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。
在国产碳分子筛以质优的同时,碳分子筛及制氮装置还有很多工作要做。一是积极研制环保型碳分子筛生产工艺,以为碳分子筛企业向大中型规模化企业发展创造基础;二是碳分子筛品牌针对不同的用氮场所的工艺要求,可再细分为以节能型、普氮型及长周期型等;再者,在行业方面,积极探索同行间友好竞争发展模式,如强强联合和资本联合等,以创造国际品牌企业。
该装置一般称为制氮机。其工艺流程是采用在常温下变压吸附法(简称P.S.A法),变压吸附为无热源的吸附分离过程,碳分子筛对被吸附组份(主要是氧分子)的吸附容量因上述原理在充压、产气时吸附,在降压排气时解吸,使碳分子筛再生。同时,床层气相富集的氮气穿过床层成为产品气,各步骤连为循环操作。
P.S.A制氮机设备根据用户的需要可包括空气压缩纯化系统、变压吸附系统、阀门程序控制系统(真空再生的还需带有真空泵),及氮气供应系统。
碳分子筛在动力学效应的同时,又具有平衡吸附效应,吸附质分压高,吸附容量也高,因此加压吸附是有利的,但吸附压力太高,对空压机的选型要求也增高,另外常压再生与真空再生两个流程对吸附压力要求也不同,综合各项因素,建议常压再生流程的吸附压力选为5~8Kg/cm2为宜;真空再生流程的吸附压力选择为3~5Kg/cm2为宜。
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。