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1、PSA變壓吸附分子篩粉化原因分析王焰(瀘天化集團有限責任公司，四川瀘州646300)我公司甲醇車間采用合成氨弛放氣中的氫氣作原料。1987年甲醇裝置投產(chǎn)時制氫采用的是西南院PSA所的四塔一均PSA工藝，兩套處理量為3000m3/h。1993年根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，由西南化工研究院變壓吸附研究所設(shè)計改造成了處理量為7000m3/h的八塔三均工藝（也可切換成A、B兩個處理量為3500m3/h的四塔二均單系列操作）。同時八個吸附塔內(nèi)的吸附劑也由青島的球狀5?分子篩全部更換成上海環(huán)球聯(lián)碳（UOP）分子篩公司的條狀分子篩。
2、但是PSA在1993年11月改造完僅僅投運了一個多月分子篩就出現(xiàn)大量粉化現(xiàn)象，我們隨即采取抽吸出粉化分子篩、補充新分子篩等措施進行處理，投運不久又有粉化現(xiàn)象發(fā)生。在其后的幾年間，我公司及西南化工研究院PSA研究所都投入大量的人力和物力查找分子篩粉化的原因，如取掉程控閥出口端的阻濾器、改變吸附塔頂部絲網(wǎng)目數(shù)及加氧化鋁球、改用球形分子篩等辦法。經(jīng)過幾年的努力，分子篩粉化越來越少，到1999年、2000年兩次對吸附塔開蓋檢查，分子篩都完好，無粉化現(xiàn)象，而且PSA系統(tǒng)運行十分穩(wěn)定。為此我們特意將PSA分子篩粉化原因加以
3、分析總結(jié)，希望能對變壓吸附工藝的提高和發(fā)展有所幫助。1?PSA分子篩粉化現(xiàn)象??????在變壓吸附裝置正常運行中若分子篩粉化將有以下現(xiàn)象發(fā)生：???①吸附塔連接的儀表壓力信號管線頻繁堵塞，拆開后有大量的白色分子篩粉塵；???②PSA產(chǎn)品氫和解吸氣放空管有大量白色粉末，氣體放空時放空管口可見比較明顯的白色灰塵，嚴重時直接放出分子篩顆粒；???⑧PSA的程控閥經(jīng)常開關(guān)不到位，甚至有堵塞現(xiàn)象，拆開后閥座內(nèi)有大量分子篩塊狀顆粒；???④產(chǎn)品氫純度明顯下降；???⑤由PLC控制的一均、二均、三均在規(guī)定時間內(nèi)(一般為30～
4、60s)不能順利實現(xiàn)兩塔壓力均衡。2?分子篩粉化原因分析?????根據(jù)1993年以來對變壓吸附的運行操作經(jīng)驗和對分子篩粉化情況的分析和處理經(jīng)驗總結(jié)，我們認為造成分子篩粉化有如下幾個因素。2.1?進吸附塔的原料氣帶水???對于分子篩來說，原料氣帶水有兩點危害：一是分子篩有很強的吸水性，而且與水有很強的親和力，吸水后普通的物理方法很難將其脫附，PSA在常溫條件下幾乎無法脫除，這樣造成分子篩對雜質(zhì)氣體的吸附容量大幅度下降，無法提純氫；二是分子篩吸水后，抗側(cè)壓強度大幅度下降(見圖1)，在PSA頻繁均壓過程中(尤其是一均
5、壓差達1.4MPa)，極易損壞分子篩。???有兩種情況可造成進吸附塔的原料氣帶水：一是原料氣帶水量大，分離器分離不完，硅膠也吸附不徹底，水帶入分子篩內(nèi)；二是加熱器內(nèi)漏，加熱蒸汽隨干燥氣進入硅膠進而由原料氣帶入吸附塔分子篩內(nèi)。2.2?阻濾器的影響?????PSA的原設(shè)計中，程控閥4和5的管道上裝有一個阻濾器。當時設(shè)計考慮的是：PSA的一均是通過程控閥5的開啟來實現(xiàn)的，二均是閥4。一均起始壓差1.4MPa，二均0.8MPa。若不裝阻濾器，一是壓差太大，易造成分子篩損壞，二是氣流速度過大，不安全。因此通過裝阻濾器來減
6、緩氣流速度，從而保護分子篩、保障安全。???阻濾器相當于一個過濾器，在其錐形部分密布孔徑約5～6A的微孔，這些微孔直徑與二氧化碳、氮氣等分子直徑差不多，比氫大，因此均壓時氫順利通過，二氧化碳、氮氣等流速受限制。但是分子篩在裝填及使用過程中不可避免會產(chǎn)生一定量的粉塵，這些粉塵直徑遠大于氣體分子，故在通過阻濾器時反而堵住了阻濾器的微孔，積累到一定量時可完全堵塞阻濾器，造成無法實現(xiàn)均壓，進而引起吸附塔低壓終充，高壓逆放等不正常現(xiàn)象，造成分子篩的粉化。???后來我們將阻濾器全部拆除，PSA運行時均壓在預(yù)定時間內(nèi)都能順利
7、完成，也未發(fā)生安全事故，檢查分子篩粉化現(xiàn)象明顯減少。2.3?分子篩裝填質(zhì)量不佳引起粉化???分子篩裝填過松，且裝填量不夠時，由于吸附塔內(nèi)氣流在吸附與再生時方向是變化的，吸附塔內(nèi)分子篩就長期(分子篩每日將經(jīng)歷從吸附到再生的120～480個周期切換)處于沸騰狀態(tài)，而此狀態(tài)時分子篩相互之間邊角剪切應(yīng)力最大，極易引起分子篩粉化。???從我們拆開吸附塔頂部大蓋檢查情況來看，這一推論也得到應(yīng)證：每發(fā)現(xiàn)分子篩粉化時，分子篩沉降都比較嚴重，一般都在100～500mm范圍內(nèi)。2.4?吸附塔頂分子篩壓網(wǎng)和壓板排布的影響???分子篩
8、裝填完畢后，在其上要布壓兩層40目／cm2的不銹鋼絲綱，絲網(wǎng)通過上下兩塊孔徑不同的柵板來固定，目的是防止分子篩被氣流帶出。???以往對吸附塔頂部大蓋拆開檢查時都發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)象：分子篩粉化嚴重時都有不銹鋼絲網(wǎng)拉破、卷邊、穿洞現(xiàn)象，而且固壓柵板明顯松動、變形，甚至有固定螺栓拉斷現(xiàn)象。分子篩無粉化則絲網(wǎng)無破損，且固壓柵板平整、牢靠、無松動現(xiàn)象。這就充分說明壓網(wǎng)、壓板的布局和固定質(zhì)量對分子篩影
