吴 午
中石油哈尔滨石化分公司动力车间
摘 要：本文简要介绍了HK-8300/8型纯化器的构成、工艺流程及运行管理。并对其工作原理作了简要说明，提出了操作中的注意事项。
关键词：纯化器 工艺流程 运行管理
前言：空分装置是哈石化公司的重要公用工程装置，空分装置生产的氮气主要用于生产装置的管线吹扫、容器置换、机组密封等。空分现有3套装置，1#2#装置于2004年增容改造后，氮气产量为1500 Nm3/h，液氮产量为40L/h。2008年新增3#空分装置，氮气产量为3200 Nm3/h，
液氮产量为100L/ h。
空气成份一览表
成份 ％（体积） 成份 ％（体积） 成份 ％（体积）
N2 78.03 CO2 0.03 He 5×10-4
O2 20.93 H2 1×10-2 Ke 1×10-4
Ar2 0.932 He2 1.8×10-2 Xe 1×10-4
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空分装置是低温运行的设备，其原料是空气，采用深度冷冻法分离出空气中的氮气（空气成份见图-1）。作为空分装置原料的空气中除了氧、氮、氩极少量惰性气体外，还会有少量水蒸气、二氧化碳、酸性气体、乙炔和其他碳氢化合物、灰尘等杂质，让这些杂质进入空分装置将非常危险。在深冷环境下，冻结下来的水分和二氧化碳沉积在低温换热器、膨胀机或精馏塔里，就会堵塞管道、阀门、塔板，乙炔等有机物积聚在液氧里有爆炸的危险。为了保证空分装置长期安全可靠运行，必须通过纯化器清除这些杂质。
现以3#空分装置为例，谈一下HK-8300/8型纯化器的构成及运行管理。
一、纯化器的构成
HK-8300/8型分子筛纯化器的设计采用了“双层床”结构，使空气进入分子筛床层前，水份被活性氧化铝吸附，保护分子筛并使分子筛充分发挥其吸附CO2及CnHm的功效，纯化器可将空气中二氧化碳及水分的含量脱除至1PPm。同时还降低了再生温度和再生能耗，提高了分子筛的使用寿命。
HK-8300/8型分子筛纯化器由两只吸附筒、电加热炉、出口过滤器、气动蝶阀等组成。
基本数据：
型号：HK-8300/8型
处理空气量：8300Nm3/h（0 ℃，101.325kPa）
最高工作压力：0.9MPa
空气进口温度：～10℃
空气出口温度：～20℃
纯化后空气中水分和二氧化碳的含量均小于1 ppm
切换周期：4小时
加热在生气进吸附筒温度：～200℃
加热在生气出吸附筒温度；～100℃
每只吸附筒内装有2000㎏分子筛和400㎏活性氧化铝
再生气量：2700 Nm3/h
再生介质：富氧空气
电加热功率： 160kw
二、纯化器的工作原理
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如图-2所示，由预冷系统来的空气进吸附器（MS301或MS302），空气中的水份和二氧化碳分别被活性氧化铝和分子筛吸附，吸附后的空气再经吸附器顶部的上部分配器，去除分子筛粉尘及杂物，最后通往分馏塔。吸附器有两只，切换使用。本设备采用自动控制。一只吸附，一只再生。再生气是从分馏塔来的富氧空气,进入电加热器（EH301）加热至175 OC后进吸附器，待吸附器出口温度达到80℃时，自动切断电源，再生加热结束，然后用富氧空气冷吹至常温，待下个周期使用。
吸附筒中的吸附剂为13X分子筛和活性氧化铝。13X分子筛是晶体铝硅酸盐，为多孔结构，内部微孔空穴占其总体积的50％。当空气通过时，13X分子筛能把小于空穴的二氧化碳分子、乙炔等有机物分子吸附进入内部微孔内，把大于微孔直径的氧、氮、氩分子挡在孔外，起到筛分分子的作用。活性氧化铝在空气湿度大时对水分子的吸附效果比分子筛强，且价格便宜，让空气先通过活性氧化铝又起到保护13X分子筛的作用。
13X分子筛和活性氧化铝吸附饱和以后，失去了吸附能力，必须采取一定的措施将吸附组分从吸附剂表面赶走，以恢复吸附剂的吸附能力，也就是再生。利用分子筛高温下吸附容量降低的原理，用电加热不含水分的污氮气通入吸附筒内，使13X分子筛和活性氧化铝温度升高被吸组分如水分、二氧化碳、乙炔等有机物解析出来，被污氮气带出吸附筒。再生后的吸附剂被污氮气吹至常温后，重新恢复吸附作用。
三、纯化器的工作流程
1、启动操作
当空压机运转正常且空气预冷系统投入工作后，吸附筒MS301进行工作。打开V314启动空气阀，使吸附筒内压力升至正常后，打开V301、V303阀，关闭V314阀,使空气进入吸附筒MS301进行吸附，再由顶部去分馏塔系统。
2、对吸附筒MS302进行加热再生
在吸附筒MS301吸附的同时，MS302进行再生。打开V306、V308 阀，同时使分馏塔来的富氧空气进入电加热器，启动电加热器电源，开始对MS302进行加热。电加热器出口温度逐渐上升，由温度控制器控制在～195℃。吸附器的出口温度也逐步上升，达到80℃时（时间约为96分钟），控制装置自动切断电加热器的电源，然后对MS302进行冷吹。当吸附筒出口温度达到常温时，冷吹结束（时间约为114分钟）。关闭V306、V308，同时应切断分馏塔来的富氧空气，在本周期结束前，打开 V318 、V317（以后常开）阀，进行均压。吸附筒MS302逐渐升压与MS301平衡（时间约为15分钟），之后关闭V318阀，然后打开V302、V304阀，吸附筒MS302开始进入吸附工作状态。这时关闭V301、V303阀，之后打开V312和V316（以后常开）阀，MS301吸附筒开始泄压，泄压时间约为14分钟。泄压结束后，关闭V312阀，打开V305、V307阀，同时使分馏塔来富氧空气进入电加热器，此时一个工作周期4小时完成。MS301进入加温再生状态，开始了又一循环。
四、纯化器运行管理。
空分装置运行正常后，纯化器转为正常的自动切换过程，操作人员此时要密切关注以下几个问题：
1、纯化器运行时，要定期监测电加热器的出口温度曲线及纯化器出口温度曲线，观察纯化器能否在规定的时间内完成加热与再生；观察吸附筒出口二氧化碳的含量，以判断纯化器运行是否正常。
2、密切关注纯化器运行程序是否正常，各阀门开关是否灵敏，如有故障及时处理。
3、密切关注吸附筒入口空气温度是否正常。13X分子筛对二氧化碳的动吸附容量对压力变化不敏感，对温度变化敏感，当入口空气温度从5℃升高到45℃时，动吸附容量将减少一半以上，因此，常温13X分子筛吸附筒的最佳工作温度为5～10℃。
4、纯化器运行两年后，要检查13X分子筛和活性氧化铝的破碎情况，必要时要全部更换。
5、密切关注纯化器压差变化，如果压差过大，要及时对过滤器内的滤网、海军呢进行吹扫更换。
五、电加热炉的运行管理
1、工作中经常检查电热管使用情况，接线是否良好，绝缘是否达到要求。定期清除灰尘及氧化皮等杂物。
2、经常检查安全膜是否良好。检查接地装置是否可靠。
3、检查再生气量的大小，防止因气量过小发生电加热炉烧毁事故，或再生气量过大造成再生不彻底影响空气净化质量。
结语：空分装置的长周期运行，其重要的保障就是纯化器的平稳运行。国内外同类装置中，因操作失误而造成分子筛带水冻塔、分子筛床层损坏、电加热器烧毁、入口空气温度高致使二氧化碳超标等事件很多，后果不容忽视。像我公司这样的单套空分装置带全厂的运行方式，一旦发生事故，后果更是不堪设想。因此，加强操作人员对纯化器的构成、运行方式的了解，加强对纯化器的运行管理，是装置安稳运行的重要保证。
[参考文献]
【作者简介】：
吴 午 ,男，黑龙江省哈尔滨市人，工程师，电邮 wuwuhpc@petrochina.com.cn