鄭世濤

摘 要：碳分子篩是一種新型吸附劑，是變壓吸附制氮設(shè)備的主要組成部件，碳分子篩的制備過程復(fù)雜，穩(wěn)定性差，要想穩(wěn)定生產(chǎn)，必須對生產(chǎn)工藝做自動化設(shè)計，目前國內(nèi)普遍采用的是單爐間斷生產(chǎn)工藝，每爐產(chǎn)量不足200公斤，而且每爐的指標也參差不齊，這種生產(chǎn)工藝遠遠無法滿足行業(yè)對碳分子篩數(shù)量及質(zhì)量的要求，嚴重阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展。研究開發(fā)自動化、連續(xù)化碳分子篩生產(chǎn)工藝，已經(jīng)是行業(yè)發(fā)展的重中之重。碳分子篩自動化生產(chǎn)工藝早在十多前年德國、日本等國家已普遍采用，且技術(shù)日臻成熟，國內(nèi)由于對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)掌握不夠，目前尚處于空白階段。

關(guān)鍵詞：碳分子篩；自動化生產(chǎn)工藝

1碳分子篩制備工藝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

碳分子篩是二十世紀七十年代發(fā)展起來的一種新型吸附材料，主要用于變壓吸附制氮設(shè)備，利用其特殊的微孔結(jié)構(gòu)進行氮氧分離，由于其制氮成本低、速度快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢得以迅速推廣，其制備過程工藝復(fù)雜，主要過程包括）--原材料粉碎、捏合、擠條成型、碳化、碳沉積、活化、檢測、包裝等，目前國內(nèi)主要采用的制備方法都是間斷生產(chǎn)法，就是將各個生產(chǎn)過程采取獨立分開，間斷作業(yè)，尤其是碳化、碳沉積及活化工藝都是單獨分步進行，實現(xiàn)單爐生產(chǎn)，這種方法的好處是可以根據(jù)不同材料情況分別控制工藝參數(shù)，缺點是生產(chǎn)過程無法實現(xiàn)連續(xù)性，效率低，產(chǎn)品穩(wěn)定性差，國際上多年以前就嘗試自動化生產(chǎn)線的開發(fā)，并取得了進展，隨著變壓吸附行業(yè)的逐步發(fā)展，對碳分子篩需求越來越大，對碳分子篩品質(zhì)要求也越來越高，國內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝必須進行革命性改進，自動化生產(chǎn)線的開發(fā)研究迫在眉睫。

2碳分子篩自動化制備工藝的關(guān)鍵技術(shù)分析

碳分子篩的指標主要包括強度和產(chǎn)氮率，所以其自動化生產(chǎn)工藝的設(shè)計必須充分考慮到對這兩項指標產(chǎn)生影響的各個參數(shù)。

首先是強度指標，其影響因素主要有兩個方面：第一是原料粉碎的粒度，第二個就是成型工序的擠壓力度。因此在設(shè)計工藝的時候就必須針對這兩個因素做科學(xué)設(shè)計，保證顆粒度能穩(wěn)定在20微米-這需要對原料粉碎過程進行精準控制，設(shè)計粒度自動控制程序，達到粒度后實現(xiàn)自動出料，這一技術(shù)目前在國內(nèi)已經(jīng)得到解決，多家公司的粉碎機已經(jīng)能做到超微粉碎的精細化控制，另外在擠壓強度方面要求也十分嚴格，盡量穩(wěn)定控制在8MPa。就現(xiàn)有技術(shù)看，可采用液壓或螺桿擠壓的方法進行成型控制。

其次是產(chǎn)氮率指標，這是碳分子篩的關(guān)鍵指標，控制起來相當復(fù)雜，必須對碳化溫度、溫升速率、沉積時間、活化時間等參數(shù)進行精準控制，而要在自動化生產(chǎn)線上實現(xiàn)對這幾個參數(shù)的精準控制，首先必須解決的問題是設(shè)備的保溫，這個環(huán)節(jié)處理不好，很難提供一個穩(wěn)定的處理溫度，可采用綜合保溫措施，包括真空法、隔熱材料法等。保好溫只是做好了第一步，關(guān)鍵技術(shù)還是各個處理程序的連貫性、持續(xù)性的組合設(shè)計，因為碳化、沉積及活化的溫度控制各不相同，因此就需要在生產(chǎn)工藝的設(shè)計上充分考慮其自動過渡過程的溫度轉(zhuǎn)換，要在不同程序間設(shè)置處理過渡空間，在過渡空間實現(xiàn)不同溫度的轉(zhuǎn)換，保證每段工藝過程的順利完成。

還有一個關(guān)鍵技術(shù)需要重點研究，那就是時時檢測與控制技術(shù)，因為在沉積與活化過程中需要有半成品的數(shù)據(jù)指標，通過這個指標決定處理的時間，在間斷的生產(chǎn)工藝中可以通過過程檢測來獲取數(shù)據(jù)，而在自動化生產(chǎn)工藝中沒處理完成是無法取料檢測的，這就需要設(shè)計一套時時的在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過時時的數(shù)據(jù)檢測與控制自動完成沉積及活化工藝的處理參數(shù)設(shè)置。

另外，解決碳分子篩處理過程的穩(wěn)定性，也是碳分子篩自動化制備工藝設(shè)計的難點問題。這需要在流水線的設(shè)計中重點考慮碳分子篩處理過程的輸送穩(wěn)定性、沉積濃度穩(wěn)定性、活化條件穩(wěn)定性、處理時間穩(wěn)定性、分子篩與補孔劑或活化劑接觸程度的穩(wěn)定性等等，只有每個環(huán)節(jié)都做到穩(wěn)定可靠，才能最終保證碳粉子篩產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。要做到這一步，必須解決好以下關(guān)鍵技術(shù)：原料擠條成型速度均勻、連續(xù)，顆粒度均勻，可設(shè)計采用螺桿式擠出機并對成型顆粒進行定尺設(shè)計；成型后顆粒料輸送均勻、穩(wěn)定，這個相對容易實現(xiàn)，可采用速度可控的耐高溫不銹鋼鏈板傳輸；碳化、沉積及活化工位要求對顆粒攪拌均勻，這個工位設(shè)計時可采用震動篩結(jié)構(gòu)-當原料進入處理區(qū)后自動轉(zhuǎn)入振動篩中，通過控制振動頻率，使原料在處理過程中能夠均勻接觸補孔劑或活化劑，以達到均勻處理、穩(wěn)定指標的目的。這一過程還需要充分設(shè)計好縱向震動與橫向傳輸?shù)暮侠黻P(guān)系，才能使原料在處理過程中既能保證穩(wěn)定性，又能保證連續(xù)性，真正做到自動化生產(chǎn)要求。

碳分子篩自動化制備工藝的最后一個關(guān)鍵技術(shù)是自動包裝，成品經(jīng)過處理檢測合格后經(jīng)輸送系統(tǒng)傳輸?shù)桨b系統(tǒng)，包裝系統(tǒng)需要有恒溫箱，產(chǎn)品進入后能保持恒溫，包裝時應(yīng)保持恒溫40度，這樣才能保證封裝后成品自動形成真空從而滿足產(chǎn)品長期穩(wěn)定儲存的條件。恒溫箱出料口設(shè)置自動分裝閥，當包裝桶通過流水線轉(zhuǎn)到出口時，出口閥自動打開進行分裝包裝。

最后需要重點提到的是，以上幾項關(guān)鍵技術(shù)是互相關(guān)聯(lián)，相互制約的，只有每隔環(huán)節(jié)都處理好，才能得到最終想要達到的處理效果。

3結(jié)束語

綜上所述，碳分子篩的自動化生產(chǎn)工藝是一個綜合多學(xué)科知識、極其復(fù)雜的工藝過程，要想做到完美，必須對每個環(huán)節(jié)做精細化設(shè)計，同時對每個環(huán)節(jié)的連接都需要一絲不茍，只有這樣，才能使生產(chǎn)出的碳分子篩產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、品質(zhì)可靠。