【壓縮機網】熱處理加工主要包含了光亮淬火、光亮退火、光亮回火、連鑄、連軋、鋼帶；鋁帶、鋁薄軋等保護加熱，防止產品的氧化、脫碳等工藝，而氮氣作為很好的惰性保護氣體，在熱處理加工中的得到廣泛應用。真空熱處理：氮氣作為冷卻介質進行充氮加壓油淬時，調節氮氣壓力，提高鋼件的淬硬性，保護真空爐的電熱元件；可控氣氛：氮氣作為稀釋氣，能夠減少原料氣的消耗，減少碳黑的形成；滲碳滲氮：氮氣可用于進行滲碳后的防氧化冷卻，降低鋼件的內氧化程度，提高爐氣分解率和零件的疲勞強度和破斷抗力；保護氣、安全氣：爐內吹洗、排氣，爐門的氣簾密封；停氣斷電時，可將氮氣送入爐內，防止爐氣爆炸。

　　因此，對于熱處理企業來說，通過壓縮空氣來制取氮氣，已成為企業降本增效的一種有效途徑。本文主要闡述了PSA變壓吸附式制氮機如何通過壓縮空氣來制取氮氣。

　　一、變壓吸附（PSA）制氮設備工作原理

　　PSA(Pressure Swing Absorption）空分制氮設備，是以壓縮空氣為原料，在一定壓力下，根據動力學原理，碳分子篩是由硬煤磨細后，經一系列成型燒結所得，活化成型后碳分子篩的晶粒體分布著無數微孔孔穴。碳分子篩屬于速度分離型吸附劑，氮、氧分子在碳分子篩表面微孔上的擴散速率不同。直徑較小的氧分子擴散較快，較多的進入分子篩固相中被優先吸附，直徑較大的氮分子擴散速率較慢，進入分子篩固相較少。氮從非吸附相中得到，在氣相中得到氮氣的富集成分，利用碳分子篩對氧和氮在某一時間內吸附量差別的這一特性達到氮氧分離。碳分子篩對氧的平衡吸附量隨吸附壓力升高而增加，隨著壓力的降低而減少，即所謂的變壓吸附。吸附時，空氣的壓力應控制在適宜的壓力范圍內，以得到較佳的吸附效果。當進入碳分子篩床層的空氣壓力降低至常壓0.1MPa時，碳分子篩微孔中吸附的氧分子被釋放出來，即所謂常壓解析。

　　二、變壓吸附（PSA）制氮設備工藝流程介紹

　　1.變壓吸附附氮設備系統組成

　　變壓吸附制氮系統由空壓機、壓縮空氣預處理系統、變壓吸附制氮組成，如下圖。

　　（1）空氣壓縮機常見為螺桿式空氣壓縮機，是制氮系統的核心關鍵設備，提供足夠的氣量和相對穩定的輸入壓力0.7-0.8MPa的原料氣體。變壓吸附（PSA）中碳分子篩對壓縮空氣具有一定品質要求。變壓吸附制氮設備前的空氣預處理系統設計，主要是基于碳分子篩對空氣選擇性吸附的要求，碳分子篩對壓縮空氣預處理系統工況要求如下：

　　（2）冷干機、吸干機是空氣凈化氣源中除水除油的關鍵設備，要嚴格按照使用要求進行監視和維護，確保經冷干機干燥處理后壓縮空氣的含水量和含油量達標。

　　（3）各級過濾器是在凈化處理過程中除水除油除固態粒子，使進入吸附系統空氣源質量達到標準所必須的配套設備。設備正常運行時，要定期檢查自動排水器工作情況及過濾器進出氣兩端降壓，要定期更換各濾芯，確保各級過濾器運行正常。

　　（4）空氣儲罐、空氣干儲罐、氮氣工藝儲罐是氣體儲存和緩沖設備，可以保證氣源的壓力穩定、無波動。

　　（5）電氣控制系統是制氮系統工作的指揮中心。系統正常生產過程中，需要處于自動狀態，操作工在運行設備上可觀察到各程序的工作狀態，并可根據需要查詢各程序進行中的運行時間。

　　2、變壓吸附制氮系統介紹

　　（1）壓縮空氣預處理系統

　　壓縮空氣預處理系統包括：空氣壓縮機、空壓機后緩沖罐，除油過濾器，冷干機、高效過濾器（三級）。環境空氣由壓縮機進行壓縮至≥0.8MPa狀態，壓縮空氣進入空氣緩沖罐、除油過濾器、除塵過濾器，在此除去大部分的機械雜質和油含量。其后壓縮空氣再進入冷干機至壓力露點5℃左右，此時更多的油水氣被冷凝分離。壓縮空氣再經過二、三級過濾器，對壓縮空氣中的油含量和機械雜質進行進一步的凈化過濾處理，以達到分子篩對壓縮空氣工況指標的要求，并確保分子篩的使用壽命盡可能延長。

　　（2）變壓吸附制氮系統工作流程

　　裝有碳分子篩的吸附塔分為A、B兩塔，當潔凈干燥的壓縮空氣從底部進入A塔入口端經過碳分子篩床層向上方出口處流動時，壓縮空氣中的O2被其吸附，產品氮氣得到富集并由吸附塔上方出口處自動流出。經過一段時間吸附后，A塔內的碳分子篩吸附達到飽和。這時A塔經過微機控制自動停止吸附并經過短時間的均壓后，壓縮空氣自動流入B塔進行吸附，產氮之工作過程與A塔相同。并同時對A塔分子篩進行再生，分子篩再生是通過將吸附塔內壓力迅速下降至常壓，這時已被吸附的O2迅速被排入大氣中，從而實現再生。兩塔交替工作進行吸附和再生，完成氧氮分離，連續不斷地制取出成品氮氣。

　　三、變壓吸附制氮系統應用效果

　　近年來隨技術不斷改進，氮氣壓力在0.6MPa以上時，純度可達99%以上，很好地滿足了正常所需氮氣壓力和純度，如果合理科學運行設備，碳分子篩更換周期平均為6-7年，運行成本低，能耗低，設備占地面積小，操作安全系數高，自動化程度高，而且壓縮空氣本身就是工業生產中非常常見的通用氣體，具備許多兼容性，取材廣泛。

　　總之，變壓吸附（PSA）制氮技術是一項在常溫下從空氣中直接制取氮氣的高新節能分離技術。該技術制氮成本低、常溫生產、自動化程度高、性能可靠、開停車方便、氮氣純度和氮氣產量可適當調節、無環境污染，是一種高效的現場制氣技術。已廣泛應用于化工、精細化工、農藥、食品、電子工業、金屬熱處理等行業，并且在不斷地開發新的應用領域。