碳分子篩的生產原理

一、 碳分子篩空分制氮的原理

我公司生產的碳分子篩是PSA制氮裝置上的吸附劑，采用變壓吸附原理（PSA）從空氣中分離制取氮氣。碳分子篩對空氣中的氧和氮的分離作用主要是基于這兩種氣體在碳分子篩表面上的擴散速率不同。直徑較小的氣體分子（O2）擴散速率較快，較多的進入碳分子篩微孔。直徑較大的氣體分子（N2）擴散速率較慢，進入碳分子篩微孔較少，這樣在氣相中可以得到氮的富集成分。因此，利用碳分子篩對氧和氮在某一時間內吸附量的差別這一特性，由全自動控制系統按特定可編程序施以加壓吸附，常壓解析的循環過程，完成氮氧分離，獲得所需高純度的氮氣。

二、碳分子篩制氮控制的條件

1、空氣壓縮純化過程

純原料空氣進入碳分子篩吸附塔，是非常必要的，因為顆粒及有機氣體進入吸附塔會堵塞碳分子篩的微孔，并逐漸使碳分子篩的分離性能降低。純化原料空氣的方法有：1、使空壓機的進氣口遠離有、油霧、有機氣體的場所；2、通過冷干機、吸附劑凈化系統等，經處理后的原料空氣進入碳分子篩吸附塔。

2、產品氮氣的濃度和產氣量

碳分子篩制取氮氣，其N2濃度和產氣量可根據用戶的需要進行任意調節，在產氣時間及操作壓力確定時，調低產氣量，N2濃度將提高，反之，N2濃度則下降。用戶可根據實際需要調節。

3、均壓時間

碳分子篩制氮過程，當一個吸附塔吸附結束時，可將此吸附塔內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，選擇適當的均壓時間，即可回收能量，也可以減緩吸附塔內的分子篩受到沖擊，從而達到延長碳分子篩的使用壽命。參考閥門的切換速度一般選擇均壓時間為1-3秒。

4、產氣時間

根據碳分子篩對氧和氮的吸擴散速率不同，其吸附O2在短時間內就達到平衡，此時，N2的吸附量很少，較短的產氣時間，可有效的提高碳分子篩的產氣率，但同時也增加了閥門的動作頻率，因此閥門的性能也很重要。一般選擇吸附時間為30-120秒。小型高純制氮機推薦使用短的產氣時間，大型低濃度推薦使用長的產氣時間。

5、操作壓力

碳分子篩在動力學效應的同時，又具有平衡吸附效應，吸附質分壓高，吸附容量也高，因此加壓器吸附是有利的，但吸附壓力太高，對空壓機的造型要求也增高，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。

6、使用溫度

作為吸附劑選擇較低的吸附溫度有利于碳分子篩性能的發揮，制氮機工藝在有條件的情況下，采取降低吸附溫度是有利的。