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。
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。
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?dú)獾?，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(shù)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(zhì)也有更好的分離作用。因此，在PSA制氮設(shè)備中，分子篩的性能直接關(guān)系到整套設(shè)備的產(chǎn)氣量及能耗，所以，選擇合適的吸附劑是重中之重。
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，因為顆粒及有機(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)氣時間及操作壓力確定時，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)。
根據(jù)碳分子篩對氧和氮的吸擴(kuò)散速率不同，其吸附O2在短時間內(nèi)就達(dá)到平衡，此時，N2的吸附量很少，較短的產(chǎn)氣時間，可有效的提高碳分子篩的產(chǎn)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(jī)推薦使用短的產(chǎn)氣時間，大型低濃度推薦使用長的產(chǎn)氣時間。
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、 流量計以及產(chǎn)品氮?dú)饩彌_罐組成。流程簡圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測出的實(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)計的混合裝置和具有的氫氣控制系統(tǒng)。混合氣然后進(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。當(dāng)產(chǎn)品氣純度低于客戶要求時放空。整套系統(tǒng)全部通過自控操作，無需操作人員。
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