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吸附剂的类型与选择

　　评论：　更新日期：2016年10月06日

表3-9 常见的几种物质分子公称直径

分子	H₂	CO₂	N₂	H₂O	H₂S	CH₃OH	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	nC₄～nC₂₂	iC₄～iC₂₂
公称直径/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，裂解气脱水多用3A分子筛，天然气脱水多用4A或5A分子筛。天然气脱硫醇时可选用专用分子筛(例如RK-33型)，pH值小于5的酸性天然气脱水时可选用AW型分子筛。

4. 复合吸附剂

复合吸附剂就是同时使用两种或两种以上的吸附剂。

如果使用复合吸附剂的目的只是脱水，通常将硅胶或活性氧化铝与分子筛在同一干燥器内串联使用，即湿原料气先通过上部的硅胶或活性氧化铝床层，再通过下部的分子筛床层。目前，天然气脱水普遍使用活性氧化铝和4A分子筛串联的双床层，其特点是：①湿气先通过上部活性氧化铝床层脱除大部分水分，再通过下部分子筛床层深度脱水从而获得很低露点。这样，既可以减少投资，又可保证干气露点；②当气体中携带液态水、液烃、缓蚀剂和胺类化合物时，位于上部的活性氧化铝床层除用于气体脱水外，还可作为下部分子筛床层的保护层；③活性氧化铝再生时的能耗比分子筛低；④活性氧化铝的价格较低。在复合吸附剂床层中活性氧化铝与分子筛用量的最佳比例取决于原料气流量、温度、水含量和组成、干气露点要求、再生气组成和温度以及吸附剂的形状和规格等。

如果同时脱除天然气中的水分和少量硫醇，则可将两种不同用途的分子筛床层串联布置，即含硫醇的湿原料气先通过上部脱水的分子筛床层，再通过下部脱硫醇的分子筛床层，从而达到脱水脱硫醇的目的。

(二) 吸附剂的选择

通常，应从脱水要求、使用条件和寿命、设计湿容量以及价格等方面选择吸附剂。

与活性氧化铝、硅胶相比，分子筛用作干燥剂时具有以下特点：①吸附选择J陛强，即可按物质分子大小和极性不同进行选择性吸附；②虽然当气体中水蒸气分压(或相对湿度)高时其湿容量较小，但当气体中水蒸气分压(或相对湿度)较低，以及在高温和高气速等苛刻条件下，则具有较高的湿容量(见图3-15、图3-16及表3-10)；③由于可以选择性地吸附水，可避免因重烃共吸附而失活，故其使用寿命长；④不易被液态水破坏；⑤再生时能耗高；⑥价格较高。

由图3-15可知，当相对湿度小于30%时，分子筛的平衡湿容量比其他干燥剂都高，这表明分子筛特别适用于气体深度脱水。此外，虽然在相对湿度较大时硅胶的平衡湿容量比较高，但这是指静态吸附而言。天然气脱水是在动态条件下进行的，这时分子筛的湿容量则可超过其他干燥剂。表3-10就是在压力为0.1MPa和气体入口温度为25℃、相对湿度为50%时不同气速下分子筛与硅胶湿容量(质量分数)的比较。图3-16则是水在几种干燥剂上的吸附等压线(即在1.3332kPa水蒸气分压下处于不同温度时的平衡湿容量)。图中虚线表示干燥剂在吸附开始时有2%残余水的影响。由图3-16可知，在较高温度下分子筛仍保持有相当高的吸附能力。

表3-10 气体流速对吸附剂湿容量的影响

气体流速/(m/min)		15	20	25	30	35
吸附剂湿容量/%	分子筛(绝热)	17.6	17.2	17.1	16.7	16.5
吸附剂湿容量/%	硅胶(恒温)	15.2	13.0	11.6	10.4	9.6

由此可知，对于相对湿度大或水含量高的气体，最好先用活性氧化铝、硅胶预脱水，然后再用分子筛脱除气体中的剩余水分，以达到深度脱水的目的。或者，先用三甘醇脱除大量的水分，再用分子筛深度脱水。这样，既保证了脱水要求，又避免了在气体相对湿度大或水含量高时由于分子筛湿容量较小，需要频繁再生的缺点。由于分子筛价格较高，故对于低含硫气体，当脱水要求不高时，也可只采用活性氧化铝或硅胶脱水。如果同时脱水脱硫醇，则可选用两种不同用途的分子筛。

常用分子筛的性能见表3-11和表3-12。

表3-11 常用A、X型分子筛性能级用途^①

分子筛型号	3A		4A		5A		10X		13X
形状	条	球	条	球	条	球	条	球	条	球
孔径/10^-1nm	约3	约3	约4	约4	约5	约5	约8	约8	约10	约10
堆密度/(g/L)	≥650	≥700	≥660	≥700	≥640	≥700	≥650	≥700	≥640	≥700
压碎强度/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
平衡湿容量^②/%	≥20.0	≥20.0	≥22.0	≥21.5	≥22.0	≥24.0	≥24.0	≥24.0	≥28.5	≥28.5
包装水含量(付运时)/%	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5	＜1.5
吸附热(最大)/(kJ/kg)	4190	4190	4190	4190	4190	4190	4190	4190	4190	4190
吸附分子	直径＜0.3nm的分子，如H₂O、NH₃、CH₃OH		直径＜0.4nm的分子，如C₂H₅OH、H₂S、CO₂、SO₂、C₂H₄、C₂H₆和C₃H₆		直径＜0.5nm的分子，如左侧各分子、C₃H₈、n-C₄H₁₀～C₂₂H₄₆、n-C₄H₉OH及更大醇类		直径＜0.8nm的分子，如左侧各分子及异构烷烃、烯烃及苯		直径＜1.0nm的分子，如左侧各分子及二正丙基胺
排除分子	直径＞0.3nm的分子，如C₂H₆		直径＞0.4nm的分子，如C₃H₈		直径＞0.5nm的分子，如异构化合物及四碳环状化合物		二正丁基胺及更大分子		三正丁基及更大分子
用途	①不饱和烃如裂解气、丙烯、丁二烯、乙炔干燥；②极性液体如甲醇、乙醇干燥		空气、天然气、专用气体、稀有气体、溶剂、烷烃、制冷剂等气体或液体的深度干燥		①天然气干燥、脱硫、脱CO₂；②PSA过程(N₂/O₂分离、H₂纯化)；③正构烷烃分离、脱硫、脱CO₂		①芳烃分离；②脱有机硫		①原料气净化(同时脱除水及CO₂)；②天然气、液化石油气、液烃的干燥、脱硫(脱除H₂S和RSH)；③一般气体干燥

① 表中数据取自锦中分子筛有限公司等产品技术资料，用途未全部列入表中。

② 平衡湿容量指在2.331kPa和25℃下每千克活化的吸附剂吸附水的千克数。

表3-12 AW-500、RK-33型分子筛性能^①

类型	形状	直径/mm	孔径/10^-1nm	堆积密度/(g/L)	吸附热/(kJ/kg)	平衡湿容量^②/%	付运时水含量/%	压碎强度/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