空分设备的防爆、乙炔和碳氢化合物的净除(下)
四、空分设备中的防爆措施
窄分设备中危险杂质曲净化方法如袭3—13所示。
空分设备中净除碳氢化合物主要方法是吸附法。有的空分流程中采用液相吸附，有的空
分流程中采用气相吸附。
1． 采用液相吸附净除碳氢化舍精
空分流程图如图3—56所示。下塔底部引出的液空节流八上塔， 第一级吸附器(液空吸
附器)就配置在此管线上，去除原料空气中的碳氢化台物。第二级吸附器(液氧吸附器)配置
在波氧循环管线上， 液氧从主冷中引出， 经液氧吸附器再回到主冷中， 净除液氧中的碳氢化
合物。
液空吸附器和液氧吸附器中的吸附剂， 一般采用细孔硅胶。硅胶能净除C H 和少量的
C。H。， 却不能清除C 、C H。、C。H 和C H 等杂质。
碳氢化合物通过硅腔床层的透过顺序如下：
CH广C2H日一C3H8一C2H4一CO2一C3H6一C2H2
90K时，硅胶吸附各种溶解在液氧中的碳氢化台物，如图3-57所示。
CH 在液氧中溶解度大，而且蒸汽压高， 所以进入主冷中的CH 能随气氧选出。 Ha
和C。Ha在液氧中溶解度大，不致构成爆炸的危险，如果排放少量的液氧，它们能随液氧从
主冷中排出，可减少它们在液氧中的积聚。
液空吸附器和液氧吸附器的具体配置，各种空分流程不同，一般液宅吸附器设置两个，
液氧吸附器设置一个。如果吸附器吸附效率为99％，不同配置时主冷中乙炔浓度与吸八空气
中乙炔浓度的关系如图3-58所示。
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I 9 9 0年第5孀 深冷技术
表3～ 13 空分设备中危险杂质的 争化方法
·35 ·
化 狰他 i)=c ·l|蛙 瞪附齐l催他卉1
佗愠眨℃ _冉生温度℃ i 际 趣 浒除投果
汝 介质 蔷 绒 料
常温或低于 进u沮度Z50~ 3呻 ¨=O、CO > 99 ， 耐饱和
气 窜气 嗳附器 5A或13x甘子筛 温， 5～10 出口温度120～150 C 2H：噩其它硪 碳氢化音柳驶乙擗
杳兀 ℃ 为宜 氢化l^柳 的净陆效果较差
暖 进n温度150~ IB{} (：o：
，C H 及 叫～q8％ ， 对己
附 宅气 暧I： J器 细孔硅瞳或铝胶 ≤ 一1 zⅡ 出口温度6o～B0 其它碳氯化古物 烷， 乙烯的净际效
果鞍差(<1O )
液椒 渡空业 出口温度 35～ 50 C H 2韭其它 C H 1 9O～95％
吸附滞 细 刮Ⅱ奎 ≤ 一1T0 ℃ F保持 时 碳氢化台钧 它C
吸附 涟最 。H 50～60
嵇 空气 · 世式拽 板翅是面或再 搋 i 儿 O、CO2、 C!H：卵石80～
热嚣或蓄 填牡 【：：H：殛 它硪 90 ， 其它C H
抟器 氢化音物 卵石40
E法 窄气 纯化器 锹 化剂 (：=H： CS：要 杂质原始古量
其它碳氢化台物 ≤ippm对清除效
图3—57 硅胶对某些溶解在液氧中
的碳氢化合物的吸附等温线(90K )
采用液空吸附器、液氧吸附器和排放I 产品氧的液氧三种净化措施，不同配置时乙炔
在各种净化措施中去除的百分率是不同的，如表3一l4所示。
液空吸附器和液氧吸附器切换时， 主冷中乙炔含量会上升， 切换后经过一定时间又恢复
到正常含量。某台10000m ／h空分设备中，吸附器切换时主冷中乙炔含量的变动情况如图3
— 59所示。
器e如图3-60所示。液空吸附器有两个作 3 m59 lO000m~／h空分设备中
用： 一是击除液空中的碳氢化合物， 重点是 主净乙炔含量变化曲线
乙炔； 二是过滤固体COz和硅胶粉末。液空 。一表示液氧吸附 再生时乙烘含量
从吸附器下部进入， 先经过吸附剂床屠， 后 ·一表示液空吸附器再生时乙炔含量
通过过滤器， 从顶部流出。
吸附剂为细孔硅胶， 粒度 4～ 8 mm，装予上、下锥体之 ，硅胶层高1800 mm，液空
在吸附剂内流建为50~60 cm ／min·cm 。锥体上装有二层1．25号不锈钢丝刚。硅胶从容器
上部装入， 从底部卸出。
液空吸附器内， 流速为0．004~0．O1 m／s时硅胶对乙炔的动吸附值为0．15～O．28 (质
量)。乙炔的吸附效率90~95 ，清除C 上碳氢化台物的效率为50~60 。考虑到“共吸
附”的影响， 为了保证硅胶对乙炔具有最大的吸附容量，应尽量减少液空中CO。量， 有的规
定进入液空吸附器之前的液空中COz含量小于3．5 ppm。
过滤筒共十个，一个大滤筒，一个中心滤筒，八个小滤筒，每个滤简装有1．25号黄铜丝
网两层， 中间夹一层0．701号磷铜丝网。滤筒的平均过滤表面速度为0．005m／s。
液空吸附器工作周期为7～10天。再生气体为干燥氮气或空气，气量1200~1400 ITI。／h，
流速为1～ 2升／分·厘米 ， 进口温度为90℃ ， 出口温度达到30℃ 时再生结束。
(2)10000 m。／h空分设备的液空吸附器。如图3—61所示。过滤筒只用一个， 硅胶从顶
部加入， 下部放出。液空在吸附器内的流速为35~45厘米。／分·厘米 。
有的空分设备上吸附器和过滤器是两个独立的设备， 也有过滤器放在液空吸附器之前的
配置。
液氧吸附器结构与液空吸附器相同。
2． 采用气相吸附净除碳氢化合物
常温气相吸附净除碳氢化合物的空分流程如图3—62所示。吸附器设置在空压机之后，
吸附温度5~lO~C，CO。、H。O和碳氢化台物在吸附器内“共吸附”净除。
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1 9 9 0年第5期 深冷技术
困3—60 6000m ／h空分设备
的液空吸附器
吸附剂目前采用13X分子筛， 或活性氧化
铝和13X分子筛组合的复式吸附剂。
分子筛除了可净除H zO、COz外， 还可以
清除C H ，C H 和C ，而CH 、C H 无法
吸附， Ha和C：H．仅能除去90 左右。
碳氧化台物通过分子筛床层的透过顺序如
下：
牌3-61 10000 m。／h空分设备的
液空吸附器
图3— 62 常温分子筛净化的
宜分流程
／ C2Hn
CH4一c2He cO。 c2Hr—c3He— c4
＼CBH8／
碳氢化合物沿着分子筛吸附器床层的分布情况如图3—63所示。
如果原料空气中CzHe含量太于2 ppm，可设置使用分子筛为吸附剂的液氧吸附器，如
图3—64所示。原料空气中C H 含量为10 ppm 时， 主冷浓氧中C He含量增加情况如图3
— 65所 90K时分子筛对液氧中碳氢化合物的平衡吸附量如图3—63所示。
圈3—63 碳氢化合物沿着吸
附器床层的分布情况
A一运转开始时碳氢化台物的位置
B一运转结束时碳氢化台物的位置
圉3— 67 带有低温气相吸附器的空分流程
图3— 64 配有C H 吸附器的分
子筛型空分设备
1． 分子筛吸附器2．C2H 吸
附器3． 液氧循环泵
图3一G6 90K时分子筛对液氧中碳氢
化合物的平衡吸附量
低温气相吸附净除碳氢化台物的空分流程
如图3 m 67所示。低温气相吸附器设置在主热
交换器的冷端。吸附剂采用硅胶， 硅胶除吸附
碳氢化合物外，还能净除COz。
低潞F碳氧化台物通过硅胶床层的透过顺
序如下：
CH 一C H 。一C：H 一C。H 一C Hz— C3He— Ct
一些碳氢化台物在低温气相吸附器内浓度
的变化情况如图3— 68所示。
空分设备中足设置一个低温气相吸附器
时， 则应配置一个液氧吸附器， 清除液氧中的
乙炔。配置两个低温气相吸附器，则无需再殴置液氧吸附器。
低温气相吸附器阻力迭O．2巴，结构庞大，樽生时冷损大， 操作周期长。
上述采用液相吸附和采用气相吸附净除碳氢化合物的比较如嵌3— 15所示。
3． 用排孜液氧排除主 争液氧中碳氢化合特
陶3— 68 一些碳氢化合物在低温气相吸附器内浓度变化情况
表3— 15 不同类型吸附嚣中碳氢化台物透过顺序
· 39 ·
所需功率为压缩机
称 透 过 杂 幔 暇 附 质
轴功率的百分比
澈 啦附器0 3
谴氧吸附器
低温气相吸跗器
常温分子筛嗳跗器
排放液氧能使液氧中碳氢化台物瞳之排出，降低“主冷”液氧中碳氢化台物的含量。
排放1 、5 和50％ 的液氧使液氧中杂质浓度降低其变化俯况如图3-69所示。
图3—69 主夸中去除碳氢化合物 目3—70 常温分子筛净化的空分
的变化率 设备液氧最低排放量
排艘液氧的百分率，a 50 b 5％ ，C 2 ．d 1
原料空气中CH 、C H。隳l C。H 越多，连续排放量也应增加。空气中不同CzHn含量和
CH 含量时，液氧虽低排放量如图3-70所示。例C 2H6和CzH 总和为1．7 ppm，CHt为
2 ppm，则横坐标1．7 ppm 与CH =2ppm 斜线相交，对应的纵坐标即为最低排放量0．8％
氧产量。
4． 爆炸危险杂质许可含量的控制
空分设备的防爆昧采用碳氢化台物的净昧措施外， 通过刘危险杂质许可台量的控制也可预防爆炸。
(1)液氧申危险杂质许可含量的控制
液氧中危险杂质许可含量可根据各类杂质在液氧内溶解度极限或爆炸下限来控制。由于
碳氢化合物种类较多， 实际操作难以逐一控制， 因而除对乙炔单独控制外， 常常是控制碳氢
化合物的总含量。
推荐一种控制方法； 许可含量上限定为液氧中其溶解度的1～ 2 ， 或为其爆炸下限的
1～ 2 ，取较低者。
各国公司对液氧中乙炔和碳氧化合物含量的控制值如表3 m16所示。
表3一l6 各国，^、司液氧中乙娩、碳氢化合物含量标准
法国空气液化公司对下塔液空中乙炔含量加 控制，液空中乙炔含量小于2 ppm 为正
常，太于3 ppm 则停车。液空吸附器后液空[ 乙炔含量大于0．5 ppm则要切换吸附器。
(2)原料空气中危险杂质许可含量的控制
原料空气t}1危险杂质的许可含量， 根据各类杂质在液氧内不致积聚超过许可含量的条
件米考虑。表3一l7列出了各类杂质在无任何净化措施条件下按液氧内溶解度、爆炸极限及
平衡常数K计算所得的吸^空气内的极限许可含量。
不同空分流程对各类杂质的净化措施不同，根据净除效率、运转周期和液氧内杂质许可
含量，米控制吸^空气内各类危险杂质的极限许可含量
各国公司对大气中乙焕和碳氢化台将含量的控制值如表3一l8所示。