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,使之滿足要求。
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(lái)越寬闊,國(guó)際上對(duì)碳分子篩的需求也越來(lái)越大,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的需求量每年都穩(wěn)步增長(zhǎng),近幾年發(fā)展中國(guó)家的需求量更是突飛猛進(jìn),每年以成倍的速度增長(zhǎng),保守估計(jì),2013年國(guó)際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬(wàn)噸以上。
該裝置一般稱(chēng)為制氮機(jī)。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法(簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A法),變壓吸附為無(wú)熱源的吸附分離過(guò)程,碳分子篩對(duì)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(shí)吸附,在降壓排氣時(shí)解吸,使碳分子篩再生。同時(shí),床層氣相富集的氮?dú)獯┻^(guò)床層成為產(chǎn)品氣,各步驟連為循環(huán)操作。
變壓吸附過(guò)程循環(huán)操作包括:充壓、產(chǎn)氣;均壓;降壓、排氣;然后再充壓、產(chǎn)氣;……幾個(gè)工作階段,形成循環(huán)操作過(guò)程。其根據(jù)流程的再生方法不同,可分為真空再生流程和常壓再生流程。
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(mén)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)。