制氮機原理介紹

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(guò)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(diǎn)不同(在1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為-183℃，后者的沸點(diǎn)為-196℃)，通過(guò)液空的精餾，使它們分離來(lái)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(chǎn)氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長(cháng)。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(yè)制氮，而中、小規模制氮就顯得不經(jīng)濟。

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(mǎn)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(shí)，貯槽內的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道滿(mǎn)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(chǎn)氮氣，無(wú)備用手段，單套設備不能保證連續長(cháng)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(chēng)PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮技術(shù)。與傳統制氮法相比，它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)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根據用戶(hù)需要進(jìn)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(diǎn)，故在1000Nm3/h以下制氮設備中頗具競爭力，越來(lái)越得到中、小型氮氣用戶(hù)的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶(hù)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(shí)吸附空氣中的氧和氮，其吸附量也隨著(zhù)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(wú)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(huà)，就能將氧和氮的吸附特性有效地區分開(kāi)來(lái)。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(shí)氮的吸附量?jì)H有5%左右，所以此時(shí)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(shí)間控制在1分鐘以?xún)鹊脑?huà)，就可以將氧和氮初步分離開(kāi)來(lái)，也就是說(shuō)，吸附和解吸是靠壓力差來(lái)實(shí)現的，壓力升高時(shí)吸附，壓力下降時(shí)解吸。而區分氧和氮是靠?jì)烧弑晃降乃俣炔?，通過(guò)控制吸附時(shí)間來(lái)實(shí)現的，將時(shí)間控制的很短，氧已充分吸附，而氮還未來(lái)得及吸附，就停止了吸附過(guò)程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化，也要將時(shí)間控制在1分鐘以?xún)?。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(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來(lái)使氧和氮分離。和其它制氮設備相比它具有結構更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、維護量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn)，它特別適宜于氮氣純度≤98%的中、小型氮氣用戶(hù)。而氮氣純度在98%以上時(shí)，它與相同規格的PSA制氮設備相比價(jià)格要高出15%以上。

膜分制氮原理
空氣經(jīng)壓縮機壓縮過(guò)濾后進(jìn)入高分子膜過(guò)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(guò)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(guò)程需要高氮壓。在這個(gè)時(shí)候，一個(gè)渦輪增壓器加壓所需氮所需壓力。
2、露點(diǎn)：大多數用戶(hù)使用氮氣時(shí)對露水的需求很少。在選擇干燥器時(shí)，要求露點(diǎn)的用戶(hù)選擇吸附干燥器，因為吸附干燥機的露點(diǎn)低于冷干燥器的露點(diǎn)。
3、流量：流量是制氮機的核心參數。許多客戶(hù)不知道他們需要多少氮氣機的流量。使用瓶裝氮和液態(tài)氮的用戶(hù)實(shí)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(gè)非常關(guān)鍵的參數。不同行業(yè)的氮純度不同，用戶(hù)可以參考自己行業(yè)的純度。

制氮機技術(shù)特點(diǎn)
1、 工藝特點(diǎn)：
（a） 變壓吸附制氮設備具有適用氣源廣、產(chǎn)品純度高、工藝簡(jiǎn)單、操作自動(dòng)化程度高、運行費用低、等特點(diǎn)。
（b） 壓縮空氣凈化組件使用壽命長(cháng)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(chǎn)情況可隨時(shí)開(kāi)、停車(chē)。
（e） 產(chǎn)品氮氣純度高，通過(guò)變壓吸附方式即可達到氮氣純度>99.99%，無(wú)需再配置氮氣純化設備。

2、 技術(shù)設計特點(diǎn)：
（a）采用了獨特的分子篩密實(shí)裝填技術(shù)，及壓緊裝置，既避免了氣流在高速流動(dòng)中，沖擊分子篩造成的分子篩粉化現象，提高了系統長(cháng)期運行的可靠性。
（b） 科學(xué)合理的工藝流程和設備配置，設備結構緊湊、外型美觀(guān)，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(guò)濾器都帶有壓差指示，自動(dòng)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(jìn)口程控閥門(mén)，使用壽命長(cháng)，能夠滿(mǎn)足設備長(cháng)期穩定運行需要。
（g） 自動(dòng)化程度高，采用我公司自研發(fā)的微電腦自動(dòng)程序控制系統，設備可自動(dòng)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(yè)或要求氣源更高精度。

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