PSA制氮用碳分子篩二十世紀(jì)五十年代,伴隨著工業(yè)革命的大潮,碳材料的應(yīng)用越來越廣泛,其中活性碳的應(yīng)用領(lǐng)域PSA制氮用碳分子篩碳分子篩是利用篩分的特性來達(dá)到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時,大孔和中孔只起到通道的作用,將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中,微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示,碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔,這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴散到孔內(nèi),同時限制大直徑分子的進(jìn)入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴散速率存在差異,氣體混合物的組分可以被有效的分離。
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(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng),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(xué)物質(zhì)的蒸氣:如苯在碳分子篩微孔壁進(jìn)行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小,使之滿足要求。
未來幾年,碳分子篩產(chǎn)品將向高指標(biāo)、高強度、高堆密度方向發(fā)展,低指標(biāo)低檔次的產(chǎn)品將會被淘汰,空分設(shè)備將趨向小型化,對分子篩行業(yè)提出了更高的要求,因此如抓住當(dāng)前的良好時機,擴大生產(chǎn),逐步改變國際國內(nèi)對于中國產(chǎn)碳分子篩低質(zhì)的認(rèn)識,迅速搶占國內(nèi)國際市場,將有可能在兩到三年內(nèi)成為行業(yè)排頭兵。我
PSA—N2精制裝置有混合器、催化反應(yīng)器、后冷卻器、旋風(fēng)分離器、過濾器、吸附式干燥器、氧分析儀、 流量計以及產(chǎn)品氮氣緩沖罐組成。流程簡圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測出的實際氧含量,調(diào)節(jié)進(jìn)入原料氣中的配氫量。為了使過量氫達(dá)到小值,采用經(jīng)特殊設(shè)計的混合裝置和具有的氫氣控制系統(tǒng)。混合氣然后進(jìn)入一催化反應(yīng)器,在反應(yīng)器內(nèi)氫氣與氧氣發(fā)生放熱反應(yīng),轉(zhuǎn)化為水蒸氣。經(jīng)一后冷卻器可使大部分水蒸氣冷凝下來,并經(jīng)過水分離器除去冷凝水。隨后根據(jù)所需產(chǎn)品氣露點,由一冷干機或吸附式干燥器進(jìn)行干燥。冷干機可獲得常壓露點為-25℃的產(chǎn)品氣,露點低于-40℃時需使用吸附式干燥器。產(chǎn)品氣純度通過氧分儀連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)產(chǎn)品氣純度低于客戶要求時放空。整套系統(tǒng)全部通過自控操作,無需操作人員。
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