空分設備中,分子篩純化系統設置在空氣預冷系統之后。被壓縮的空氣經過空氣預冷系統冷卻后,空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物等仍然存在。如果空氣不經純化處理,被凍結下來的水分和二氧化碳沉積在低溫換熱器、透平膨脹機或精餾塔里,就會堵塞通道、管路和閥門,乙炔積聚在液氧中更有爆炸的危險。 因此分子篩純化系統的作用就是清除空氣中所含的水分、乙炔、二氧化碳、丙烯和丁烯等雜質,從而保證空分設備長期安全、可靠的運行。

 

　　目前，國內空分設備使用的空氣純化器，按放置方式來分有立式和臥式兩，從結構來分有單層床和雙層床兩種。立式空氣純化器具有占地面積小的優點，而臥式空氣　　純化器結構雖然較為簡單，但占地面積較大，因而使用場合具有局限性。單層床中使用的吸附劑是分子篩，承擔著吸附水分、二氧化碳及碳氫化合物等有害組分。單層床和雙層床相比，雙層床具有以下優點：

 

　　（1）氧化鋁對空氣中的酸性組分( 例如s02、no2、hcl等)部分可以吸附，而這些酸性組分對分子篩是有害的，因為它可以和分子篩吸附的水分生成酸，使分子篩的晶格受到破壞，即分子篩中毒，損害了分子篩的性能。采用雙層床后，預先用氧化鋁將水吸附，這就對分子篩起了良好的保護作用，延長分子篩的使用壽命。

 

　　（2）分子篩對水較氧化鋁有較強的親合力，因而解吸時消耗的能量要多；用氧化鋁來去除水，可降低再生能耗。

 

　　（3）吸附水分所需的分子篩用氧化鋁代替，可節省成本，因氧化鋁的價格比分子篩要便宜得多。在相對濕度100 %(即飽和)的空氣中,活性氧化鋁的吸濕性能更優于分子篩，在吸附床下層用氧化鋁吸附飽和空氣中的水分后,待水分的濃度在氧化鋁處降低后,再利用上層的分子篩進行深度吸附。

　　分子篩的結構及性能參數：

 

　　分子篩是人工合成泡沸石,硅鋁酸鹽的晶體,呈白色粉末狀,加入黏結劑后擠壓成條狀、片狀和球狀。分子篩無毒、無味及無腐蝕性,不溶于水及有機溶劑,但能溶于強酸和強堿。分子篩經加熱失去結晶水, 晶體內形成許多孔穴, 其孔徑大小與氣體分子直徑相近,且非常均勻。它能把小于孔徑的分子吸進孔隙內,把大于孔隙的分子擋在孔隙外。因此,它可以根據分子的大小,把各種組分分離，“分子篩”亦由此得名。

 

　　空分設備專用13x 型分子篩在高溫、低分壓下亦具有良好的吸附性能, 相對于5a型分子篩等能吸附加工空氣中更多種類的有害雜質。20世紀80年代，開始逐步用13x型分子篩代替5a型分子篩用于空分設。由于13x型分子篩晶胞為體心立方,而5a型分子篩晶胞為一般立方體,晶體結構不同, 前者結構穩定性好。13x型分子篩孔徑為10ua,其吸附孔徑大于其它分子篩 ,這便于吸附、解吸，晶穴體積大,比表面積也大,其吸附容量高,擴散也快，透過曲線斜率較大,故其傳質區較短,吸附速度快。13x分子篩是利用壓力差降的作用，產生co2 吸附的良好效果。目前空分設備分子篩純化系統常用分子篩條狀比球狀有較優越的傳質特性,處理同樣的氣體需要的分子篩較少。球狀的堆積密度比條狀大,在同樣的分子篩量下能使吸附器體積減小。

 

　　分子篩的再生機理：

 

　　經空冷塔冷卻后的空氣一般在5℃～20℃溫度下進入分子篩吸附器內被吸附凈化。水分、乙炔和二氧化碳都是極性或不飽和分子。分子篩對它們都有很強的親和力。分子篩的共吸附性能使它可以在吸水的同時還可以吸附其他物質,這種親和力的順序是:水分>乙炔>二氧化碳。由于是共吸附,勢必會使分子篩對每種組分的吸附容量減小。在出吸附劑床層的空氣中很快會出現甲烷(ch4)和乙烷(c2h6),接著乙烯(c2h4)和丙烷(c3h8)幾乎與二氧化碳同時在出吸附劑層的空氣中出現；以后才依次出現乙炔(c2h2)、丙烯(c3h6)、丁烷(c4h10) 和丁烯(c4h8)。由于分子篩吸附器的工作周期需要在出口空氣中出現二氧化碳之前結束, 即切換, 空分裝置一般配置兩臺純化器，正常工作時，一臺吸附，吸附時間一般為3小時左，吸附壓力為0.5mp，另一臺再生，壓力為 0.005mp，溫度為150℃，兩臺交替運行。這表明乙炔、丙烯、丁烷和丁烯等雜質不能隨空氣進入空分設備冷箱內。在分子篩吸附器的設計中, 除選用性能好的吸附劑外,吸附劑的再生也不容忽視。即利用加熱脫附原理，以出冷箱的污氮氣作為再生載體，通過再生蒸 汽加熱器(e08)加熱，完成再生。如果再生不完全, 必定會影響下一個周期的吸附效率。若如此循環下去,最終將使吸附過程無法持續進行。為此系統配置了電加熱器（e09）實施高溫特殊再生，特殊再生時，溫度甚至高達300，來完成系統長周期運行或吸附劑受到意外污染吸附劑吸附能力下降，使其恢復正常吸附性能。