變壓吸附（PSA）制氮淺析

 工作原理
市場上目前的供氮方式主要有液氮、瓶裝氮、現(xiàn)場制氮。綜合三種供氮方式，現(xiàn)場制氮是目前經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能的的一種供氮方式?，F(xiàn)場制氮適合于用氣量在1000 Nm3/h以下的用戶。現(xiàn)場制氮的一種主要方式即是變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）制氮機(jī)。PSA制氮的原理主要是基于碳分子篩（Carbon Molecular Sieving,，CMS）對氧和氮的吸附速率不同，碳分子篩優(yōu)先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。CMS是一種以煤為主要原料經(jīng)過特殊加工而成的，黑色表面充滿微孔的顆粒，是一種半性吸附劑（可再生使用）。它對氧和氮的分離作用主要基于這兩種氣體在碳分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同，O2動(dòng)力學(xué)直徑較小，氣體分子擴(kuò)散較快，較多地進(jìn)入分子篩固相（微孔），N2動(dòng)力學(xué)直徑較大，氣體分子擴(kuò)散較慢，進(jìn)入分子篩固相較少，這樣在氣相中就可得到氮的富集成份。因此利用CMS對O2和N2在某一時(shí)間內(nèi)吸附量的差別這一特性，按特定的程序，結(jié)合加壓吸附、減壓脫附的快速循環(huán)過程（變壓吸附），完成氧-氮分離，從而在氣相中獲得高純度的N2。PSA制氮具有經(jīng)濟(jì)、高效、運(yùn)行成本低、適應(yīng) 性強(qiáng)、易于操作、安全方便等特點(diǎn)。由于CMS有的吸附容量，當(dāng)吸附飽和時(shí)就需要再生，所以單吸附塔的吸附是間歇式的，為保證連續(xù)供氣，采用雙吸附塔并聯(lián)交替進(jìn)行吸附，一塔工作一塔再生，連續(xù)產(chǎn)生N2。
CMS對O2、N2的吸附特性
注：隨著吸附壓力的增加，O2、N2的吸附量都增加，但是O2的吸附增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N2。
工藝流程
空氣經(jīng)空氣過濾器清除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，壓縮至所需壓力，經(jīng)嚴(yán)格的除油、除水、除塵凈化處理，輸出潔凈的壓縮空氣，目的是確保吸附塔內(nèi)分子篩的使用壽命。裝有碳分子篩的吸附塔共有二個(gè)，一個(gè)塔工作時(shí)，另一個(gè)塔則減壓脫附。潔凈空氣進(jìn)入工作吸附塔，經(jīng)過分子篩時(shí)氧、二氧化碳和水被其吸附，流至出口端的氣體便是N2及微量的氬和氧。另一塔（脫附塔）使已吸附的O2、二氧化碳和水從分子篩微孔中脫離排至大氣中。這樣兩塔輪流進(jìn)行，完成氮氧分離，連續(xù)輸出N2。PSA吸附制取的N2純度為95%-99.9%，假如需要更高純度的N2需增加N2凈化設(shè)備。變壓吸附制氮機(jī)輸出的95%-99.9%N2進(jìn)入N2凈化設(shè)備，同時(shí)通過量計(jì)添加適量的氫氣，在凈化設(shè)備的除氧塔中氫和N2中的微量氧進(jìn)行催化反應(yīng)，以除去氧然后經(jīng)水冷凝器冷卻，汽水分離器除水，再通過干燥器深度干燥（兩個(gè)吸附干燥塔交替使用：一個(gè)吸附干燥除水，另一個(gè)加熱脫附排水），得到高純N2，此時(shí)的N2純度可達(dá)99.9995%。目前PSA制氮大的生產(chǎn)能力為3000 Nm3/h。2010122716403.jpg
應(yīng)用領(lǐng)域
通過PSA制氮機(jī)制取到的純度大于99.5%的N2，通過和N2純化設(shè)備的聯(lián)合處理，能獲得純度大于99.9995%、露點(diǎn)低于-65℃的高品質(zhì)N2，主要用于退火保護(hù)、燒結(jié)保護(hù)、氮化處理、洗爐及吹掃用氣等，金屬熱處理、粉末冶金、磁性材料、銅加工、金屬絲網(wǎng)、鍍鋅線、半導(dǎo)體、粉末還原等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；純度大于98%或所需要純度的N2，主要用于化工原料、管道吹掃、氣體保護(hù)、產(chǎn)品輸送等，主要應(yīng)用于化工、生物科技等行業(yè)；純度大于98%或純度為99.9%的N2，主要應(yīng)用于食品包裝、食品保鮮、醫(yī)藥包裝、醫(yī)藥置換氣、醫(yī)藥輸送；純度大于99.9%或99.99% 以上的N2，或經(jīng)過N2純化設(shè)備得到純度大于99.9995%、露點(diǎn)低于-65℃的高品質(zhì)N2，主要用于電子產(chǎn)品的封裝、燒結(jié)、退火、還原、儲(chǔ)存等。