浅谈变压吸附碳分子筛制氮机设备的氮气纯化

【工业中常用的空分制氮机】

1、深冷空分制氮：
    深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混 合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮机复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮机宜于大规模工业制氮，而中、小规 模制氮就显得不经济。 

2、分子筛空分制氮(PSA或变压吸附式)：
    在3000Nm3／h以下制氮机中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢 迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。因为，以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需 要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点。

3、膜空分制氮（中空纤维膜分离）：
    以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮机相比它具有结构更为简单、体积更 小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤99.5％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯 度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。
      就PSA碳分子筛制氮机的氮气纯化而言，对于不用的企业客户要求，有不同的净化方式和工艺，下面就不同的用户，简单谈谈关于制氮设备氮气纯化的情况。

      第一种用户：使用氮气作为一般保护气的，象钢铁行业中钢板处理中的氮气保护气等，这种氮气主要危害杂质为氧化性杂质，水、氧最为关键。对于这种用户，我们采用脱氧干燥工艺流程，不脱除甲烷、氢等还原性杂质，可以节约设备投资，为用户节省资金，使用全自动高纯气体净化设备在线纯化；

      第二种用户：电子行业客户，对于氮气中的各种杂质要求都很高，必须采用2级工艺流程，并且要求全不锈钢管道、容器、阀门，采用深度净化工艺，使各种杂质指标均小于0.1ppm，采用精密过滤器使颗粒小于0.1um，可以采用全自动超纯气体净化设备在线纯化。

      第三种用户：循环氮气干燥工艺中的氮气纯化，一般只要求脱除氧，采用加氢催化脱氧的方式来进行纯化，由于循环氮气干燥系统中氮气的循环量比较大，一般为3000—10000Nm3/h，对于水分不要求（系统本身带有除水设备），所以采用加氢催化除氧的方式最为简单有效，控制（自动控制）加入适当过量的氢气（过量0.1—0.3%的氢气），通过催化剂床层后，使氧和氢反应生成水，残氧在1—3ppm以下（根据用户要求设计催化剂的装填量，最小投资达到使用要求的原则）。第四种用户：生产瓶装高纯气体的用户，这种用户一般不连续生产，建议采用手动高压超纯气体净化设备，高压设备可以排除压缩机的污染，能生产出纯度更高的瓶装气，手动设备可以降低设备投资，是用户不二的选择。