，制备困难，且需具有多个同心层，且需具有一定的同心性，制备工艺要求高，且造价昂贵。另外，该设备的内部空间较小，操作时不易上、下料，也不易维护。另外，在装置的应用中，还需达到更高的栅格强度和使用寿命。

2吸附剂和再生工艺的阻力分析及对策

2.1减少管路及阀的阻力

在设计吸附床装置时，必须与装置的结构相结合，进行管路的风阻计算。与此同时，还要以设备要求的性能为依据，对不同尺寸的管道进行合理的选择，例如管道的直径、结构形式以及弯曲半径等，利用结构调整的方式，来减少吸附器在使用过程中管道的阻力。最近几年，我国大型空分设备中所采用的分子筛净化系统中，多采用三杆阀，该阀具有较好的密封性能，并且在阀板与阀座密封面之间没有摩擦，从而可以确保其工作的可靠性和使用寿命。结构蝶阀与三杆阀相比，优势在于限制开启压差，避免了分子筛吸附器被冲穿，但在使用中会产生较大的阻力，采用新型三杆阀可以有效地减少阻力。

2.2减少回热阻力

采用串联方式将蒸汽加热器与电加热器同时进行，在吸附器设备的加热操作中，要适当地减小串联流程的阻力，尽可能地采用自身阻力较小的蒸汽加热器，以免引起污氮气排出压力的增大。所以，在这种情况下，可以选择节能型蒸汽加热器，该加热器采用低翅片无折流板设计，在吸附器内部的蒸汽压力为0.6 MPa左右的压力时，可以通过蒸汽加热器和电加热器串联的方式进行加热。为了更好地减少再生阻力，可以在串联时，将备用电加热器在内的所有通道同时打开，把电加热器调整到小功率，从而更好地减少了阻力。

3调节吸附器

吸附器在实际应用中，其操作周期与系统的能量消耗密切相关，调节其操作周期，可减少能量消耗。

3.1对投入使用的吸附器进行调节

在应用于分子筛吸附塔时，设备尺寸和吸附剂种类的用量对吸附塔的吸附时间有一定的影响。其中，吸收剂的用量主要是根据环境状况来决定的。然而，周围空气中的二氧化碳含量并不是一成不变的，吸附器设备的工作也会受季节、风向等各种周围因素的影响，所以，吸附器的分子筛量一般都有余量。通常情况下，可以通过出口空气中二氧化碳含量来判断分子筛是否存在余量，如果变化不显著，则说明分子筛存在一定的余量，对于这种情况，可以适当延长吸附器的吸附时间。如果周围的季风在改变，那么吸收的时间就会随着环境的改变而缩短。在实际应用过程中，可以通过对空气中CO2浓度进行监测，并将实测数据与吸附器的设计值进行比较，从而对空气中CO2浓度进行调整。

3.2采用具有较大吸附容量的沸石

近年来，随着沸石技术的发展，越来越多的高性能的吸附型沸石被推向了市场。这种新的沸石可以达到长期吸附和降低能量消耗的目的。这样，用户在使用时，就可以替换使用具有较高性价比和较好性能的分子筛，达到了理想的节电效率。通过改变分子筛结构，实现对活性氧化铝床的合理调控，从而达到延长吸附时间、降低能耗的目的。

4.对加热源的合理选择

在沸石净化装置的操作中，可采用加热器先将污染的氮气先加热，然后再对吸附剂进行间接加热。而水蒸气热源由于其供热费用较低，在有稳定水蒸气的情况下，可采用水蒸气作为回热器。当蒸汽来源不稳定或蒸汽压力不达标时，也可在蒸汽加热器的基础上附加电加热器，通过两种设备串联加热方式，实现对吸附剂再生的加热。有关的实践表明，若在40000m3/h的空分设备中，将水蒸气和电加热器串联起来，对吸附器再生进行加热，那么，每年的运行费用将会减少大约188.5万元，而20000m3/h的空分设备，则每年将会节省将近80万元。在一至二年之内，就可获得较高的经济效益。

5在吸附塔运行中采取的节约能源的方法

除利用吸尘器的设计节约能源外，还可以实现操作上的技术效果。首先，我们可以对进气口的温度进行控制，将分子筛净化系统的进气口温度降到最低，可以起到一定的节能作用，但在具体的运行过程中，我们还必须对进气温度进行适当地控制，以免由于进气温度过低而引起的结冰、失控等问题，通常情况下，吸收器的进气面温度应维持在13摄氏度左右。其次，对吸附塔的总热值进行调节，在实际应用中，可通过调节加热温度、加热时间以及吸附塔的回气流量来调节总热值。通过对吸附床出口温度的测量，结合吸附床出口温度的测量结果，可以对吸附床出口温度的测量结果进行综合判断。一般而言，在80℃以上吹冷风，就已经满足了吸附器的再生条件。此外，还可以针对分子筛纯化系统的使用情况，对其保温效果进行改进，在分子筛纯化系统中使用的高温设备、管道阀门等，通常情况下，可以采用超细玻璃棉对这些设备进行保温。另外，还要做好保温材料的防水，防止因加热管道的滴水而导致管道设备的热损耗，所以要进行外部防水的包扎。

6小结

空分装置分子筛净化系统的能量消耗与周围环境，设备结构，操作和使用等多个因素相关，应从多个角度考虑，以达到较好的节能效果。随着空分装置的应用日益广泛，对空分装置的操作品质和分子筛净化系统的能量消耗提出了更高的要求，这就要求有关部门继续加大对空分装置分子筛净化系统的能量消耗，并提出更合理的能量消耗计划，从而达到减少系统运行能量消耗，使其更好地发挥功能的目的。

参考文献：

[1]梁小龙、王绍博、陈浩、赵可昕. IGCC空分预冷净化系统技术改造中的节能问题研究。

[2]王鹏.对沸石精制过程中的几个问题进行了探讨，并提出了相应的解决措施.化学科学，2020 (05):104-105.

[3]蔡高辉。南昌大学空气分离装置系统的节能优化方法。