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、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?，F(xiàn)場制氮的一種主要方式即是變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）制氮機。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散速率不同，O2動力學(xué)直徑較小，氣體分子擴散較快，較多地進入分子篩固相（微孔），N2動力學(xué)直徑較大，氣體分子擴散較慢，進入分子篩固相較少，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、高效、運行成本低、適應(yīng) 性強、易于操作、安全方便等特點。由于CMS有的吸附容量，當(dāng)吸附飽和時就需要再生，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的吸附增加量遠遠高于N2。
工藝流程
空氣經(jīng)空氣過濾器清除灰塵和機械雜質(zhì)后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，經(jīng)嚴格的除油、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，一個塔工作時，另一個塔則減壓脫附。潔凈空氣進入工作吸附塔，經(jīng)過分子篩時氧、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。變壓吸附制氮機輸出的95%-99.9%N2進入N2凈化設(shè)備，同時通過量計添加適量的氫氣，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（兩個吸附干燥塔交替使用：一個吸附干燥除水，另一個加熱脫附排水），得到高純N2，此時的N2純度可達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%、露點低于-65℃的高品質(zhì)N2，主要用于退火保護、燒結(jié)保護、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、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、儲存等。