碳分子篩是利用篩分的特性來達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康?。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時(shí)，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運(yùn)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(dòng)力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi)，同時(shí)限制大直徑分子的進(jìn)入。由于不同尺寸的氣體分子相對(duì)擴(kuò)散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。

未來幾年，碳分子篩產(chǎn)品將向高指標(biāo)、高強(qiáng)度、高堆密度方向發(fā)展，低指標(biāo)低檔次的產(chǎn)品將會(huì)被淘汰，空分設(shè)備將趨向小型化，對(duì)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(shí)機(jī)，擴(kuò)大生產(chǎn)，逐步改變國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于中國(guó)產(chǎn)碳分子篩低質(zhì)的認(rèn)識(shí)，迅速搶占國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)，將有可能在兩到三年內(nèi)成為行業(yè)排頭兵。

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(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)尤其是化工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)碳分子篩的需求水平會(huì)逐年增長(zhǎng)，尤其是近幾年，國(guó)家對(duì)煤礦、油田、油輪的安全高度重視，強(qiáng)制油田、油輪配備制氮機(jī)，電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求，進(jìn)一步擴(kuò)大了國(guó)內(nèi)碳分子篩的需求量。據(jù)調(diào)查，自2000年以來，年平均增長(zhǎng)率都在80%以上，前景十分廣闊。

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(guó)際上對(duì)碳分子篩的需求也越來越大，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的需求量每年都穩(wěn)步增長(zhǎng)，近幾年發(fā)展中國(guó)家的需求量更是突飛猛進(jìn)，每年以成倍的速度增長(zhǎng)，保守估計(jì)，2013年國(guó)際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬噸以上。

在國(guó)產(chǎn)碳分子篩以質(zhì)優(yōu)全球的同時(shí)，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)模化企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造基礎(chǔ)；二是碳分子篩品牌針對(duì)不同的用氮場(chǎng)所的工藝要求，可再細(xì)分為以節(jié)能型、普氮型及長(zhǎng)周期型等；再者，在行業(yè)方面，積極探索同行間友好競(jìng)爭(zhēng)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(guó)際品牌企業(yè)。

碳分子篩制氮需要控制的條件
1、空氣壓縮純化過程
純?cè)峡諝膺M(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(huì)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(chǎng)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。
2、產(chǎn)品氮?dú)獾臐舛群彤a(chǎn)氣量
碳分子篩制取氮?dú)?，其N2濃度和產(chǎn)氣量可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，在產(chǎn)氣時(shí)間及操作壓力確定時(shí)，調(diào)低產(chǎn)氣量，N2濃度將提高，反之，N2濃度則下降。用戶可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)。

碳分子篩制氮過程，當(dāng)一個(gè)吸附塔吸附結(jié)束時(shí)，可將此吸附塔內(nèi)的有壓氣體從上下兩個(gè)方向注入另一個(gè)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(dāng)?shù)木鶋簳r(shí)間，即可回收能量，也可以減緩吸附塔內(nèi)的分子篩受到的沖擊，從而達(dá)到延長(zhǎng)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(shí)間為1～3秒。

根據(jù)碳分子篩對(duì)氧和氮的吸擴(kuò)散速率不同，其吸附O2在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到平衡，此時(shí)，N2的吸附量很少，較短的產(chǎn)氣時(shí)間，可有效的提高碳分子篩的產(chǎn)氣率，但同時(shí)也增加了伐門的動(dòng)作頻率，因此伐門的性能也很重要。一般選擇吸附時(shí)間為30～120秒。小型高純制氮機(jī)推薦使用短的產(chǎn)氣時(shí)間，大型低濃度推薦使用長(zhǎng)的產(chǎn)氣時(shí)間。

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(jì)以及產(chǎn)品氮?dú)饩彌_罐組成。流程簡(jiǎn)圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測(cè)出的實(shí)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(jì)的混合裝置和具有的氫氣控制系統(tǒng)?；旌蠚馊缓筮M(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(diǎn)，由一冷干機(jī)或吸附式干燥器進(jìn)行干燥。冷干機(jī)可獲得常壓露點(diǎn)為-25℃的產(chǎn)品氣，露點(diǎn)低于-40℃時(shí)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(cè)。當(dāng)產(chǎn)品氣純度低于客戶要求時(shí)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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