??? 分子篩是一種硅鋁酸鹽的晶體，具有許多孔徑大小均一的微孔，骨架通常帶負(fù)電荷，孔道中具有平衡骨架負(fù)電荷的陽離子。較早發(fā)現(xiàn)的分子篩是天然沸石，人們發(fā)現(xiàn)在火山口附近開采的礦石，經(jīng)過加熱后會產(chǎn)生氣泡，因而稱之為沸石。20世紀(jì)30年代，美國聯(lián)合碳化物公司首先人工合成了4A和13X分子篩，并將分子篩作為干燥劑應(yīng)用于石化領(lǐng)域。后聯(lián)碳公司陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了Y型分子篩等，并將之應(yīng)用于催化領(lǐng)域，代替以前應(yīng)用的硅鋁小球，使汽油產(chǎn)率提高15%以上，當(dāng)時全世界每年原油用量4億噸，并產(chǎn)生80億美元的經(jīng)濟效益。后來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)ZSM，磷鋁，MS41，全硅沸石等系列分子篩，并在石油化工領(lǐng)域，干燥等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。可以這么講，沒有分子篩就沒有現(xiàn)在的石油化工業(yè)?，F(xiàn)在分子篩催化是化學(xué)學(xué)科中至關(guān)重要的優(yōu)先領(lǐng)域，是煉油和環(huán)?？茖W(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。

??? 分子篩具有孔徑大小均一的微孔，依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小而吸附或排斥不同物質(zhì)的分子，因而被稱為“分子篩”。分子直徑小于分子篩晶體孔穴直徑的物質(zhì)可以進入分子篩晶體，從而被吸附，否則被排斥。分子篩還根據(jù)不同物質(zhì)分子的極性決定優(yōu)先吸附的次序。一般地，極性強的分子更容易被吸附。分子篩的類型多達(dá)幾十種，但目前能大規(guī)模生產(chǎn)并獲得廣泛應(yīng)用的是A型、X型和Y型、M型和ZSM系列等幾類。其中，3A、4A、5A型分子篩均為8元環(huán)的孔道，4A型分子篩是一種硅鋁酸鈉，其微孔的表現(xiàn)直徑約為4.2A，能吸附直徑在4.2A以下的分子。3A為用K離子交換的 4A分子篩，孔徑為3.8A。5 A型分子篩為鈣交換的是4A分子篩，其微孔表現(xiàn)直徑為5.0A，能吸附5.0A以下的分子。13X、Y和M型分子篩的主孔道為12元環(huán)，大小為10A左右。ZSM-5為10元環(huán)孔道，是一種擇型催化劑。

??? 同時分子篩又是一種硅鋁酸鹽無機化合物，能夠耐高溫，具有良好的熱穩(wěn)定性，為再生提供了方便，可多次重復(fù)利用。骨架不被微生物等分解。由于具有以上所述優(yōu)點，因此分子篩的用途廣泛。它既是一種新型的**能選擇性微孔型吸附劑，也是一類性能優(yōu)異的催化劑和催化劑載體。作為干燥劑，分子篩具有很強的干燥性能和良好的吸附性能，同時具有良好的擇型作用，因此分子篩干燥劑廣泛應(yīng)用于石油煉制(Refining)，石油化工(Petrochemical)，深冷制氧（cryogenic），天然氣干燥和脫硫，中空玻璃（IG），冷凍（refrigeration），變壓吸附制氧，PVC塑料穩(wěn)定劑，煙草行業(yè)過濾嘴，作為離子交換劑脫除放射性物質(zhì)等。近年來開發(fā)的全硅沸石親油分子篩已開始用于環(huán)保行業(yè)處理廢水和鍋爐廢氣。
??? 分子篩內(nèi)部具有很強的電場梯度
??? 分子篩的骨架部分主要成分為硅氧四面體和鋁氧四面體，由于鋁的化合價是3，所以鋁氧四面體AlO4中有一個氧原子的價沒有得到平衡，這樣就使整個鋁氧四面體帶有負(fù)電荷，為了保持電中性，在鋁氧四面體的附近必須有帶正電荷的金屬離子來抵消它的負(fù)電荷。帶正電荷的金屬離子和帶負(fù)電荷的分子篩骨架之間產(chǎn)生強大的電場，從而對分子篩的吸附性能產(chǎn)生巨大的影響。分子篩對極性物質(zhì)的吸附能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于非極性物質(zhì)，同時由于強大電場的作用，對于含有雙鍵或大π鍵的物質(zhì)，通過誘導(dǎo)極化作用，也具有相當(dāng)?shù)奈侥芰?。通常陽離子所帶的電荷越多，離子半徑越小，產(chǎn)生的電場越強，對雙鍵的誘導(dǎo)作用也變大，對這類物質(zhì)的吸附能力也越大。例如，5A分子篩對乙烯，丙烯等烯烴和炔烴能夠進行大量吸附。
??? 分子篩純化器的裝填和吸附
??? 根據(jù)床層設(shè)計，可以將分子篩純化器分為三種：立式，臥式和環(huán)形。
立式床的特點為緊湊體積小，占地面積小，但氣流分布容易不均勻。見于立式床的橫截面積的有限性，立式床的床層通常較高，分子篩一般采用4*8目或1/8”條，以減少分子篩氣流的阻力，防止床層受到氣流沖擊發(fā)生床層反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(Bed lifting)。立式床一般用于3000m3/h以下的小空分。臥式床同樣為圓柱形，使用時是臥式的，分子篩裝填于中間部分，臥式床的分子篩的裝填高度0.8-1.2米，可以減少Bed lifting的產(chǎn)生，采用多個進氣口進氣，氣流分布比較均勻，為3000m3/h以上的大空分使用。環(huán)形分子篩純化器是將分子篩裝填在一個環(huán)形的空間內(nèi)，從環(huán)形內(nèi)部進空氣，從外部出氣。環(huán)形裝填方式可以有效防止床層受到氣流沖擊發(fā)生反轉(zhuǎn)，保證純化器的正常運行。
??? 分子篩對水分的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于對CO2的吸附能力，因此吸附水分后的分子篩再生時需要的再生溫度較高。小空分純化器的再生采用電加熱，可以加熱至250℃左右較高的溫度，分子篩的再生比較徹底。大空分純化器的再生通常采用中壓蒸汽加熱，一般加熱溫度在170-185℃，吸附的水分很難再生完全或者再生需要很長的時間，因此大空分純化器在分子篩床層之前通常裝填三氧化二鋁，用來吸附水分。活性氧化鋁對水分的吸附能力比分子篩弱的多，需要的再生溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分子篩，蒸汽加熱完全可以使活性氧化鋁再生完全。
??? 分子篩床層裝填的平整度嚴(yán)重影響床層的穿透時間，保證床層的裝填均勻平整，可以有效保證分子篩床層的使用時間。通常分子篩裝填時每一大桶分子篩倒入后，攤平，然后再倒下一桶。由于分子篩對水分的吸附很快，因此裝填時應(yīng)選擇晴朗干燥天氣，盡量減少分子篩對水分的吸附。床層裝填完成后，根據(jù)使用的分子篩情況，一般需要再生一次，然后準(zhǔn)備投入使用。?
??? 一般大空分裝置在分子篩純化器前都裝有空氣預(yù)冷系統(tǒng)，在進純化器前將空氣預(yù)冷至6-10℃。通過預(yù)冷一方面可以大大減少空氣中的水分含量，另一方面可以增加分子篩床層對CO2的吸附量。
在壓力較低時，氣體的粘度大。在純化器的充壓階段，應(yīng)該緩緩打開進氣閥，**禁止突然開啟。突然開啟，純化器中突然進入大量氣體，容易造成Bed lifting使床層掀翻。床層達(dá)到預(yù)定壓力后，可以進行正常吸附。
??? 分子篩純化器在使用過程中，通常需要對其進口和出口溫度加以監(jiān)控。在吸附過程中，由空氣進出純化器溫度的變化所形成的兩條曲線被稱為“吸附溫度曲線”。在再生過程中，由污氮氣進出純化器溫度的變化所形成的兩條曲線被稱為“再生溫度曲線”。分子篩純化器運行的好壞，都會在其溫度曲線上有所體現(xiàn)。因而，在分子篩純化器的運行過程中，認(rèn)真檢查和分析溫度曲線，具有很重要的實際意義。一般情況下，只要空氣預(yù)冷系統(tǒng)正常，空氣進純化器溫度就不會變化，因而溫度曲線是一條水平的直線。而空氣出純化器溫度除剛開始的一段時間較高處，以后變化也極小，因而也近似是一條直線。
??? 空氣在經(jīng)過純化器后，溫度會有所升高。這是因為空氣中的水分和二氧化碳被分子篩吸附，而吸附是個放熱過程。對于全低壓流程空分設(shè)備而言，空氣進純化器壓力在0.6Mpa（G）左右。如果空氣預(yù)冷系統(tǒng)配有冷凍機，則空氣進純化器溫度約為6-10℃。在這種情況下，空氣進出純化器溫度之差約為3-4℃。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間內(nèi)，空氣出純化器溫度較高，這時出口溫度要比進口高出近20℃。這種現(xiàn)象在大多數(shù)情況下并不是由于再生過程中的冷吹不徹底造成的，而是由于純化器在切換至使用前的充壓過程造成的。在空分設(shè)備中用于吸附水分和二氧化碳等13X分子篩，除對極性分子如水和二氧化碳等具有吸附能力外，對非極性的氮氣和氧氣也有一定的吸附作用。充壓過程是一個壓力上升的過程，隨著壓力升高，分子篩的靜吸附容量增大，更多的氮氣和氧氣被分子篩所吸附。而這個過程同樣是個放熱的過程，這種放熱使得分子篩床層溫度升高。當(dāng)充壓后的純化器轉(zhuǎn)為使用時，空氣將分子篩床層的熱量帶出來，從而引起出口溫度的升高。另外保溫層中殘余熱量也會造成分子篩床層的溫升現(xiàn)象。有的空分設(shè)備中，采用增加一個“混合”步驟，可以減少這種溫度波動對主換熱器的不利影響。“混合”步驟是指剛再生過的純化器投入使用后，原在吸附工作的純化器繼續(xù)使用，并列運行一段時間。這樣由于從原使用的純化器中出來的空氣溫度是較低的，混合在一起的空氣溫度也就不至于會象單獨使用一個純化器那樣高了。

??? 如果空氣進純化器溫度升高，則溫差也相應(yīng)會有所增大，這是因為空氣溫度升高使得空氣中水含量增多。如果在純化器使用過程中（剛開始使用的一段時間除外），出純化器空氣溫度突然升高，而進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了。分子篩對水分的吸附能力較強，吸附水分的放熱也是較大的。純化器的溫升對水分是非常敏感的。

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