分子篩在空分設備中的應用

分子篩具有均勻的微孔孔道結構，小于孔徑的分子能夠被吸進孔道內，大于孔徑的分子則被擋在孔道外，根據分子的大小，把各種組分分離，目前習慣稱之為沸石或沸石分子篩。沸石分子篩的早期研究源于 19 世紀，20 世紀五六十年代開始工業化。

分子篩在空分設備中的應用

在深冷空分設備中，分子篩純化系統的作用就是清除空氣中所含的水分、乙炔、二氧化碳、烯烴等雜質，防這些雜質隨空氣進入低溫換熱器、透平膨脹機或精餾塔等設備造成凍堵，從而保證空分設備長期穩定運行。

分子篩純化系統完成吸附雜質、凈化空氣的功能是通過吸附劑來實現的。一般利用活性氧化鋁對空氣中飽和水吸附容量大的特點，初步吸附水分，在利用分子篩進行吸附，使處理后的空氣干燥到需要的露點。目前，也有在活性氧化鋁的下層鋪墊惰性氧化鋁。惰性氧化鋁具有耐高溫高壓、化學性能穩定、耐腐蝕等優點，能支撐和保護吸附床層中的活性氧化鋁及分子篩，增加氣流均布等，但惰性氧化鋁本身不會吸附。

空氣通常在較低的溫度 ( 5 20 ℃ 左右) 下進入分子篩吸附器。分子篩對水分、乙炔和二氧化碳等極性或不飽和分子有很強的親和力，其吸附性能順序是: 水分 ＞ 乙炔 ＞ 二氧化碳。而出吸附劑床層的 空 氣 中 雜 質 的 順 序 為: 甲 烷 ( CH4 ) 、乙 烷( C2 H6 ) ＞ 乙烯 ( C2 H4 ) 、丙烷 ( C3 H8 ) 、二氧化碳 ＞ 乙 炔 ( C2 H2 ) ＞ 丙 烯 ( C3 H6 ) ＞ 丁 烷( C4 H10 ) ＞ 丁烯 ( C4 H8 ) 。因此在分子篩吸附器工作周期內控制出口空氣中二氧化碳的含量，

就能達到去乙炔、丙烯、丁烷和丁烯等目的。空氣中對分子篩有害的雜質有: 二氧化硫、氮氧化 物 ( NO、NO2 ) 、氯 化 氫、氯、硫 化 氫 和 氨等。在上述有害雜質中，氯化氫、氨最易被水洗滌，其次二氧化硫、三氧化硫和二氧化氮也能被水洗滌。但空氣中所有在水中的溶解度比二氧化硫低的雜質，都不能被洗滌，如硫化氫、氯、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮和碳氫化合物等，但能夠被分子篩吸附。其吸附的強弱順序為: 水 ＞ 氨 ＞ 硫化氫 ＞ 二氧化硫 ＞ 二氧化碳。空氣中雜質諸如二氧化硫、氯化氫、氯和一氧化氮被分子篩吸附的同時會與吸附的水分子發生反應生成酸性物質，進而與分子篩發生反應，從而降低分子篩的吸附效率，并且縮短分子篩的使用壽命。

在分子篩吸附器的設計中，除選用性能好的吸附劑外，吸附劑的在生也相當在要。深冷空分設備中分子篩在生溫度通常在 150 200 ℃ ，也有應用更低的在生溫度，好處是降低能耗，但在生溫度過低可能導致在生不完全、吸附容量下降。

目前常用的吸附劑主要為 13X 型分子篩及其改性產品。13X 型分子篩的典型化 學 式 為: Na2 O ·Al2 O3 · ( 2. 8 ± 0. 2) SiO2 · ( 6 － 7) H2 O，有效孔徑為 9 10 。市場上常用的有空分Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型分子篩等。