擴展快,從初的過濾雜質(zhì)逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時,隨著技術(shù)的進步,人類對物質(zhì)的加工能力也越來越強,在這種情況下,碳分子篩應(yīng)運而生。
2012年,主要采用中低檔碳分子篩,年總需求量在6000噸以上,隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,工業(yè)尤其是化工業(yè)規(guī)模不斷擴大,對碳分子篩的需求水平會逐年增長,尤其是近幾年,國家對煤礦、油田、油輪的安全高度重視,強制油田、油輪配備制氮機,電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求,進一步擴大了國內(nèi)碳分子篩的需求量。據(jù)調(diào)查,自2000年以來,年平均增長率都在80%以上,前景十分廣闊。
隨著變壓吸附技術(shù)的不斷成熟,制氮機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬闊,國際上對碳分子篩的需求也越來越大,歐美等發(fā)達國家的需求量每年都穩(wěn)步增長,近幾年發(fā)展中國家的需求量更是突飛猛進,每年以成倍的速度增長,保守估計,2013年國際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬噸以上。
根據(jù)國際國內(nèi)的分析,碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:,隨著變壓吸附制氮機的使用范圍不斷擴大,對碳分子篩的需求不斷增加,這將進一步促進行業(yè)發(fā)展,未來幾年,這一行業(yè)將從一個生僻的行業(yè)變得眾所周知。其次,隨著應(yīng)用深度的提高,對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強度等指標(biāo)的要求越來越高,進一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢。第三,由于碳分子篩是變壓吸附制氮機的主要構(gòu)成要素,成本占整個設(shè)備的70%以上,因此,降低成本將是促進本行業(yè)發(fā)展的重要條件。今后一個時期,各企業(yè)將會在采用新材料新工藝方面不斷探索,爭取用低成本達到高水平。
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(yīng)同時起作用,碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。
我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀八十年代開始的,比美國晚大約二十年。當(dāng)時國際市場有供應(yīng)的主要是德國BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩,價格約在20萬元/噸,但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右,到九十年代升級為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當(dāng)時國產(chǎn)碳分子篩(長興中泰的前身長興化工廠產(chǎn))的產(chǎn)氮量只有140NM3/h.t,指標(biāo)雖然落后有近30%的差距,但也改寫了中國只能依賴進口碳分子篩的歷史,實現(xiàn)了從無到有的一次飛躍!又由于國產(chǎn)碳分子篩的價格低廉,從而迫使進口碳分子篩的價格有了大幅度的下降,為國家節(jié)約了外匯的同時也推動了國內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。
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,如強強聯(lián)合和資本聯(lián)合等,以創(chuàng)造國際品牌企業(yè)。
碳分子篩制氮過程,當(dāng)一個吸附塔吸附結(jié)束時,可將此吸附塔內(nèi)的有壓氣體從上下兩個方向注入另一個已再生好的吸附塔中,并使兩塔氣體壓力相同,此一過程稱為吸附塔的均壓,選擇適當(dāng)?shù)木鶋簳r間,即可回收能量,也可以減緩吸附塔內(nèi)的分子篩受到的沖擊,從而達到延長碳分子篩的使用壽命。參考伐門的切換速度一般選擇均壓時間為1~3秒。
碳分子篩在動力學(xué)效應(yīng)的同時,又具有平衡吸附效應(yīng),吸附質(zhì)分壓高,吸附容量也高,因此加壓吸附是有利的,但吸附壓力太高,對空壓機的選型要求也增高,另外常壓再生與真空再生兩個流程對吸附壓力要求也不同,綜合各項因素,建議常壓再生流程的吸附壓力選為5~8Kg/cm2為宜;真空再生流程的吸附壓力選擇為3~5Kg/cm2為宜。
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