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，就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開(kāi)來(lái)。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(shí)氮的吸附量?jī)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?dú)?。這樣，如果將吸附時(shí)間控制在1分鐘以?xún)?nèi)的話，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(xiàn)的，壓力升高時(shí)吸附，壓力下降時(shí)解吸。而區(qū)分氧和氮是靠?jī)烧弑晃降乃俣炔?，通過(guò)控制吸附時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)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)?nèi)。

深冷空分制氮原理

深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮?dú)舛铱梢陨a(chǎn)液氮，滿(mǎn)足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?dú)忾g斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時(shí)，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿罎M(mǎn)足工藝裝置對(duì)氮?dú)獾男枨?。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?dú)?，無(wú)備用手段，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

膜空分制氮原理

空氣經(jīng)壓縮機(jī)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(kuò)散系數(shù)不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對(duì)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(duì)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?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)較慢的氣體，如甲烷、氮?dú)狻?a rel="nofollow" target="_blank" data-lemmaid="163473" data-log="text" style="color: rgb(19, 110, 194); text-decoration: none;">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。

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(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℃，后者的為-196℃)，通過(guò)液空的精餾，使它們分離來(lái)獲得氮?dú)?。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)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(zhǎng)。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)。

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(duì)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(tǒng)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(nèi)根據(jù)用戶(hù)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(diǎn)，故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力，越來(lái)越得到中、小型氮?dú)庥脩?hù)的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩?hù)的首選方法。

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(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、維護(hù)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?dú)饧兌取?8%的中、小型氮?dú)庥脩?hù)，有最佳功能價(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí)，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。