吸附劑的類型與選擇

　　評論：　更新日期：2016年10月06日

表3-9 常見的幾種物質分子公稱直徑

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

????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可選用AW型分子篩。

? ??4.?復合吸附劑

? ??復合吸附劑就是同時使用兩種或兩種以上的吸附劑。

? ??如果使用復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串聯使用，即濕原料氣先通過上部的硅膠或活性氧化鋁床層，再通過下部的分子篩床層。目前，天然氣脫水普遍使用活性氧化鋁和4A分子篩串聯的雙床層，其特點是：①濕氣先通過上部活性氧化鋁床層脫除大部分水分，再通過下部分子篩床層深度脫水從而獲得很低露點。這樣，既可以減少投資，又可保證干氣露點；②當氣體中攜帶液態(tài)水、液烴、緩蝕劑和胺類化合物時，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層；③活性氧化鋁再生時的能耗比分子篩低；④活性氧化鋁的價格較低。在復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布置，即含硫醇的濕原料氣先通過上部脫水的分子篩床層，再通過下部脫硫醇的分子篩床層，從而達到脫水脫硫醇的目的。

? ??(二)?吸附劑的選擇

? ??通常，應從脫水要求、使用條件和壽命、設計濕容量以及價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具有以下特點：①吸附選擇J陛強，即可按物質分子大小和極性不同進行選擇性吸附；②雖然當氣體中水蒸氣分壓(或相對濕度)高時其濕容量較小，但當氣體中水蒸氣分壓(或相對濕度)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，可避免因重烴共吸附而失活，故其使用壽命長；④不易被液態(tài)水破壞；⑤再生時能耗高；⑥價格較高。

????由圖3-15可知，當相對濕度小于30%時，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，雖然在相對濕度較大時硅膠的平衡濕容量比較高，但這是指靜態(tài)吸附而言。天然氣脫水是在動態(tài)條件下進行的，這時分子篩的濕容量則可超過其他干燥劑。表3-10就是在壓力為0.1MPa和氣體入口溫度為25℃、相對濕度為50%時不同氣速下分子篩與硅膠濕容量(質量分數)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的平衡濕容量)。圖中虛線表示干燥劑在吸附開始時有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高的吸附能力。

表3-10 氣體流速對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
吸附劑濕容量/%	硅膠(恒溫)	15.2	13.0	11.6	10.4	9.6

????由此可知，對于相對濕度大或水含量高的氣體，最好先用活性氧化鋁、硅膠預脫水，然后再用分子篩脫除氣體中的剩余水分，以達到深度脫水的目的?；蛘?，先用三甘醇脫除大量的水分，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濕度大或水含量高時由于分子篩濕容量較小，需要頻繁再生的缺點。由于分子篩價格較高，故對于低含硫氣體，當脫水要求不高時，也可只采用活性氧化鋁或硅膠脫水。如果同時脫水脫硫醇，則可選用兩種不同用途的分子篩。

? ??常用分子篩的性能見表3-11和表3-12。

表3-11 常用A、X型分子篩性能級用途^①

分子篩型號	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(付運時)/%	＜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，如左側各分子、C₃H₈、n-C₄H₁₀～C₂₂H₄₆、n-C₄H₉OH及更大醇類		直徑＜0.8nm的分子，如左側各分子及異構烷烴、烯烴及苯		直徑＜1.0nm的分子，如左側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過程(N₂/O₂分離、H₂純化)；③正構烷烴分離、脫硫、脫CO₂		①芳烴分離；②脫有機硫		①原料氣凈化(同時脫除水及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?表中數據取自錦中分子篩有限公司等產品技術資料，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。

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/%	付運時水含量/%	壓碎強度/N
AW-500	球	1.6	5	705	3372	20	＜2.5	35.6
AW-500	球	3.2	5	705	3372	19.5	＜2.5	80.1
RK-33	球	—	—	609	—	28	＜1.5	31.3