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1、锂低硅的应用锂低硅制氧分子筛的应用摘要：高效锂低硅制氧分子筛的应用为大型制氧装置的发展提供了条件。在利用高效锂低硅分子筛进行装置设计时应注意温度、吸附速率、吸附压力的选择，通过实验，选择合适 的修正系数，可以充分的发挥锂低硅制氧分子筛的高吸附容量、高分离系数的特性。关键词：高效锂低硅制氧分子筛，吸附速率，吸附温度，吸附压力 一、珠述近年来，由丁制氧分子筛吸附剂的开发利用和工艺流程的不断改进，使创始丁20世纪60年代的变压吸附空分制氧技术得到快速发展，与深冷空分装置相比，变压吸附空分制氧过 程具有启动时间短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高和维护简单、占地 面积小和土建费用低等特点
2、，因而，变压吸附制氧占据越来越多的市场份额，尤其是在节能 降耗的富氧燃烧领域内应用越来越广。变压吸附气体分离技术的关键是吸附剂的选择，吸附剂的性能直接影响最终分离效果， 甚至影响工艺步骤的选择和变压吸附的生命力。通常变压吸附空分制氧使用A型和X型分子筛，但因其分离选择性较低，对氮气吸附量小，束缚了PSAIU氧技术的发展。基丁这种情况，国内外许多公司都在积极进行新型富氧吸附剂的研究开发和推广。锂低硅系列制氧分子筛就 是目前国内外许多公司都在积极开发和推广新一代制氧分子筛。洛阳建龙化工有限公司对LiLSX分子筛的研发始丁 2005,历经6年，经过大量的实验， 采用多层移动床固相交换法进行 Li+交
3、换，交换率大丁 99%, Li +的利用率100%,同时自行研 发设计的特殊结构的焙烧炉试机成功并应用丁工业化生产，解决了LiLSX分子筛焙烧结构极易被破坏的难题，生产出的吸附剂不仅保持了高的氮吸附性能，同时具有良好的机械强度和 极低水含量。2010年，JLOX系列制氧分子筛从新建的生产线上很快的走向国内并进入国际 市场。2011年1月，JLOX-100制氧分子筛在湖南冷水江闪星锦业有限公司制氧站的改造项目中 被采用，这个改造项目是一次意义非同寻常的改造。湖南闪星锦业公司在原矿冶炼炉上采用 富氧燃烧技术，运行效果显著，决定扩大应用范围，然而，2008年制作的VPSAH氧装置产氧量却制约着富氧燃
4、烧应用范围的扩大。2010年12月13日闪星锦业公司发出了制氧站改造招标书，12月19日与承标方签订了对制氧装置进行提高产能的改造的协议，产能由原1200N由h (100%。改为1500N由h (100%。改造要求：一是制氧装置不改动，或者是少 动；二是设备不增加，即动力负荷不改变；三是只给 15天的时间，原因是已在运行的富氧燃 烧冶炼炉不能停，只能在年终停产检修的时间内改造完。改造方案经甲方和乙方充分评估，决定采用我公司制造的锂低硅制氧分子筛，把原填装的47吨Ca5A分子筛换为20吨LiLSX分子筛。2011年1月7日改造更换分子筛完毕，1月8日，十分顺利的启动了改造后的制氧装 置，氧气流量
5、达到了 1500Nr3/h (100%。以上，所有冶炼炉并入富氧燃烧工艺流程，氧气站 输出的氧气完全满足了富氧燃烧的要求，超出了改造设计要求。使冶炼炉日处理矿石量比给 改造前提高了 20恕上。这个改造令人鼓舞，闪星锦业公司对我公司锂低硅制氧分子筛给予 高度的评价。这个改造使人们认识到技术进步的意义LiLSX制氧分子筛在节能降耗上的的作用！大家知道，变压吸附制氧的基础是分子筛。局效锂低硅制氧分子筛的平衡吸附容量和分 离系数是传统的富氧吸附剂2倍以上(见表1),吸附速率也远高丁传统富氧吸附剂，这就为 高效制氧设备的发展提供了良好的基础，为制氧装置大型化的发展提供了技术支持。随着制 氧装置大型化工艺
6、流程和操作条件的进步，我国大型变压吸附空分制氧技术接近国际先进水 平，目前，国内制造的变压吸附制氧吸附塔直径已高达6米，单套装置的最大产氧能力已大丁 10000Nm3/h。表1锂低硅制氧分子筛与传统制氧分子筛技术指标的比较实测指标JLOX100Ga-5A颗粒尺寸，mm1.6-2.50.4-0.81.6-2.50.6-0.9氮平衡吸附量，ml/g222310.810.8N2/O2选择系数，a6.2316.393.023.201抗压强度，N/颗3040堆积密度，g/ml0.630.630.720.74大型制氧装置，对稳定和提高制氧装置的经济技术指标提出了更高的要求。众所周知,变压吸附制氧的核心是分
7、子筛，了解和掌握不同的厂家的锂低硅分子筛的特性对提高变压吸 附制氧装置的效率，降低能耗是值得关注的事情。、LiLSX分子筛在PSA装置上的应用以下结合本公司JLOX系列LiLSX制氧分子筛以及同行业内其他公司 LiLSX分子筛的性 能比较，从吸附速率、吸附压力和温度三个方面阐述在 PSA制氧装置设计过程中对吸附剂的 选择和使用，以及PSA工艺流程参数的确定。变压吸附的基本参数是吸附压力、解析压力、传质速率，吸附压力影响着传质速率，传 质速率影响着传质区的大小，传质区的大小乂决定着吸附床的吸附剂是否被有效的利用，因 而，吸附剂的传质速率决定着变压吸附制氧装置的效率与产率。1、传质速率与产率-Za
8、edaf-h _gUWkbI- . VcZqe qqaa 吸附负荷曲线CecbcdWL 11111'11/1UgkjFfeCatto_t.b流出曲线通过对分子筛的测试，可以得到图1所示曲线，即吸附前沿曲线和流出曲线，这是每 一个变压吸附设计者熟悉和关心的图形，根据曲线可以了解吸附剂的性能。我们希望得 到的曲线波幅小一些，波幅愈小，吸附床内吸附剂有效利用率就愈高。上图W是吸附饱和区，V+U是传质区，V是传质区已吸附区，U传质区未吸附区，g点是穿透点，Z是吸附 床总高。从图中可以看到传质区愈大，流出曲线波幅愈大，反之，传质区愈小，流出曲线 的波幅也愈小。在极端理想的情况下，即吸附速度无限大
9、的时候，吸附曲线和流出曲线成 垂线，床内吸附剂都被有效利用。很显然，我们希望传质区短，不仅吸附剂最大限度的有 效利用，而且整个装置切换周期短，产率得到最大值，这样可以使单位能耗更加理想。传质区的长度为：Za=Z to(t t°)(1k)其中k是传质区未饱和分率，k=U/(U+ V), 从上式可以看出，吸附速率是关系到传质区大小的关键因素。吸附过程的吸附速率由内扩散的扩散速率决定，而内扩散的过程是分子扩散过程，就变压吸附制氧系统来讲，氮气分子扩散到沸石分子筛中的过程是Knudsen型扩散，显然与孔隙率有关。孔隙率是影响吸附速率的重要因素之一。采用相同的N2吸附容量、相同的LiLSX原粉
10、，以不同的成型工艺，得到不同堆集密度(反映不同孔隙率)的相同尺寸的 分子筛球，在同一台动态评价装上测得结果如下表：表2堆积密度(g/ml)吸附压力(KPa)解吸压力(KPa)氧浓度(%)产卒(L/kg h)回收率(%)0.6255-6093.1136.661,190.6755-6093.1293.154.8反映孔隙率不同的堆比重相差 0.05 (g/ml)，产率却相差31.84%。数据活楚地显示了孔 隙率对产率的影响，从所测试得到的流出曲线图上看，波幅增长，说明吸附速率随堆比重的 增加而下降。解决办法就是提高孔隙率。作为制氧装置设计者，在分子筛吸附容量、颗粒直 径相同的条件下，要注意对孔隙率的
11、选择。2、吸附压力与产率吸附压力是影响传质速度的一个重要因素。吸附压力高，虽然可以增加分子筛吸附速度， 但是由丁解吸是吸热过程，因相对压力高，解吸过程会造成解吸塔床层“冷冻”现象，解吸 塔温度降低，反过来影响吸附动力学，吸附平衡将会变得非常慢，致使传质速度慢，这样只 能使吸附前沿曲线波幅加长，吸附剂利用率大幅下降。因而，吸附压力不能过高，吸附压力 与解吸压力差尽可能的低一些。经测试，JLOX锂低硅制氧分子筛低分压条件下吸附性能十分良好(见表3),这就有可能采用高真空度解吸、低吸附压力工艺来降低压差，降低传质层的高度，提高吸附剂的利用 率，提高产率。国内某公司在大型锂分子筛制氧装置上采用-70K
12、Pa的解吸压力、40KPa的吸附压力操作工艺，吸附剂的利用率非常高，能耗可控制在0.35Nm3/KW h。表3解吸压力(KPa吸附压力(KPa)O2浓度(%)产 率NL/kg h相对前一个吸附条 件提高百分数相对第一个吸附条 件提高百分数-502593.1986.23093.0495.410.67%10.67%3593.16100.14.93%16.13%-552493.3995.72793.3998.12.51%2.51%3093.13101.02.96%5.54%4093.08125.624.36%31.24%5093.16144.414.97%50.89%-602493.08113.12
13、793.27113.30.12%0.12%3093.47122.27.86%8.05%3593.10128.04.7513.17%4093.28135.05.47%19.36%4593.35139.73.48%23.52&5093.25158.113.17%39.79%-652593.42120.13093.26137.614.57%14.57%3593.28139.91.67%16.49%4093.23149.26.65%24.23%4593.00153.52.88%27.81%-702493.62133.42793.36140.04.95%4.95%3093.47144.83.43
14、%8.55%3593.34158.79.60%18.97%4093.30160.91.39%20.61%4593.25170.25.78%27.59%-722493.63140.42793.46149.06.13%6.13%3093.16165.411.01%17.81%3、温度与产率我公司JLOX-103制氧分子筛在美国麦克仪器公司制造的 GEMINI VU2390型全自动比表面积及孔隙度分析仪上进行不同温度下的N2平衡吸附量测试，与国外产品在相同的设备上以相同的测试条件测得数据比较，如下表：表4吸附温度15C20 C25 C30 C相对25 C衰减OX-100 , (ml/g)26.212
15、4.0222.0720.427.48%UOP, ( ml/g)25.6223.5721.6919.579.77%东曹，(ml/g)29.8627.5525.5522.9910.02%由上表可以看出，不同的工艺生产的锂低硅分子筛吸附剂对温度的敏感性不一样，锂低 硅制氧分子筛随着吸附温度的增高，吸附容量下降。气体分子的扩散速率与温度的平方根成正比， 因而温度升高，吸附速率和解吸速率升高, 但是，吸附容量却随着温度的升高而减小，如果吸附周期不变，则吸附床层的吸附质流速一定，势必将在吸附周期内出现吸附质穿透的现象，从而产品纯度降低。当吸附温度在一定的 范围内降低时，吸附速率减小，吸附容量虽然增加，但是
16、在吸附床的吸附质流速一定的条件 下，会导致氮气还未被充分吸附就流到床层的出口，也使得产品纯度下降。同时解吸速度因 温度降低而变慢，解吸不充分，这样产率与纯度自然下降。这两种情况都会严重的影响产率， 因而，在设计制氧装置时，应选择对温度敏感性小一点的分子筛，在计算时，必须考虑温度 的影响，根据吸附容量修正吸附质流速、吸附压力等诸因素。三、结论：1、锂低硅制氧分子筛促进了变压吸附制氧的快速发展，对提高制氧产率、降低能耗具有重要意义。2、锂低硅制氧分子筛在使用时应考虑吸附速率、压力和温度的影响，通过实验，选择合适的修正系数，可以充分的发挥锂低硅制氧分子筛的高吸附容量、 高分离系数的特性, 大幅度的提高变压吸附制氧的产率，降低能耗。 3、洛阳市建龙化工有限公司生产的锂低硅制 氧分子筛具有吸附性能好，分离系数高，产品的综合性能达到国际先进水平。第6页共6页