空分空氣純化系統(tǒng)

5.3.1空氣純化系統(tǒng)的任務(wù)純化系統(tǒng)的目的是通過分子篩清除空氣中的水分、二氧化碳及碳?xì)浠衔锏入s質(zhì),保障空分裝置的安全運(yùn)行。經(jīng)分子篩吸附器純化后的空氣中的水含量≤5PPm、CO≤1PPm。25.3.2空氣純化系統(tǒng)主要設(shè)備2臺(tái)分子篩吸附器(D-5004A/B)1臺(tái)蒸汽加熱器(E-5001)1臺(tái)氣液分離器(D-5005)5.3.3主要設(shè)備的工作原理與過程.1分子篩吸附器分子篩主要成分是堿性硅鋁酸鹽,有一定的晶型和連接結(jié)構(gòu),能使一些特定的分子通過液化設(shè)備通常都有用于凈化流程空氣的前置凈化裝置，2臺(tái)分子篩吸附器(1臺(tái)吸附，1臺(tái)再生)交替使用，保證了其工作的連續(xù)性。其目的是脫除空氣中的水分和二氧化22于設(shè)備的操作溫度，這樣，它們易沉積和濃縮，對(duì)冷箱內(nèi)設(shè)備構(gòu)成堵塞。而過多的碳?xì)浠衔镌谥骼淠舭l(fā)器四周積累，會(huì)有發(fā)生爆炸的可能性。分子篩吸附器采用臥式雙層床結(jié)構(gòu)(也有分子篩單層床結(jié)構(gòu))，分子篩采用球形結(jié)構(gòu)。其中鋁膠(活性氧化鋁)床層占吸附kg分子篩床層占4/5(上部)，重量為52000kg。添加鋁膠床層的目的：增強(qiáng)吸附效果、延長(zhǎng)使用時(shí)間、降低再生能耗、延長(zhǎng)使用壽命的特點(diǎn)。具體分析如下：活性氧化鋁對(duì)于含水量較高的空氣，吸附容量比較大，而且對(duì)水分的吸附熱也比分子篩小，其大量吸附水分后使空氣溫升較小，有利于后部分分子篩對(duì)二氧化碳的吸附，而且雙層床純化器凈化空氣的程度比單層床更高，空氣的干燥程度可以由原來露點(diǎn)的-60℃降到-66~-70℃，凈化后空氣中的二氧化碳含量也更低；采用雙層吸附床，可以延長(zhǎng)純化器的使用時(shí)間，經(jīng)試驗(yàn)得出：雙層床結(jié)構(gòu)的分子篩純化器比單床層結(jié)構(gòu)的有效工作時(shí)間可延長(zhǎng)25~30％；活性氧化鋁解吸水分容易，而分子篩較為困難，分子篩再生時(shí)其冷吹峰值需要達(dá)到120℃以上才能保證其再生完善，而活性氧化鋁只需要達(dá)到80℃左右即可，這樣一來就可以降低整個(gè)系統(tǒng)的再生溫度，從而節(jié)省了再生能耗(對(duì)于雙層床結(jié)構(gòu)的分子篩純化器一般將冷吹峰值控制在100℃以上，作為其再生完善的主要標(biāo)志)；活性氧化鋁顆粒較大，且堅(jiān)硬，機(jī)械強(qiáng)度較高，吸水不龜裂、粉化，所以雙層床的活性氧化鋁可以減少分子篩粉化，延長(zhǎng)分子篩壽命，活性氧化鋁處于加工空氣入口處，還可以起到均勻分配空氣的作用；鋁膠還具有抗酸性，對(duì)分子篩能起到保護(hù)作用。5.3.3.2分子篩工作周期由于切換工作頻繁，切換過程的操作復(fù)雜，閥門較多，口徑較大，為了減輕工作強(qiáng)DCS序控制。①分子篩吸附階段吸附原理：吸附是一種把氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)(吸附質(zhì))固定在固體表面(吸附劑)上的物理現(xiàn)象，這種固體(吸附劑)具有大量微孔的活性表面，吸附質(zhì)的分子受到吸附劑表面引力的作用，從而固定在上面?！絼┍砻娴臉?gòu)造(微孔率)—吸附質(zhì)的分壓—溫度吸附伴隨著放熱，是一種可逆的現(xiàn)象，類似于凝結(jié)：—如果增加壓力，吸附能力增加—降低溫度，吸附能力增加因此，在吸附時(shí)，要使壓力升到最高，溫度降到最低。解吸時(shí)，則要使壓力降到最低，溫度升到最高。分子篩純化器利用較低溫吸附、高溫解吸來達(dá)到連續(xù)凈化空氣的目的。在這一交變過程中，特別需要對(duì)其進(jìn)、出口溫度加以監(jiān)控，以掌握其使用情況。在吸附過程中，空氣進(jìn)、出純化器的兩條溫度變化曲線被稱為“吸附溫度曲線”。在再生過程中，污氮?dú)膺M(jìn)、出純化器的兩條溫度變化曲線被稱為“再生溫度曲線”。空氣在經(jīng)過純化器后，溫度會(huì)有所升高。這是因?yàn)榭諝庵械乃趾投趸急环肿雍Y吸附，而吸附是個(gè)放熱過程。對(duì)于全低壓流程空分設(shè)備而言，空氣進(jìn)純化器壓力在0.5Mpa(G)左右，空氣進(jìn)純化器溫度約為12.5℃。在這種情況下，空氣進(jìn)出純化器溫度之差約為4~6℃，本裝置的出口溫度為18.5℃。如果空氣進(jìn)純化器溫度升高，則溫差也相應(yīng)會(huì)有所增大，這是因?yàn)榭諝鉁囟壬呤沟每諝庵兴吭龆?。如果在純化器使用過程中(剛開始使用的一段時(shí)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。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(shí)間內(nèi)，空氣出純化器溫度較高，這時(shí)出口溫度要比進(jìn)口高出20℃以上。這種現(xiàn)象除了是由于再生過程中的冷吹不徹底造成的以外，還由于純化器在切換至使用前的升壓過程中釋放吸附熱所造在空分設(shè)備中用于吸附水分和二氧化碳的分子篩，除對(duì)極性分子如水和二氧化碳等具有吸附能力外，對(duì)非極性的氮?dú)夂脱鯕庖灿幸欢ǖ奈阶饔?。升壓過程是一個(gè)壓被分子篩所吸附。而這個(gè)過程同樣是個(gè)放熱的過程，這種放熱使得分子篩床層溫度升高。當(dāng)升壓后的純化器轉(zhuǎn)為使用時(shí)，空氣將分子篩床層的熱量帶出來，從而引起出口溫度的由于這種現(xiàn)象不單單因?yàn)槔浯挡粡氐滓穑詿o法通過延長(zhǎng)冷吹時(shí)間來解決。于是有的空分設(shè)備中，采用增加一個(gè)“兩組分子篩并行運(yùn)行”的步驟，用來減少這種溫度波動(dòng)對(duì)主換熱器的不利影響。②分子篩再生階段相對(duì)于較為簡(jiǎn)單的吸附溫度曲線而言，再生溫度曲線要復(fù)雜一些。典型的再生溫度曲卸壓階段(A－B)：分子篩純化器在較高工作壓力下(0.5Mpa以上)完成吸附任務(wù)，而在較低的壓力下 (有時(shí)常壓)進(jìn)行脫附再生。在純化器由吸附轉(zhuǎn)為再生時(shí)，首先將純化器內(nèi)的壓力降下來。壓力下降時(shí)，分子篩靜吸附容量減小，原來被吸附的氣體分子或水分子，便有部分會(huì)從分子篩中解吸出來。與吸附過程的放熱效應(yīng)相對(duì)應(yīng)，脫附再生過程是個(gè)需要吸收熱量的過程。在卸壓階段，脫附所需熱量只能來自于分子篩床層本身，因而使得床層溫度下降。受此影響，空氣進(jìn)口(污氮?dú)獬隹?和空氣出口(污氮?dú)馊肟?溫度同時(shí)開始下降(因?yàn)樾秹洪y在分子篩進(jìn)口處，故卸壓階段空氣出口溫度較空氣進(jìn)口溫度下降的幅度更大)。加熱階段(B－C)：下降，最多可下降至－10℃左右，然后才會(huì)逐漸升高。經(jīng)蒸汽加熱器加熱過的高溫污氮?dú)猓谟缮隙峦ㄟ^分子篩床層時(shí)，首先使得床層上部的分子篩溫度升高并對(duì)上部的分子篩進(jìn)行再生。在傳遞給了上部的分子篩，另一方面被解吸出來的二氧化碳和水分帶走了，故污氮?dú)獗旧淼臏囟妊杆傧陆?，到達(dá)純化器底部時(shí)，溫度已經(jīng)很低了，所以污氮?dú)獬隹跍囟炔粫?huì)很快升高。加熱階段需要加以監(jiān)控的主要是污氮?dú)膺M(jìn)口溫度，它和污氮?dú)饬髁俊⒓訜釙r(shí)間等一起體現(xiàn)了帶入純化器中的熱量的多少。污氮?dú)膺M(jìn)口溫度主要由蒸汽加熱器的運(yùn)行狀況以及再生污氮?dú)獾膶?shí)際流量等因素所決定。一般來說，加熱階段主要解吸的是分子篩床層的中上部，并且將熱量貯存在分子篩床冷吹階段(C－D)：在冷吹階段，一方面利用加熱階段貯存在分子篩床層中的熱量繼續(xù)解吸下部的活性氧化鋁，另一方面將床層中的熱量帶出來，從而為再次投入使用作準(zhǔn)備。冷吹開始后，污氮?dú)膺M(jìn)口溫度迅速下降，但出口溫度還會(huì)繼續(xù)上升，一直達(dá)到某個(gè)最高點(diǎn)后，才會(huì)逐漸下冷吹階段的污氮?dú)獬隹跍囟茸兓€(以下簡(jiǎn)稱冷吹曲線)特別重要。冷吹曲線上的最高溫度點(diǎn)稱為“冷吹峰值”，它是再生過程是否完善的主要標(biāo)志。床層中的分子篩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。對(duì)于雙層床化鋁都已再生好了(靠近筒體的邊緣區(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)純化器的再生污氮?dú)獾臏囟雀叩?、流量大小以及加熱時(shí)間的長(zhǎng)短等等。此外，如果在上一個(gè)使用周期中分子篩吸附了太多的水分和二氧化碳(即吸附飽和)，而在再生時(shí)也沒有增加再生熱量，則冷吹峰值會(huì)下降，如果分子篩在使用過程進(jìn)水，則冷吹峰值也會(huì)顯著下降。如果冷吹曲線上會(huì)出現(xiàn)多個(gè)峰值，則說明分子篩床層不平整。良好的分子篩床層，在任何一個(gè)水平截面上的溫度梯度應(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(huì)有所改變。在另一種情況下，當(dāng)分子篩床層厚薄不均勻時(shí)，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是同時(shí)達(dá)到峰值，綜合而成的波形曲線中就有可能出現(xiàn)兩個(gè)甚至三個(gè)峰值。一般來說，分子篩床層不平整時(shí)，冷吹曲線的形狀也會(huì)變得“矮”和“胖”一些。冷吹結(jié)束時(shí)的污氮?dú)獬黾兓鳒囟仁橇硪粋€(gè)需要加以控制的指標(biāo)，該溫度如果過高，則純化器由再生轉(zhuǎn)為使用時(shí)空氣就會(huì)將這一部分熱量帶入主板式換熱器，近而對(duì)其工作狀況產(chǎn)生不良影響。該溫度主要由冷吹時(shí)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(shí)，冷吹到指定溫度需要更長(zhǎng)的時(shí)間。升壓階段(D－E)：升壓階段的純化器內(nèi)壓力是增加的，前面已經(jīng)敘述過，這是空氣中雜質(zhì)被分子篩吸附，而床層溫度升高的過程。受床層溫度升高以及保溫層中殘余熱量的影響，污氮?dú)膺M(jìn)出口溫度都會(huì)上升。5.3.3.4分子篩吸附器的正常維護(hù)①按時(shí)檢查記錄出純化氣中二氧化碳，水的含量，再生氣中水含量如果超標(biāo)應(yīng)及時(shí)查找原因，并采取措施。②經(jīng)常檢查純化系統(tǒng)中自動(dòng)切換程序各步時(shí)間，切換閥動(dòng)作順序，開關(guān)狀態(tài)是否符合程序控制的要求。③嚴(yán)格控制好再生氣的流量、溫度在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)。④向分子篩吸附器裝填的分子篩必須時(shí)非受潮的，設(shè)備經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，吸附劑中的分子篩會(huì)下沉，應(yīng)及時(shí)添加，添加吸附劑時(shí)要注意吸附創(chuàng)面的平整。⑤經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)(3-15年)，分子篩吸附能力下降或嚴(yán)重破損，需要重新更換分子5.3.4蒸汽加熱器與氣液分離器蒸汽加熱器要求采用高效節(jié)能緊湊式,立式圓筒結(jié)構(gòu),管程為蒸汽,殼程為污氮。設(shè)計(jì)壓力2.5Mpa，利用1.3Mpa、195℃的低壓蒸氣作為熱介質(zhì)加熱返流的污氮?dú)狻庖悍蛛x器主要收集蒸汽加熱器中的蒸汽冷凝液，在此要注意的是氣液分離器內(nèi)的蒸汽冷凝液排放溫工業(yè)上主要用于大中型空分裝置原料氣的凈化(同時(shí)去除水和二氧化碳)以及部分碳一、產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)