失效吸附劑中殘留烴類組分的分析研究

何秀容，劉曉陽，陶宇鵬，蔣聰華，趙 英，熊 欣

（1.四川天一科技股份公司，四川 成都 610225；2.西南化工研究設(shè)計院有限公司，四川 成都 610225）

吸附劑對氣體分子的吸附具有選擇性，在一定的溫度條件下易吸附高沸點組分，不易吸收低沸點組分，利用這個特性可實現(xiàn)氣體混合物的分離和吸附劑的再生[1]。分析失效吸附劑中的烴類組分的難點，在于對吸附劑中的烴類解吸并準(zhǔn)確分析。利用吸附劑對于同一種組分在低溫下吸附量增加（即吸附組分過程），隨著溫度升高吸附量減?。唇馕M分過程）的這種特性，對被失效的吸附劑進行加熱，吸附劑所吸附的 CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6+等烴類雜質(zhì)組分在升溫的過程中會解吸，通入氮氣將這些被解吸的雜質(zhì)帶出再生塔，分析通過再生塔的樣品氣中的各組分含量，間接得到吸附劑中各烴類雜質(zhì)的相關(guān)情況[2]。

本文研究了對失效吸附劑的再生過程與工藝條件，并針對不同再生條件的再生氣中的烴類進行分析，從而分析烴類在吸附劑上的吸附情況。

1 實驗原理

利用變溫吸附原理，烴類在吸附劑上的吸附與脫附性能，在溫度較低時吸附量大，在溫度升高時，吸附量變小，吸附劑所吸附的雜質(zhì)被解吸。將裝在再生塔內(nèi)的吸附劑加熱，并通入N2將解吸出來的烴類帶出再生塔，測定N2中烴類種類和含量，從而得到解吸出來的烴類組分情況。

2 實驗部分

建立如圖1所示的試驗裝置。

圖1 實驗裝置

將吸附劑裝在再生塔中，并稱出所裝填的吸附劑的質(zhì)量。將再生塔加熱到所設(shè)置的溫度，在所設(shè)置的溫度下保持通入N2氣，每隔40min后取樣分析，測定N2中的烴類含量。加熱沖洗2h后增加溫度到下一個設(shè)定值，測定相應(yīng)溫度下的烴類再生情況。

3 實驗結(jié)果

3.1 吸附劑加熱再生烴類的定性

分 別 用 CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6、C7、C8、C9等烴類在色譜柱上進行定性分析，找到各組分在色譜柱上的出峰[3]，測定結(jié)果如圖2所示。樣品進樣后所出的色譜峰與標(biāo)準(zhǔn)樣品的色譜峰對照，即可得到各烴類的出峰位置。

圖2 烴類出峰圖

3.2 活性炭中烴類再生實驗

3.2.1 活性炭中的烴類再生流出曲線

圖3 活性炭中烴類流出曲線

稱取活性炭裝入再生塔中，固定好加熱裝置并加熱，通入N2沖洗，在設(shè)定的溫度保持2h，并在吸附劑被加熱到40、80、120min后分別取樣分析沖洗氣中的烴類。圖3是活性炭在不同溫度下加熱沖洗時的烴類分析結(jié)果，從圖中可以看出，碳數(shù)越低的烴類越容易被加熱沖洗出來[4]。

從圖3可以看出，吸附劑中的烴類C5和C6較多，加熱到100℃左右C6以前的烴類都大量流出?；钚蕴繌?0℃開始升溫，C2、C3較少，烴類按碳數(shù)大小流出，加熱到200℃時，C6以前的烴類都基本再生完全，而C7以上的烴類濃度還在增加，無法從活性炭中被沖洗出來。

3.2.2 活性炭中沖洗出來的烴類

所稱取的活性炭樣品質(zhì)量是29.39g，再生出來的烴類總質(zhì)量約3.1093g，占樣品質(zhì)量的10.58%，這些還不包括沒有被再生出來的C7及以上的烴類。從活性炭的吸附性能看，導(dǎo)致其失效的是大量的高碳烴被吸附在吸附劑中而再生困難，從而使吸附劑失去其性能。

表1 活性炭中再生出來的烴類質(zhì)量

3.3 分子篩中的烴類再生流出曲線

3.3.1 分子篩中烴類再生曲線

圖4 分子篩中烴類流出曲線

稱取分子篩裝入再生塔中，固定好加熱裝置并加熱，通入N2沖洗，在設(shè)定的溫度保持2h，并在吸附劑被加熱到40、80、120min時分別取樣分析沖洗氣中的烴類。圖4是分子篩在不同溫度下加熱沖洗時的烴類分析結(jié)果。從圖中可以看出，碳數(shù)越低的烴類越容易被加熱沖洗出來。

從圖4可以看出，分子篩中的烴類流出明顯難于活性炭中的烴類，在40℃時分子篩中的低碳烴只有少量C2和C3能被沖洗出來，100℃時也只有C4能大量被沖洗出來，碳數(shù)更高的烴類在150℃以上才大量被沖洗流出。升溫至200℃，C6大量流出，C7及以上的烴類被沖洗出來的仍然很少。高碳烴被分子篩吸附后即使加熱升溫也很難再生出來，導(dǎo)致分子篩失效后就無法再生利用。

3.3.2 分子篩中再生出來的烴類質(zhì)量

從表2可以看出，分子篩中所吸附的烴類從C2到C7都有，而用變壓吸附法難以解吸再生的C3以上的烴類的量最多，從所解吸出來的烴類量來看，最多的是C3、C4、C5+的烴類組分，這些烴類被吸附后很難再生，導(dǎo)致吸附劑性能下降，最終失效。

表2 分子篩中再生出來的烴類質(zhì)量表

4 結(jié)論

文章考察了失效的分子篩、活性炭中的烴的種類和大致含量情況，分子篩和活性炭中都有大量的C3以上的烴類被解吸出來，這些組分在變壓吸附運行過程中難以解吸，雖然重整氣等原料氣中的C3以上的烴類含量不高，但其累積將最終導(dǎo)致吸附劑失效。由于有時原料氣中的高碳烴會較高，導(dǎo)致C3及以上的烴類大量累積在吸附塔中，從而更快地使吸附劑失去功能。通過對吸附劑中的各烴類進行分析，了解失效吸附劑中的最主要的烴類是哪些種類，從而可以從原料氣入手，更好地解決重整氣分離過程中遇到的問題，使工業(yè)裝置能更好地運行，也為工藝優(yōu)化設(shè)計提供支撐數(shù)據(jù)。