碳分子篩是20世紀七十年代發(fā)展起來的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統(tǒng)的深冷高壓制氮工藝具有投資費用少，產(chǎn)氮速度快、氮氣成本低等優(yōu)點。因此，它是工程界的變壓吸附(簡稱P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮氣在化學工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運輸及儲存等方面廣泛應用。

研發(fā)背景編輯 播報
PSA制氮用碳分子篩
PSA制氮用碳分子篩
二十世紀五十年代，伴隨著工業(yè)革命的大潮，碳材料的應用越來越廣泛，其中活性碳的應用領(lǐng)域PSA制氮用碳分子篩
擴展快，從初的過濾雜質(zhì)逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時，隨著技術(shù)的進步，人類對物質(zhì)的加工能力也越來越強，在這種情況下，碳分子篩應運而生。

國產(chǎn)分子篩由于受條件限制，對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷售的碳分子篩微孔孔徑分布在0.3～1nm，只有巖谷分子篩做到了0.28～0.36nm。碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹脂等，步先經(jīng)加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃溫度下通入活化劑，常用的活化劑有水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及它們的混合氣。它們與較為活潑的無定型碳原子進行熱化學反應，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時間從10～60min不等；第三步為孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，利用化學物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小，使之滿足要求。

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，因而可獲得富氮氣體。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散速度、或不同的吸附力、或兩種效應同時起作用，碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。

我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀八十年代開始的，比美國晚大約二十年。當時國際市場有供應的主要是德國BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩，價格約在20萬元/噸，但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右，到九十年代升級為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當時國產(chǎn)碳分子篩（長興中泰的前身長興化工廠產(chǎn)）的產(chǎn)氮量只有140NM3/h.t，指標雖然落后有近30%的差距，但也改寫了中國只能依賴進口碳分子篩的歷史，實現(xiàn)了從無到有的一次飛躍！又由于國產(chǎn)碳分子篩的價格低廉，從而迫使進口碳分子篩的價格有了大幅度的下降，為國家節(jié)約了外匯的同時也推動了國內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。

該裝置一般稱為制氮機。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，床層氣相富集的氮氣穿過床層成為產(chǎn)品氣，各步驟連為循環(huán)操作。
變壓吸附過程循環(huán)操作包括：充壓、產(chǎn)氣；均壓；降壓、排氣；然后再充壓、產(chǎn)氣；……幾個工作階段，形成循環(huán)操作過程。其根據(jù)流程的再生方法不同，可分為真空再生流程和常壓再生流程。
P.S.A制氮機設(shè)備根據(jù)用戶的需要可包括空氣壓縮純化系統(tǒng)、變壓吸附系統(tǒng)、閥門程序控制系統(tǒng)（真空再生的還需帶有真空泵），及氮氣供應系統(tǒng)。