空氣是由78%的氮?dú)猓?1%的氧氣以及1%的稀有氣體和雜質(zhì)組成。氧氣是人們賴以生存的氣體，而氮?dú)馊≈槐M，用之不竭，如今越來(lái)越受到歡迎，目前已被廣泛應(yīng)用于糧食倉(cāng)儲(chǔ)、金屬熱處理、石油化學(xué)工業(yè)、玻璃工業(yè)等諸多領(lǐng)域。本文給大家重點(diǎn)介紹如何從空氣中分離氮?dú)饧癙SA制氮機(jī)選型相關(guān)的知識(shí)。
氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)
制氮設(shè)備
氮?dú)庠O(shè)備的選型
干燥凈化根據(jù)成品氮?dú)饴饵c(diǎn)要求配置
氮?dú)?，化學(xué)式為N2，通常狀況下是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，而且一般氮?dú)獗瓤諝饷芏刃?。氮?dú)庹即髿饪偭康?8.08%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份之一。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氮?dú)饫鋮s至-195.8℃時(shí)，變成無(wú)色的液體；冷卻至-209.8℃時(shí)，液態(tài)氮變成雪狀的固體。氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下很難跟其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在高溫、高能量條件下可與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，用來(lái)制取對(duì)人類(lèi)有用的新物質(zhì)。
在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中，利用氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)，氮?dú)獗粡V泛的應(yīng)用在各行各業(yè)。比如：電子芯片行業(yè)、激光切割，食品保鮮，糧庫(kù)、化工、石化、鋰電、半導(dǎo)體、醫(yī)藥等等。面對(duì)各行各業(yè)的使用需求，制取氮?dú)獾脑O(shè)備就是關(guān)鍵。
如今隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市面上氮?dú)庵迫〉脑O(shè)備主要有三種:
1、深冷制氮：主要是利用不同氣體的沸點(diǎn)不同，通過(guò)低溫分餾，得到液氮。（參考化學(xué)性質(zhì)中提到的溫度）
2、膜分離制氮：類(lèi)似于過(guò)濾器，利用氧氮分子對(duì)膜的滲透能力的不同，富集氮?dú)膺_(dá)到一定的氮?dú)鉂舛龋话銤舛炔桓哂?9%，運(yùn)用范圍比較小。（本文不做過(guò)多介紹）
3、PSA變壓吸附制氮：PSA氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)，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(jìn)入分子篩表面的微孔被吸附，氮分子不能進(jìn)入而從堆積的分子篩間隙通過(guò)，再通過(guò)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(huán)切換，可以將氮?dú)饧兌戎迫〉?5-99.999%的純度（體積比）。
三十年來(lái)該技術(shù)發(fā)展較快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
1、不管選擇什么類(lèi)型的制氮機(jī)設(shè)備，我們都必須知道以下幾個(gè)參數(shù)：即氮?dú)饧兌?、氮?dú)饬髁?、氮?dú)鈮毫Α⒌獨(dú)饴饵c(diǎn)。
①氮?dú)饧兌?，氮?dú)庖话阕鳛楣に嚉怏w，有別于我們的壓縮空氣作為動(dòng)力氣源，必須達(dá)到一定的壓力和氣量。氮?dú)庖话阒苯咏佑|產(chǎn)品隔絕產(chǎn)品周邊氧氣，在發(fā)生高溫、焊接、切削等動(dòng)作時(shí)，降低被氧化的風(fēng)險(xiǎn)，保證加工后的產(chǎn)品品質(zhì)。
②氮?dú)饬髁?，即客戶使用氮?dú)獾挠昧浚ǖ獨(dú)饬髁繂挝唬篘m3/h或NL/min，其中N表示標(biāo)準(zhǔn)狀況俗稱標(biāo)況：20℃、101325Pa，為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）氮?dú)庥昧恳彩潜ＷC生產(chǎn)時(shí)的必須條件。
③氮?dú)鈮毫?，用于輸送氮?dú)獾绞褂命c(diǎn)。氮?dú)鈮毫Ω叩陀绊懙獨(dú)獾牧髁看笮。瑮l件不變時(shí)壓力越高流量越大。
④氮?dú)饴饵c(diǎn)，即氮?dú)獾暮?。氮?dú)庠谥苯咏佑|產(chǎn)品時(shí)也是有一定露點(diǎn)（含水量指標(biāo)）要求的，否則同樣會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。
2、當(dāng)知道客戶提供的以上4個(gè)指標(biāo)后，可有效的為客戶選擇配套設(shè)備：
液氮（形似于我們常見(jiàn)的水，無(wú)色液體），溫度為-200℃左右。如此低的溫度大部分行業(yè)是不能直接使用，必須通過(guò)空溫氣化裝置將液氮?dú)饣?，達(dá)到常溫狀態(tài)才能使用。因?yàn)橐旱嗡朴谒?，體積被壓縮（每噸液氮根據(jù)使用壓力不同可以氣化出700-800Nm3，純度99.9995%氮?dú)猓?，方便運(yùn)輸，通過(guò)氣化裝置可以快速提供大量的氮?dú)?，同時(shí)液氮有較低的壓力露點(diǎn)（約-70℃），所以液化氮?dú)馊绱烁叩闹笜?biāo)可以滿足各行各業(yè)使用。
但是液氮的使用門(mén)檻也比較高。例如用量太小可能只能買(mǎi)散裝，瓶裝的氮?dú)獬杀痉浅８?；液氮需要?zhuān)用的使用場(chǎng)地（土建）和專(zhuān)用儲(chǔ)存設(shè)備和氣化設(shè)備，特種設(shè)備使用登記，有每月消費(fèi)用量，用量不穩(wěn)定的不劃算。液化氮?dú)舛际且粯拥男阅苤笜?biāo)，那么對(duì)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(jù)用量需求定制不同大小的制氮設(shè)備，同時(shí)配置相應(yīng)的空壓機(jī)、干燥機(jī)就能得到氮?dú)狻２还苁?5%、99%、99.99%還是99.9995%的純度都有相應(yīng)的設(shè)備規(guī)格滿足。而壓力不管是0.1MPa，還是30MPa也都可以得到。
PSA系統(tǒng)的選型：（如圖1）
圖1是一套常規(guī)參數(shù)（純度95-99.999%、流量1-2000Nm3/H，壓力0.1-0.75MPa、壓力露點(diǎn)-40℃的配置示意圖）。
看到上面的配置圖，大家的疑惑就是空壓機(jī)怎么選？空壓機(jī)根據(jù)氮?dú)獾募兌取⒘髁?、壓力?lái)選型。氮?dú)獾募兌攘髁繘Q定我們選擇什么型號(hào)的碳分子篩，不同碳分子篩都對(duì)應(yīng)不同空氮比（以下為伊普思公司的常規(guī)CMS-260分子篩）的空氮比。
例如：120Nm3/H-99.99%制氮機(jī)空氣消耗量計(jì)算：
120/60*4.9=8.8m3/min（其中60為60min，4.9為空氮比數(shù)。9.6m3/min為實(shí)時(shí)消耗量，根據(jù)干燥機(jī)耗氣量空壓機(jī)選型應(yīng)放大10%-30%）
如干燥機(jī)部分配有吸干機(jī)產(chǎn)生氣耗，需放大30%，則空壓機(jī)最少選擇12.5m3/min的排量，參照此流量選擇相應(yīng)的空壓機(jī)功率75kW即可。
空壓機(jī)流量算出來(lái)以后，可以得到整體管道內(nèi)的氣體壓力（如壓縮空氣壓力0.8MPa，則氮?dú)鈮毫?.7MPa）。
露點(diǎn)無(wú)要求，可單獨(dú)配置冷干機(jī)。由于碳分子篩也有一定吸附水分子的作用，此配置成品氮?dú)鈮毫β饵c(diǎn)在-30℃以下。但是碳分子篩長(zhǎng)期使用含水量相對(duì)較高的壓縮氣體，會(huì)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(jī)前端配置吸附式干燥機(jī)，經(jīng)吸干機(jī)處理后的壓縮空氣壓力露點(diǎn)在-30～-40℃之間，含水、含油量極低，對(duì)碳分子的污染可以忽略不計(jì)，可大大延長(zhǎng)碳分子的使用壽命，降低制氮機(jī)閥件故障率。
如果需要更低的露點(diǎn)，可以將干燥機(jī)放大或者定制低露點(diǎn)的吸干機(jī)，就可以達(dá)到-50～-70℃的成品氮?dú)饴饵c(diǎn)。