表3-9 常見(jiàn)的幾種物質(zhì)分子公稱直徑
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分子 | H2 | CO2 | N2 | H2O | H2S | CH3OH | CH4 | C2H6 | C3H8 | nC4～nC22 | iC4～iC22 |
公稱直徑/10-1?nm | 2.4 | 2.8 | 3.0 | 3.1 | 43.6 | 4.4 | 4.0 | 4.4 | 4.9 | 4.9 | 5.6 |
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????目前，裂解氣脫水多用3A分子篩，天然氣脫水多用4A或5A分子篩。天然氣脫硫醇時(shí)可選用專用分子篩(例如RK-33型)，pH值小于5的酸性天然氣脫水時(shí)可選用AW型分子篩。
? ??4.?復(fù)合吸附劑
? ??復(fù)合吸附劑就是同時(shí)使用兩種或兩種以上的吸附劑。
? ??如果使用復(fù)合吸附劑的目的只是脫水，通常將硅膠或活性氧化鋁與分子篩在同一干燥器內(nèi)串聯(lián)使用，即濕原料氣先通過(guò)上部的硅膠或活性氧化鋁床層，再通過(guò)下部的分子篩床層。目前，天然氣脫水普遍使用活性氧化鋁和4A分子篩串聯(lián)的雙床層，其特點(diǎn)是：①濕氣先通過(guò)上部活性氧化鋁床層脫除大部分水分，再通過(guò)下部分子篩床層深度脫水從而獲得很低露點(diǎn)。這樣，既可以減少投資，又可保證干氣露點(diǎn)；②當(dāng)氣體中攜帶液態(tài)水、液烴、緩蝕劑和胺類化合物時(shí)，位于上部的活性氧化鋁床層除用于氣體脫水外，還可作為下部分子篩床層的保護(hù)層；③活性氧化鋁再生時(shí)的能耗比分子篩低；④活性氧化鋁的價(jià)格較低。在復(fù)合吸附劑床層中活性氧化鋁與分子篩用量的最佳比例取決于原料氣流量、溫度、水含量和組成、干氣露點(diǎn)要求、再生氣組成和溫度以及吸附劑的形狀和規(guī)格等。
? ??如果同時(shí)脫除天然氣中的水分和少量硫醇，則可將兩種不同用途的分子篩床層串聯(lián)布置，即含硫醇的濕原料氣先通過(guò)上部脫水的分子篩床層，再通過(guò)下部脫硫醇的分子篩床層，從而達(dá)到脫水脫硫醇的目的。
? ??(二)?吸附劑的選擇
? ??通常，應(yīng)從脫水要求、使用條件和壽命、設(shè)計(jì)濕容量以及價(jià)格等方面選擇吸附劑。
????與活性氧化鋁、硅膠相比，分子篩用作干燥劑時(shí)具有以下特點(diǎn)：①吸附選擇J陛強(qiáng)，即可按物質(zhì)分子大小和極性不同進(jìn)行選擇性吸附；②雖然當(dāng)氣體中水蒸氣分壓(或相對(duì)濕度)高時(shí)其濕容量較小，但當(dāng)氣體中水蒸氣分壓(或相對(duì)濕度)較低，以及在高溫和高氣速等苛刻條件下，則具有較高的濕容量(見(jiàn)圖3-15、圖3-16及表3-10)；③由于可以選擇性地吸附水，可避免因重?zé)N共吸附而失活，故其使用壽命長(zhǎng)；④不易被液態(tài)水破壞；⑤再生時(shí)能耗高；⑥價(jià)格較高。
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????由圖3-15可知，當(dāng)相對(duì)濕度小于30%時(shí)，分子篩的平衡濕容量比其他干燥劑都高，這表明分子篩特別適用于氣體深度脫水。此外，雖然在相對(duì)濕度較大時(shí)硅膠的平衡濕容量比較高，但這是指靜態(tài)吸附而言。天然氣脫水是在動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行的，這時(shí)分子篩的濕容量則可超過(guò)其他干燥劑。表3-10就是在壓力為0.1MPa和氣體入口溫度為25℃、相對(duì)濕度為50%時(shí)不同氣速下分子篩與硅膠濕容量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的比較。圖3-16則是水在幾種干燥劑上的吸附等壓線(即在1.3332kPa水蒸氣分壓下處于不同溫度時(shí)的平衡濕容量)。圖中虛線表示干燥劑在吸附開(kāi)始時(shí)有2%殘余水的影響。由圖3-16可知，在較高溫度下分子篩仍保持有相當(dāng)高的吸附能力。
表3-10 氣體流速對(duì)吸附劑濕容量的影響
氣體流速/(m/min) | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 |
吸附劑濕容量/% | 分子篩(絕熱) | 17.6 | 17.2 | 17.1 | 16.7 | 16.5 |
硅膠(恒溫) | 15.2 | 13.0 | 11.6 | 10.4 | 9.6 |
????由此可知，對(duì)于相對(duì)濕度大或水含量高的氣體，最好先用活性氧化鋁、硅膠預(yù)脫水，然后再用分子篩脫除氣體中的剩余水分，以達(dá)到深度脫水的目的?；蛘撸扔萌蚀济摮罅康乃?，再用分子篩深度脫水。這樣，既保證了脫水要求，又避免了在氣體相對(duì)濕度大或水含量高時(shí)由于分子篩濕容量較小，需要頻繁再生的缺點(diǎn)。由于分子篩價(jià)格較高，故對(duì)于低含硫氣體，當(dāng)脫水要求不高時(shí)，也可只采用活性氧化鋁或硅膠脫水。如果同時(shí)脫水脫硫醇，則可選用兩種不同用途的分子篩。
? ??常用分子篩的性能見(jiàn)表3-11和表3-12。
表3-11 常用A、X型分子篩性能級(jí)用途①
分子篩型號(hào) | 3A | 4A | 5A | 10X | 13X |
形狀 | 條 | 球 | 條 | 球 | 條 | 球 | 條 | 球 | 條 | 球 |
孔徑/10-1nm | 約3 | 約3 | 約4 | 約4 | 約5 | 約5 | 約8 | 約8 | 約10 | 約10 |
堆密度/(g/L) | ≥650 | ≥700 | ≥660 | ≥700 | ≥640 | ≥700 | ≥650 | ≥700 | ≥640 | ≥700 |
壓碎強(qiáng)度/N | 20～70 | 20～80 | 20～80 | 20～80 | 20～55 | 20～80 | 30～50 | 20～70 | 45～70 | 30～70 |
磨耗率/% | 0.2～0.5 | 0.2～0.5 | 0.2～0.4 | 0.2～0.4 | 0.2～0.4 | 0.2～0.4 | ≤0.3 | ≤0.3 | 0.2～0.4 | 0.2～0.4 |
平衡濕容量②/% | ≥20.0 | ≥20.0 | ≥22.0 | ≥21.5 | ≥22.0 | ≥24.0 | ≥24.0 | ≥24.0 | ≥28.5 | ≥28.5 |
包裝水含量(付運(yùn)時(shí))/% | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 | ＜1.5 |
吸附熱(最大)/(kJ/kg) | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 | 4190 |
吸附分子 | 直徑＜0.3nm的分子，如H2O、NH3、CH3OH | 直徑＜0.4nm的分子，如C2H5OH、H2S、CO2、SO2、C2H4、C2H6和C3H6 | 直徑＜0.5nm的分子，如左側(cè)各分子、C3H8、n-C4H10～C22H46、n-C4H9OH及更大醇類 | 直徑＜0.8nm的分子，如左側(cè)各分子及異構(gòu)烷烴、烯烴及苯 | 直徑＜1.0nm的分子，如左側(cè)各分子及二正丙基胺 |
排除分子 | 直徑＞0.3nm的分子，如C2H6 | 直徑＞0.4nm的分子，如C3H8 | 直徑＞0.5nm的分子，如異構(gòu)化合物及四碳環(huán)狀化合物 | 二正丁基胺及更大分子 | 三正丁基及更大分子 |
用途 | ①不飽和烴如裂解氣、丙烯、丁二烯、乙炔干燥；②極性液體如甲醇、乙醇干燥 | 空氣、天然氣、專用氣體、稀有氣體、溶劑、烷烴、制冷劑等氣體或液體的深度干燥 | ①天然氣干燥、脫硫、脫CO2；②PSA過(guò)程(N2/O2分離、H2純化)；③正構(gòu)烷烴分離、脫硫、脫CO2 | ①芳烴分離；②脫有機(jī)硫 | ①原料氣凈化(同時(shí)脫除水及CO2)；②天然氣、液化石油氣、液烴的干燥、脫硫(脫除H2S和RSH)；③一般氣體干燥 |
①?表中數(shù)據(jù)取自錦中分子篩有限公司等產(chǎn)品技術(shù)資料，用途未全部列入表中。
②?平衡濕容量指在2.331kPa和25℃下每千克活化的吸附劑吸附水的千克數(shù)。
表3-12 AW-500、RK-33型分子篩性能①
類型 | 形狀 | 直徑/mm | 孔徑/10-1nm | 堆積密度/(g/L) | 吸附熱/(kJ/kg) | 平衡濕容量②/% | 付運(yùn)時(shí)水含量/% | 壓碎強(qiáng)度/N |
AW-500 | 球 | 1.6 | 5 | 705 | 3372 | 20 | ＜2.5 | 35.6 |
球 | 3.2 | 5 | 705 | 3372 | 19.5 | ＜2.5 | 80.1 |
RK-33 | 球 | — | — | 609 | — | 28 | ＜1.5 | 31.3 |
??? ①?表中數(shù)據(jù)取自上海環(huán)球(UOP)分子篩有限公司產(chǎn)品技術(shù)資料。
??? ②?平衡濕容量指在2.331kPa和25℃下每千克活化的吸附劑吸附水的千克數(shù)。
