现代空分的加工空气的净化均采用分子筛吸附法。由于大气环境的污染，空气中的有害杂质含量逐年增高，尤其是二氧化碳的排放，为了达到空气净化的目的，高效吸附剂应用迫在眉睫。本文介绍了上海恒业分子筛股份有限公司生产的低硅高钠的Ⅲ型分子筛的性能，以及成功的应用典型实例，说明了高效分子筛尽快地广泛应用的重要性及必要性，并对纯化器设计时的大气含二氧化碳的原始取值、以及双层床分子筛及活性氧化铝的填充量计算方面的问题等提出了几点建议。

一、前言

众所周知，空分装置的纯化系统是空分的先导设备，加工空气中的有害杂质的清除，是空分正常运行的关键，它决定了空分运行周期的长短。

自从二十世纪九十年代，国内的第三代空分流程就以分子筛吸附净化几乎全部取代了切换式换热器的自清除。至今，分子筛吸附已应用三十年之久。吸附净化技术的核心是吸附剂的研制。空分的吸附净化所使用的分子筛，已经历了5A钙型分子筛 →13X钠型（Ⅰ型）、→低硅钠X型（Ⅱ型）→低硅高钠（Ⅲ型）的替代过程，目前正处于Ⅲ型分子筛推广应用的阶段，但应用的并不迅速和广泛。据调查，国内已运行的分子筛吸附流程的几百套空分，一般仍然采用是Ⅰ型13X分子筛，这些空分所使用的分子筛有的已经失效，有的因为分子筛进水，蒸汽加热器泄漏，分子筛粉化，纯化器中的隔网损坏等故障频出。但处理故障、更换分子筛时有的单位仍采用Ⅰ型13X分子筛。

近几年，随着大型煤化工项目的投产，由于煤化工区的的环境问题，有很多二氧化碳的排放源，使煤化工应用的超大型空分，大部分都出现了净化后二氧化碳超标的问题，解决此问题的根本办法是高效分子筛替代。2016年，煤炭和钢铁企业都在减过剩产能，部分空分已停机和减产，钢铁企业的气体厂都借此机会进行节能降低成本的技改。此时正是实施分子筛替代的好机会，从运行实例可以证明，这一举措的实施，不仅提高了净化效果，节能效果也十分显著。

在本世纪初，国外分子筛制造厂家，就已研发出低硅型X分子筛，在2010年国内分子筛企业上海恒业分子筛股份有限公司等先后克服了制造工艺的难题，制造出国产低硅系列分子筛。这降低了高效分子筛的价格，提高了应用的性价比。

二、高效分子筛特性与应用

2.1分子筛简介

分子筛是人工合成的泡沸石，硅铝酸盐晶体。分子筛经加热失去结晶水，晶体内形成了许多孔穴，其孔径的大小与气体分子直径相接近且十分均匀，对气体分子有筛分作用，故称为“分子筛”。

5A型分子筛为钙型分子筛，其孔径为5，其晶体结构为立方体。13X型分子筛为钠型分子筛，其晶体结构为体心立方，孔径为10，与5A相比，13X分子筛孔径大，比表面积大，分子在孔穴中扩散快，吸附速率快，传质区域短， 对CO₂的吸附容量显著提高，因此13X分子筛的出现，迅速 被普遍采用。

近年来，X型分子筛的研制向低硅高钠型发展，保留了体心立方的结构，增加了Na离子也就增加了吸附表面的活性。从而提高分子筛对二氧化碳的吸附能力。表1为恒业生产的HY系列分子筛对二氧化碳的吸附特性。

图-1的曲线表示的是在CO₂不同分压下，四种型号分 子筛对CO₂的吸附容量，其中，HYZ10G型分子筛是上海恒 业公司应外商的要求，应对空气中CO₂含量过高时，所使用 的更为高效的分子筛。

从表-1和图-1中可以看出，Ⅲ型分子筛比Ⅰ型分子筛对CO₂的吸附容量提高了65%以上，从表-1和图-2中可以看出，Ⅲ型分子筛的转效时间比Ⅰ型分子筛的转效时间延长了90分钟之多。

2.2 应用实例：

2.2.1 某特钢万立空分

在2013年8月，在分子筛纯化器再生气出口发现了氧 化铝及分子筛粉末，出纯化器的CO₂达10×10^-6超标。停车 检查，发现分子筛表面塌陷，塌陷深度约400mm，这是由于纯化器泄露而导致的事故。2013年10月，将纯化器的氧化铝及分子筛全部卸出，发现隔板上的氧化铝和分子筛并未粉化，所以采取了修复漏点后进行了回装和补加，大加热后，开车运行。运行至2014年2月发现主换热器阻力上升 很快，纯化后CO₂超标，空分减产，此时，建议该厂更换分 子筛，于2014年11月11-12日将分子筛和活性氧化铝全部更新，由上海恒业生产的Ⅲ型分子筛全部替代了UOP生产的Ⅰ型分子筛。更换后的分子筛纯化器数据对比：

以上提示我们，（1）如果出现分子筛纯化出现故障时，应及时更换Ⅲ型分子筛，才能彻底地解决问题，同时在处理事故的同时，提升纯化器的净化能力；（2）更新分子筛后切换时间由3.95小时延长到5.15小时，若不受DCS控制系统的限制，计算切换时间可延至6小时。这意味着，一年可以减少切换次数730次，每年节约电费近70万元；（3）表-2中可以看出净化后的露点升高4℃，这说明氧化铝对水份的清除稍有下降，这也限制了切换时间的延长，从而影响节能效果。

2.2.2 实例2 某煤化工的四万空分

某煤化工配置A、B两套四万空分，因环境问题，大气中的CO₂含量远高于设计值，而且随气象条件变化。故运行中纯 化后CO₂经常超标，甚至危及空分的正常运行。在2016年检修 时，将B套空分的两只纯化器各添加了10吨上海恒业生产的Ⅲ 型分子筛，经过三个月运行，选取了10组大气条件较差、CO₂ 含量较高的时间点，将A、B套净化CO₂情况列于表-3中。 从表中可见，B套只添加了10吨Ⅲ型分子筛，在大气 条件十分恶劣，CO₂含量高达3029×10^-6时仍能达到净化 要求。而A套，在这十组工况下，一直是CO₂超标，大气含 CO₂量为3029×10^-6时，超标时长达到90分钟，可见，更新分子筛是解决煤化工区空分CO₂超标的根本办法。

2.2.3 实例3 某化工区二万空分

此空分正常运行是以调整切换时间来应对大气CO₂含量高的问题。原来使用了Ⅰ型分子筛，现在更新为上海恒业的Ⅲ型分子筛。更换前后的两组运行数据列于表-4中。 表中可以看出，更换分子筛后，分子筛对CO₂的吸附 能力显著提高，切换时间明显延长。

2.3 对Ⅲ型分子筛应用小结

2.3.1 已运行的分子筛纯化系统，可以采用全部更换 以及部分添加等方法，均可以显著地提高对CO₂的净化能 力。通过以上表述可见国产新型分子筛性能优良，且价格便宜，应用时可以体现出更高的性价比；

2.3.2 Ⅲ型分子筛的应用，在无任何其他设备改造的前提下，对切换时间为4小时的空分可以延长切换时间1-2小时，显著节能；

2.3.3 对于双层床分子筛纯化器，为了加强水分的净化，可以采用高效的活性氧化铝干燥剂，或者增加氧化铝的量，以及采取将进纯化器的空气温度降低1-2℃等方法，来加强水份的净化，就能够使切换时间更充分地延长，节能效果更显著；

 2.3.4 应对大气污染，CO₂含量过高的挑战，最有效 的办法是:采用高效分子筛替代原Ⅰ型分子筛。