空分分子筛吸附剂活性下降及解决措施研究

张庆华 马君

摘 要：我国空分装置的规模已经从最早的制氧机外压缩，发展到现在具有生产28000 m3/h、40000 m3/h（氧）的特大型空分设备的能力。在全低压空分设备上，常温分子筛净化吸附法已占主导地位。常用的分析筛吸附剂主要有硅胶、活性氧化铝和分子筛。如果分子筛的吸附性能严重下降，将严重制约空分装置的长周期运行。

关键词：空分装置;分子筛;吸附;长周期

1 概述

开祥精细化工年产20万t甲醇生产装置中28000 m3/h的空分装置由四川空分集团设计并安装，分子筛共两台，均为卧式安装，分别为MS1201、MS1202，总容积为157m3，分上下层安装，底部装填物为活性氧化铝，共40m3，化学式为Al2O3+NH2O，主要功能为深度脱水，干燥深度达-70℃。上部为分子筛，共100m3，化学式为13X，也称沸石，是一种碱金属硅铝酸盐，可用于催化剂协载体、水、乙炔和二氧化碳共吸附、水和硫化氢气体共吸附。上下部之间用丝网隔开。正常运行过程中，两台分子筛切换运行，一台吸附运行，另一台解吸再生。其中时间均为4h。

2 分子筛吸附活性下降原因分析及后果

分子筛主要性能为吸附、脱除出预冷系统的空气中水分、乙炔、二氧化碳等杂质，保证进入精馏塔空气的干燥度和洁净度。造成分子筛活性下降主要有以下因素：

①分子筛受充压、泄压速率太快影响导致床层被冲垮，内部的吸附物质分布不均匀，吸附不掉空气中的水分、乙炔、二氧化碳等杂质;

②分子筛本身质量不好，或长期运行超出设计使用寿命，造成分子筛粉化严重;

③分子筛超负荷运行，吸附、解吸运转时间超出本身设定时间，增加运转周期，造成吸附再生不彻底，吸附容量下降;

④空气预冷系统出口气体的温度长期超出设计温度、压力超出设计压力、气体湿度过大、气体流速超出设计流速等因素，均会造成分子筛吸附性能下降;

⑤空气预冷系统出口气体中油含量超标，进入分子筛后堵塞分析筛吸附孔径，造成分子筛吸附能力下降。

如果分子筛吸附性能下降，将造出分子筛出口气体中水分、乙炔、碳氢化合物、二氧化碳等含量超标，而水分、二氧化碳等杂质进入主换热器与主塔送出的低温气体换热后会结晶成固体，堵塞管道造成生产装置被迫停车。而乙炔和碳氢化合物进入精馏塔后会逐步沉积浓缩，在主冷凝蒸发器中碳氢化合物达到100ppm后、乙炔含量达到0.1 ppm后，会与纯度达到99.5%以上的液氧发生化学反应，有爆炸的风险。

3 分子筛吸附剂的在线部分添加

结合空分装置长周期运行和年度检修计划，在空分装置运行过程中如果遇到突发因素导致分子筛吸附性能下降时，考虑分子筛吸附剂的在线添加，添加量大约为5-6 m3。

分子筛运行流程如下：分子筛在运行中有控制程序分别为：泄压、加热、冷吹、充压四个步骤。假设1#分子筛活性下降，在线添加方案如下：

①等待分子筛运行控制程序走至1#分子筛吸附结束、2#分子筛解吸完毕，1#分子筛走至并列运行步骤时，1、7、2、8号阀门打开，再生气通过F3导入放空消音器放空，1#、2#分子筛出口压力平衡时，此时暂停分子筛顺控程序，手动关闭1、7号阀门，缓慢打开11号泄压阀门，控制1#分子筛出口压力下降速率，压力表上显示压力最低时，手动关闭11号阀门，打开9号阀门。现场手动关闭1、3、5、7、11号等阀门防止误操作造成事故发生;

②打开1#分子筛顶部两个人孔，与空气连通，分析内部气体含量，氧含量大于18%无其他气体成分，确认分析数据正常、安全后方可让作业人员进入分子筛内部开始作业，添加部分新催化剂，期间借助专业工具可以缩短作业时间，减少在线添加的风险。如果1#吸附剂装填时间过长，会造成2#分子筛吸附性能饱和后，超过设计吸附能力，可能会造成分子筛出口水、二氧化碳、乙炔超标;

③新吸附剂装填结束后，检查装填量及床层平整度，确认吸附器里面无遗漏的工具和杂物后，封人孔;

④确认条件具备后，关闭9号阀门，准备投入1#分子筛运行工作，缓慢手动打开3号充压阀门，控制充压速率，过程要缓慢，以防充压过快拉跨空压机出口压力触动联锁，也避免冲垮分子筛床层，随着压力提升的过程，配合做气密性实验，如有漏气现象，需抓紧时间紧固，确保人孔处不漏气。待1#分子筛出口压力与7号阀门后压力均衡时，手动打开1、7号阀门，关闭3号阀门，检查确认1、3、4、5、6、7、9、10、11、12号等阀门改为自动控制状态，投入分子筛顺序控制程序，此时进入2#分子筛准备泄压状态，12号阀门缓慢打开，压力卸至无压力后逐步加入加热状态，而后按照分子筛顺序控制上步骤逐步进行下去，10、6号阀门逐步打开，2、8号阀门逐步关闭，F2阀门缓慢打开投入再生气，F3缓慢关闭，2#分子筛开始加热（需提前将蒸汽加热器温度提至正常值加30℃以上，即210℃左右，加热时间可以适当延长至85min。高温活化结束后，将分子筛顺序控制中1#分子筛加热时间调至正常值，75min，加热温度还原至正常值180℃左右。此时分子筛正常运行，在线添加吸附剂圆满结束。

4 分子筛吸附剂的全部更换

如果分子筛出口水分、乙炔、二氧化碳等分析數据严重超标，证明分子筛性能严重老化，需考虑上报检修计划，择机全部更换。

作者简介：

张庆华（1986- ），女，33岁，汉族，河南省义马市人，助理工程师，现工作于河南能源开祥精细化工有限公司。