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域PSA制氮用碳分子篩
國產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;第三步為孔結構調節(jié),利用化學物質的蒸氣:如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調節(jié)孔的大小,使之滿足要求。
2012年,主要采用中低檔碳分子篩,年總需求量在6000噸以上,隨著我國經濟的不斷發(fā)展,工業(yè)尤其是化工業(yè)規(guī)模不斷擴大,對碳分子篩的需求水平會逐年增長,尤其是近幾年,國家對煤礦、油田、油輪的安全高度重視,強制油田、油輪配備制氮機,電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求,進一步擴大了國內碳分子篩的需求量。據調查,自2000年以來,年平均增長率都在80%以上,前景十分廣闊。
根據國際國內的分析,碳分子篩行業(yè)呈現以下發(fā)展趨勢:,隨著變壓吸附制氮機的使用范圍不斷擴大,對碳分子篩的需求不斷增加,這將進一步促進行業(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,隨著應用深度的提高,對碳分子篩的產氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強度等指標的要求越來越高,進一步提高產品性能指標將是這一行業(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的主要構成要素,成本占整個設備的70%以上,因此,降低成本將是促進本行業(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,爭取用低成本達到高水平。
根據碳分子篩對氧和氮的吸擴散速率不同,其吸附O2在短時間內就達到平衡,此時,N2的吸附量很少,較短的產氣時間,可有效的提高碳分子篩的產氣率,但同時也增加了伐門的動作頻率,因此伐門的性能也很重要。一般選擇吸附時間為30~120秒。小型高純制氮機推薦使用短的產氣時間,大型低濃度推薦使用長的產氣時間。
碳分子篩在動力學效應的同時,又具有平衡吸附效應,吸附質分壓高,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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