深冷空分设备用分子筛的基本要求有哪些

深冷空分设备用分子筛的基本要求有哪些

深冷空分设备（即低温空气分离制氧、氮、氩等气体的设备）中，分子筛纯化系统是其前端净化的核心部件，其性能直接关系到整套空分设备的安全、稳定、经济运行。

对分子筛的基本要求非常严格和全面，主要可以分为以下几个方面：

一、核心吸附性能要求

这是分子筛最基本也是最重要的功能。

1. 高效吸附水分（H₂O）：空气中含有大量水分，进入低温系统后会结冰，堵塞换热器和精馏塔，导致设备无法运行甚至发生物理损坏。因此，分子筛必须能几乎100%地深度脱除水分，常要求出口空气露点达到 **-70°C 以下。

2. 高效吸附二氧化碳（CO₂）：空气中约含有400ppm的CO₂。在低温下，CO₂会直接凝固成干冰，同样会造成设备堵塞。分子筛必须能将其脱除至<1 ppm的水平。

3. 有效吸附碳氢化合物（C₂H₂等）：乙炔（C₂H₂）及其他重碳氢化合物在液氧中积累是空分设备爆炸的主要根源之一。分子筛必须能有效吸附这些危险杂质，特别是乙炔，通常要求出口空气中的乙炔含量<0.1 ppm。

 二、物理与机械性能要求

这些要求关系到分子筛在长期运行中的稳定性和寿命。

1. 高抗压强度：

分子筛床层很高（可达数米），底部的分子筛承受着巨大的压力。

高强度可以防止分子筛被压碎，产生粉末。粉末会堵塞床层，导致压降升高，能耗增加，甚至需要停机处理。

2. 低磨耗率：

在分子筛的吸附-再生循环中，气流反复冲击，分子筛颗粒之间会相互摩擦。

低磨耗率意味着产生的粉尘少，能保持床层良好的流通性，延长运行周期。

3. 合适的颗粒度与均匀度：

颗粒大小和形状会影响床层的堆叠密度和气流通道。

均匀的颗粒度可以避免小颗粒填充大颗粒之间的空隙，从而**降低床层压降**（节能关键），并确保气流分布均匀，避免产生“沟流”（指气流优先从某些阻力小的通道通过，导致其他区域的吸附剂未被充分利用）。

三、化学与热稳定性要求

分子筛的工作环境非常苛刻，需要具备出色的稳定性。

1. 良好的热稳定性：

再生阶段需要用高温（通常200-300°C）的再生气反吹，以脱除吸附的水分和CO₂。分子筛必须能承受这种频繁的冷热交替冲击而不发生结构崩塌。

2. 良好的化学稳定性：

必须能够抵抗空气中微量酸性气体（如SOₓ、NOₓ）的侵蚀，防止分子筛的晶体结构被破坏，导致永久性失活。

四、动力学性能要求

这关系到吸附过程的效率和能耗。

1. 高吸附速度：

空气在分子筛床层的停留时间很短（通常只有几秒）。分子筛必须能在此极短时间内快速吸附杂质，否则杂质会“穿透”床层，进入冷箱。

2. 高选择性：

优先吸附H₂O和CO₂，而对氮（N₂）、氧（O₂）、氩（Ar）的吸附量要尽可能小。如果吸附了大量空气主成分，会造成巨大的产品气损失和再生能耗。

五、再生性能要求

空分设备是连续运行的，通常采用**双吸附器**切换工作（一个吸附，另一个再生）。再生性能直接决定下一个周期的吸附效果。

1. 易再生性：

在相对较低的温度和较少的气量下就能彻底脱附所吸附的水分和CO₂。这意味着更低的再生能耗（电加热器功耗和再生气损耗）。

2. 残留吸附量低：

再生完成后，分子筛床层内残留的水分量要极低，这样才能保证下一个吸附周期有足够的动态吸附容量。

目前，空分领域最常用的是13X分子筛及其改进型（如富氧空分专用的Li-LSX型分子筛），它们通过特殊的粘结成型工艺和离子交换技术，能够在不同程度上最优地满足以上所有苛刻要求。选择合适的分子筛是空分装置设计与运行的关键环节之一。