制氮機工作原理基礎知識

一、基礎知識
1．氣體知識氮氣作為空氣中含量豐富的氣體，取之不竭，用之不盡。它無色、無味，透明，屬于亞惰性氣體，不維持生命。高純氮氣常作為保護性氣體，用于隔絕氧氣或空氣的場所。氮氣（N2）在空氣中的含量為78.084%（空氣中各種氣體的容積組分為：N2：78.084%、O2：20.9476%、氬氣：0.9364%、CO2：0.0314%、其它還有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等，但含量極少），分子量為28，沸點：-195.8，冷凝點：-210。2．壓力知識變壓吸附（PSA）制氮工藝是加壓吸附、常壓解吸，使用壓縮空氣。現使用的吸附劑碳分子篩佳吸附壓力為0.75~0.9MPa，整個制氮系統中氣體均是帶壓的，具有沖擊能量。
二、PSA制氮工作原理：變壓吸附制氮機是以碳分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣，從而分離出氮氣的自動化設備。碳分子篩是一種以煤為主要原料，經過研磨、氧化、成型、碳化并經過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑，呈黑色，其孔型分布如下圖所示：碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠實現O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴散至分子篩的微孔之中，而不會排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學直徑的微小差別，O2分子的動力學直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率，N2分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氧相差不大，而氬擴散較慢。終從吸附塔富集出來的是N2和Ar的混合氣。碳分子篩對O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動態吸附曲線直觀表現出來：由這兩個吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加，可使O2、N2的吸附量同時增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短，O2、N2的吸附量遠沒有達到平衡（大值），所以O2、N2擴散速率的差別使O2的吸附量在短時間內大大超過N2的吸附量。變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環周期，使壓縮空氣交替進入吸附塔（也可以單塔完成）來實現空氣分離，從而連續產出高純度的產品氮氣。