【壓縮機網(wǎng)】空氣是由78%的氮氣，21%的氧氣以及1%的稀有氣體和雜質(zhì)組成。氧氣是人們賴(lài)以生存的氣體，而氮氣取之不盡，用之不竭，如今越來(lái)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(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氣及PSA制氮機選型相關(guān)的知識。

 

　　氮氣的化學(xué)性質(zhì)

　　氮氣，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(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。氮氣的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下很難跟其他物質(zhì)發(fā)生反應，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)制取對人類(lèi)有用的新物質(zhì)。

　　制氮設備

　　在社會(huì )生產(chǎn)活動(dòng)中，利用氮氣的化學(xué)性質(zhì)，氮氣被廣泛的應用在各行各業(yè)。比如：電子芯片行業(yè)、激光切割，食品保鮮，糧庫、化工、石化、鋰電、半導體、醫藥等等。面對各行各業(yè)的使用需求，制取氮氣的設備就是關(guān)鍵。

　　如今隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(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(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，可以將氮氣純度制取到95-99.999%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有力競爭對手。

 

　　氮氣設備的選型

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

　?、俚獨饧兌?，氮氣一般作為工藝氣體，有別于我們的壓縮空氣作為動(dòng)力氣源，必須達到一定的壓力和氣量。氮氣一般直接接觸產(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，保證加工后的產(chǎn)品品質(zhì)。

　?、诘獨饬髁?，即客戶(hù)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(chēng)標況：20℃、101325Pa，為1個(gè)標準大氣壓）氮氣用量也是保證生產(chǎn)時(shí)的必須條件。

　?、鄣獨鈮毫?，用于輸送氮氣到使用點(diǎn)。氮氣壓力高低影響氮氣的流量大小，條件不變時(shí)壓力越高流量越大。

　?、艿獨饴饵c(diǎn)，即氮氣的含水量。氮氣在直接接觸產(chǎn)品時(shí)也是有一定露點(diǎn)（含水量指標）要求的，否則同樣會(huì )影響產(chǎn)品品質(zhì)。

　　2、當知道客戶(hù)提供的以上4個(gè)指標后，可有效的為客戶(hù)選擇配套設備：

　　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氣化，達到常溫狀態(tài)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(guò)氣化裝置可以快速提供大量的氮氣，同時(shí)液氮有較低的壓力露點(diǎn)（約-70℃），所以液化氮氣如此高的指標可以滿(mǎn)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，瓶裝的氮氣成本非常高；液氮需要專(zhuān)用的使用場(chǎng)地（土建）和專(zhuān)用儲存設備和氣化設備，特種設備使用登記證書(shū)，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(shí)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(mǎn)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(diǎn)-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(lái)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(shí)時(shí)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(chǎn)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(lái)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(diǎn)要求配置

　　露點(diǎn)無(wú)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(diǎn)在-30℃以下。但是碳分子篩長(cháng)期使用含水量相對較高的壓縮氣體，會(huì )使碳分子篩軟化，加速衰減，降低使用壽命。

　　建議大家在制氮機前端配置吸附式干燥機，經(jīng)吸干機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，對碳分子的污染可以忽略不計，可大大延長(cháng)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(diǎn)，可以將干燥機放大或者定制低露點(diǎn)的吸干機，就可以達到-50～-70℃的成品氮氣露點(diǎn)。

 

 

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