碳分子篩是20世紀七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統的深冷高壓制氮工藝具有投資費用少，產(chǎn)氮速度快、氮氣成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，它是工程界的變壓吸附(簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮氣在化學(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運輸及儲存等方面廣泛應用。

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PSA制氮用碳分子篩
PSA制氮用碳分子篩
二十世紀五十年代，伴隨著(zhù)工業(yè)革命的大潮，碳材料的應用越來(lái)越廣泛，其中活性碳的應用領(lǐng)域PSA制氮用碳分子篩
擴展快，從初的過(guò)濾雜質(zhì)逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時(shí)，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對物質(zhì)的加工能力也越來(lái)越強，在這種情況下，碳分子篩應運而生。

碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時(shí)，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運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，碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動(dòng)力學(xué)尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時(shí)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散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。因此，在制造碳分子篩時(shí)，根據分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過(guò)微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過(guò)微孔孔口，從而達到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎，如果孔徑過(guò)大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過(guò)小，氧氣、氮氣都不能進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

長(cháng)期以來(lái)，碳分子篩成為日本和德國壟斷的產(chǎn)品，2000年以前國內80%的份額被其占有，國際市場(chǎng)上更是如此。碳分子篩技術(shù)通過(guò)長(cháng)興化工廠(chǎng)引進(jìn)國內，國內碳分子篩廠(chǎng)家主要分布在長(cháng)興、山東、宣城、等地。國產(chǎn)分子篩逐步搶占了大部分市場(chǎng)份額，但要想在這個(gè)行業(yè)做大做強，自主創(chuàng )新，提高產(chǎn)品性能指標，打破技術(shù)貿易壁壘。

未來(lái)幾年，碳分子篩產(chǎn)品將向高指標、高強度、高堆密度方向發(fā)展，低指標低檔次的產(chǎn)品將會(huì )被淘汰，空分設備將趨向小型化，對分子篩行業(yè)提出了更高的要求，因此如抓住當前的良好時(shí)機，擴大生產(chǎn)，逐步改變國際國內對于中國產(chǎn)碳分子篩低質(zhì)的認識，迅速搶占國內國際市場(chǎng)，將有可能在兩到三年內成為行業(yè)排頭兵。

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(shí)起作用，碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。