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
擴展快,從初的過濾雜質逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時,隨著技術的進步,人類對物質的加工能力也越來越強,在這種情況下,碳分子篩應運而生。
碳分子篩的主要成分為元素碳,外觀為黑色柱狀固體。因含有大量直徑為4埃的微孔,該微孔對氧分子的瞬間親和力較強,可用來分離空氣中的氧氣和氮氣,工業(yè)上利用變壓吸附裝置(PSA)制取氮氣。碳分子篩制氮量大、氮氣回收率高,使用壽命長,適用于各種型號的變壓吸附制氮機,是變壓吸附制氮機的產品。
碳分子篩空分制氮已廣泛地應用于石油化工、金屬熱處理、電子制造、食品保鮮等行業(yè)。
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(jù)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(jù)國際國內的分析,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。
在國產碳分子篩以質優(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;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,如強強聯(lián)合和資本聯(lián)合等,以創(chuàng)造國際品牌企業(yè)。
碳分子篩制氮過程,當一個吸附塔吸附結束時,可將此吸附塔內的有壓氣體從上下兩個方向注入另一個已再生好的吸附塔中,并使兩塔氣體壓力相同,此一過程稱為吸附塔的均壓,選擇適當?shù)木鶋簳r間,即可回收能量,也可以減緩吸附塔內的分子篩受到的沖擊,從而達到延長碳分子篩的使用壽命。參考伐門的切換速度一般選擇均壓時間為1~3秒。
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。
PSA—N2精制裝置有混合器、催化反應器、后冷卻器、旋風分離器、過濾器、吸附式干燥器、氧分析儀、 流量計以及產品氮氣緩沖罐組成。流程簡圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測出的實際氧含量,調節(jié)進入原料氣中的配氫量。為了使過量氫達到小值,采用經特殊設計的混合裝置和具有的氫氣控制系統(tǒng)?;旌蠚馊缓筮M入一催化反應器,在反應器內氫氣與氧氣發(fā)生放熱反應,轉化為水蒸氣。經一后冷卻器可使大部分水蒸氣冷凝下來,并經過水分離器除去冷凝水。隨后根據(jù)所需產品氣露點,由一冷干機或吸附式干燥器進行干燥。冷干機可獲得常壓露點為-25℃的產品氣,露點低于-40℃時需使用吸附式干燥器。產品氣純度通過氧分儀連續(xù)進行監(jiān)測。當產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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