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碳分子筛是利用筛分的特性来达到分离氧气、氮气的目的。在分子筛吸附杂质气体时,大孔和中孔只起到通道的作用,将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中,微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。如前图所示,碳分子筛内部包含有大量的微孔,这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内,同时限制大直径分子的进入。由于不同尺寸的气体分子相对扩散速率存在差异,气体混合物的组分可以被有效的分离。
长期以来,碳分子筛成为日本和德国垄断的产品,2000年以前国内80%的份额被其占有,国际市场上更是如此。碳分子筛技术通过长兴化工厂引进国内,国内碳分子筛厂家主要分布在长兴、山东、宣城、等地。国产分子筛逐步抢占了大部分市场份额,但要想在这个行业做大做强,自主创新,提高产品性能指标,打破技术贸易壁垒。
随着变压吸附技术的不断成熟,制氮机的应用领域越来越宽阔,国际上对碳分子筛的需求也越来越大,欧美等发达国家的需求量每年都稳步增长,近几年发展中国家的需求量更是突飞猛进,每年以成倍的速度增长,保守估计,2013年国际上碳分子筛总需求量在数十万吨以上。
我国碳分子筛的研发是在上个世纪八十年代开始的,比美国晚大约二十年。当时国际市场有供应的主要是德国BF和日本武田产的碳分子筛,价格约在20万元/吨,但其产氮量为100NM3/h.t左右,到九十年代升级为产氮量185NM3/h.t。当时国产碳分子筛(长兴中泰的前身长兴化工厂产)的产氮量只有140NM3/h.t,指标虽然落后有近30%的差距,但也改写了中国只能依赖进口碳分子筛的历史,实现了从无到有的一次飞跃!又由于国产碳分子筛的价格低廉,从而迫使进口碳分子筛的价格有了大幅度的下降,为国家节约了外汇的同时也推动了国内PSA制氮装置的蓬勃发展。
大多数厂家生产的碳分子筛在外型上并无多大差别,因此用户只靠观察分子筛外型是很难区分到底是进口分子筛还是国产分子筛的。但有一点,如果在购买设备时,厂家宣称使用的是进口分子筛,但价格远远格的话,那就要小心了。买的没有卖的精,设备制造厂家是不可能亏本卖设备的。买内装国产分子筛的设备并不可怕,但花了进口分子筛的价钱却买了国产分子筛,那损失可就大了。
PSA—N2精制装置有混合器、催化反应器、后冷却器、旋风分离器、过滤器、吸附式干燥器、氧分析仪、 流量计以及产品氮气缓冲罐组成。流程简图。根据持续监测出的实际氧含量,调节进入原料气中的配氢量。为了使过量氢达到小值,采用经特殊设计的混合装置和具有的氢气控制系统。混合气然后进入一催化反应器,在反应器内氢气与氧气发生放热反应,转化为水蒸气。经一后冷却器可使大部分水蒸气冷凝下来,并经过水分离器除去冷凝水。随后根据所需产品气露点,由一冷干机或吸附式干燥器进行干燥。冷干机可获得常压露点为-25℃的产品气,露点低于-40℃时需使用吸附式干燥器。产品气纯度通过氧分仪连续进行监测。当产品气纯度低于客户要求时放空。整套系统全部通过自控操作,无需操作人员。
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