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隨著變壓吸附技術(shù)的不斷成熟,制氮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬闊,國際上對碳分子篩的需求也越來越大,歐美等發(fā)達(dá)國家的需求量每年都穩(wěn)步增長,近幾年發(fā)展中國家的需求量更是突飛猛進(jìn),每年以成倍的速度增長,保守估計(jì),2013年國際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬噸以上。
根據(jù)國際國內(nèi)的分析,碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:,隨著變壓吸附制氮機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大,對碳分子篩的需求不斷增加,這將進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)發(fā)展,未來幾年,這一行業(yè)將從一個生僻的行業(yè)變得眾所周知。其次,隨著應(yīng)用深度的提高,對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的要求越來越高,進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢。第三,由于碳分子篩是變壓吸附制氮機(jī)的主要構(gòu)成要素,成本占整個設(shè)備的70%以上,因此,降低成本將是促進(jìn)本行業(yè)發(fā)展的重要條件。今后一個時期,各企業(yè)將會在采用新材料新工藝方面不斷探索,爭取用低成本達(dá)到高水平。
碳分子篩(英文名carbon molecular sieves)是新型的非極性吸附劑,具有在常溫變壓下吸附空氣中氧分子的性能,因而可獲得富氮?dú)怏w。它分離空氣的能力取決于空氣中各種氣體在碳分子篩微孔中的不同擴(kuò)散速度、或不同的吸附力、或兩種效應(yīng)同時起作用,碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。
在國產(chǎn)碳分子篩以質(zhì)優(yōu)全球的同時,碳分子篩及制氮裝置還有很多工作要做。一是積極研制環(huán)保型碳分子篩生產(chǎn)工藝,以為碳分子篩企業(yè)向大中型規(guī)?;髽I(yè)發(fā)展創(chuàng)造基礎(chǔ);二是碳分子篩品牌針對不同的用氮場所的工藝要求,可再細(xì)分為以節(jié)能型、普氮型及長周期型等;再者,在行業(yè)方面,積極探索同行間友好競爭發(fā)展模式,如強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合和資本聯(lián)合等,以創(chuàng)造國際品牌企業(yè)。
大多數(shù)廠家生產(chǎn)的碳分子篩在外型上并無多大差別,因此用戶只靠觀察分子篩外型是很難區(qū)分到底是進(jìn)口分子篩還是國產(chǎn)分子篩的。但有一點(diǎn),如果在購買設(shè)備時,廠家宣稱使用的是進(jìn)口分子篩,但價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)格的話,那就要小心了。買的沒有賣的精,設(shè)備制造廠家是不可能虧本賣設(shè)備的。買內(nèi)裝國產(chǎn)分子篩的設(shè)備并不可怕,但花了進(jìn)口分子篩的價(jià)錢卻買了國產(chǎn)分子篩,那損失可就大了。
我們知道,利用碳分子篩變壓吸附制氮是靠范德華力來分離氧氣和氮?dú)獾?,因此,分子篩的比表面積越大,孔徑分布越均勻,并且微孔或亞微孔數(shù)量越多,吸附量就越大;同時,如果孔徑能盡量小,范德華力場重疊,對低濃度物質(zhì)也有更好的分離作用。因此,在PSA制氮設(shè)備中,分子篩的性能直接關(guān)系到整套設(shè)備的產(chǎn)氣量及能耗,所以,選擇合適的吸附劑是重中之重。
該裝置一般稱為制氮機(jī)。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法(簡稱P.S.A法),變壓吸附為無熱源的吸附分離過程,碳分子篩對被吸附組份(主要是氧分子)的吸附容量因上述原理在充壓、產(chǎn)氣時吸附,在降壓排氣時解吸,使碳分子篩再生。同時,床層氣相富集的氮?dú)獯┻^床層成為產(chǎn)品氣,各步驟連為循環(huán)操作。
純原料空氣進(jìn)入碳分子篩吸附塔,是非常必要的,因?yàn)轭w粒及有機(jī)氣氛進(jìn)入吸附塔會堵塞碳分子篩的微孔,并逐漸使碳分子篩的分離性能降低。
純化原料空氣的方法有:1使空壓機(jī)的進(jìn)氣口遠(yuǎn)離有灰塵、油霧、有機(jī)氣氛的場所;2通過冷干機(jī)、吸附劑凈化系統(tǒng)等,后經(jīng)處理后的原料空氣進(jìn)入碳分子篩吸附塔。
碳分子篩在動力學(xué)效應(yīng)的同時,又具有平衡吸附效應(yīng),吸附質(zhì)分壓高,吸附容量也高,因此加壓吸附是有利的,但吸附壓力太高,對空壓機(jī)的選型要求也增高,另外常壓再生與真空再生兩個流程對吸附壓力要求也不同,綜合各項(xiàng)因素,建議常壓再生流程的吸附壓力選為5~8Kg/cm2為宜;真空再生流程的吸附壓力選擇為3~5Kg/cm2為宜。
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