分子篩純化器溫度曲線的觀察與分析

1、分子篩純化器溫度曲線的觀察與分析分子篩純化器溫度曲線的觀察與分析孫全海摘要本文通過仔細(xì)觀察分子篩純化器在削除和再生過程中溫度變化所形成的曲線，分析了形成各種形狀的原因，并特別指出在冷吹階段出現(xiàn)“二次峰值”現(xiàn)象是分子篩床層不平整的典型特征。目前空分設(shè)備中大多采用分子篩純化器來吸附空氣中的水分和二氧化碳，而且絕大部分采用的是“變溫吸附”（TSA）工藝。分子篩純化器在使用過程中，通常需要對其進(jìn)口和出口溫度加以監(jiān)控。在吸附過程中，由空氣進(jìn)出純化

2、器溫度的變化所形成的兩條曲線被稱為“吸附溫度曲線”；在再生過程中，由污氮氣進(jìn)出純化器溫度的變化所形成的兩條曲線被稱為“再生溫度曲線”。分子篩純化器運行的好壞，都會在其溫度曲線上有所體現(xiàn)。因而，在分子篩純化器的運行過程中，認(rèn)真檢查和分析溫度曲線，具有很重要的實際意義。11吸附溫度曲線典型的吸附溫度曲線如圖1所示。一般情況下，只要空氣預(yù)冷系統(tǒng)正常，空氣進(jìn)純化器溫度就不會變化，因而溫度曲線是一條水平的直線。而空氣出純化器溫度除剛開始的一段時間

3、較高處，以后變化也極小，因而也近似是一條直線?？諝庠诮?jīng)過純化器后，溫度會有所升高。這是因為空氣中的水分和二氧化碳被分子篩吸附，而吸附是個放熱過程。對于全低壓流程空分設(shè)備而言，空氣進(jìn)純化器壓力在0.6Mpa（G）左右。如果空氣預(yù)冷系統(tǒng)配有冷凍機，則空氣進(jìn)純化器溫度約為10℃左右。在這種情況下，空氣進(jìn)出純化器溫度之差約為4℃。如果空氣進(jìn)純化器溫度升高，則溫差也相應(yīng)會有所增大，這是因為空氣溫度升高使得空氣中水含量增多。如果在純化器使用過程中（

4、剛開始使用的一段時間除外），出純化器空氣溫度突然升高，而進(jìn)純化器溫度和壓力卻較為穩(wěn)定，這種情況往往顯示空氣已經(jīng)將空冷塔的水帶入分子篩純化器了。在分子篩純化器由再生轉(zhuǎn)為使用，吸附工作剛開始的一段時間內(nèi)，空氣出純化器溫度較高，這時出口溫度要比進(jìn)口高出近20℃。這種現(xiàn)象在大多數(shù)情況下并不是由于再生過程中的冷吹不徹底造成的，而是由于純化器在切換至使用前的充壓過程造成的。在空分設(shè)備中用于吸附水分和二氧化碳等13X分子篩，除對極性分子如水和二氧化碳

5、等具有吸附能力外，對非極性的氮氣和氧氣也有一定的吸附作用。充壓過程是一個壓力上升的過程，隨著壓力升高，分子篩的靜吸附容量增大，更多的氮氣和氧氣被分子篩所吸附。而這個過程同樣是個放熱的過程，這種放熱使得分子篩床層溫度升高。當(dāng)充壓后的純化器轉(zhuǎn)為使用時，空氣將分子篩床層的熱量帶出來，從而引起出口溫度的升高。由于這種現(xiàn)象并非因冷吹不徹底引起，所以無法通過延長冷吹時間來解決。有的空分設(shè)備中，采用增加一個“混合”步驟，可以減少這種溫度波動對主換熱器

6、的不利影響?！盎旌稀辈襟E是指剛再生過的純化器投入使用后，原在吸附工作的純化器繼續(xù)使用，并列運行一段時間。這樣由于從原使用的純化器中出一的空氣溫度是較低的，混合在一起的空氣溫度也就不至于會象單獨使用一個純化器那樣高了。22再生溫度曲線空氣進(jìn)口溫度空氣出口溫度圖1吸附溫度曲線時間溫度，C在再生過程中溫度自上而下是遞減的，所以最底層的分子篩總是再生得最不徹底。如果冷吹峰值達(dá)到160℃，則說明純化器內(nèi)的所有分子篩都已在此溫度之上再生過（靠近筒體

7、的邊緣區(qū)因存在散熱問題除外）。影響冷吹峰值的因素主要是加熱階段進(jìn)純化器污氮氣的溫度遍低、流量大小以及加熱時間的長短等。此外，如果在上一個使用周期中分子篩吸附了更多的水分和二氧化碳，則冷吹峰值會下降。如果分子篩進(jìn)水，冷吹峰值會顯著下降。有時，冷吹曲線上會出現(xiàn)兩個峰值，我們稱這為“二次峰值”現(xiàn)象，如圖3所示。根據(jù)我們使用分子篩純化器十幾年來的經(jīng)驗，這種“二次峰值”現(xiàn)象是分子篩床層不平整的典型特征。良好的分子篩床層，在任何一個水平截面上的溫度

8、梯度應(yīng)該較小，這樣的床層在再生過程中，最底層的分子篩各處溫度差不多始終相等，溫度變化曲線也相同。而儀表所記錄下的是各處出來的氣體混合在一起后的溫度變化曲線，可以認(rèn)為是一系列的波形曲線綜合在一起后所形成的曲線。由于這一系列的波形曲線均相同且無相位差，故綜合成的曲線形狀不會有所改變。在另一種情況下，當(dāng)分子篩床層厚薄不均勻時，較薄處分子篩量少而流過的氣量多，分子篩溫度變化得就比較快，而較厚處情況正好相反。這樣最底層的各處不昌同時達(dá)到峰值，綜合

9、成的波形曲線中就有可能出現(xiàn)兩個甚至三個峰值。一般來說，分子篩床層不平整時，冷吹曲線的開關(guān)也會變得“矮”和“胖”一些。冷吹結(jié)束時的污氮氣出純化器溫度是另一個需要加以控制的指標(biāo)，它主要由冷吹時間、再生氣流量以及加熱過程中帶入熱量多少等因素決定。一般來說，分子篩床層不平整時，冷吹至指定溫度需要更長的時間。24充壓階段（D－E）充壓階段的純化器內(nèi)壓力是增加的，前面已經(jīng)敘述，這是空氣中雜質(zhì)被分子篩吸附，而床層溫度升高的過程。受床層溫度身高以及保溫