PSA制氮用碳分子筛简介
PSA制氮用碳分子筛简介
二十世纪五十年代，伴随着工业革命的大潮，碳材料的应用越来越广泛，其中活性碳的应用领域扩展最快，从最初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。与此同时，随着技术的进步，人类对物质的加工能力也越来越强，在这种情况下，碳分子筛应运而生。六十年代，碳分子筛在美国最先制造成功并很快推广应用，最初，碳分子筛是被用作从空气中分离氧气的吸附剂，后来逐渐应用在制取氮气的装置上。到了七十年代未、八十年代初，世界各国对氮气的需求量不断增加，而变压吸附制氮技术也逐渐成熟起来，进一步推动了碳分子筛制造技术的发展。
到了一九八二年，美国和日本的氮气产量相继超过了氧气，此时，变压吸附制取的氮气已经占氮气总产量的18%左右，由于变压吸附制氮所占的市场份额越来越大，世界各主要工业国家都投入了资金研发变压吸附用碳分子筛，其中，美国、日本、德国在技术上处于领先地位。一直到今天，世界上主要的碳分子筛生产厂家也还是分布在这些国家。比较著名的有美国的Calgon公司、普莱克斯公司；日本的岩谷公司、武田公司；德国的BF公司等。其中，美系分子筛在国内所占市场份额很小，德系和日系分子筛厂家在国内都有代理公司，因而所占市场份额也是最大的。
碳分子筛的原料为椰子壳、煤炭、树脂等，第一步先经加工后粉化，然后与基料揉合，基料主要是增加强度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃温度下通入活化剂，常用的活化剂有水蒸气、二氧化碳、氧气以及它们的混合气。它们与较为活泼的无定型碳原子进行热化学反应，以扩大比表面积逐步形成孔洞活化造孔时间从10～60min 不等；第三步为孔结构调节，利用化学物质的蒸气：如苯在碳分子筛微孔壁进行沉积来调节孔的大小，使之满足要求。
下面以一粒分子筛为例，简单了解一下它的内部的孔结构：
如图中所示，在分子筛吸附杂质气体时，大孔和中孔只起到通道的作用，将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中，微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。
德华力来分离氧气和氮气的，因此，分子筛的比表
面积越大，孔径分布越均匀，并且微孔或亚微孔数
量越多，吸附量就越大；同时，如果孔径能尽量小，
范德华力场重叠，对低浓度物质也有更好的分离作
用。因此，在PSA制氮设备中，分子筛的性能直接
关系到整套设备的产气量及能耗，所以，选择合适的吸附剂是重中之重。
瑞气空分设备有限公司从一九七九年研制PSA制氮设备开始，从来就没有停止过选择性能优异的分子筛的脚步，每当厂家有新的分子筛品种研制成功，瑞气总是第一个拿到样品并进行测试。总的说来，分子筛按照性能差异，大至分四个阶段：
第一阶段的碳分子筛由于制造工艺的限制，孔径分布很不均匀只能制得纯度为97%、98%左右的氮气，回收率只有26%～34%，能耗较高；
第二阶段的碳分子筛性能有所提高，可以制得99.9%以上纯度的氮气，但能耗相当惊人，不具备大规模应用的条件，这个阶段的分子筛在制取97%、98%纯度氮气时，回收率达到了37%～42%，已经得到了广泛的应用。
第三阶段分子筛随着加工技术的提高，性能也取得了长足进步，能一次性制得99.99%
以上纯度的氮气（如果采用瑞气的不等势交叉均压流程，能一次性制得99.999%以上纯度的氮气），在制取99.5%纯度氮气时，回收率达到了40%,比较有代表性的分子筛如德国BF-185、日本武田3K-172、岩谷2GN-H等，都具备了这样的水准。第三代分子筛也是目前应用最普遍的分子筛，国内大多数厂家都在选用。
令人值得自豪的是，国产分子筛近年来进步相当快，其中走在前面的有长兴科博、长兴中泰等到厂家，生产的分子筛性能已经接近进口分子筛的性能，但国产分子筛由于受到条件限制，重现性较差，简单说来就是每一批号的分子筛性能都有一定差异，不如进口分子筛稳定。主要原因是活化造孔及孔结构调整技术还不太成熟，分子筛性能容易产生波动，同时，也可能引起分子筛性能下降较快，在两到三年内性能可能下降15%左右。但由于国产分子筛的价格有较大优势，性能又与第三代进口分子筛接近，还是得到了较广泛的应用。用户也很难分辨出哪种是进口分子筛，哪种是国产分子筛，这就给了一些不法厂商以机会，用国产分子筛代替进口分子筛，打着低价的招牌来欺骗用户，赚取暴利。
第四代分子筛是在二OO一年由日本岩谷公司研制成功的，它与第三代分子筛相比，性能又有了大幅度的提高，配合瑞气的不等势均压技术，能一次性制得99.9995%以上纯度的氮气。在制取99.99%纯度氮气时，氮气回收率达到了惊人的32%，在能源如此紧张的今天，它的意义更显的重要。
那么，是什么原因使岩谷分子筛有如此好的性能呢？碳分子筛是利用筛分的特性来达到分离氧气、氮气的目的。如前图所示，碳分子筛内部包含有大量的微孔，这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内，同时限制大直径分子的进入。由于不同尺寸的气体分子相对扩散速率存在差异，气体混合物的组分可以被有效的分离。因此，在制造碳分子筛时，根据分子尺寸的大小，如表一所示，碳分子筛内部微孔分布应在0.28～0.38nm。在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。
表一：气体的物性数据
微孔孔径大小是碳分子筛分离氧、氮的基础，如果也径过大，氧气、氮气分子筛都很容易进入微孔中，也起不到分离的作用；而孔径过小，氧气、氮气都不能进入微孔中，也起不到分离的作用。然而。国产分子筛由于受条件限制，对孔径大小控制的不是很好。目前，市面上销售的碳分子筛微孔孔径分布在0.3～1nm，只有岩谷分子筛做到了0.28～0.36nm。表二是各类碳分子筛的一些物理参数。
能力的国际性大公司年产各类活性碳约三万五千多吨。二OO二年，它在日本的市场占有率为50%。目前，其生产的第四代碳分子筛在大陆只对瑞气公司出售，并不向其它厂家提供。
目前，除岩谷分子筛在颗粒直径上与其它厂家的分子筛有较大区别外，大多数厂家生产的碳分子筛在外型上并无多大差别，因此用户只靠观察分子筛外型是很难区分到底是进口分子筛还是国产分子筛的。但有一点，如果在购买设备时，厂家宣称使用的是优质进口分子筛，但价格远远低于市场价格的话，那就要小心了。买的没有卖的精，设备制造厂家是不可能亏本卖设备的。买内装国产分子筛的设备并不可怕，但花了进口分子筛的价钱却买了国产分子筛，那损失可就大了。
用岩谷第四代分子筛作为吸附剂的制氮设备，与采用其分子筛作为吸附剂的制氮设备相比，在设备能耗、分子筛装填量、综合经济指标等方面都有明显优势，而且随着产品氮气纯度的提高，这种优势越来越显著。为了便于比较，我们在产品气纯度分别为99.5%和99.999%时，各取几套设备为例子，做一简单说明，具体指标见表三与表四。
表三：四套制氮设备基本参数比较
表四：两种制高纯氮气方法基本参数比较
②、指设备正常运行时每产出1m3氮气需要消耗的电量
③、成本包括水、电消耗的费用，不包括设备折旧及配件更换费用
PSA制氮机简介
PSA制氮机简介 碳分子筛变压吸附(简称:PSA)制氮装置，是一种新型的空气分离的高新技术设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附流程制取氮气。在常温常压下，利用空气中的氧和氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同,通过可编程序控制器控制气动阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度氮气，氮气的纯度和产气量可按照客户要求调节。本公司生产的DFD系列普氮型制氮装置，氮气纯度为95%--99.999%，产气量为1Nm3 /h--3000Nm3 /h。 如果客户要求高纯度的氮气，则可以在DFD制氮装置后面配套我公司生产的加氢或加碳脱氧系列氮气纯化装置，纯度可以达到99.9999%，露点达到-70°C，氧含量为1ppm的高纯氮气。 PSA制氮机的特点 、成本低：PSA先进工艺是一种简便的制氮方法，开机后几分钟产生氮气，能耗低，氮气成本远远低于深冷法空分制氮和市场上的液氮。 2、性能可靠：进口微电脑控制，全自动操作，无需要特别训练的操作人员，只需按下启动开关，就可自动运转，达到连续供气。 3、氮气纯度稳定：完全由仪表监控、显示，确保所需氮气纯度。 4、选用优质进口分子筛：具有吸附容量大，抗压性能强，使用寿命长等特点。 5、高品质的控制阀门：优质的进口专用气动阀门可以保证制氮设备可靠地运转。 6、雄厚的技术力量和优良的售后服务：现场安装只需管道和电源，专业技术人员指导和定期回访，从而保证设备稳定可靠、长期运行。 PSA制氮机的应用领域 一．SMT行业应用
充氮回流焊及波峰焊，用氮气可有效抑止焊锡的氧化,提高焊接润湿性，加快润湿速度减少锡球的产生，避免桥接，减少焊接缺陷，得到较好的焊接质量。使用氮气纯度大于99.99或99.9%。 二．半导体硅行业应用 半导体和集成电路制造过程的气氛保护，清洗，化学品回收等。 三．半导体封装行业应用 用氮气封装、烧结、退火、还原、储存。维通变压吸附制氮机协助业类各大厂家在竞争中赢得先机，实现了有效的价值提升。 四．电子元器件行业应用 用氮气选择性焊接、吹扫和封装。科学的氮气惰性保护已经被证明是成功生产高品质电子元器件一个必不可少的重要环节。 五．化工、新材料行业行业应用 用氮气在化工工艺中创建无氧气氛，提高生产工艺的安全性，流体输送动力源等。石油：可应用于系统中管道容器等的氮气吹扫，储罐充氮、置换、检漏，可燃性气体保护，也应用于柴油加氢和催化重整。 六．粉末冶金，金属加工行业，热处理行业应用 钢、铁、铜、铝制品退火、炭化，高温炉窑保护，金属部件的低温装配和等离子切割等。 七.食品、医药行业行业应用 主要应用于食品包装、食品保鲜、食品储存、食品干燥和灭菌、医药包装、医药置换气、医药输送气氛等。 八.其他使用领域 制氮机除了使用在以上行业以外，在煤矿、注塑、钎焊、轮胎充氮橡、橡胶硫化等众多领域也得到广泛使用。随着科技的进步和社会的发展，氮气装置
深冷制氮试卷
深冷制氮试卷（公用工程车间） 姓名: 岗位: 分数: 一、填空题 1.氮气和氧气在空气中所占体积分数分别是（）和（）。 2.能够助燃的两种气体分别是（）和（）。 3.标况下，氮的沸点是（），氧的沸点是（）。 4.二氧化碳的分子量是（），凝固后的固体俗称（）。 5.预冷机组的作用是（）、（）、（）气体。 6.纯化器的作用在于除去原料空气中的（）、（）及 （）。 7.传热的三种方式分别是（）、（）、（）。 8.绝热环境下，外界对物体做功，物体的温度会（）；物体 对外界做功，物体的温度会（）。 9.表压=（）-（）。 10.相同条件下，系统压力越高，则沸点就（），真空度越 小，则沸点就（）。 11.螺杆机属于（）压缩机，其特点是有一对相互（） 的齿轮。 12.工业化制氮的三种主要形式是（）、（）及 （）。13.预冷机组采用的制冷剂是（），其化学式为（）。 14.空分制氮站分馏塔的型号是KDN-1700/70Y，其中“1700”表 示（）产量，“70Y”表示（）产量。 15.PID图中PA表示（），IA表示（）。 16.循环水的循环量为（），则回水经无阀过滤器的过滤量 为（）。 17.循环水的损失主要体现在（）、（）及（）。 18.循环水的控制指标为PH（），浓缩倍数（）。 19.空分制氮产品氮气的纯度是（），含氧量（）。 20.安全色中红色表示禁止，黄色表示（），蓝色表示 （），绿色表示（）。 21.原料空气经纯化后，二氧化碳含量应（），水含量应 （）。 22.空压系统中，第一过滤器的过滤精度是（），第二过滤 器过滤精度是（），油过滤的过滤精度是（）。 23.0℃对应的K氏温度是（）。 24.英格索兰专用油在空压机中的作用是（）、（）、 （）。 25.分子筛俗称（），是人工合成的硅酸盐晶体。 26.分子筛工作时，加压进行（），减压进行（）。 27.纯化器的一个工作周期是（）。
PSA变压吸附制氮原理资料
制氮机 制氮机，是指以空气为原料，利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。 根据分类方法的不同，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法，工业上应用的制氮机，可以分为三种。 制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气设备。制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。 中文名制氮机 含义制取氮气的机械组合 工作原理利用碳分子筛的吸附特性 主要分类深冷空分，膜空分，碳分子筛空分、 1工作原理 1. ? PSA变压吸附制氮原理 2. ?深冷空分制氮原理 3. ?膜空分制氮原理 2主要分类 1. ?深冷空分制氮 2. ?分子筛空分制氮 3. ?膜空分制氮 3设备特点 4系统用途 5技术参数 工作原理 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。
碳分子筛
碳分子筛 碳分子筛概述 : 碳分子筛的主要成分为元素碳，外观为黑色柱状固体。因含有大量直径为4埃德微孔，该微孔对氧分子的瞬间亲和力较强，可用来分离空气中的氧气和氮气，工业上利用变压吸附装置（PSA ）制取氮气。鑫陶碳分子筛制氮量大、氮气回收率高，使用寿命长，适用于各种型号的变压吸附制氮机，是变压吸附制氮机的首选产品。 碳分子筛空分制氮已广泛地应用于石油化工、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。 碳分子筛物化指标: 颗粒直径： 1.6mm 堆积密度： 640-660g/l 抗压强度： 100N/颗 Min. 粉尘含量： 100PPM Max. 碳分子筛性能指标 : 型 号 (Type) 吸附压力 (MPa) 氮浓度 (N2%) 产氮量 (NM3/h.t) N2/Air (%) CMS-160 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 40 100 160 200 290 15 23 34 38 43 CMS-185 0.8 99.99 99.9 60 120 20 26
99.5 99.0 98.0 185 230 310 36 41 46 CMS-200 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 70 140 200 260 330 21 27 36 41 48 CMS-220 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 90 160 220 290 360 25 34 43 48 54 CMS-240 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 100 175 240 300 370 26 35 44 49 55 CMS-260 0.8 99.99 99.9 99.5 110 190 260 27 36 45
制氮机组工作原理
制氮机组工作原理 工作原理：碳分子筛是一种以煤或果壳为原料经特殊加工而成的黑色颗粒。其表面布满了无数的微孔。碳分子筛分离空气的原理，取决于空气中氧分子和氮分子在碳分子筛微孔中的不同扩散速度，或不同的吸附力或两种效应同时起作用。在吸除平衡条件下，碳分子筛对氧、氮分子吸附量接近。但在吸附动力学条件下，氧分子扩散到分子筛微孔隙中速度比氮分子扩散速度快得多。因此，通过适当的控制，在远离平衡条件的时间内，使氧分子吸附于碳分子筛的固相中，而氮分子则在气相中得到富集。同时，碳分子筛吸附氧分子的容量，因其分压升高而增大，因其分压下降而减少。这样，碳分子筛在加压时吸附氧分子使氮分子得到富集，减压时解吸出氧分子排到空气中，如此反复循环操作，达到分离空气的目的。简称PSA制氮。2、工艺流程本装置按工艺流程划分：可分为空气源净化处理部分；变压吸附制氮部分；缓冲罐部分等三部分。 空气源净化处理部分：由冷冻干燥机（气源系统），多级过滤器（气源系统），高效除油器，空气缓冲罐等组成。由无油压缩机压缩的空气（含油量≤0.01mg/m3,压力≥0.65MPa）经过滤器分离滤除杂质，然后进入冷冻干燥机（或冷却器）进行冷冻干燥出水。（冷冻干燥机设有自动排水器能自动排出大量的水份。）然后进入高效除油器除去微量油分。经以上处理后的压缩空气是洁净的无油干燥空气贮于空气缓冲罐中。变压吸附制氮部分（又称组件），由吸附罐B1、B2及相关管路阀门组成。干燥的空气进入B1或B2罐时，空气中氧气和二氧化碳被分子筛吸附，从吸附塔输出的是工业粗氮，经过滤器F2源源不断贮存在氮气缓冲罐C2中。B1和B2罐每隔1分钟自动交换一次，一个工作，一个再生。
制氮工艺流程
制氮工艺流程 氮气的最大来源、最低成本是空气，空气中的主要成分是氧气和氮气。它们各占约22％与78％。当然还有二氧化碳、水蒸汽及少量的惰性气体。因此，制氮机实质就是“空分”设备，只要把氧气与氮气分开则可。 制氮机应根据其氮气的纯度高低去选择，如纯度要求不高可选用分子筛制氮机，如纯度要求高，则选用冷冻法制氧机。 冷冻法制氮机是利用氧气和氮气的沸点不同（氧气沸点为-183℃，氮气沸点为-196℃），首先把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)，然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧(可以达到99．6％的纯度)和纯氮(可以达到99．9％的纯度)。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氮气装入高压钢瓶贮存。使用这种方法生产氮气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，与氮气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氮(氧)机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。 分子筛制氧法（吸附法）：氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用，当然这也是制氮设备。 它是利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸空分制氧系统包括空压机系统、空冷系统、水冷系统、分子筛纯化系统、增压膨胀机系统、精馏塔系统、加压气化系统、氧气系统、氧压机系统、调压站系统空分制氧系统中精馏塔分离氮气与氧气的原理简介：精馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。 空气被冷却至接近液化温度后送入精馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体
PSA制氮机工作原理及工艺流程
PSA制氮机工作原理及工艺流程 一、基础知识 1．气体知识 氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。氮气（N2）在空气中的含量为78.084%（空气中各种气体的容积组分为：N2：78.084%、O2：20.9476%、氩气：0.9364%、CO2：0.0314%、其它还有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等，但含量极少），分子量为28，沸点：-195.8℃，冷凝点：-210℃。 2．压力知识 变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂——碳分子筛最佳吸附压力为0.75~0.9MPa，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。 二、PSA制氮工作原理： 变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。 由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。 三、PSA制氮基本工艺流程 空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。 制氮机的工作流程是由可编程控制器控制三个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制八个气动管道阀的开、闭来完成的。三个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。左吸、均压、右吸的时间流程已经存储在可编程控制器中，在断电状态下，三个二位五通先导电磁阀的先导气都接通气动管道阀的关闭口。当流程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀
深冷制氮的工艺流程说明
深冷制氮的工艺流程说明 ---- 深冷空气分离技术 深度冷冻法分离空气是将空气液化后，再利用氧、氮的沸点不同将它们分离。即，造成气、液浓度的差异这一性质，来分离空气的一种方法。因此必须了解气、混合物的一些基本特征：气-液相平衡时浓度间的关系：液态空气蒸发和冷凝的过程及精馏塔的精馏过程。 1. 空气的汽-液相的平衡，物质的聚集状态有气态、液态、固态。每种聚集态内部，具有相同的物理性质和化学性质并完全均匀的部分，称为相。空气在塔内的分离，一般情况下，物料精馏是在汽、液两相进行的。空气中氧和氮占到99.04%，因此，可近似地把空气当作氧和氮的二元混合物。当二元混合物为液态时，叫二元溶液。 氧、氮可以任意比例混合，构成不同浓度的气体混合物及溶液。把氧、氮溶液置于一封闭容器中，在溶液上方也和纯物质一样会产生蒸汽，该蒸汽是由氧、氮蒸汽组成的气态的相混合物。对于氧氮二元溶液当达到汽液平衡时，它的饱和温度不但和压力有关，而且和氧、氮的浓度有关。当压力为1at时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸点列于表1-5。从表可知，随着溶液中低沸点组分（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液的一个重要特性。 空气中含氩0.93%，其沸点又介于氧、氮之间。 在空气分离的过程中，氩对精馏的影响较大，特别是在制取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩的影响。 一般在较精确的计算中，又将空气看作氧-氩-氮三元混合物，其浓度为氧20.95%，氩0.93%，氮78.09（按容积）。 三元系的汽液平衡关系，可根据实验数据表示在相平衡图上。确定三元系的汽液平衡状态时，必须给定三个独立参数，除给定温度、压力外，需再细定一个组分浓度（气相或液相）平衡状态才能确定。 2. 压力-浓度图和温度-浓度图在工业生产中，气液平衡一般在某一不变条件下进行的。在温度一定时可得如图1-13所示的压力-浓度的关系图（P-X图）。
变压吸附式制氮设备
变压吸附式制氮设备 一、变压吸附制氮设备，即PSA制氮设备，其工作原理如下述： 变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，简称PSA制氮) 是一种先进的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。一般PSA制氮选择优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不易被吸附。 在吸附平衡的情况下，任何一种吸附剂在吸附同一种气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大，反之，压力越低，吸附量越小。如上所述，使用较高压力的压缩空气，碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分等的吸附量会增大，可以提高分子筛的吸附效率。 碳分子筛对氧和氮在不同压力下某一时间内吸附量的变化差异曲线如下图： PSA碳分子筛制氮装置中有两个装满碳分子筛的吸附塔，洁净、干燥的压缩空气进 入变压吸附制氮装置，流经装填有碳分子筛（CMS）的吸附塔。压缩空气由下至上流经 吸附塔，利用分子筛在不同压力下对 氮和氧等的吸附力不同，氧气、水、 二氧化碳等组份在碳分子筛微孔吸附， 未被吸附的氮气通过吸附塔，在出口 处富集，成为产品气，由吸附塔上端 流出，进入缓冲罐。经一段时间后， 吸附塔中碳分子筛吸附达到饱和，需 进行再生。（吸附塔内吸附再生简单示意图如左图） 再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。已完成吸附的吸附塔短期 均压后开始降压，脱除已吸附的氧气、水、二氧化碳等组份，完成再生过程。 两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而产生流量和纯度稳定的产品氮气。两只吸附 器的切换由控制系统智能控制自动完成。
二、变压吸附制氮设备组成及工艺流程示意： 三、变压吸附制氮设备产品图片（只有制氮主机，不含配套设备）：
PSA制氮机
我公司是专业设计、生产、销售PSA制氮机厂家，PSA制氮技术可广泛运用于石油化工产品保护、医药产品保护气、回流焊氮气保护、食品保鲜用、金属热处理的氧化保护、电炉炼钢、电子产品焊接防氧化、煤矿防爆、新型材料、航空航天等行业和领域。 一、工作原理 TAN系列制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛 作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。 经过净化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱 附。由于动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮， 在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。 然后减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等其它杂质，实现再 生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附 再生，通过PLC程序自动控制，使两塔交替循环工作，以实现连 续生产高品质氮气之目的。 二、技术指标
三、工艺流程 空气压缩部分：空气压缩机、空气储罐； 空气净化部分：高效除油器、精密过滤器、冷冻式干燥机、活性炭过滤器、空气缓冲罐；制氮主机部分：氮气吸附塔、氮气粉尘过滤器、PLC控制器、氮气储罐、蒸汽过滤器、除菌过滤器；以压缩空气作为原料和动力，通过变压吸附制取纯度为95%～99.9995%的高品质氮气；
四、技术特点 ☆高品质组件，成套系统更稳定。 ☆设备紧凑，占地面积小，PSA制氮系统可安装在同一底座上，组成一体化结构。 ☆采用PLC控制技术，并可根据氮气纯度进行调节，而且预留接口可与计算机远程联控。☆完善的流利设计，最优使用效果； ☆合理的内部构件，气流分布均匀，减轻气流高速冲击； ☆特有的分子筛保护措施，延长碳分子筛的使用寿命； ☆操作简便，运行稳定，自动化程度高，随停随用，可实无人运行； ☆自动联锁氮气排空装置，保证产品氮气质量； 碳分子筛变压吸附(简称:PSA)制氮装置，是一种新型的空气分离的高新技术设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸 附流程制取氮气。在常温常压下，利用空气中的 氧和氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和 氮在碳分子筛中的扩散速率不同,通过可编程序 控制器控制气动阀的启闭，实现加压吸附、减压 脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度氮 气，氮气的纯度和产气量可按照客户要求调节。 本公司生产的TAN系列普氮型制氮装置，氮气纯 度为95%--99.999%，产气量为1Nm3 /h--3000Nm3 /h。 如果客户要求高纯度的氮气，则可以在DFD 制氮装置后面配套我公司生产的加氢或加碳脱 氧系列氮气纯化装置，纯度可以达到99.9999%， 露点达到-70°C，氧含量为1ppm的高纯氮气。 PSA制氮机的特点 1、成本低：PSA先进工艺是一种简便的制氮方法，开机后几分钟产生氮气，能耗低，氮气成本远远低于深冷法空分制氮和市场上的液氮。 2、性能可靠：进口微电脑控制，全自动操作，无需要 特别训练的操作人员，只需按下启动开关，就可自动 运转，达到连续供气。 3、氮气纯度稳定：完全由仪表监控、显示，确保所需 氮气纯度。 4、选用优质进口分子筛：具有吸附容量大，抗压性能 强，使用寿命长等特点。 5、高品质的控制阀门：优质的进口专用气动阀门可以 保证制氮设备可靠地运转。 6、雄厚的技术力量和优良的售后服务：现场安装只需 管道和电源，专业技术人员指导和定期回访，从而保 证设备稳定可靠、长期运行。
变压吸附PSA制氮机工作原理
变压吸附（ＰＳＡ）制氮机工作原理 １．概述 变压吸附法属于物理方法净化气体，原理是利用吸附剂对不同气体的吸附特性使气体净化、变压吸附的操作循环是在二个不同压力条件下进行，在高压下吸附混合气体中的杂质，低压下解吸，这中间没有温度变化，因此过程不需要热量，与其它需要供热的方法相比设备装置比较简单，但变压吸附的缺点是放空与吹净时有效气体的损失大． ２．变压吸附制氮装置工作原理 变压吸附制氮装置，是一种新型的空气分离设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附流程，在常温低压下，利用空气中的氧气和氮气在碳分子筛中的扩散速率不同，把氧气和氮气加以分离． ３．工艺流程 变压吸了会制氮装置工艺流程是用在常温下变压吸附法．变压吸附为无热源的吸附分离过程，碳分子筛对吸附组分（主要是氧分子）的吸附容量因其分压升高而增加，因其分压的下降而减少．这样，碳分子筛在加压时吸附，减压时解吸，放出被吸附的部分，使碳分子筛再生，形成循环操作． 变压吸附过程，循环过程包括：吸附、均压、降压、释放、冲洗、然后再充压、吸 变压吸附制氮装置工艺流程图 工作原理 空压机产生高压空气（0.６MＰa－0.８MＰa）经过空气储气罐缓冲—→Ｃ级过滤器（主要过滤压缩空气中的水分）—→冷干机干燥除水—→Ｔ级过滤器（主要过滤压缩空气中的水和油）—→Ａ级过滤
器（主要过滤压缩空气中的油）—→活性碳过滤器（过滤油）—→吸附塔１（进入吸附塔的压缩空气是经ＰＬＣ编程器控制1、2、3、4、5、6、7、8、9气动阀的关、闭来实现气体的流向、吸附塔的加压吸附、减压解吸的过程）—→吸附塔2—→氮气储气罐—→流量计—→仓房
PSA变压吸附制氮机
PSA变压吸附制氮机原理 杭州辰睿空分设备制造有限公司生产的制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序控制器控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。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。 1、压缩空气净化组件 空气压缩机提供的压缩空气首先通入压缩空气净化组件中，压缩空气先由管道过滤器除去大部分的油、水、尘，再经冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油、除尘，并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。根据系统工况，辰睿空分气体特别设计了一套压缩空气除油器，用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。设计严谨的空气净化组件确保了碳分子筛的使用寿命。经本组件处理后的洁净空气可用于仪表空气。 2、空气储罐 空气储罐的作用是：降低气流脉动，起缓冲作用;从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续PSA 氧氮分离装置的负荷。同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。 3、氧氮分离装置 装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B两只。当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动
深冷制氮的流程说明
我这有深冷制氮的流程说明，看看吧 深冷空气分离技术 深度冷冻法分离空气是将空气液化后，再利用氧、氮的沸点不同将它们分离。即，造成气、液浓度的差异这一性质，来分离空气的一种方法。因此必须了解气、混合物的一些基本特征：气-液相平衡时浓度间的关系：液态空气蒸发和冷凝的过程及精馏塔的精馏过程。1. 空气的汽-液相的平衡，物质的聚集状态有气态、液态、固态。每种聚集态内部，具有相同的物理性质和化学性质并完全均匀的部分，称为相。空气在塔内的分离，一般情况下，物料精馏是在汽、液两相进行的。空气中氧和氮占到99.04%，因此，可近似地把空气当作氧和氮的二元混合物。当二元混合物为液态时，叫二元溶液。 氧、氮可以任意比例混合，构成不同浓度的气体混合物及溶液。把氧、氮溶液置于一封闭容器中，在溶液上方也和纯物质一样会产生蒸汽，该蒸汽是由氧、氮蒸汽组成的气态的相混合物。对于氧氮二元溶液，当达到汽液平衡时，它的饱和温度不但和压力有关，而且和氧、氮的浓度有关。当压力为1at时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸点列于表1-5。从表可知，随着溶液中低沸点组分（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液的一个重要特性。 空气中含氩0.93%，其沸点又介于氧、氮之间。 表1-5溶液组成与沸点的关系 在空气分离的过程中，氩对精馏的影响较大，特别是在制取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩的影响。 一般在较精确的计算中，又将空气看作氧-氩-氮三元混合物，其浓度为氧20.95%，氩0.93%，氮78.09%（按容积）。 三元系的汽液平衡关系，可根据实验数据表示在相平衡图上。确定三元系的汽液平衡状态时，必须给定三个独立参数，除给定温度、压力外，需再细定一个组分浓度（气相或液相）平衡状态才能确定。 2. 压力-浓度图和温度-浓度图在工业生产中，气液平衡一般在某一不变条件下进行的。在温度一定时可得如图1-13所示的压力-浓度的关系图（P-X图）。 图1-13氧、氮P-X图图1-14氧、氮T-X图 图1-13是根据T=常数，绘出的氧、氮平衡系的P-X图，纵坐标为压力，横坐标取氮的液相及气相浓度（也可取氧的浓度）。每给定一个压力就对应有一个液相及气相浓度。分别连接不同压力下的气相浓度点及液相浓度点，则可得出图中所示的饱和蒸汽线（虚线）和饱和液体线（实线）。其余相区如图所示。 在某一压力P1下，与液、汽饱和线的交点分别为点1（X1）和点2（y2），又因为PN20>PO20根据康诺瓦罗夫定律，氮组分在气相中的浓度要大于在液相中的浓度y2>x1。 一般蒸发（冷凝）过程是在等压下进行的，所以用T-X图来研究这一过程更为方便。在等压下，氧、氮的气液平衡图见图1-14。每经定一个温度，就对应有一个液相及气相浓度。把不同温度下对应的气相浓度点和液相浓度点连接起来，可得饱和蒸汽线（虚线）和饱和液体线（实线）。这两条曲线把图分为三个区域：液相区、气相区及两相区。由图1-14可知，纯组分时的沸点TN20
PSA制氮机
杭州辰睿空分设备制造有限公司专业提供化工行业专用制氮机，产量从5-3000Nm3/h，纯度从95%--99.999%的氮气，可广泛应用于化工、电子、纺织、煤炭、石油、天然气、医药、食品、玻璃、机械、粉未冶金、磁性材料等行业。 PSA变压吸附制氮机参数 氮气流量：5-3000Nm3/h 氮气纯度：95-99.999% 氮气压力：0-0.6Mpa 露点：≤-40℃（常压下） PSA变压吸附碳分子筛制氮机 一、PSA变压吸附碳分子筛制氮机工作原理 变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。它是以空气为原材料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。碳分子筛对氮和氧的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相。这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。 二、PSA变压吸附碳分子筛制氮机工艺流程 原料空气经空压机压缩后进入后级空气储罐，大部分油、液态水、灰尘附着于容器壁后流到罐底并定期从排污阀排出，一部分随气流进入到压缩空气净化系统。
空气净化系统由冷干机及三支精度不同的过滤器及一支除油器组成，通过冷冻除湿以及过滤器由粗到精地将压缩空气中的液态水、油、及尘埃过滤干净，使压缩空气压力露点降到2～10℃，含油量降至0.001PPm，尘埃过滤到0.01μm，保证了进入PSA制氮机原料气的洁净。 净化后的空气经过两路分别进入两个吸附塔,通过制氮机上气动阀门的自动切换进行交替吸附与解吸，这个过程将空气中的大部分氮与少部分氧进行分离，并将富氧空气排空。氮气在塔顶富集由管路输送到后级氮气储罐，并经流量计后进入用气点。 三、PSA变压吸附碳分子筛制氮机技术特点 1、原料空气取自自然，只需提供压缩空气和电源即可制氮气。设备能耗低，运行成本费用少。 2、氮气纯度调整方便，氮气纯度只受氮气排气量的影响，普通制氮纯度在95%－99.99%之间任意调节；高纯度制氮机可在99%－99.999%之间任意调节。 3、设备自动化程度高，产气快，可无人值守。启动、关机只需按一下按钮，开机10~15分钟内即可产氮气。 4、设备工艺流程简单，设备结构外形小，占地面积少，设备装置适应性强。 5、特殊气缸压紧装置，避免高压气流冲击导致分子筛粉化现象，行程超限时自动声光报警。 6、数显流量计带压力补偿、高精度的工业过程监控二次仪表，具有瞬时流量及累积计算的功能。（可选配） 7、进口分析仪在线检测，高精度，免维护。（可选配） 四、PSA变压吸附碳分子筛制氮机产品优势 经过多年的研发、试验与应用，我们在PSA制氮领域拥有多项独有的技术优势： 标准功能配置： 1、分子筛床层一次压紧报警、二次压紧自锁功能；
深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较
深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较 汪红 （中国石化集团洛阳石化工程公司） 一、前言 随着工业的迅速发展，氮气在化工、电子、冶金、食品、机械等领域获得了广泛的应用，我国对氮气的需求量每年以大于8%的速度增加。氮气的化学性质不活泼，在平常的状态下表现为很大的惰性，不易与其他物质发生化学反应。因此，氮气在冶金工业、电子工业、化工工业中广泛的用来作为保护气和密封气，一般保护气的纯度要求为99.99%，有的要求99.998%以上的高纯氮。液氮是一个较方便的冷源，在食品工业、医疗事业以及畜牧业的精液贮藏等方面得到越来越普遍的应用。在化肥工业生产合成氨时，合成氨的原料气—氢、氮混合气若用纯液氮洗涤精制，可使惰性气体的含量极微小，一氧化硫和氧的含量不超过20ppm。 深冷法、变压吸附法、膜分离法。 1、深冷法： 此法是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点的不同（在大气压下氧的沸点为90K，氮的沸点为77K），在精馏塔的塔盘上使气、液接触，进行质、热交换，高沸点的氧不断从蒸汽中冷凝成液体，低沸点的氮不断的转入蒸汽中，使上升的蒸汽中含氮量不断提高，而下流液体中含氧量越来越高，从而使氧、氮分离，得到氮气或氧气。此法是在120K以下的温度条件下进行的，故称为深冷法空气分离。 2、变压吸附法：
变压吸附法即PSA法（Pressure Swing Adsorption），基于吸附剂对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离得到氮气。当空气经过压缩，通过吸附塔的吸附层时，氧分子优先被吸附，氮分子留在气相中，而成为氮气。吸附达到平衡时，利用减压将分子筛表面所吸附的氧分子驱除，恢复分子筛的吸附能力即吸附剂解析。为了能够连续提供氮气，装置通常设置两个或两个以上的吸附塔，一个塔吸附，另一个塔解析，按适当的时间切换使用。 3、膜分离法： 膜分离法是利用有机聚合膜的渗透选择性，从气体混合物中分离出富氮气体。理想的薄膜材料应具有很高的选择率和渗透性。为了得到经济的流程，需要很薄的聚合物分离膜（0.1μm），所以需要支撑。渗透器常为板式渗透器和中空纤维渗透器。此法，若产气量大，所需薄膜表面积太大，薄膜价格高，虽然膜分离法装置简单，操作方便，但工业应用还不广泛，本篇不再多述。 深冷制氮已有近百年的历史，工艺流程不断改进。变压吸附制氮是近二十年发展起来并被市场广泛接受的技术。本篇试从流程、费用、运行和产品种类等方面比较二者的差别，并得出相关结论。 二、深冷制氮的工艺流程和设备简介 1、深冷制氮的典型工艺流程： 整个流程由空气压缩及净化、空气分离、液氮汽化组成，见图-1。 ⑴ 空气压缩及净化 空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。 ⑵ 空气分离： 净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空分塔。 由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔提供冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用，然后经消音器排入大气。 ⑶ 液氮汽化 由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存，当空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道。 深冷制氮可制取纯度≧99.999%的氮气。 2、主要设备简介： ⑴空气过滤器：为减少空气压缩机内部机械运动表面的磨损，保证空气质量，空气在进入空气压缩机之前，必须先经过空气过滤器以清除其中所含的灰尘和其他杂质。目前空气压缩机进气多采用粗效过滤器或中效过滤器。
PSA变压吸附制氮和故障处理探讨
PSA 变压吸附制氮和故障处理探讨 雷志华 （浙江宁波春晓天然气处理厂，浙江宁波315830） 摘要：氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆（惰化）或防止工作介质被氧化等场所， 被广泛用于石油化工、 天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。文章介绍了变压吸附制氮装置的配置、工作原理及PSA 制氮装置的应用以及简单故障处理。关键词：变压吸附；制氮装置；PSA ；故障处理；吸附分离系统中图分类号：TQ116文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）17-０００９－０２ ２００９年第１７期（总第１２８期） Ｃｈｉｎｅｓｅｈｉ－ｔｅｃｈｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ NO.17.2009 （CumulativetyNO.128） 中国高新技术企业 一、概述 氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆（惰化）或防止工作介质被氧化等场所，被广泛 用于石油化工、 天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。 变压吸附制氮是近来发展起来的高效节能的新型气体分 离技术。 它利用空气作原料，在有电能的条件下制取氮气。国外ＰＳＡ工业制氮应用是在２０世纪８０年代初期，经过近３０多年研究开发，变压吸附装置在降低能耗、降低投资、工艺流程简化、提高可靠性方面，都有了很大的进步，得以广泛应用。 二、基本流程和配置 根据氮气用量和使用要求，各装置的流程略有差异，但是基本流程和配置为： 空气压缩机→储罐→管道过滤器→冷冻干燥机（或其他再生干燥塔）→（超）精过滤器→高效除油器→缓冲储罐→吸附塔Ａ／Ｂ（两塔流程）→粉尘过滤器→氮气缓冲储罐→氮分析仪→用户。 空气经压缩机压缩至０．８ＭＰａ，经空气储罐冷却至常温，再 经管道过滤器油液分离进入冷冻式干燥机，流经精过滤器、 超精过滤器和高效除油器除去油及液态水到达缓冲储罐，再进入碳分子筛吸附塔组成的变压吸附分离系统，压缩空气从容器底 部进入后，空气中氧气、 二氧化碳和水分被吸附剂选择吸附，其余组份（主要为氮气）则从出口端流出，经粉尘过滤器进入氮气 缓冲罐，经氮气缓冲罐后作为产品氮气输出。 之后，吸附塔经均压、减压至常压等过程，脱除所吸附的杂质组份，完成碳分子筛 的再生。两吸附塔循环交替操作， 连续送入空气，连续产出氮气。氮气经计量及氮气分析仪分析纯度达标后进入氮气输送总管供使用。上述过程，由ＰＬＣ控制系统自动控制。氮气纯度可高达９９．９９％，氮气压力基本设计在０．６ＭＰａ左右。 三、变压吸附制氮与再生技术基本原理 吸附剂是ＰＳＡ制氮设备的核心部分，变压吸附常使用碳分 子筛（ＣＭＳ），是一种非极性速度分离型吸附材料。常以煤为主要原料，纸张或焦油为粘结剂经过特殊加工而成活性碳，粒径平均为１．５ｎｍ，是一种半永久的吸附剂。分子筛在生产过程中添加磁性氧化铁，可大幅提高其吸附性能。ＣＭＳ充满微孔和空腔， 能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道 大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子、 极性程度不同的分子、 沸点不同的分子、饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。当气体与多孔的分子筛接触时，因分子筛表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或表面引力场，使气相中的可被吸附的氧分 子碰撞到分子筛表面后，即被吸附。 随着吸附的进行，吸附于表面的氧分子逐渐增加，吸附表面逐渐被氧分子覆盖，分子筛再吸附的能力下降，最终失去吸附能力，即达到吸附平衡；利用分 子筛吸附剂对不同气体组分在吸附量、 吸附速度（分子直径小的氧分子比分子直径稍大的氮分子在运动中的扩散速度要快 十倍） 、吸附力等方面的差异，以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化，因此可在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，减低压力解吸所吸附的杂质组份，从而实现气体分离以及吸附剂的循环使用。 变压吸附制氮技术，一般采用ＰＳＡ碳分子筛为吸附剂（岩谷生产的１．５ＧＮ－Ｈ型分子筛），碳分子筛对氧氮的吸附速度相差很大（如图１所示），在短时间内（最佳吸附时间为６８秒）加压情况下，氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度，氧分子被碳分子筛大量吸附，而氮分子吸附很少，利用该特性来完成氧氮分 离。 碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而减少，减低压力，被吸附的氧分子则从碳分子筛中逸出，通过塔的下部进入消音器后排出大气，即可解吸，完成碳分子筛的再生。另外，碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力，且较易减压解吸。通常 ＰＳＡ制氮机采用双吸附并联交替进行吸附产氮，解吸再生，实 现氧、 氮分离，连续供气。图1碳分子筛对氧氮的吸附动力学曲线 9--
分子筛制氮机原理及条件
分子筛制氮机原理及条件 一、分子筛制氮机的原理 磐安恒远制氮机有限公司生产的分子筛制氮机是利用分子筛变压吸附原理（PSA）从空气中分离制取氮气。分子筛对空气中的氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面上的扩散速率不同。直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入分子筛微孔。直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入分子筛微孔较少，这样在气相中可以得到氮的富集成分。因此，利用分子筛对氧和氮在某一时间内吸附量的差别这一特性，由全自动控制系统按特定可编程序施以加压吸附，常压解析的循环过程，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。 二、分子筛制氮机控制的条件 1、空气压缩纯化过程 纯原料空气进入分子筛吸附塔，是非常必要的，因为颗粒及有机气体进入吸附塔会堵塞碳分子筛的微孔，并逐渐使碳分子筛的分离性能降低。纯化原料空气的方法有：1、使空压机的进气口远离有、油雾、有机气体的场所；2、通过冷干机、吸附剂净化系统等，最后经处理后的原料空气进入碳分子筛吸附塔。 2、产品氮气的浓度和产气量 分子筛制取氮气，其N2浓度和产气量可根据用户的需要进行任意调节，在产气时间及操作压力确定时，调低产气量，N2浓度将提高，反之，N2浓度则下降。用户可根据实际需要调节。
3、均压时间 分子筛制氮过程，当一个吸附塔吸附结束时，可将此吸附塔内的有压气体从上下两个方向注入另一个已再生好的吸附塔中，并使两塔气体压力相同，此一过程称为吸附塔的均压，选择适当的均压时间，即可回收能量，也可以减缓吸附塔内的分子筛受到冲击，从而达到延长碳分子筛的使用寿命。参考阀门的切换速度一般选择均压时间为1-3秒。 4、产气时间 根据分子筛对氧和氮的吸扩散速率不同，其吸附O2在短时间内就达到平衡，此时，N2的吸附量很少，较短的产气时间，可有效的提高碳分子筛的产气率，但同时也增加了阀门的动作频率，因此阀门的性能也很重要。一般选择吸附时间为30-120秒。小型高纯制氮机推荐使用短的产气时间，大型低浓度推荐使用长的产气时间。 5、操作压力 分子筛在动力学效应的同时，又具有平衡吸附效应，吸附质分压高，吸附容量也高，因此加压器吸附是有利的，但吸附压力太高，对空压机的造型要求也增高，另外常压再生与真空再生两个流程对吸附压力要求也不同，综合各项因素，建议常压再生流程的吸附压力选为5-8kg/cm2为宜；真空再生流程的吸附压力选择为3-5Kg/cm2为宜。 6、使用温度 作为吸附剂选择较低的吸附温度有利于碳分子筛性能的发挥，制氮机工艺在有条件的情况下，采取降低吸附温度是有利的。