碳分子篩是利用篩分的特性來達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康?。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時,大孔和中孔只起到通道的作用,將被吸附的分子運(yùn)送到微孔和亞微孔中,微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示,碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔,這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi),同時限制大直徑分子的進(jìn)入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴(kuò)散速率存在差異,氣體混合物的組分可以被有效的分離。
國產(chǎn)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(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)行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小,使之滿足要求。
在國產(chǎn)碳分子篩以質(zhì)優(yōu)全球的同時,碳分子篩及制氮裝置還有很多工作要做。一是積極研制環(huán)保型碳分子篩生產(chǎn)工藝,以為碳分子篩企業(yè)向大中型規(guī)?;髽I(yè)發(fā)展創(chuàng)造基礎(chǔ);二是碳分子篩品牌針對不同的用氮場所的工藝要求,可再細(xì)分為以節(jié)能型、普氮型及長周期型等;再者,在行業(yè)方面,積極探索同行間友好競爭發(fā)展模式,如強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合和資本聯(lián)合等,以創(chuàng)造國際品牌企業(yè)。
該裝置一般稱為制氮機(jī)。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(chǎn)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?dú)獯┻^床層成為產(chǎn)品氣,各步驟連為循環(huán)操作。
變壓吸附過程循環(huán)操作包括:充壓、產(chǎn)氣;均壓;降壓、排氣;然后再充壓、產(chǎn)氣;……幾個工作階段,形成循環(huán)操作過程。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)。
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)?;旌蠚馊缓筮M(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。
產(chǎn)品的包裝和使用
1、本產(chǎn)品出廠時按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢測,確保質(zhì)量指標(biāo)合格。
2、產(chǎn)品采用塑料桶密封包裝,密封性好,填裝使用時再打開,嚴(yán)防吸潮。
3、填裝須嚴(yán)實(shí),可用合適的方法振實(shí),勿用棒頭直接搗之。
低于原料氣N2壓力0.1Mpa
溫度: ≤40℃
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