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2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER浅谈三代高效分子筛在空分装置的运用赵毅（江西铜业铅锌金属有限公司，江西九江 332500）【摘要】随着空分装置纯化系统分子筛和氧化铝使用年限增长，空气出纯化系统CO2含量增高，威胁空分装置运行的安全。将纯化系统更换为三代高效分子筛和活性氧化铝，不仅提高了空分运行的可靠性，还降低了系统的能耗。【关键词】空分装置；纯化系统；分子筛；活性氧化铝【中图分类号】TQ116.11【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0043-02 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Discussion on Use of the Third-generation High-efficiency Molecular Sieve in Air Separation UnitZHAO Yi(JiangXi Copper Lead&Zinc Metals Co.,Ltd.,Jiujiang,Jiangxi 332500,China)【Abstract】As the molecular sieve and alumina in the purification system of air separation unit have longer service life,the CO2 content of air coming out of the purification system increases,which threatens the operation safety of the air separation unit.Replacing the purification system with the third-generation high-efficiency molecular sieve and activated alumina not only improves the reliability of air separation operation,but also reduces the energy consumption of the system.【Keywords】air separation unit;purification system;molecular sieve;activated alumina引言2012年2月投产运行的江西铜业铅锌金属有限公司 KDONAr-15 000/10 000/650 型空分设备纯化系统是由2个卧式双层床结构、互为切换的分子筛吸附器组成，下层装填氧化铝，上层装填分子筛。常温下空气中的水分、CO2、C2H2和其他碳氢化合物被吸附在分子筛吸附剂的表面，加热再生时利用吸附剂高温低压下吸附容量减小的特性，将吸附质解析出来，达到连续净化空气的目的。该纯化系统建成时使用的是13X-APG型分子筛、WHA-103 活性氧化铝，切换使用周期设计为4 h，因空分系统没有满负荷运行，考虑节能，吸附时间延长至5.1 h。分子筛和氧化铝在使用近10年后，其颗粒出现磨损、粉碎现象，出口CO2含量较高，特殊时段甚至发生异常报警。分子筛一般使用年限为58 年，当超过年限，分子筛碱金属硅铝酸盐颗粒破碎，难以吸附空气中水分、CO2、碳氢化合物1，会对空分系统的安全运行带来隐患。为此2021年公司利用年修机会对分子筛纯化系统进行升级换代，使用三代高效分子筛和活性氧化铝。为减少纯化器切换频率、电加热器电耗、蒸汽加热器蒸汽使用量，延长阀门使用寿命，降低切换泄压损失，将切换时间延长至6.6 h。1 高效分子筛选型为做好分子筛选型工作，公司调研、比较了相关厂家，在同等条件下，切换周期为6 h时，以下两家均能满足要求，具体参数见表12。由表12对比可知，厂家2分子筛抗碎强度和CO2吸附容量更高，因此，最终确认选用该厂家的三代高效分子筛和活性氧化铝。2 施工过程2.1 施工前作业交底因分子筛吸附器属于有限空间，存在缺氧、中毒、窒息等风险；操作平台与人孔距离地面6 m，存432023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER在高处坠落风险；分子筛遇湿会产生热量，存在高温烫伤风险。因此，施工作业前需严格做好安全交底工作，避免发生安全事故。2.2 扒、装分子筛和氧化铝整个施工过程需拆、装DN 900法兰人孔2个，扒出旧活性氧化铝约19.6 t、分子筛约32 t。扒出时在人孔处搭设溜槽，人员分3组施工，一组在纯化器内装桶，一组在人孔平台利用溜槽倾倒物料，另一组在地面装包、运转。扒料时，氧化铝、分子筛在靠近罐壁层局部有破损粉碎2。1#分子筛不锈钢筛网变形严重，2#分子筛不锈钢筛网未见明显变形，1#、2#不锈钢筛网都有局部破损，装料前全部吊出进行了整平和修补。装填料采用吊车吊装，叉车转运，活性氧化铝装填耙平后，铺设不锈钢筛网，筛网周边高度高于氧化铝层100200 mm。高效分子筛逐层耙平装填，并需做最后床层整平。2台纯化器装填活性氧化铝20 t、三代高效分子筛34 t。2.3 注意事项新分子筛和氧化铝进场后，应及时取样化验，确保产品质量能够满足要求，并做好防雨、防晒和防撞工作，以免物料失效。施工过程中安排专人跟踪监护，避免异物落入，确保 2台纯化器装填量平衡，床层平整。投运后，及时总结分析，寻找最佳运行工况，验证产品能否满足生产要求。合理设定再生时间和温度，不能为了降低能耗而过量增加运行时间或降低再生温度。3 使用情况3.1 纯化系统运行效果纯化器自更换为三代高效分子筛和活性氧化铝后，连续运行一年多时间，期间经历了满负荷运行和高温天气，未见异常。出口空气中CO2体积分数从更换前约 0.910-6降至现在约 0.6510-6，设备整体运行平稳。3.2 再生加热节约能耗效益纯化系统更换前后实际运行时间见表3。纯化系统再生时用电加热器和蒸汽加热器串联运行，节约费用计算见表4。表4 更换前后参数对比状态更换前更换后一年运行次数/次1 6951 314每日电费/元4 728.774 031.28日蒸汽用量/t10.068.58按照电费0.6 元/kWh，电加热器功率1 018 kW，一年 365 天计算，由表 4 可知，更换后年节约电费254 584 元。按 照 蒸 汽 315 元/t，蒸 汽 用 量 1.3 t/h，一 年365 天计算，由表 4 可知，更换后年节约蒸汽费用170 163 元。（下转第56页）表1 三代高效分子筛参数指标参数堆积密度/(kg/m3)平均颗粒直径/mm25颗抗碎强度平均值/（N/颗）CO2 吸附容量/%残余含水量/%粒度/%磨耗率/%厂家16401.92.323191.5/厂家26601.62.533211.5970.3表2 活性氧化铝参数指标参数产品规格/mmAl2O3含量/%SiO2含量/%Na2O含量/%堆积密度/(kg/m3)比表面积/(m2/g)抗碎强度/（N/颗）平衡水吸附容量*/%灼烧减量/%厂家13590.00.10.4570028010018.07厂家235/70030010018.09 注：*为在2.33 kPa、25 和60%相对湿度条件下，每100 g活化的活性氧化铝所能吸附的H2O量。表3 纯化系统运行时间统计表状态更换前更换后降压时间/min1515加热时间/min100110冷吹时间/min160240升压时间/min3030阀门切换总时间/min55每个周期运行时间/min310400每天运行次数/次4.6453.6442023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER的检测结果，在日常维护中有效避免此类故障的措施是定期检查轴瓦底座绝缘情况，保证绝缘良好。参 考 文 献 1 郗常骥.汽轮发电机故障实例与分析 M.北京：中国电力出版社，2022.2 王凤良，府冬明，崔英龙，等.300MW汽轮发电机组轴振跳变分析及处理 J.汽轮机技术，2013，55（4）：279-281+284.3 涂光瑜.汽轮发电机及电气设备（第三分册）M.北京：中国电力出版社，2007.收稿日期：2023-01-18作者简介：郭永鹏（1986-），男，大学本科，工程师，现从事电气自动化专业工作。图3 轴瓦电灼伤情况（上第44页）3.3 气体压缩能耗效益纯化系统切换期间有升压、泄压2个阶段，少运行1个周期，可节约2个纯化器容积的空气，工况运行也更加稳定，经济效益计算如下：根据理想气体状态方程pV/T=C（常数），可知用15、0.98 MPa的空气充满67 m3的纯化器，需充入标准空气体积为V2=P1V1T2/P2T1=622.4 m3式中：V2需充入标准空气体积，m；P1气体压力，0.98 MPa；V1纯化器罐体容积，67 m；T1气体温度，288.15 K（15）；P2标准大气压强，0.1 MPa；T2标准大气温度，273.15 K（0）。由表4可知，纯化系统更换后每年可减少切换381 次，1 次切换需要升压、泄压 2 个阶段，根据经验，系统空气压缩单耗为0.15 kWh/m3，一年可节约气体压缩成本 622.420.150.6381=42 684 元。3.4 其他效益（1）由于纯化器再生次数的减少，切换蝶阀、仪表阀门和电加热器等设备的使用频次也相应减少，其使用寿命相应延长3。（2）空分装置纯化系统安全运行操作弹性增强，如遇其他异常因素干扰，可适当调整运行时间，维持短时间内正常生产。4 结语在日常生产中，纯化系统运行要重点关注温度、出口CO2含量等参数变化趋势，及时分析原因，严防分子筛带水或失效4。通过更换三代高效分子筛和活性氧化铝，不仅消除了原分子筛长时间运行带来的安全隐患，且通过延长周期运行时间，减少了切换次数及再生加热时间，有利于企业降本增效。参 考 文 献 1 王菲.空分单元纯化系统空气中CO2超标问题浅析 J.化工管理，2020（4）：71-72.2 高波.浅谈分子筛纯化系统常出现的问题和解决办法 J.当代化工研究，2022（9）：96-98.3 杨彦珺，黄朋飞，方传锁.设备检修对空分装置节能降耗的影响J.氮肥技术，2021，42（6）：20-21.4 张永俊.影响空分装置安全稳定运行的因素及应对措施 J.大氮肥，2022，45（5）：322-324.收稿日期：2023-04-20作者简介：赵毅（1986-），男，本科，工程师，现从事深冷气体分离生产管理工作。56