【壓縮機網】空氣是由78%的氮氣，21%的氧氣以及1%的稀有氣體和雜質組成。氧氣是人們賴以生存的氣體，而氮氣取之不盡，用之不竭，如今越來越受到歡迎，目前已被廣泛應用于糧食倉儲、金屬熱處理、石油化學工業、玻璃工業等諸多領域。本文給大家重點介紹如何從空氣中分離氮氣及PSA制氮機選型相關的知識。

 

　　氮氣的化學性質

　　氮氣，化學式為N2，通常狀況下是一種無色無味的氣體，而且一般氮氣比空氣密度小。氮氣占大氣總量的78.08%（體積分數），是空氣的主要成份之一。在標準大氣壓下，氮氣冷卻至-195.8℃時，變成無色的液體；冷卻至-209.8℃時，液態氮變成雪狀的固體。氮氣的化學性質不活潑，常溫下很難跟其他物質發生反應，但在高溫、高能量條件下可與某些物質發生化學變化，用來制取對人類有用的新物質。

　　制氮設備

　　在社會生產活動中，利用氮氣的化學性質，氮氣被廣泛的應用在各行各業。比如：電子芯片行業、激光切割，食品保鮮，糧庫、化工、石化、鋰電、半導體、醫藥等等。面對各行各業的使用需求，制取氮氣的設備就是關鍵。

　　如今隨著科學技術的發展，市面上氮氣制取的設備主要有三種:

　　1、深冷制氮：主要是利用不同氣體的沸點不同，通過低溫分餾，得到液氮。（參考化學性質中提到的溫度）

　　2、膜分離制氮：類似于過濾器，利用氧氮分子對膜的滲透能力的不同，富集氮氣達到一定的氮氣濃度，一般濃度不高于99%，運用范圍比較小。（本文不做過多介紹）

　　3、PSA變壓吸附制氮：PSA氣體分離技術是非低溫氣體分離技術，以壓縮空氣為原料，碳分子篩為媒介，利用氧分子直徑＜氮分子、氧氮分子大小不同，氧分子可以進入分子篩表面的微孔被吸附，氮分子不能進入而從堆積的分子篩間隙通過，再通過快速排空減壓將吸附在分子篩表面的氧分子脫附，排放到大氣中。配合一定的程序循環切換，可以將氮氣純度制取到95-99.999%的純度（體積比）。

　　三十年來該技術發展較快，技術日趨成熟，在中小型制氮領域已成為深冷空分的強有力競爭對手。

 

　　氮氣設備的選型

　　1、不管選擇什么類型的制氮機設備，我們都必須知道以下幾個參數：即氮氣純度、氮氣流量、氮氣壓力、氮氣露點。

　　①氮氣純度，氮氣一般作為工藝氣體，有別于我們的壓縮空氣作為動力氣源，必須達到一定的壓力和氣量。氮氣一般直接接觸產品隔絕產品周邊氧氣，在發生高溫、焊接、切削等動作時，降低被氧化的風險，保證加工后的產品品質。

　　②氮氣流量，即客戶使用氮氣的用量（氮氣流量單位：Nm3/h或NL/min，其中N表示標準狀況俗稱標況：20℃、101325Pa，為1個標準大氣壓）氮氣用量也是保證生產時的必須條件。

　　③氮氣壓力，用于輸送氮氣到使用點。氮氣壓力高低影響氮氣的流量大小，條件不變時壓力越高流量越大。

　　④氮氣露點，即氮氣的含水量。氮氣在直接接觸產品時也是有一定露點（含水量指標）要求的，否則同樣會影響產品品質。

　　2、當知道客戶提供的以上4個指標后，可有效的為客戶選擇配套設備：

　　液氮（形似于我們常見的水，無色液體），溫度為-200℃左右。如此低的溫度大部分行業是不能直接使用，必須通過空溫氣化裝置將液氮氣化，達到常溫狀態才能使用。因為液氮形似于水，體積被壓縮（每噸液氮根據使用壓力不同可以氣化出700-800Nm3，純度99.9995%氮氣），方便運輸，通過氣化裝置可以快速提供大量的氮氣，同時液氮有較低的壓力露點（約-70℃），所以液化氮氣如此高的指標可以滿足各行各業使用。

　　但是液氮的使用門檻也比較高。例如用量太小可能只能買散裝，瓶裝的氮氣成本非常高；液氮需要專用的使用場地（土建）和專用儲存設備和氣化設備，特種設備使用登記證書，有每月最低消費用量，用量不穩定的不劃算。液化氮氣都是一樣的性能指標，那么對于低純度（例如99.9%純度）的使用者又增加了使用成本。

　　PSA變壓吸附制氮可以根據用量需求定制不同大小的制氮設備，同時配置相應的空壓機、干燥機就能得到氮氣。不管是95%、99%、99.99%還是99.9995%的純度都有相應的設備規格滿足。而壓力不管是0.1MPa，還是30MPa也都可以得到。

　　PSA系統的選型：（如圖1）

　　圖1是一套常規參數（純度95-99.999%、流量1-2000Nm3/H，壓力0.1-0.75MPa、壓力露點-40℃的配置示意圖）。

　　看到上面的配置圖，大家最大的疑惑就是空壓機怎么選？空壓機根據氮氣的純度、流量、壓力來選型。氮氣的純度流量決定我們選擇什么型號的碳分子篩，不同碳分子篩都對應不同空氮比（以下為伊普思公司的常規CMS-260分子篩）的空氮比。

　　例如：120Nm3/H-99.99%制氮機空氣消耗量計算：120/60*4.9=8.8m3/min（其中60為60min，4.9為空氮比數。9.6m3/min為實時消耗量，根據干燥機耗氣量空壓機選型應放大10%-30%）

　　如干燥機部分配有吸干機產生氣耗，需放大30%，則空壓機最少選擇12.5m3/min的排量，參照此流量選擇相應的空壓機功率75kW即可。

　　空壓機流量算出來以后，可以得到整體管道內的氣體壓力（如壓縮空氣壓力最高0.8MPa，則氮氣壓力最高0.7MPa）。

　　干燥凈化部分根據成品氮氣的露點要求配置

　　露點無要求，可單獨配置冷干機。由于碳分子篩也有一定吸附水分子的作用，此配置成品氮氣壓力露點在-30℃以下。但是碳分子篩長期使用含水量相對較高的壓縮氣體，會使碳分子篩軟化，加速衰減，降低使用壽命。

　　建議大家在制氮機前端配置吸附式干燥機，經吸干機處理后的壓縮空氣壓力露點在-30～-40℃之間，含水、含油量極低，對碳分子的污染可以忽略不計，可大大延長碳分子的使用壽命，降低制氮機閥件故障率。

　　如果需要更低的露點，可以將干燥機放大或者定制低露點的吸干機，就可以達到-50～-70℃的成品氮氣露點。

 

 

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