二十世纪五十年代,伴随着工业革命的大潮,碳材料的应用越来越广泛,其中活性碳的应用领域PSA制氮用碳分子筛 扩展快,从初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。与此同时,随着技术的进步,人类对物质的加工能力也越来越强,在这种情况下,碳分子筛应运而生。
大多数厂家生产的碳分子筛在外型上并无多大差别,因此用户只靠观察分子筛外型是很难区分到底是进口分子筛还是国产分子筛的。但有一点,如果在购买设备时,厂家宣称使用的是进口分子筛,但价格远远格的话,那就要小心了。买的没有卖的精,设备制造厂家是不可能亏本卖设备的。买内装国产分子筛的设备并不可怕,但花了进口分子筛的价钱却买了国产分子筛,那损失可就大了。 我们知道,利用碳分子筛变压吸附制氮是靠范德华力来分离氧气和氮气的,因此,分子筛的比表面积越大,孔径分布越均匀,并且微孔或亚微孔数量越多,吸附量就越大;同时,如果孔径能尽量小,范德华力场重叠,对低浓度物质也有更好的分离作用。因此,在PSA制氮设备中,分子筛的性能直接关系到整套设备的产气量及能耗,所以,选择合适的吸附剂是重中之重。
性能
分子筛为粉末状晶体,有金属光泽,硬度为3~5,相对密度为2~2.8,天然沸石有颜色,合成沸石为白色,不溶于水,热稳定性和耐酸性随着SiO2/Al2O3组成比的增加而提高。分子筛有很大的比表面积,达300~1000m2/g,内晶表面高度极化,为一类吸附剂,也是一类固体酸,表面有很高的酸浓度与酸强度,能引起正碳离子型的催化反应。当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时,可调整孔径,改变其吸附性质与催化性质,从而制得不同性能的分子筛催化剂。
虽然分子筛主要是由氧化硅、氧化铝所组成,但是随着其中所含氧化硅与氧化铝比例的变化,和添加其它助剂的作用,它们可以构架组建成数目众多的、具有不同结 构和性能特性的分子筛。不同类型的分子筛,它们的孔道形状和大小可以有很大差别。同一类型分子筛的孔径和结构,也可以有不同。
分子筛是个多孔性的物质,其中密布着大大小小的空穴,假如把这些孔都展开,它的表面积非常之大。1克分子筛只有一片较大的药片这么大体积, 可是它里面的孔表面积竟能达到300~1000平方米,比一般的一户家居面积还要大得多。分子筛里的空穴也叫笼子,笼子有大有小,不同大小的物质分子可进 入不同的空穴而筛分开来。
分子筛脱水一般适用于下列场合:
a. 要求天然气水露点低于 - 40℃的场合 ,例如使用膨胀机的 NGL 回收装置的原料气脱水。
b. 同时脱水脱烃以满足水露点、烃露点销售要求的烃露点控制装置 ———适用于贫的高压天然气的烃露点控制。
c. 天然气同时脱水和净化。
d. 含 H2 S的天然气脱水,当 H2 S溶解在甘醇中引起再生气的排放问题时。
e. LPG和 NGL 脱水同时要脱除微量的硫化物(H2 S, COS, CS2 ,硫醇 )时。
人们在适当的条件下通过对煤,椰子壳,酚醛树脂的碳化,得到了碳分子筛的前驱体再用苯蒸气对其进行沉积,得到3-5埃左右的匀一孔径,这匀一孔径可以对气体分子的筛分分离作用。但碳分子筛的生产过程要消耗大量能源和产生大气污染,是一个高能源高污染的产品。所以回收碳分子筛有利于节约能源和降低大气污染。
这种分子筛具有高选择性、可控性高、多种功能性、活性位点可调等优点。 分子筛是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它具有均一的孔径和的比表面积、热稳定性好、吸附性能强、内表面积大、强度高等特点。分子筛由于其用途的不同,因此分为3A、4A、5A、13X、13X空分分子筛、中空玻璃分子筛、分子筛活化粉、碳分子筛等几类。
碳分子筛技术更适合潮湿天气和炎热天气;这是因为碳分子筛技术具有自净化功能,可以去除空气中的水汽,不受温度变化的影响。然而,膜分离技术不能自我净化。一旦空气潮湿,即使发生故障,也会直接影响设备的产气效率。
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