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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。

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(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，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時(shí)間從10～60min不等；第三步為孔結構調節，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)調節孔的大小，使之滿(mǎn)足要求。

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。

在國產(chǎn)碳分子篩以質(zhì)優(yōu)全球的同時(shí)，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?；髽I(yè)發(fā)展創(chuàng )造基礎；二是碳分子篩品牌針對不同的用氮場(chǎng)所的工藝要求，可再細分為以節能型、普氮型及長(cháng)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，如強強聯(lián)合和資本聯(lián)合等，以創(chuàng )造國際品牌企業(yè)。

該產(chǎn)品屬于碳素吸附劑，是由碳組成的多孔物質(zhì)，孔結構模型為無(wú)序堆積碳素結構。碳分子篩是非計量化合物，其重要性質(zhì)是基于它的微孔結構。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。在平衡條件下，碳分子篩對氧和氮的吸附量相當接近，但氧分子通過(guò)碳分子篩微孔系統的狹窄空隙的擴散速度要比氮分子快得多，碳分子篩空分制氮就是基于這一性能，在遠未達到平衡條件的時(shí)間之前，通過(guò)PSA工藝流程使氮氣從空氣中分離出來(lái)。