制氮机原理介绍

工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。

1、深冷空分制氮
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的沸点为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3/h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%～50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。

深冷空分制氮原理
深冷制氮不仅可以生产氮气而且可以生产液氮，满意需要液氮的工艺要求，并且可在液氮贮槽内贮存，当出现氮气间断负荷或空分设备小修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道满意工艺装置对氮气的需求。深冷制氮的运转周期（指两次大加温之间的间隔期）一般为1年以上，因此，深冷制氮一般不考虑备用。而变压吸附制氮只能生产氮气，无备用手段，单套设备不能保证连续长周期运。

2、分子筛空分制氮
以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3/h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的比较青睐方法。

制氮机原理图

psa变压吸附制氮原理
碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮，其吸附量也随着压力的升高而升高，而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。因而，仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。如果进一步考虑吸附速度的话，就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。氧分子直径比氮分子小，因而扩散速度比氮快数百倍，故碳分子筛吸附氧的速度也很快，吸附约1分钟就达到90%以上；而此时氮的吸附量仅有5%左右，所以此时吸附的大体上都是氧气，而剩下的大体上都是氮气。这样，如果将吸附时间控制在1分钟以内的话，就可以将氧和氮初步分离开来，也就是说，吸附和解吸是靠压力差来实现的，压力升高时吸附，压力下降时解吸。而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差，通过控制吸附时间来实现的，将时间控制的很短，氧已充分吸附，而氮还未来得及吸附，就停止了吸附过程。因而变压吸附制氮要有压力的变化，也要将时间控制在1分钟以内。整套系统由以下部件组成：压缩空气净化组件、空气储罐、氧氮分离装置、氮气缓冲罐。

3、膜空分制氮
以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98%的中、小型氮气用户。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮设备相比价格要高出15%以上。

膜分制氮原理
空气经压缩机压缩过滤后进入高分子膜过滤器，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率不同。根据这一特性，可将各种气体分为“快气”和“慢气”。
当混合气体在膜两侧压力差的作用下，渗透速率相对快的气体，如水、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳和氩气等气体则被滞留在膜的侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。

制氮机参数
1、使用压力：传统的制氮机出口压力通常在0.1-0.6mpa，但有些过程需要高氮压。在这个时候，一个涡轮增压器加压所需氮所需压力。
2、露点：大多数用户使用氮气时对露水的需求很少。在选择干燥器时，要求露点的用户选择吸附干燥器，因为吸附干燥机的露点低于冷干燥器的露点。
3、流量：流量是制氮机的核心参数。许多客户不知道他们需要多少氮气机的流量。使用瓶装氮和液态氮的用户实际上可以计算所需制氮机的近似流量。
4、纯度：纯度也是制氮机的一个非常关键的参数。不同行业的氮纯度不同，用户可以参考自己行业的纯度。

制氮机技术特点
1、 工艺特点：
（a） 变压吸附制氮设备具有适用气源广、产品纯度高、工艺简单、操作自动化程度高、运行费用低、等特点。
（b） 压缩空气净化组件使用寿命长易更换、易维护。
（c） 制氮设备出口流量大、出口压力可在设定范围内调节。
（d） 根据生产情况可随时开、停车。
（e） 产品氮气纯度高，通过变压吸附方式即可达到氮气纯度>99.99%，无需再配置氮气纯化设备。

2、 技术设计特点：
（a）采用了独特的分子筛密实装填技术，及压紧装置，既避免了气流在高速流动中，冲击分子筛造成的分子筛粉化现象，提高了系统长期运行的可靠性。
（b） 科学合理的工艺流程和设备配置，设备结构紧凑、外型美观，占地面积小。
（c） 设备运行成本低，氮气纯度、流量稳定可靠。
（d） 空气预处理部分设备，每级过滤器都带有压差指示，自动排污系统。
（e）设备采用标准件连接拆卸，安装、维护更方便，更便捷。
（f） 用高可靠性的进口程控阀门，使用寿命长，能够满足设备长期稳定运行需要。
（g） 自动化程度高，采用我公司自研发的微电脑自动程序控制系统，设备可自动化运行，并可根据需要调节氮气纯度、压力、流量。
（h） 设备采用航空铝型材更佳使用于食品、医药行业或要求气源更高精度。

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