一、分子筛纯化系统简介
空分设备中,分子筛纯化系统设置在空气预冷系统之后。被压缩的空气经过空气预冷系统冷却后,空气中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物等仍然存在。如果空气不经纯化处理,被冻结下来的水分和二氧化碳沉积在低温换热器、透平膨胀机或精馏塔里,就会堵塞通道、管路和阀门,乙炔积聚在液氧中更有爆炸的危险。因此分子筛纯化系统的作用就是清除空气中所含的水分、乙炔、二氧化碳、丙烯和丁烯等杂质,从而保证空分设备长期安全、可靠的运行。
目前，国内空分设备使用的空气纯化器，按放置方式来分有立式和卧式两种，从结构来分有单层床和双层床两种。立式空气纯化器具有占地面积小的优点，而卧式空气纯化器结构虽然较为简单，但占地面积较大，因而使用场合具有局限性。单层床中使用的吸附剂是分子筛，承担着吸附水分、二氧化碳及碳氢化合物等有害组分。
单层床和双层床相比，双层床具有以下优点：
（1）氧化铝对空气中的酸性组分( 例如SO2、NO2、Hcl等)部分可以吸附，而这些酸性组分对分子筛是有害的，因为它可以和分子筛吸附的水分生成酸，使分子筛的晶格受到破坏，即分子筛中毒，损害了分子筛的性能。采用双层床后，预先用氧化铝将水吸附，这就对分子筛起了良好的保护作用，延长分子筛的使用寿命。
（2）分子筛对水较氧化铝有较强的亲合力，因而解吸时消耗的能量要多；用氧化铝来去除水，可降低再生能耗。
（3）吸附水分所需的分子筛用氧化铝代替，可节省成本，因氧化铝的价格比分子筛要便宜得多。在相对湿度100 %(即饱和)的空气中,活性氧化铝的吸湿性能更优于分子筛，在吸附床下层用氧化铝吸附饱和空气中的水分后,待水分的浓度在氧化铝处降低后,再利用上层的分子筛进行深度吸附。
二、立式径向流双层床纯化器
立式径向流双层床空气纯化器，它由三层格栅组成，内格栅和中间层格栅之间装分子筛，中间层格栅与外层格栅间装氧化铝。当空气纯化器工作时，空气由纯化器底部进入，先通过氧化铝层，除去空气中水分，再经过分子筛层，除去二氧化碳和乙炔及其它碳氢化合物，通过过滤器由容器顶部排出。再生时，来自冷箱的污氮由容器顶部进入，从底部排出，方向与吸附时正好相反。
该空气纯化器设计的特点是：
（1）所有的氧化铝、分子筛的重量由三层格栅悬挂在上封头来支撑，这样在吸附及再生时，把由于温差产生的热胀冷缩对容器的影响降低到最低程度。
（2）氧化铝和分子筛用格栅分开，便于更新或补充吸附剂，同时可防止冲床时两种吸附剂混合。
（3）在容器中心设置一个过滤器，以便在空气进入到冷箱前，把吸附剂的粉末过滤掉。氮气反吹时，可以将粘在过滤器上的粉末吹除，再由底部的除尘口排出，保证容器的自清洁。
（4）容器底部设置一个排水口，这是当空冷塔顶部的除沫器分离效率低于99％时，就必须在容器底部设置一个除水装置。
（5）在分子筛纯化器出口设置一个二氧化碳检测口，用于检测和控制进入冷箱的空气质量，保证系统的安全。
三、分子筛的性能参数
空分设备专用13X型分子筛在高温、低分压下具有良好的吸附性能, 13X型分子筛孔径为10 ?,其吸附孔径大于其它分子筛 ,这便于吸附、解吸，晶穴体积大,比表面积也大,其吸附容量高,扩散也快，透过曲线斜率较大,故其传质区较短,吸附速度快。13X分子筛是利用压力差降的作用，产生CO2 吸附的良好效果。目前空分设备分子筛纯化系统常用分子筛条状比球状有较优越的传质特性,处理同样的气体需要的分子筛较少。球状的堆积密度比条状大,在同样的分子筛量下能使吸附器体积减小。
四、分子筛的再生机理
经空冷塔冷却后的空气一般在5℃～20℃温度下进入分子筛吸附器内被吸附净化。水分、乙炔和二氧化碳都是极性或不饱和分子。分子筛对它们都有很强的亲和力。分子筛的共吸附性能使它可以在吸水的同时还可以吸附其他物质,这种亲和力的顺序是:水分>乙炔>二氧化碳。由于是共吸附,势必会使分子筛对每种组分的吸附容量减小。在出吸附剂床层的空气中很快会出现甲烷(CH4)和乙烷(C2H6),接着乙烯(C2H4)和丙烷(C3H8)几乎与二氧化碳同时在出吸附剂层的空气中出现；以后才依次出现乙炔(C2H2)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10) 和丁烯(C4H8)。
由于分子筛吸附器的工作周期必须在出口空气中出现二氧化碳之前结束, 即切换, 空分装置一般配置两台纯化器，正常工作时，一台吸附，吸附时间一般为3小时左，吸附压力为0.5mp，另一台再生，压力为 0.005mp，温度为150℃，两台交替运行。这表明乙炔、丙烯、丁烷和丁烯等杂质不能随空气进入空分设备冷箱内。在分子筛吸附器的设计中, 除选用性能好的吸附剂外,吸附剂的再生也不容忽视。即利用加热脱附原理，以出冷箱的污氮气作为再生载体，通过再生蒸汽加热器加热，完成再生。如果再生不完全, 必定会影响下一个周期的吸附效率。若如此循环下去,最终将使吸附过程无法持续进行。为此系统配置了电加热器实施高温特殊再生，特殊再生时，温度甚至高达300℃，来完成系统长周期运行或吸附剂受到意外污染吸附剂吸附能力下降，使其恢复正常吸附性能。
