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1960年Skarstrom提出PSA专利,他以5A沸石分子筛为吸附剂,用一个两床PSA装置,从空气中分离出富氧,该过程经过改进,于60年代投入了工业生产。80年代,变压吸附技术的工业应用取得了突破性的进展,主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。其中,氧氮分离的技术进展是把新型吸附剂碳分子筛与变压吸附结合起来,将空气中的O2和N2加以分离,从而获得氮气。
变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初(Skarstrom, 1960; Guerin de Montgarenil & Domine, 1964),并于70年代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部分采用深冷精馏法(简称深冷法)
80年代以来至今CaX和LiX等高吸附分离性能的沸石分子筛的相继开发利用和工艺流程的改进,使得变压吸附空分技术得到迅速地发展,与深冷空分装置相比,PSA过程具有启动时间短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高和维护简单、占地面积小和土建费用低等特点。在不需要高纯氧的中小规模(小于100吨/天,相当于3000Nm3/h )氧气生产中比深冷法更具有竞争力。广泛的应用于电炉炼钢、有色金属冶炼、玻璃加工、甲醇生产、炭黑生产、化肥造气、化学氧化过程、纸浆漂白、污水处理、生物发酵、水产养殖、医疗和军事等诸多领域(杨,1991; Kumar, 1996; Jee, Park, Haam & Lee,2002)。
有机世界的"主角"--碳C 碳在地球上虽不算太少,但也不算太多,按重量计算,占地壳中各元素总重量的千分之四,按原子总数计算不超过千分之一点五,然而,碳的足迹却遍布。
在大自然中,有纯净的碳。比如说,金刚石便是非常纯净的碳——在纯净的氧气中,金刚石居然会燃烧,变成二氧化碳!金刚石是坚硬的东西,人们用它来裁玻璃,或者装在钻探机的钻头上,成为向地层深处进军的开路。不过,天然的金刚石终究不多,不能满足工业上的需要。我国已试制成功人造金刚石——在高温高压下,用石墨制造金刚石。
其它空气分离方法,如膜分离法、变压吸附法(PSA)和真空变压吸附法(VPSA)等,主要是应用于从空气中分离单一组分。而用于半导体器件制造的高纯氧、氮和氩需要低温精馏法。同样,稀有气体氖、氪和氙的可行来源是也使用低温精馏法。
因此低温精馏法是重要的空气分离方法。
一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石。其化学通式为(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O,M′、M分别为一价、二价阳离子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。它在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴,不同孔径的分子筛把不同大小和形状分子分开。根据SiO2和Al2O3的分子比不同,得到不同孔径的分子筛。其型号有:3A(钾A型)、4A(钠A型)、5A(钙A型)、10Z(钙Z型)、13Z(钠Z型)、Y(钠Y型)、钠丝光沸石型等。它的吸附能力高、选择性强、耐高温。广泛用于有机化工和石油化工,也是煤气脱水的优良吸附剂。在废气净化上也日益受到重视。