國(guó)產(chǎn)分子篩由于受條件限制,對(duì)孔徑大小控制的不是很好。市面上銷(xiāo)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(shù)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(qiáng)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(wú)定型碳原子進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng),以擴(kuò)大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時(shí)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(lái)調(diào)節(jié)孔的大小,使之滿(mǎn)足要求。
碳分子篩(英文名carbon molecular sieves)是新型的非極性吸附劑,具有在常溫變壓下吸附空氣中氧分子的性能,因而可獲得富氮?dú)怏w。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(shí)起作用,碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。
我國(guó)碳分子篩的研發(fā)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始的,比美國(guó)晚大約二十年。當(dāng)時(shí)國(guó)際市場(chǎng)有供應(yīng)的主要是德國(guó)BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩,價(jià)格約在20萬(wàn)元/噸,但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右,到九十年代升級(jí)為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)碳分子篩(長(zhǎng)興中泰的前身長(zhǎng)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(xiě)了中國(guó)只能依賴(lài)進(jìn)口碳分子篩的歷史,實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的一次飛躍!又由于國(guó)產(chǎn)碳分子篩的價(jià)格低廉,從而迫使進(jìn)口碳分子篩的價(jià)格有了大幅度的下降,為國(guó)家節(jié)約了外匯的同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。
大多數(shù)廠家生產(chǎn)的碳分子篩在外型上并無(wú)多大差別,因此用戶(hù)只靠觀察分子篩外型是很難區(qū)分到底是進(jìn)口分子篩還是國(guó)產(chǎn)分子篩的。但有一點(diǎn),如果在購(gòu)買(mǎi)設(shè)備時(shí),廠家宣稱(chēng)使用的是進(jìn)口分子篩,但價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)格的話,那就要小心了。買(mǎi)的沒(méi)有賣(mài)的精,設(shè)備制造廠家是不可能虧本賣(mài)設(shè)備的。買(mǎi)內(nèi)裝國(guó)產(chǎn)分子篩的設(shè)備并不可怕,但花了進(jìn)口分子篩的價(jià)錢(qián)卻買(mǎi)了國(guó)產(chǎn)分子篩,那損失可就大了。
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(mén)的動(dòng)作頻率,因此伐門(mén)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。
碳分子篩在動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的同時(shí),又具有平衡吸附效應(yīng),吸附質(zhì)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(duì)空壓機(jī)的選型要求也增高,另外常壓再生與真空再生兩個(gè)流程對(duì)吸附壓力要求也不同,綜合各項(xiàng)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。