國產分子篩由于受條件限制,對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷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、樹脂等,步先經加工后粉化,然后與基料揉合,基料主要是增加強度,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定型碳原子進行熱化學反應,以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時間從10~60min不等;第三步為孔結構調節(jié),利用化學物質的蒸氣:如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調節(jié)孔的大小,使之滿足要求。
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。
我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀八十年代開始的,比美國晚大約二十年。當時國際市場有供應的主要是德國BF和日本武田產的碳分子篩,價格約在20萬元/噸,但其產氮量為100NM3/h.t左右,到九十年代升級為產氮量185NM3/h.t。當時國產碳分子篩(長興中泰的前身長興化工廠產)的產氮量只有140NM3/h.t,指標雖然落后有近30%的差距,但也改寫了中國只能依賴進口碳分子篩的歷史,實現(xiàn)了從無到有的一次飛躍!又由于國產碳分子篩的價格低廉,從而迫使進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PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。
大多數(shù)廠家生產的碳分子篩在外型上并無多大差別,因此用戶只靠觀察分子篩外型是很難區(qū)分到底是進口分子篩還是國產分子篩的。但有一點,如果在購買設備時,廠家宣稱使用的是進口分子篩,但價格遠遠格的話,那就要小心了。買的沒有賣的精,設備制造廠家是不可能虧本賣設備的。買內裝國產分子篩的設備并不可怕,但花了進口分子篩的價錢卻買了國產分子篩,那損失可就大了。
根據(jù)碳分子篩對氧和氮的吸擴散速率不同,其吸附O2在短時間內就達到平衡,此時,N2的吸附量很少,較短的產氣時間,可有效的提高碳分子篩的產氣率,但同時也增加了伐門的動作頻率,因此伐門的性能也很重要。一般選擇吸附時間為30~120秒。小型高純制氮機推薦使用短的產氣時間,大型低濃度推薦使用長的產氣時間。
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。