热再生压缩空气干燥器用吸附剂

在外部加热吸附干燥器领域，在市场流动，露点和能源需求方面提供了大量不同的不同系统。通常，经济参数和项目特定要求最终定义了个别用户特定的解决方案。本文讨论了压缩空气干燥器中使用的基本类型的基本类型。

活性氧化铝吸附剂

活性氧化铝是压缩空气行业中最受欢迎的，可能是最熟悉的吸附剂之一。通过热分解产生和随后的铝三羟基氧化铝（Gibbsite）的活化，它提供高表面积和高孔隙率基质，其具有良好的朝向极性化合物，尤其是水。

氧化铝表面由碱性氧原子、酸性低配位铝(路易斯酸位)原子、羟基(解离吸附水分子)和物理吸附水分子组成。它们的相对浓度主要取决于氧化铝的合成条件及其水化程度受温度和水分压的影响。氧化铝表面的高度亲水性使其成为吸附极性分子特别是水的理想选择。

活性氧化铝吸附剂的动态容量可能根据具体的制造方法，水合度（即点火损失），杂质，但通常位于7巴和95˚F（35）的杂质（即14重量百分比）。（35^O.C)饱和。

活性氧化铝的主要优点包括液体水分和碱性成分的高稳定性的相当高的鲁棒性，例如氨，胺或其他高碱性有机物。结合广泛的可用性和相对较低的成本，这使得活性氧化铝是热再生干燥器的良好保守选择。

然而，活性氧化铝也有一些缺点，包括对长链重烃（即空气压缩机油蒸汽）的敏感性易沉积在表面并堵塞氧化铝的孔隙系统，降低其吸水性能。处理活性氧化铝时经常遇到的另一个缺点是通过再水化降解。再水化是一个将一部分氧化铝转化为氢氧化铝（即薄水铝石）的过程在高温（通常称为汽蒸条件）下存在水分。与氧化铝不同，水合铝不会表现出有效吸水所需的高比表面积和孔隙率。重烃的再水化和污染是氧化铝在蒸汽条件下失活的主要机制加热压缩空气干燥器中的虎钳。

活性氧化铝吸附剂通常是光滑的球体或颗粒状的。40多年来，球形氧化铝一直是大多数压缩空气干燥机制造公司的首选解决方案。活性氧化铝已被确立为压缩空气行业的保守标准，

分子筛吸附剂

商用分子筛通常属于沸石类矿物，即水合碱金属或碱土铝硅酸盐。晶体具有坚固的立方结构，在加热时不会坍塌，因此活化会形成由孔隙连接的几何空腔网络。孔隙具有分子尺寸，并导致这些材料的筛分作用。分子筛是结晶铝硅酸盐，其骨架由来自碱或碱土族的一价或多价阳离子以及合成形式的水稳定。这种结晶水可以通过热处理去除，而不会破坏结晶结构，从而为可逆过程（如水吸附/解吸）创造条件[¹]。

已经发现约150种不同的沸石结构，然而，只有沸石A和Faujasite（X和Y）广泛用于与气体和液体脱水有关的商业应用。沸石A的孔受八元氧环的限制。用于该结构的自由孔径（即，测量的孔径）为k约为3.3Å⁺表（3A），3.9Å表示Na⁺表格（4a），4.3Å〜为CA⁺⁺(5)形式。Faujasite有X和Y两种形态，它们的孔隙受到12元氧环的限制。这些材料的孔隙相对较大，自由孔径约为7.4-12.5 Å。X分子筛和Y分子筛的区别仅在于硅铝比，硅铝比控制着阳离子密度，因此影响着吸附性能[²]。

商业脱水应用中最常见的两种类型是A型沸石和X型沸石。A型沸石具有由四个截短八面体组成的相对简单的立方体结构。在X型沸石中，截短八面体以不同的方式相互连接，从而形成不同的空间结构。微孔和高度有序的结构分子筛的特性可确保此类材料具有非常高的表面积，通常为700-900 m²/g范围。这些孔隙形成一个具有吸附表面的空腔。孔径由沸石的合成精确定义。通过用其他单价和多价碱或碱土金属离子取代A型沸石的一些钠离子，可以改变孔径。

虽然分子筛不是压缩空气干燥中的标准干燥剂溶液，但它们用于极低露点至-148的应用⁰F（-100）^O.c）是必需的。分子筛为干燥剂非常有效。静态水吸收通常为大多数常用的4A型（77˚F平衡容量（25）的约21重量百分比^O.C)和相对湿度80%)，等温线的形状允许它达到非常低的压力露点。分子筛和活性氧化铝/硅胶的另一个重要区别是它们在高温和低水分压下保持吸水的能力。例如，水的吸收~ 12-14重量百分比是可行的超过4A在200^O.f（93.33.^O.c）在激活的氧化铝中，在该温度下仅保留残留的水负荷。这种高亲和力与水分的缺点是需要将分子筛床加热至高温以驱动水。450年再生温度^O.F（232.22）^O.C） 至550⁰F（290）^O.C） 范围通常用于有效的重新激活。

用于天然气脱水的分子筛的一个主要缺点是对天然气中的杂质（如重烃、高酸性（痕量酸等））具有较高的敏感性_X， 不_Xet)或高碱性成分(如胺、氢氧化钠等)。分子筛在侵略性和反应性污染的影响下的结构解体导致灰尘的形成和压降的增加在吸附剂层。虽然经常可以通过安装缓冲层将污染问题降到最低，但气体成分需要仔细监测。分子筛不耐受液态水，当暴露时破裂，所以床必须保护，以防止游离水进入床。

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硅胶吸附剂和Sorbead^®空气

硅胶是无定形且高度多孔的二氧化硅形式（SiO₂）表现出高表面积和有利的水吸附性能。最常见的生产方法涉及在优化和良好控制的条件下沉淀Si-前体。在这个过程中si（哦）_4.分子冷凝形成硅氧烷基质。水解和冷凝同时发生，形成三维硅氧烷网络。形成的水凝胶经过老化和干燥，以去除束缚水，产生高孔隙体积高表面Si-O-Si-OH基质。硅胶可作为颗粒状和球形珠状配合物在市售里亚尔具有各种尺寸范围，已在压缩空气行业广泛应用60多年。

巴斯夫公司推出了一种新型硅胶吸附剂Sorbead^®空气。与标准硅胶不同，吸附剂是一种铝硅酸盐凝胶，以坚硬的球形珠状产生，具有很高的抗压性和低磨耗率。其特点是高孔隙表面(高达850米²/g） 大孔体积，吸附剂允许特殊的动态吸附能力，通常高达20重量百分比（7巴和95巴）⁰F[35^O.C]饱和)。这意味着一公斤(公斤)的吸附剂可以吸附200克水分。相关的水分吸收允许一个操作一个更长的周期时间的干燥机-这在实践中意味着更少的频繁的再生，从而降低平均电力消耗。

与活性氧化铝和分子筛相比，这种硅胶吸附剂允许干燥器中较低的再生温度解吸水。温度约为250℃⁰F（121）^O.c）至280˚F（138^O.c）足以重新激活达到-40˚F（-40^O.C)压力露点。而常规使用可以达到-40⁰F (-40^O.C） 压力露点，在最佳操作条件下，压力露点降至-75⁰F（-60）^O.C)可行的;^3.]。

索罗尔空气R主要用于连续干燥压缩空气和技术气体（例如，₂，O.₂）。

Sorbead Air WS耐水硅酸铝凝胶吸附剂具有高容量，并在广泛的应用中保护其他吸附剂和催化剂不受水和水分的影响。

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在压缩空气工业中，与使用硅胶型吸附剂相关的一个常见误解是，硅胶型吸附剂的稳定性很低，在高湿度或液态水存在时容易部分分解。这个概念有点误导人，需要澄清一下。当液态水暴露在新鲜再生的(即干燥的)硅胶珠上时，很可能会施加压力，从而导致球体破裂，这种情况在商用干燥器中很少见到，而那些在常规服务中。在标准的脱水过程中，水分从气相转移到固体，并通过吸附积累在发育良好的孔隙系统中。这种“湿润”的硅胶是稳定的，通常甚至可以抵抗液态水。它是在干燥状态下(即，再生)对液态水的稳定性，这是用液体防水型处理的。

关于作者

Artem Vityuk是巴斯夫公司的全球市场经理，负责吸附剂和中间体的投资组合，包括用于压缩空气工业的吸附剂。

关于巴斯夫

巴斯夫的催化剂师是世界领先的环境和工艺吸附剂和催化剂供应商。巴斯夫为广泛的行业应用提供了最广泛的吸附技术组合，例如精炼，石化，化学和天然气加工等行业。BASF组合包括专有的氧化铝，二氧化硅，铝硅胶和宽线的基础金属氧化物保护床材料。巴斯夫是为压缩空气行业提供吸附剂的市场领导者。有关更多信息，请访问https://catalysts.basf.com/products-and-industries/adsorbents．

所有照片均由巴斯夫提供。

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参考文献

[1]。天然气传输和加工手册。原则和实践。第三版．Saeid Mokhatab，‎William A. Poe，‎John Y. Mak，海湾专业出版社2015。

［2］．分子筛吸附剂，BASF, bf9569 USL Rev. 09/15

［3］．压缩空气干燥吸附剂解决方案，巴斯夫，BF 10511, 08/2018