失效吸附剂中残留烃类组分的分析研究

何秀容，刘晓阳，陶宇鹏，蒋聪华，赵 英，熊 欣

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

吸附剂对气体分子的吸附具有选择性，在一定的温度条件下易吸附高沸点组分，不易吸收低沸点组分，利用这个特性可实现气体混合物的分离和吸附剂的再生[1]。分析失效吸附剂中的烃类组分的难点，在于对吸附剂中的烃类解吸并准确分析。利用吸附剂对于同一种组分在低温下吸附量增加（即吸附组分过程），随着温度升高吸附量减小（即解吸组分过程）的这种特性，对被失效的吸附剂进行加热，吸附剂所吸附的 CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6+等烃类杂质组分在升温的过程中会解吸，通入氮气将这些被解吸的杂质带出再生塔，分析通过再生塔的样品气中的各组分含量，间接得到吸附剂中各烃类杂质的相关情况[2]。

本文研究了对失效吸附剂的再生过程与工艺条件，并针对不同再生条件的再生气中的烃类进行分析，从而分析烃类在吸附剂上的吸附情况。

1 实验原理

利用变温吸附原理，烃类在吸附剂上的吸附与脱附性能，在温度较低时吸附量大，在温度升高时，吸附量变小，吸附剂所吸附的杂质被解吸。将装在再生塔内的吸附剂加热，并通入N2将解吸出来的烃类带出再生塔，测定N2中烃类种类和含量，从而得到解吸出来的烃类组分情况。

2 实验部分

建立如图1所示的试验装置。

图1 实验装置

将吸附剂装在再生塔中，并称出所装填的吸附剂的质量。将再生塔加热到所设置的温度，在所设置的温度下保持通入N2气，每隔40min后取样分析，测定N2中的烃类含量。加热冲洗2h后增加温度到下一个设定值，测定相应温度下的烃类再生情况。

3 实验结果

3.1 吸附剂加热再生烃类的定性

分 别 用 CH4、C2H6、C3H8、C4、C5、C6、C7、C8、C9等烃类在色谱柱上进行定性分析，找到各组分在色谱柱上的出峰[3]，测定结果如图2所示。样品进样后所出的色谱峰与标准样品的色谱峰对照，即可得到各烃类的出峰位置。

图2 烃类出峰图

3.2 活性炭中烃类再生实验

3.2.1 活性炭中的烃类再生流出曲线

图3 活性炭中烃类流出曲线

称取活性炭装入再生塔中，固定好加热装置并加热，通入N2冲洗，在设定的温度保持2h，并在吸附剂被加热到40、80、120min后分别取样分析冲洗气中的烃类。图3是活性炭在不同温度下加热冲洗时的烃类分析结果，从图中可以看出，碳数越低的烃类越容易被加热冲洗出来[4]。

从图3可以看出，吸附剂中的烃类C5和C6较多，加热到100℃左右C6以前的烃类都大量流出。活性炭从40℃开始升温，C2、C3较少，烃类按碳数大小流出，加热到200℃时，C6以前的烃类都基本再生完全，而C7以上的烃类浓度还在增加，无法从活性炭中被冲洗出来。

3.2.2 活性炭中冲洗出来的烃类

所称取的活性炭样品质量是29.39g，再生出来的烃类总质量约3.1093g，占样品质量的10.58%，这些还不包括没有被再生出来的C7及以上的烃类。从活性炭的吸附性能看，导致其失效的是大量的高碳烃被吸附在吸附剂中而再生困难，从而使吸附剂失去其性能。

表1 活性炭中再生出来的烃类质量

3.3 分子筛中的烃类再生流出曲线

3.3.1 分子筛中烃类再生曲线

图4 分子筛中烃类流出曲线

称取分子筛装入再生塔中，固定好加热装置并加热，通入N2冲洗，在设定的温度保持2h，并在吸附剂被加热到40、80、120min时分别取样分析冲洗气中的烃类。图4是分子筛在不同温度下加热冲洗时的烃类分析结果。从图中可以看出，碳数越低的烃类越容易被加热冲洗出来。

从图4可以看出，分子筛中的烃类流出明显难于活性炭中的烃类，在40℃时分子筛中的低碳烃只有少量C2和C3能被冲洗出来，100℃时也只有C4能大量被冲洗出来，碳数更高的烃类在150℃以上才大量被冲洗流出。升温至200℃，C6大量流出，C7及以上的烃类被冲洗出来的仍然很少。高碳烃被分子筛吸附后即使加热升温也很难再生出来，导致分子筛失效后就无法再生利用。

3.3.2 分子筛中再生出来的烃类质量

从表2可以看出，分子筛中所吸附的烃类从C2到C7都有，而用变压吸附法难以解吸再生的C3以上的烃类的量最多，从所解吸出来的烃类量来看，最多的是C3、C4、C5+的烃类组分，这些烃类被吸附后很难再生，导致吸附剂性能下降，最终失效。

表2 分子筛中再生出来的烃类质量表

4 结论

文章考察了失效的分子筛、活性炭中的烃的种类和大致含量情况，分子筛和活性炭中都有大量的C3以上的烃类被解吸出来，这些组分在变压吸附运行过程中难以解吸，虽然重整气等原料气中的C3以上的烃类含量不高，但其累积将最终导致吸附剂失效。由于有时原料气中的高碳烃会较高，导致C3及以上的烃类大量累积在吸附塔中，从而更快地使吸附剂失去功能。通过对吸附剂中的各烃类进行分析，了解失效吸附剂中的最主要的烃类是哪些种类，从而可以从原料气入手，更好地解决重整气分离过程中遇到的问题，使工业装置能更好地运行，也为工艺优化设计提供支撑数据。