制氮機原理介紹

工業中有三種，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

1、深冷空分制氮
深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同(在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的沸點為-196℃)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設備復雜、占地面積大，基建費用較高，設備一次性投資較多，運行成本較高，產氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長。綜合設備、安裝及基建諸因素，3500Nm3/h以下的設備，相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20%～50%。深冷空分制氮裝置宜于大規模工業制氮，而中、小規模制氮就顯得不經濟。

深冷空分制氮原理
深冷制氮不僅可以生產氮氣而且可以生產液氮，滿意需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內貯存，當出現氮氣間斷負荷或空分設備小修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此，深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產氮氣，無備用手段，單套設備不能保證連續長周期運。

2、分子篩空分制氮
以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發展起來的一種新的制氮技術。與傳統制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快(15～30分鐘)、能耗低，產品純度可在較大范圍內根據用戶需要進行調節，操作維護方便、運行成本較低、裝置適應性較強等特點，故在1000Nm3/h以下制氮設備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的比較青睞方法。

制氮機原理圖

psa變壓吸附制氮原理
碳分子篩可以同時吸附空氣中的氧和氮，其吸附量也隨著壓力的升高而升高，而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無明顯的差異。因而，僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進一步考慮吸附速度的話，就能將氧和氮的吸附特性有效地區分開來。氧分子直徑比氮分子小，因而擴散速度比氮快數百倍，故碳分子篩吸附氧的速度也很快，吸附約1分鐘就達到90%以上；而此時氮的吸附量僅有5%左右，所以此時吸附的大體上都是氧氣，而剩下的大體上都是氮氣。這樣，如果將吸附時間控制在1分鐘以內的話，就可以將氧和氮初步分離開來，也就是說，吸附和解吸是靠壓力差來實現的，壓力升高時吸附，壓力下降時解吸。而區分氧和氮是靠兩者被吸附的速度差，通過控制吸附時間來實現的，將時間控制的很短，氧已充分吸附，而氮還未來得及吸附，就停止了吸附過程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化，也要將時間控制在1分鐘以內。整套系統由以下部件組成：壓縮空氣凈化組件、空氣儲罐、氧氮分離裝置、氮氣緩沖罐。

3、膜空分制氮
以空氣為原料，在一定壓力條件下，利用氧和氮等不同性質的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設備相比它具有結構更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護量更少、產氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優點，它特別適宜于氮氣純度≤98%的中、小型氮氣用戶。而氮氣純度在98%以上時，它與相同規格的PSA制氮設備相比價格要高出15%以上。

膜分制氮原理
空氣經壓縮機壓縮過濾后進入高分子膜過濾器，由于各種氣體在膜中溶解度和擴散系數不同，導致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據這一特性，可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。
當混合氣體在膜兩側壓力差的作用下，滲透速率相對快的氣體，如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側被富集，而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷、氮氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側被富集，從而達到混合氣體分離的目的。

制氮機參數
1、使用壓力：傳統的制氮機出口壓力通常在0.1-0.6mpa，但有些過程需要高氮壓。在這個時候，一個渦輪增壓器加壓所需氮所需壓力。
2、露點：大多數用戶使用氮氣時對露水的需求很少。在選擇干燥器時，要求露點的用戶選擇吸附干燥器，因為吸附干燥機的露點低于冷干燥器的露點。
3、流量：流量是制氮機的核心參數。許多客戶不知道他們需要多少氮氣機的流量。使用瓶裝氮和液態氮的用戶實際上可以計算所需制氮機的近似流量。
4、純度：純度也是制氮機的一個非常關鍵的參數。不同行業的氮純度不同，用戶可以參考自己行業的純度。

制氮機技術特點
1、 工藝特點：
（a） 變壓吸附制氮設備具有適用氣源廣、產品純度高、工藝簡單、操作自動化程度高、運行費用低、等特點。
（b） 壓縮空氣凈化組件使用壽命長易更換、易維護。
（c） 制氮設備出口流量大、出口壓力可在設定范圍內調節。
（d） 根據生產情況可隨時開、停車。
（e） 產品氮氣純度高，通過變壓吸附方式即可達到氮氣純度>99.99%，無需再配置氮氣純化設備。

2、 技術設計特點：
（a）采用了獨特的分子篩密實裝填技術，及壓緊裝置，既避免了氣流在高速流動中，沖擊分子篩造成的分子篩粉化現象，提高了系統長期運行的可靠性。
（b） 科學合理的工藝流程和設備配置，設備結構緊湊、外型美觀，占地面積小。
（c） 設備運行成本低，氮氣純度、流量穩定可靠。
（d） 空氣預處理部分設備，每級過濾器都帶有壓差指示，自動排污系統。
（e）設備采用標準件連接拆卸，安裝、維護更方便，更便捷。
（f） 用高可靠性的進口程控閥門，使用壽命長，能夠滿足設備長期穩定運行需要。
（g） 自動化程度高，采用我公司自研發的微電腦自動程序控制系統，設備可自動化運行，并可根據需要調節氮氣純度、壓力、流量。
（h） 設備采用航空鋁型材更佳使用于食品、醫藥行業或要求氣源更高精度。

內容來源于網絡。