炭素モレキュラーシーブの製造原理

1.窒素生成用炭素モレキュラーシーブの製造原理

カーボンモレキュラーシーブはPSA窒素製造装置の吸着剤で、圧力スイング吸着の原理を利用して空気から窒素を分離します。カーボンモレキュラーシーブの空気中の酸素と窒素の分離効果は、主にカーボンモレキュラーシーブ表面での2つのガスの拡散速度の違いに基づいています。直径の小さい気体分子は拡散速度が速く、カーボンモレキュラーシーブの微細孔に多く入り込みます。直径が大きい気体分子は拡散速度が遅く、カーボンモレキュラーシーブの微細孔に入る気体分子が少ないため、気相で窒素リッチな成分を得ることができる。そのため、一定時間内に吸収される酸素と窒素の量に差があるという分子篩炭素の特性を利用して、全自動制御システムはプログラム可能な特定のシーケンスに従って圧力吸着を適用し、大気脱吸収のサイクルプロセスの後、窒素と酸素の分離を完了し、必要な高純度窒素を得ることができます。

2.カーボンモレキュラーシーブの窒素生成制御条件

(1) 空気の圧縮と浄化プロセス

吸着塔に入る粒子や有機ガスは炭素分子ふるいの微細孔を塞ぎ、炭素分子ふるいの分離性能を徐々に低下させるからである。

原料の空気を浄化する方法は以下の通りである：

a.エアコンプレッサーの吸気口をオイルミストや有機ガスのある場所に近づけない；

b.b.冷凍式ドライヤー、吸着剤精製システムなどを通過し、最終的に処理された供給空気は炭素分子ふるいの吸着塔に入る。

(2) 製品窒素濃度とガス発生率

カーボンモレキュラーシーブを使って窒素を製造する場合、ユーザーのニーズに応じてN2濃度とガス製造速度を調整することができます。ガス生産時間と運転圧力を決定すると、ガス生産速度が減少し、N2濃度が増加します。逆にN2濃度は下がります。ユーザーは実際のニーズに応じて調整することができます。

(3) 圧力均一化時間

カーボンモレキュラーシーブを窒素製造に使用するプロセスでは、1つの吸着塔の吸着が完了すると、吸着塔内の加圧ガスを上下方向から別の再生吸着塔に注入することができ、2つの吸着塔のガス圧力は同じになります。このプロセスを吸着塔の均圧化と呼ぶ。適切な均圧時間を選択することで、エネルギーを回収し、吸着塔のモレキュラーシーブへの影響を緩和し、カーボンモレキュラーシーブの寿命を延ばすことができます。バルブの切り替え速度を参考にすると、均圧時間は一般的に1～3秒です。

(4) ガス発生時間

カーボンモレキュラーシーブの酸素と窒素に対する拡散速度の違いにより、O2の吸着は短時間で平衡に達します。この時、N2の吸着量は少なく、ガス発生時間が短いため、炭素モレキュラーシーブのガス発生率を高めることができます。しかし、同時にバルブの作動頻度が高くなるので、バルブの性能も非常に重要です。一般的に吸着時間は30～120秒です。小型の高純度窒素発生装置には短いガス発生時間を採用し、大型の低濃度窒素発生装置には長いガス発生時間を採用することをお勧めします。

(5) 使用圧力

カーボンモレキュラーシーブは、動的効果だけでなく、バランスの取れた吸着効果を持っています。吸着物の分圧は高く、吸着容量も大きい。そのため、加圧吸着が有利だが、吸着圧力が高すぎると、空気圧縮機の形状に対する要求も高くなる。また、大気再生と真空再生の2つのプロセスでは、必要な吸着圧力も異なります。様々な要因から、大気再生工程の吸着圧力は5～8Kg/cm2、真空再生工程の吸着圧力は3～5Kg/cm2が推奨される。

(6) 使用温度

カーボンモレキュラーシーブは吸着剤であるため、低い吸着温度を選択することが性能向上につながります。条件が許せば、窒素生成技術において吸着温度を下げることは有利である。