变压吸附（PSA）制氮浅析

 工作原理
市场上目前的供氮方式主要有液氮、瓶装氮、现场制氮。综合三种供氮方式，现场制氮是目前经济、高效、节能的的一种供氮方式。现场制氮适合于用气量在1000 Nm3/h以下的用户。现场制氮的一种主要方式即是变压吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）制氮机。PSA制氮的原理主要是基于碳分子筛（Carbon Molecular Sieving,，CMS）对氧和氮的吸附速率不同，碳分子筛优先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。CMS是一种以煤为主要原料经过特殊加工而成的，黑色表面充满微孔的颗粒，是一种半性吸附剂（可再生使用）。它对氧和氮的分离作用主要基于这两种气体在碳分子筛表面上的扩散速率不同，O2动力学直径较小，气体分子扩散较快，较多地进入分子筛固相（微孔），N2动力学直径较大，气体分子扩散较慢，进入分子筛固相较少，这样在气相中就可得到氮的富集成份。因此利用CMS对O2和N2在某一时间内吸附量的差别这一特性，按特定的程序，结合加压吸附、减压脱附的快速循环过程（变压吸附），完成氧-氮分离，从而在气相中获得高纯度的N2。PSA制氮具有经济、高效、运行成本低、适应 性强、易于操作、安全方便等特点。由于CMS有的吸附容量，当吸附饱和时就需要再生，所以单吸附塔的吸附是间歇式的，为保证连续供气，采用双吸附塔并联交替进行吸附，一塔工作一塔再生，连续产生N2。
CMS对O2、N2的吸附特性
注：随着吸附压力的增加，O2、N2的吸附量都增加，但是O2的吸附增加量远远高于N2。
工艺流程
空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，经严格的除油、除水、除尘净化处理，输出洁净的压缩空气，目的是确保吸附塔内分子筛的使用寿命。装有碳分子筛的吸附塔共有二个，一个塔工作时，另一个塔则减压脱附。洁净空气进入工作吸附塔，经过分子筛时氧、二氧化碳和水被其吸附，流至出口端的气体便是N2及微量的氩和氧。另一塔（脱附塔）使已吸附的O2、二氧化碳和水从分子筛微孔中脱离排至大气中。这样两塔轮流进行，完成氮氧分离，连续输出N2。PSA吸附制取的N2纯度为95%-99.9%，假如需要更高纯度的N2需增加N2净化设备。变压吸附制氮机输出的95%-99.9%N2进入N2净化设备，同时通过量计添加适量的氢气，在净化设备的除氧塔中氢和N2中的微量氧进行催化反应，以除去氧然后经水冷凝器冷却，汽水分离器除水，再通过干燥器深度干燥（两个吸附干燥塔交替使用：一个吸附干燥除水，另一个加热脱附排水），得到高纯N2，此时的N2纯度可达99.9995%。目前PSA制氮大的生产能力为3000 Nm3/h。2010122716403.jpg
应用领域
通过PSA制氮机制取到的纯度大于99.5%的N2，通过和N2纯化设备的联合处理，能获得纯度大于99.9995%、露点低于-65℃的高品质N2，主要用于退火保护、烧结保护、氮化处理、洗炉及吹扫用气等，金属热处理、粉末冶金、磁性材料、铜加工、金属丝网、镀锌线、半导体、粉末还原等领域应用广泛；纯度大于98%或所需要纯度的N2，主要用于化工原料、管道吹扫、气体保护、产品输送等，主要应用于化工、生物科技等行业；纯度大于98%或纯度为99.9%的N2，主要应用于食品包装、食品保鲜、医药包装、医药置换气、医药输送；纯度大于99.9%或99.99% 以上的N2，或经过N2纯化设备得到纯度大于99.9995%、露点低于-65℃的高品质N2，主要用于电子产品的封装、烧结、退火、还原、储存等。