Introducción al tamiz molecular de carbono para la generación de nitrógeno PSA
Con la ola de la revolución industrial de los años 50, la aplicación de los materiales de carbono se fue extendiendo cada vez más, y el campo de mayor expansión fue el del carbón activado, que pasó gradualmente de filtrar impurezas a separar distintos componentes. Al mismo tiempo, con los avances de la tecnología, las capacidades humanas de procesamiento de la materia se hicieron más fuertes, en virtud de lo cual nació el tamiz molecular de carbono. En la década de 1960, el tamiz molecular de carbono se fabricó con éxito y se promocionó rápidamente en Estados Unidos. Al principio, se utilizaba como adsorbente para separar el oxígeno del aire y, poco a poco, se fue aplicando a dispositivos para producir nitrógeno. A finales de los 70 y principios de los 80, la demanda de nitrógeno en todo el mundo seguía aumentando, mientras que la tecnología de adsorción por oscilación de presión para la producción de nitrógeno maduraba gradualmente, impulsando aún más el desarrollo de la tecnología de fabricación de tamices moleculares de carbono.
En 1982, la producción de nitrógeno en Estados Unidos y Japón superaba a la de oxígeno. En ese momento, la adsorción por oscilación de presión para la producción de nitrógeno representaba alrededor de 18% de la producción total de nitrógeno, a medida que la cuota de mercado de la tecnología seguía creciendo, los principales países industriales de todo el mundo invertían en investigación y desarrollo de tamices moleculares de carbono para la adsorción por oscilación de presión, de los cuales Estados Unidos, Japón y Alemania ocupaban la posición de liderazgo tecnológico. Hasta hoy, los principales productores de tamiz molecular de carbono del mundo siguen estando distribuidos principalmente en estos países.
Las materias primas del tamiz molecular de carbono son la cáscara de coco, el carbón y las resinas.
En primer lugar, se procesan y muelen hasta convertirlos en polvo, y luego se mezclan con el sustrato, principalmente para aumentar la resistencia y evitar la fragmentación del material. El segundo paso es la activación y formación de poros, que consiste en inyectar un activador a una temperatura de 600-1000 ℃. Entre los activadores utilizados habitualmente se encuentran el vapor de agua, el dióxido de carbono, el oxígeno y sus mezclas. Reaccionan con átomos de carbono amorfo más activos para generar calor químicamente, ampliando gradualmente la superficie para formar poros. El tiempo de activación y formación de poros dura entre 10 y 60 minutos. El tercer paso es la regulación de la estructura de los poros, utilizando vapores de sustancias químicas, como el benceno, que se depositan en la pared microporosa del tamiz molecular de carbono para ajustar el tamaño de los poros a los requisitos.
El tamiz molecular de carbono se divide a grandes rasgos en cuatro etapas en función de sus diferencias de rendimiento
En la primera etapa, el tamiz molecular de carbono tenía una distribución muy desigual del tamaño de los poros debido a las limitaciones del proceso de fabricación, y sólo podía producir nitrógeno con una pureza de unos 97%-98%, con una tasa de recuperación de sólo 26% a 34%, lo que requería un elevado consumo de energía.
En la segunda etapa, el tamiz molecular de carbono había mejorado su rendimiento y podía producir nitrógeno con una pureza superior a 99,9%, pero el consumo de energía era muy elevado y carecía de condiciones para su aplicación a gran escala. En esta etapa, los tamices moleculares podían producir nitrógeno con una pureza de 97-98%, con una tasa de recuperación de 37%-42%, y ya se habían utilizado ampliamente.
En la tercera etapa, los tamices moleculares progresaron significativamente en rendimiento gracias a la mejora de la tecnología de procesamiento, y podían producir nitrógeno con una pureza superior a 99,99% en un solo paso, con una tasa de recuperación de 40% cuando se producía nitrógeno con una pureza de 99,5%. Los tamices moleculares de tercera generación son los más utilizados y los elegidos por la mayoría de los fabricantes.
El tamiz molecular de cuarta generación fue desarrollado con éxito por una empresa japonesa en 2001. En comparación con los tamices moleculares de tercera generación, su rendimiento ha mejorado sustancialmente. Junto con la tecnología de adsorción por oscilación de presión no isobárica de Ruiqi, es capaz de producir nitrógeno con una pureza superior a 99,9995% en un solo paso. Cuando se produce nitrógeno con una pureza de 99,99%, la tasa de recuperación de nitrógeno es de unos increíbles 32%. En el actual entorno de escasez de energía, su importancia es aún mayor.
