碳分子篩是20世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮?dú)?，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統(tǒng)的深冷高壓制氮工藝具有投資費(fèi)用少，產(chǎn)氮速度快、氮?dú)獬杀镜偷葍?yōu)點(diǎn)。因此，它是工程界的變壓吸附(簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮?dú)庠诨瘜W(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運(yùn)輸及儲(chǔ)存等方面廣泛應(yīng)用。

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PSA制氮用碳分子篩
PSA制氮用碳分子篩
二十世紀(jì)五十年代，伴隨著工業(yè)革命的大潮，碳材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中活性碳的應(yīng)用領(lǐng)域PSA制氮用碳分子篩
擴(kuò)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)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)物質(zhì)的加工能力也越來(lái)越強(qiáng)，在這種情況下，碳分子篩應(yīng)運(yùn)而生。

碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康?。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(yùn)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(nèi)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(kuò)散到孔內(nèi)，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(duì)擴(kuò)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(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內(nèi)部微孔分布應(yīng)在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內(nèi)，氧氣可以快速通過(guò)微孔孔口擴(kuò)散到孔內(nèi)，而氮?dú)鈪s很難通過(guò)微孔孔口，從而達(dá)到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎(chǔ)，如果孔徑過(guò)大，氧氣、氮?dú)夥肿雍Y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?dú)舛疾荒苓M(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

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?dú)怏w。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(kuò)散速度、或不同的吸附力、或兩種效應(yīng)同時(shí)起作用，碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。

在國(guó)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(guī)?；髽I(yè)發(fā)展創(chuàng)造基礎(chǔ)；二是碳分子篩品牌針對(duì)不同的用氮場(chǎng)所的工藝要求，可再細(xì)分為以節(jié)能型、普氮型及長(zhǎng)周期型等；再者，在行業(yè)方面，積極探索同行間友好競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展模式，如強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合和資本聯(lián)合等，以創(chuàng)造國(guó)際品牌企業(yè)。

該裝置一般稱(chēng)為制氮機(jī)。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法（簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A法），變壓吸附為無(wú)熱源的吸附分離過(guò)程，碳分子篩對(duì)被吸附組份（主要是氧分子）的吸附容量因上述原理在充壓、產(chǎn)氣時(shí)吸附，在降壓排氣時(shí)解吸，使碳分子篩再生。同時(shí)，床層氣相富集的氮?dú)獯┻^(guò)床層成為產(chǎn)品氣，各步驟連為循環(huán)操作。
變壓吸附過(guò)程循環(huán)操作包括：充壓、產(chǎn)氣；均壓；降壓、排氣；然后再充壓、產(chǎn)氣；……幾個(gè)工作階段，形成循環(huán)操作過(guò)程。其根據(jù)流程的再生方法不同，可分為真空再生流程和常壓再生流程。
P.S.A制氮機(jī)設(shè)備根據(jù)用戶(hù)的需要可包括空氣壓縮純化系統(tǒng)、變壓吸附系統(tǒng)、閥門(mén)程序控制系統(tǒng)（真空再生的還需帶有真空泵），及氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)。