压缩热再生干燥器活性氧化铝固体吸附剂的除湿性能

李 维，韩大超，张 红，马 超，蓝兴旺，张雪平

（1 南京工业大学城市建设与安全工程学院，江苏 南京 210009；2 中国石化仪征化纤股份有限公司， 江苏 仪征 211400）

在工业生产过程中设备的运行经常会用到压缩空气，在气源系统中从空气压缩机直接排出的空气中含有很多杂质，如果不对其进行处理而直接使用，空气中的杂质会对系统中的元件造成很大的危害，因此，压缩空气除湿工作显得尤为必要。在工业上，空气干燥的方法有3 种：化学法、冻结法、吸附 法[1-2]。其中吸附除湿以吸附材料动态吸附空气中的水分，其处理空气量大，并且可在低温、低湿状态获得低露点的空气，其设备旋转部件少，结构和维护简单，噪声低，运行可靠，因而受到广泛重视[3]。压缩热再生干燥器原理是利用压缩机末级出口压缩空气所带出的热量对再生塔的活性氧化铝床层进行加热，减少了再生塔活性氧化铝床层加热时的气体和热能的消耗[4-5]。从国内行业的发展方向看，采用节能型压缩热再生干燥器已成趋势[6]。作者以活性氧化铝为吸附材料，对两种粒径（A：5.5～6.6 mm；B：4～5 mm）活性氧化铝在同种工况条件下进行再生吸附除湿实验[7-8]，旨在为活性氧化铝在压缩空气除湿系统中的运行提供依据。

1 实验系统

如图1 所示实验系统主要包括空压机、空气缓冲罐、电加热器、再生吸附床、排气系统及测量 仪表。

图1 实验台系统流程图

实验分为再生阶段和吸附阶段两个部分。再生阶段，开启电加热器、阀门2、3，关闭阀门1、4，空气经压缩进入缓冲罐加热后由上而下进入吸附床。吸附阶段，开启阀门1、4，关闭电加热器和阀门2、3，压缩空气经缓冲罐由下而上进入吸附床。

实验时，通过温湿度传感器、流量计、温度传感器、压差变送器、压力表等仪表，对吸附床内压缩空气的进出口温度、流量、压力、压降、相对湿度等参数进行测量，并对实验数据进行实时记录。为了保证实验数据的准确性和可靠性，对实验中所用的仪表都进行了标定。表1 给出的是测量仪表的主要参数。

2 实验结果与分析

2.1 再生过程

固体吸附除湿依靠的是吸附剂对水蒸气分子的吸附作用，吸附剂吸附水分后就会失去吸附能力，由于吸附材料一开始呈饱和状态，不具有吸附除湿性，所以必须先进行吸附剂的解吸再生[9]。

表1 测量仪表的主要技术参数

表2 给出的是再生过程的运行参数，压缩空气经电加热器加热进入吸附床的温度为120 ℃，气体的流量控制在40 m³/h，整个系统的压力为0.2 MPa，整个再生过程持续10800 s 左右。

图2 为再生阶段活性氧化铝吸附床出口空气含湿量随时间的变化情况，由图2 可看出在再生初始阶段，活性氧化铝A 的解吸速率比B 的快，A 约为B 的2 倍；随着再生时间的延长，到5000 s 时，A和B 的出口含湿量均达到最大值并维持出口含湿量不变一段时间，此段时间A 出口含湿量为49 g/kg左右，维持时间大概为4000 s，B 出口含湿量为30 g/kg 左右，维持时间在2000 s 左右；之后A 和B的出口含湿量均出现降低，A 的降低速率较B 的快，约为B 降低速率的1.25 倍；在整个过程中活性氧化铝A 出口空气含湿量的变化率比B 的快，且A 的出口空气含湿量比B 的要高。活性氧化铝A 的粒径为5.5～6.5 mm 相对B 的粒径要大，其内部的孔隙也较大，这样在再生的过程中，更有利于吸附剂内部水分的析出，从实验的结果得到直接的印证。实验表明，在温度为120 ℃，流量为40 m³/h，压力为0.2 MPa 的条件下，活性氧化铝A 在该吸附床内的解析量比B 的大，且A 的变化率比B 的快。所以，在次工况下，活性氧化铝A 的再生性能要优于B 的再生性能。说明制作材料和粒径的大小对活性氧化铝的再生性能有直接的影响。

表2 再生阶段实验运行参数

图2 再生阶段活性氧化铝吸附床出口空气含湿量随时间的变化

2.2 吸附过程

表3 给出的是吸附过程的运行参数，压缩空气经缓冲罐进行水冷降低至35 ℃再进入吸附床，气体的流量控制在15 m³/h，整个系统的压力为0.7 MPa，整个再生过程持续10800 s 左右。

图3 为吸附阶段活性氧化铝吸附床出口空气含湿量随时间的变化情况，由图3 可看出在吸附初始阶段到1200 s 时间段内，两种吸附剂的吸附效果最好，出口空气的含湿量迅速下降，且吸附剂A 的吸附效率要明显好于吸附剂B；随后，吸附剂B 的出口空气含湿量维持在一个比较稳定的数值2 g/kg 左右，并持续到实验结束，而吸附剂A 的出口空气含湿量有一个明显的上升阶段。这是由于，再生转吸附阶段，切换门后，压缩空气进入吸附床的流程刚好相反，再生的空气进口变成吸附空气的出口，而再生空气的出口变成吸附空气的入口，再生阶段的入口温度在120 ℃，切换阀门进行吸附过程后，吸附床要经过一个冷却过程，此时吸附后的空气经过出口时的温度较高，抑制了吸附剂的吸附效果，使其空气中的含湿量有一个增加的过程，随着整个吸附床温度的降低，吸附剂A 的吸附效率迅速提高，之后在6000 s 左右，吸附剂A 出口空气含湿量也在一个比较稳定数值3.5 g/kg 左右；最后在11000 s后两种吸附材料出口空气的含湿量开始缓慢的上升；在整个吸附过程中，初始阶段吸附剂A 的吸附效率要高于吸附剂B，之后吸附剂B 的稳定性要优于吸附剂A，且吸附剂B 的出口空气含湿量要略低于吸附剂A 出口空气的含湿量。

表3 吸附阶段实验运行参数

图3 吸附阶段活性氧化铝吸附床出口空气含湿量随时间的变化

3 结 论

（1）在工作温度为120 ℃，压力0.2 MPa，空气流量为40 m³/h 的条件下，活性氧化铝A 的再生效果要优于活性氧化铝B，再生初始和结束阶段，活性氧化铝A 的再生效率也高于活性氧化铝B，活性氧化铝A在进入稳定再生过程的持续时间也长于活性氧化铝。说明活性氧化铝的制作材料和粒径大小对其再生性能有直接影响。

（2）在温度为35 ℃，压力为0.7 MPa，流量为15 m³/h 的工况条件下，初始阶段两种吸附剂的吸附效果都很好，吸附剂A 的吸附效率要高于吸附剂B，之后吸附剂B 的吸附稳定性要好于吸附剂A，且吸附剂B 空气出口的含湿量要低于吸附剂A的出口空气含湿量。说明活性氧化铝的制作材料和粒径大小对其吸附性能有直接影响。

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