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(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(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,國際上對碳分子篩的需求也越來越大,歐美等發(fā)達(dá)國家的需求量每年都穩(wěn)步增長,近幾年發(fā)展中國家的需求量更是突飛猛進(jìn),每年以成倍的速度增長,保守估計,2013年國際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬噸以上。
根據(jù)國際國內(nèi)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(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大,對碳分子篩的需求不斷增加,這將進(jìn)一步促進(jìn)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(yīng)用深度的提高,對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的要求越來越高,進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)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(jī)的主要構(gòu)成要素,成本占整個設(shè)備的70%以上,因此,降低成本將是促進(jìn)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(dá)到高水平。
我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀(jì)八十年代開始的,比美國晚大約二十年。當(dāng)時國際市場有供應(yīng)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(dāng)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(biāo)雖然落后有近30%的差距,但也改寫了中國只能依賴進(jìn)口碳分子篩的歷史,實(shí)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(jìn)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。
該產(chǎn)品屬于碳素吸附劑,是由碳組成的多孔物質(zhì),孔結(jié)構(gòu)模型為無序堆積碳素結(jié)構(gòu)。碳分子篩是非計量化合物,其重要性質(zhì)是基于它的微孔結(jié)構(gòu)。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(kuò)散速度,或不同的吸附力,或兩種效應(yīng)同時起作用。在平衡條件下,碳分子篩對氧和氮的吸附量相當(dāng)接近,但氧分子通過碳分子篩微孔系統(tǒng)的狹窄空隙的擴(kuò)散速度要比氮分子快得多,碳分子篩空分制氮就是基于這一性能,在遠(yuǎn)未達(dá)到平衡條件的時間之前,通過PSA工藝流程使氮?dú)鈴目諝庵蟹蛛x出來。
該裝置一般稱為制氮機(jī)。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?dú)獯┻^床層成為產(chǎn)品氣,各步驟連為循環(huán)操作。
P.S.A制氮機(jī)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?dú)夤?yīng)系統(tǒng)。
純原料空氣進(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。
碳分子篩制氮過程,當(dāng)一個吸附塔吸附結(jié)束時,可將此吸附塔內(nèi)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(dāng)?shù)木鶋簳r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。
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