隨著變壓吸附技術的不斷成熟,制氮機的應用領域越來越寬闊,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,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十萬噸以上。
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,因而可獲得富氮氣體。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散速度、或不同的吸附力、或兩種效應同時起作用,碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。
我們知道,利用碳分子篩變壓吸附制氮是靠范德華力來分離氧氣和氮氣的,因此,分子篩的比表面積越大,孔徑分布越均勻,并且微孔或亞微孔數量越多,吸附量就越大;同時,如果孔徑能盡量小,范德華力場重疊,對低濃度物質也有更好的分離作用。因此,在PSA制氮設備中,分子篩的性能直接關系到整套設備的產氣量及能耗,所以,選擇合適的吸附劑是重中之重。
該裝置一般稱為制氮機。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,床層氣相富集的氮氣穿過床層成為產品氣,各步驟連為循環(huán)操作。
碳分子篩制氮需要控制的條件 1、空氣壓縮純化過程 純原料空氣進入碳分子篩吸附塔,是非常必要的,因為顆粒及有機氣氛進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使空壓機的進氣口遠離有灰塵、油霧、有機氣氛的場所;2通過冷干機、吸附劑凈化系統(tǒng)等,后經處理后的原料空氣進入碳分子篩吸附塔。 2、產品氮氣的濃度和產氣量 碳分子篩制取氮氣,其N2濃度和產氣量可根據用戶的需要進行任意調節(jié),在產氣時間及操作壓力確定時,調低產氣量,N2濃度將提高,反之,N2濃度則下降。用戶可根據實際需要調節(jié)。
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,選擇適當的均壓時間,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。
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