制氮機(jī)原理介紹

工業(yè)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(tǒng)的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)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(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費用較高，設(shè)備一次性投資較多，運(yùn)行成本較高，產(chǎn)氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素，3500Nm3/h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20%～50%。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

深冷空分制氮原理
深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮，滿意需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存，當(dāng)出現(xiàn)氮氣間斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運(yùn)轉(zhuǎn)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(chǎn)氮氣，無備用手段，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長周期運(yùn)。

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(yùn)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(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產(chǎn)氣快(15～30分鐘)、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點，故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)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(jī)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(jìn)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(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小，因而擴(kuò)散速度比氮快數(shù)百倍，故碳分子篩吸附氧的速度也很快，吸附約1分鐘就達(dá)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(nèi)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(xiàn)的，壓力升高時吸附，壓力下降時解吸。而區(qū)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(xiàn)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(nèi)。整套系統(tǒng)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(zhì)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(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)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(guī)格的PSA制氮設(shè)備相比價格要高出15%以上。

膜分制氮原理
空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮過濾后進(jìn)入高分子膜過濾器，由于各種氣體在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據(jù)這一特性，可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。
當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)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(cè)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(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

制氮機(jī)參數(shù)
1、使用壓力：傳統(tǒng)的制氮機(jī)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(shù)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(jī)的露點低于冷干燥器的露點。
3、流量：流量是制氮機(jī)的核心參數(shù)。許多客戶不知道他們需要多少氮氣機(jī)的流量。使用瓶裝氮和液態(tài)氮的用戶實際上可以計算所需制氮機(jī)的近似流量。
4、純度：純度也是制氮機(jī)的一個非常關(guān)鍵的參數(shù)。不同行業(yè)的氮純度不同，用戶可以參考自己行業(yè)的純度。

制氮機(jī)技術(shù)特點
1、 工藝特點：
（a） 變壓吸附制氮設(shè)備具有適用氣源廣、產(chǎn)品純度高、工藝簡單、操作自動化程度高、運(yùn)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(hù)。
（c） 制氮設(shè)備出口流量大、出口壓力可在設(shè)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
（d） 根據(jù)生產(chǎn)情況可隨時開、停車。
（e） 產(chǎn)品氮氣純度高，通過變壓吸附方式即可達(dá)到氮氣純度>99.99%，無需再配置氮氣純化設(shè)備。

2、 技術(shù)設(shè)計特點：
（a）采用了獨特的分子篩密實裝填技術(shù)，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(xiàn)象，提高了系統(tǒng)長期運(yùn)行的可靠性。
（b） 科學(xué)合理的工藝流程和設(shè)備配置，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、外型美觀，占地面積小。
（c） 設(shè)備運(yùn)行成本低，氮氣純度、流量穩(wěn)定可靠。
（d） 空氣預(yù)處理部分設(shè)備，每級過濾器都帶有壓差指示，自動排污系統(tǒng)。
（e）設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)件連接拆卸，安裝、維護(hù)更方便，更便捷。
（f） 用高可靠性的進(jìn)口程控閥門，使用壽命長，能夠滿足設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行需要。
（g） 自動化程度高，采用我公司自研發(fā)的微電腦自動程序控制系統(tǒng)，設(shè)備可自動化運(yùn)行，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)氮氣純度、壓力、流量。
（h） 設(shè)備采用航空鋁型材更佳使用于食品、醫(yī)藥行業(yè)或要求氣源更高精度。

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