CN102657995B - 深冷空分装置的吸附系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深冷空分装置的吸附系统，采用两级分子筛纯化器组件，用于脱除深冷空分装置入口空气中的杂质，深冷空分装置的吸附系统包括：第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件，第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件构成两级串联吸附结构，其中，第一级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第一分子筛纯化器(S11、S12)，第二级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第二分子筛纯化器(S21、S22)。本发明有效地解决了现有技术中分子筛吸附效率低、空分装置空气吸入口处二氧化碳等杂质严重超标或者纯化器因边流效应或偏流现象等原因导致吸附系统出口处二氧化碳超标的问题。

Description

深冷空分装置的吸附系统

技术领域

本发明涉及深冷空气分离技术领域，具体而言，涉及一种深冷空分装置的吸附系统。

背景技术

一、现有深冷空气分离技术现状

纯氧、纯氮是石油化工、煤化工、冶金等生产企业大量消耗的物料之一，空分装置是这些企业的重要配套装置，虽然近年开发的变压吸附和膜回收技术可以实现空气中氮氧分离的目的，但是这两种方法制得氮和氧的纯度、实现装置的大型化要求等方面均不能与深冷低温精馏法相比。深冷空气分离技术是目前应用最广泛、最成熟、制得氧和氮的纯度高、装置大型化最成功的空气分离方法。

深冷空气分离技术的工艺过程通常为：空气经气动自洁式空气过滤器过滤后，进入空气压缩机，压缩至约0.575MPa(A)左右，然后经空气冷却系统冷却至13℃左右进入分子筛纯化器脱除空气中的水、二氧化碳、微量的烃类、氧化亚氮等杂质。净化后的空气通过空气增压后膨胀或冷却、低温精馏等过程将空气经低温液化后，再利用氧、氮、氩等沸点不同的特点，实现空气分离制氧、制氮、制氩气等惰性气体。空气分离过程的冷量来源于空气增压透平膨胀机。深冷低温精馏工艺一直伴随着空分装置的发展，属于最为传统、最为成熟的空气分离技术。

空气中必然含有水、二氧化碳等杂质，目前各深冷空分技术都设置了用于脱除水、二氧化碳等杂质的纯化器。但是空气吸入口处二氧化碳或水含量上升、纯化器吸附末期、由于纯化器切换等原因引起冲床、设备大型化设计引起的流体力学问题等原因，纯化器出口空气中的二氧化碳时常超标，空气中的二氧化碳等杂质进入冷换系统、精馏塔，影响氧的产量和质量、二氧化碳冻结成固态堵塞气体流动的通道而导致装置无法运行的情况时常出现，建国以来由于烃类等各种杂质进入冷冻精馏系统导致我国制氧厂颇具规模的爆炸就有上百起之多，马来西亚等国外的空分装置也发生过爆炸事故。

目前各种深冷空分技术通常设置了2台纯化器，纯化器采用双床层或单一床层结构。双床层下部为机械强度较大、对水具有很高吸附能力的活性氧化铝，上部为对二氧化碳和烃类杂质等有良好吸附性能的分子筛吸附剂。在吸附过程中，首先被吸附的是水分，然后是二氧化碳和其他碳氢化合物。运行时2台纯化器交替工作，其中1台工作时，另1台再生，再生的气源为空气深冷分离系统输出的污氮，加热再生污氮的热源采用蒸汽或电。事实上吸附和解吸过程是同时进行的，只不过未达到饱和前的瞬时吸附量大于解吸量。当具有一定吸附质浓度的空气开始以恒定流速进入纯化器时，在吸附质与吸附剂充分接触后，被吸附的量不断提高。为保证深冷空分装置冷冻精馏系统的安全运行，纯化器再生前大部分吸附剂的吸附量没有达到饱和，纯化器出口二氧化碳等杂质的含量在0.2PPm左右。在设计的吸附时间结束前纯化器出口处二氧化碳含量曲线明显上扬并超过1PPm的情况下，应切除进入冷冻系统的空气，防止二氧化碳进入空分装置的冷冻系统在换热器内因低温固化而堵塞换热系统的管路，而导致空分装置无法正常运行。为使吸附质从吸附剂表面脱离下来恢复吸附剂的吸附能力，必须对吸附剂进行“再生”。只采用一级分子筛纯化器净化空气时，为了满足深冷空分装置对二氧化碳含量的要求，纯化器再生前存在上层吸附剂的吸附量距离饱和吸附量有很大的差距，因而造成了再生过程加热能耗的无效消耗和再生氮气的损耗。

虽然利用分子筛吸附和再生的过程实现脱除空气中二氧化碳和水等杂质的技术简单而且应用普遍，但是近十年化工和冶金行业产能扩建迅速，装置大型化和园区化成为趋势，空分设备等级不断提高。随着空分装置大型化、空分装置所处的运行环境空气组成复杂化的变化趋势，分子筛对杂质的物理吸附速率不能适应空分装置空气入口处杂质含量瞬时大幅度超标的状况，给空分设备的设计和平稳运行带来了很大难度。

二、大型化和园区化形势下，大型空分装置设计和平稳运行的难点

化工和冶金行业的现状和发展趋势是大型化、园区化。空分装置在设备大型化的应用过程中，受流体力学、吸附动力学的影响纯化器出口二氧化碳含量超标成为常见的现象，园区化的建设模式也会因园区内污染源排放点多、污染源在风力及气压变化的情况下无规律地扩散，造成空分装置空气吸入口处二氧化碳、烃类等杂质含量超标的状况，纯化器不能应对杂质大幅度地超标导致进入深冷空分装置冷冻系统空气中二氧化碳或其它杂质的含量超标，会影响氧的产量和质量、出现换热系统的管路堵塞而导致装置停车的故障。大型化和园区化的运行环境中深冷空分装置采用单级纯化器完全脱除空气中二氧化碳和水等杂质的难点、纯化器出口空气中二氧化碳或其它杂质超标的原因主要如下：

在大型化的设计过程中面临着设备放大的流体力学设计和设备运输受限等风险。卧式垂直气流纯化器是目前国内大中型空分设备所采用的主流形式，随着其结构尺寸的不断增大，难以保持分子筛床层平整，纯化器内气体分布不均匀、死空间区域增大、边流效应、偏流现象和分子筛粉化等问题在装置运行过程中时常出现，使得分子筛吸附层提前“穿透”，导致吸附或再生效果不佳，甚至出现在纯化器内未脱除的二氧化碳进入冷冻系统结冰而堵塞换热器。分子筛纯化系统的效能还受空气温度、流速、压力以及吸附剂再生的完善程度和吸附床高度等因素影响，而且与纯化器的结构设计有关。分子筛装填结束时，没有将床层上平面耙平，使分子筛厚薄不均，水平度不够，局部形成短路；或者是某次开车造成气流冲击，在分子筛局部床层形成凹坑，使部分气流短路，均会引起纯化器出口空气中的二氧化碳含量超标。

大型空分装置在设备启动时，压力波动幅度过大分子筛床层易受到比较大的冲击，导致床层不平整，也可能导致分子筛粉碎过多，影响吸附效果，导致纯化器出口空气中二氧化碳含量超标。在吸附过程中，首先被吸附的是水分，然后是二氧化碳和其他碳氢化合物。夏季高温多湿的环境下，吸附的水分多了，吸附二氧化碳的能力自然大大降低，有可能导致二氧化碳含量超标。分子筛纯化器在满负荷运行时，在分子筛吸附程序的后期，易出现二氧化碳穿透吸附剂床层而导致超标的故障。立式轴向气流纯化器、立式径向气流纯化器也不能在设备大型化的过程中完全避免导致纯化器出口二氧化碳含量超标的情况。

园区化的发展趋势导致园区内装置多，一些装置排放的含烃类气体扩散至空分装置的空气吸入口，提高了纯化器的负荷，导致吸附剂对二氧化碳的吸附能力下降；化工园区内装置多、二氧化碳等污染物排放源多，在风向和风力变换的作用下，锅炉、热电等装置排放的烟气等污染源扩散到空分装置空气吸入口附近，进入纯化器的空气中二氧化碳、烃类、氧化亚氮等杂质含量显著上升的现象在化工园区时常出现，二氧化碳等杂质进入空分装置的冷冻换热系统后结冰致使换热器或相应管道堵塞、装置操作参数难于调节而导致停车的局面时有发生。

化工园区多套装置密集排布，在风向和风力变换的情况下，各类气体污染源扩散范围的变化不可调控和避免，若空气过滤器进口大气中杂质含量高，尤其是园区内烟囱排放的氧化亚氮、乙炔、碳氢化合物进入空分装置的冷冻系统后将会引发深冷空分装置换热器堵塞甚至爆炸的事故。目前有的工厂或空分技术的专利商按照空气中二氧化碳的含量为400-500PPm设计纯化器的处理能力，设计值虽然远高于空气中正常工况下的二氧化碳等杂质的含量，但是在污染源扩散至空分装置空气吸入口附近区域时仍存在纯化器出口杂质含量超标的情况。同时由于分子筛的装填量大增加了再生过程的能耗和污氮消耗。

发明内容

本发明旨在提供一种深冷空分装置的吸附系统，以解决现有技术中分子筛吸附效率低、空分装置空气吸入口处二氧化碳等杂质严重超标或者纯化器因边流效应或偏流现象等原因导致吸附系统出口处二氧化碳等杂质超标的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种深冷空分装置的吸附系统，采用两级分子筛纯化器组件，用于脱除深冷空分装置入口空气中的杂质，深冷空分装置的吸附系统包括：第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件，第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件构成两级串联吸附结构，其中，第一级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第一分子筛纯化器，第二级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第二分子筛纯化器。第一分子筛纯化器和第二分子筛纯化器内均装填具有吸附空气中的水和二氧化碳等杂质的吸附剂。目前深冷空分装置单级纯化器再生前的吸附率约为1.5％左右，本发明在生产运行过程中第一分子筛纯化器内分子筛再生前的平均吸附率提高至3％左右，由于空气质量或纯化器内流体因素导致第一级分子筛纯化器组件出口处二氧化碳和水含量在1ppm以上的空气进入第二级分子筛纯化器组件进一步深度脱除空气中的杂质。

进一步地，第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件之间设置有用于在第一级分子筛纯化器组件再生过程的中后期将不含水和二氧化碳的冷吹氮气送至第二级分子筛纯化器组件的再生氮气入口处以对第二级分子筛纯化器组件进行再生的进气管路。

进一步地，第一级分子筛纯化器组件的冷吹氮气出口处设置用于控制第一级分子筛纯化器再生过程氮气放空或送至第二级分子筛纯化器氮气再生系统的开关阀，回收第一级纯化器冷吹氮气进气管路的第一端连接在开关阀的上游，进气管路的第二端连接在第二级分子筛纯化器组件的再生氮气入口端。

本发明的吸附装置通过将第一分子筛纯化器的吸附工作时间由现有技术中的4小时提高至6小时以上，从而缩小了再生前分子筛吸附量与饱和吸附量的差距，进而提高吸附剂的吸附效率和再生效率，使第一分子筛纯化器内分子筛的吸附效率提高。由于延长了第一分子筛纯化器的吸附率，第一分子筛纯化器出口端空气中的二氧化碳含量有所提高，空气压缩机出口的空气经降温后进入第一级分子筛纯化器组件，使空气中的二氧化碳和水的含量降至1PPm～10PPm左右；此时，第一分子筛纯化器出口端的空气进入第二级分子筛纯化器进一步脱除二氧化碳等杂质，确保空气中的杂质含量降至0.2PPm左右后进入冷冻系统。由于第二级分子筛纯化器入口端空气中的二氧化碳等杂质含量在1～10PPm左右，远低于大气中二氧化碳正常含量在200～400PPm的范围，第二级分子筛纯化器因空气中的吸附质浓度低而对二氧化碳等杂质具有高的脱除效率；同时在空气中二氧化碳等杂质含量正常的情况下，第二分子筛纯化器的吸附时间甚至可以延长至400小时以上，第二级分子筛的再生频率很低。由于设置两级结构，使得本发明的吸附装置能够在空气中的二氧化碳含量超标一倍以上仍能够平稳运行。当空分装置空气吸入口处二氧化碳等杂质含量严重超标、高于正常值的20％以上时，可以通过缩短第一级或第二级分子筛纯化器吸附时间的方式，避免二氧化碳等杂质穿透吸附剂床层后进入空分装置的冷却系统，从而保证空气中二氧化碳等杂质含量超标的情况下，深冷空分装置能够满负荷地平稳运行。

通过延长吸附剂吸附-再生的周期，使切换损失减小，分子筛及阀门的使用寿命延长，同时减少因切换引起的压力波动次数，保持深冷精馏系统工况稳定，采用长周期设计可以减少再生污氮的消耗量和再生加热过程的能量消耗，这样更有利于空冷系统的工作，使二者之间形成良好的匹配，彼此良性循环，使二个系统保持长期可靠稳定运行。

在空气中二氧化碳等杂质含量正常的情况下，第一分子筛纯化器的吸附时间得到延长，对杂质的吸收率可提高一倍至3％以上，吸收率的提高使得分子筛装填量得以下降，因而第一级分子筛纯化器组件吸附剂再生时消耗的污氮流量下降，在同样再生温度下消耗的加热能耗下降。在空气中二氧化碳等杂质含量不变的情况下，本发明的吸附装置吸附剂再生过程的能量消耗比单级纯化器低25％以上。

本发明的吸附装置中第一和第二分子筛纯化器的体积小于现有技术分子筛纯化器的体积，两个第一分子筛纯化器和两个第二分子筛纯化器中的分子筛吸附剂的总装填量较现有技术中两个分子筛纯化器的分子筛吸附剂的总装填量增加不大。通过减小纯化器的规格，降低了因纯化器的结构尺寸增大，带来的气流分配不均匀、难以保持分子筛床层平整、死空间区域增大、边流效应、偏流现象和分子筛粉化等现象出现的频率，降低分子筛吸附层提前“穿透”，导致吸附或再生效果不佳、能耗增加的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的深冷空分装置的吸附系统的实施例的连接示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合参见图1，根据本发明的深冷空分装置的吸附系统的实施例采用两级分子筛纯化器组件，用于脱除深冷空分装置入口空气中的杂质，深冷空分装置的吸附系统包括：第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件，第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件构成两级串联吸附结构，其中，第一级分子筛纯化器组件包括并联设置的第一分子筛纯化器S11和S12、吸附剂加热再生过程的用于氮气加热的加热器E1，控制第一级分子筛纯化器组件吸附-再生过程切换的开关阀V1-V4、V6-V12等；调控第一分子筛纯化器再生过程氮气排放去处的开关阀V5；装置开停工过程的手动阀门、再生氮气排放管线上的导淋阀V13等。第二级分子筛纯化器组件包括并联设置的第二分子筛纯化器S21和S22，吸附剂再生过程的氮气加热器E2，控制第二级分子筛纯化器组件吸附-再生过程的开关阀V20-V22、V26等。

空气压缩机出口的空气经降温后进入第一级分子筛纯化器组件，使空气中二氧化碳和水的含量降至1PPm～10PPm左右。本实施例的吸附装置通过将第一分子筛纯化器的吸附工作时间由现有技术中4小时有基础上延长，从而缩小了分子筛再生前的吸附量与饱和吸附量的差距，进而提高吸附剂的吸附效率和再生效率，纯化器使第一分子筛纯化器内分子筛的吸附性能得到更高效率的利用。由于延长了第一分子筛纯化器的吸附工作时间，第一分子筛纯化器出口端的空气中的二氧化碳含量有所提高，此时，利用第二级分子筛纯化器进一步脱除二氧化碳等杂质，使空气中的杂质含量降至0.2PPm左右后进入冷冻系统。由于第二级分子筛纯化器入口端空气中的二氧化碳等杂质含量在1～10PPm左右，远低于大气中二氧化碳含量在200～400PPm或更高的数值，因而第二级分子筛纯化器因为空气中的杂质浓度低而对二氧化碳等杂质具有更高的脱除效率，并且可以大大延长第二分子筛纯化器的吸附时间，从而降低分子筛的再生频率。由于设置两级结构，使得本实施例的吸附装置能够在空气中的二氧化碳含量超标一倍以上仍能够满负荷地平稳运行。

通过延长吸附-再生的周期，使分子筛及阀门使用寿命延长，床层切换的损失减小，同时减少因切换引起的压力波动次数，保持主塔工况稳定，采用长周期设计可以减少再生污氮量，这样更有利于空冷系统的工作，使二者之间形成良好的匹配，彼此良性循环，使二个系统保持长期可靠稳定运行。同时也因为再生频率降低而节约吸附剂再生过程的能耗。

在空气中二氧化碳等杂质含量正常的情况下，第一分子筛纯化器的吸附时间得到延长，对杂质的平均吸附率可提高一倍至3％以上，平均吸附率的提高使得分子筛装填量得以下降，因而第一级分子筛纯化器组件吸附剂再生时消耗的污氮流量下降，在同样再生温度下消耗的加热能耗下降。在空气中二氧化碳等杂质含量不变的情况下，本实施例的吸附装置吸附剂再生过程的能量消耗比单级纯化器低25％以上。

本实施例的吸附装置中第一和第二分子筛纯化器的体积小于现有技术同等产氧规模空分装置中所设计纯化器的体积，两个第一分子筛纯化器和两个第二分子筛纯化器中的分子筛吸附剂的总装填量较现有技术中两个纯化器的内吸附剂的总装填量增加不大。通过减小纯化器的规格，降低了因纯化器结构尺寸增大带来的气流分配不均匀、难以保持分子筛床层平整、死空间区域增大、边流效应、偏流现象和分子筛粉化等现象出现的频率，降低纯化器吸附层提前“穿透”而导致吸附或再生效果不佳、能耗增加等问题。

在一种优选的实施方式中，第一级和第二级分子筛纯化器组件之间设置有用于在第一级分子筛纯化器组件再生过程中后期将不含水和二氧化碳的冷吹氮气送至第二级分子筛纯化器的再生氮气入口处以对第二级分子筛纯化器组件进行再生的进气管路。

优选地，第一级分子筛纯化器组件的冷吹氮气排放管线上设置有开关阀V5，回收第一级纯化器冷吹氮气进气管路的第一端连接在开关阀V5的上游，进气管路的第二端连接在第二级分子筛纯化器组件的再生氮气入口端。如图1所示，为了方便控制，可以在冷吹回收进气管路上设置开关阀V31。

上述结构充分利用第一分子筛纯化器S11或S12再生过程中后期冷吹时排放的高温氮气作为第二分子筛纯化器S21或S22再生的气源，有效地回收了热量和排放的氮气，同时节省了第二分子筛纯化器S21或S22再生的氮气消耗，解决了部分企业富余氮气不足或由于空气中杂质含量严重超标时分子筛再生频率提高引发氮气的来源不足问题。

如图1所示，第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件之间设有第一二氧化碳含量在线分析仪A1，第二级分子筛纯化器组件的出口端下游设置有第二二氧化碳含量在线分析仪A2。

第一分子筛纯化器出口处设有二氧化碳含量在线分析仪A1，用于监测第一分子筛纯化器空气出口处的二氧化碳含量，并做为调节和启动分子筛纯化器再生操作的依据，同时也做为因空气中二氧化碳严重超标的工况下，是否降低空分装置负荷的依据。

二氧化碳含量在线分析仪A1通过二氧化碳等杂质含量调整第一级分子筛纯化器的吸附-再生周期，避免再生过程的能量和物料浪费。长期处于备用状态的第二分子筛纯化器能够应对空气中二氧化碳等杂质含量瞬时超标、夏季空气湿度过大导致第一级分子筛纯化器的吸附能力不足、第一分子筛纯化器吸附末期、冲床等各种引发第一分子筛纯化器出口空气中杂质超标等情况，使空分装置的操作具有较强的灵活性。

进而实现吸附装置吸入口空气中二氧化碳超过800PPm也能够满负荷地平稳运行，入口空气中二氧化碳超过1300PPm以上装置减负荷运行的目标。消除引发空分装置因换热系统堵塞、系统内二氧化碳、氧化亚氮、其它烃类超标引发的生产故障和事故。

优选地，第一分子筛纯化器S11和S12以及第二分子筛纯化器S21和S22均为立式轴向结构，第二分子筛纯化器以立式轴向或卧式结构为佳。

如图1所示，本实施例吸附装置的工作流程如下：

经空压机增压后的压缩空气经冷却后由阀V1进入第一分子筛纯化器S11(第一分子筛纯化器S11再生时由阀V10进入第一分子筛纯化器S12、由阀V11流出)脱除水和大部分二氧化碳后，通过阀V2及第一级二氧化碳在线分析仪A1，由阀V21进入第二分子筛纯化器S21(第二分子筛纯化器S21再生时由阀V20进入第二分子筛纯化器S22)进一步脱除微量的二氧化碳和烃类等杂质，以确保进入深冷空分装置冷冻系统空气中的杂质含量被深度脱除，最后通过阀V22进入下游系统。

第一分子筛纯化器S11和第二分子筛纯化器S12并联，通过吸附和再生过程的切换交替完成脱除空气中杂质的过程。第二分子筛纯化器S21和S22也按吸附和再生的切换过程交替地完成空气中杂质的深度脱除过程，在此不再赘述。

当第一分子筛纯化器S11达到设定的吸附时间或第一级二氧化碳含量在线分析仪A1指示的二氧化碳杂质超过生产控制的操作参数后，阀V10打开用于第一分子筛纯化器S12充压，充压结束后阀V11打开使第一分子筛纯化器S12进入吸附状态，阀V1和阀V2关闭使第一分子筛纯化器S11结束吸附程序。阀V6打开，来自系统内的污氮经阀V7进入加热器E1加热后，经阀V9和阀V3进入第一分子筛纯化器S11对第一分子筛纯化器S11内的分子筛加热再生，加热再生时间一般为1.5小时，加热再生过程的污氮经阀V4和阀V5放空。

加热再生过程结束后，阀V7关闭，阀V8打开，来自系统内的污氮经过再生氮气管路及阀V8和V3对第一分子筛纯化器S11内的分子筛冷吹。加热再生结束后如果第二级分子筛纯化器需要再生，冷吹开始后将排污管路上的排污阀V13打开排放再生过程在管线内累积的水份，冷吹20分钟左右后关闭阀V5，并打开阀V31，冷吹过程中后期的氮气经过冷吹回收进气管路送至阀V26所在管路，用于第二分子筛纯化器S21或S22内吸附剂的再生。第二分子筛纯化器的再生过程与第一分子筛纯化器的再生过程类似，在此不再赘述。

采用如图1所示的吸附装置的实施例，空压机压缩至约0.567MPa(A)然后冷却至12℃左右进入切换使用的第一分子筛纯化器。第一分子筛纯化器出口的空气进入第二分子筛纯化器进一步脱除二氧化碳等杂质，当一台在运行的时候，另一台被来自冷箱的污氮再生或再生后的准备吸附阶段。在吸附剂加热再生阶段，污氮气在再生加热器中用蒸汽加热至约160～170℃后送到分子筛纯化器。按照第一分子筛纯化器出口二氧化碳含量在1～10PPm或分子筛的切换周期约为10-12小时，自动切换。

下面的实施例与对比例均按产氧量60000Nm³/h，空气处理量295000Nm³/h的深冷空分装置为基准，比较吸附-再生过程的周期、再生过程的能量与物料消耗、对空气中杂质的脱除精度、吸附剂的装填量、纯化器的规格等指标，数据见表1至表4。

对比例中纯化器组件为2个并联的卧式纯化器；实施例1中第一分子筛纯化器为立式双层轴向流纯化器，第二分子筛纯化器为立式单层轴向流纯化器；实施例2中第一分子筛纯化器为卧式双层径向流纯化器，第二分子筛纯化器为立式单层轴向流纯化器。

表1至表4中列出了现有技术中的单级纯化器和本发明的两级纯化器在空气中二氧化碳杂质含量相同的情况下，通过调节两级纯化器的吸附工作时间而降低加热蒸汽的消耗和再生氮气消耗的情况。从数据可以看出：在空气中二氧化碳含量低于500PPm的情况下，由于延长了纯化器的吸附时间，使吸附-再生过程的周期延长、平均的加热蒸汽耗量节约12～15％，再生氮气的消耗降低8～30％。当空气中二氧化碳等杂质的含量达到1000PPm时，本发明的两级吸附系统对空气的净化效果能够满足深冷空分装置的运行，而单级纯化系统当空气中二氧化碳等杂质的含量达到500PPm时必须减负荷运行或者停工。

表1对比例与实施例分子筛纯化器的设置及吸附剂的装填量

表2对比例：单级卧式纯化器的吸附与再生情况

表3实施例1：立式与立式二级分子筛纯化器串联的吸附与再生情况

表4实施例2：卧式与立式二级纯化器串联的吸附与再生情况

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种深冷空分装置的吸附系统，其特征在于，采用两级分子筛纯化器组件，用于脱除深冷空分装置入口空气中的杂质，所述深冷空分装置的吸附系统包括：

第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件，所述第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件构成两级串联吸附结构，其中，所述第一级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第一分子筛纯化器（S11、S12），所述第二级分子筛纯化器组件包括并联设置的两个第二分子筛纯化器（S21、S22），其中，所述第一分子筛纯化器（S11、S12）和所述第二分子筛纯化器（S21、S22）内均装填具有吸附空气中的水和二氧化碳的吸附剂。

2.根据权利要求1所述的深冷空分装置的吸附系统，其特征在于，所述第一级分子筛纯化器组件和第二级分子筛纯化器组件之间设置有用于在所述第一级分子筛纯化器组件再生过程的中后期将不含水和二氧化碳的冷吹氮气送至所述第二级分子筛纯化器组件的再生氮气入口处以对所述第二级分子筛纯化器组件进行再生的进气管路。

3.根据权利要求2所述深冷空分装置的吸附系统，其特征在于，第一级分子筛纯化器组件的冷吹氮气出口处设置用于控制第一级分子筛纯化器再生过程氮气放空或送至第二级分子筛纯化器氮气再生系统的开关阀（V5），纯化器所述进气管路的第一端连接在开关阀（V5）的上游，所述进气管路的第二端连接在第二级分子筛纯化器组件的再生氮气入口端。