制氮機工作原理流程圖

制氮機是以空氣為原料，利用物理的方法,將其中的氧和氮分離而獲得所需氣體的過程。

工業(yè)中有三種，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

PSA變壓吸附制氮原理

碳分子篩可以同時吸附空氣中的氧和氮，其吸附量也隨著壓力的升高而升高，而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無明顯的差異。因而，僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進一步考慮吸附速度的話，就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小，因而擴散速度比氮快數(shù)百倍，故碳分子篩吸附氧的速度也很快，吸附約1分鐘就達(dá)到90%以上；而此時氮的吸附量僅有5%左右，所以此時吸附的大體上都是氧氣，而剩下的大體上都是氮氣。這樣，如果將吸附時間控制在1分鐘以內(nèi)的話，就可以將氧和氮初步分離開來，也就是說，吸附和解吸是靠壓力差來實現(xiàn)的，壓力升高時吸附，壓力下降時解吸。而區(qū)分氧和氮是靠兩者被吸附的速度差，通過控制吸附時間來實現(xiàn)的，將時間控制的很短，氧已充分吸附，而氮還未來得及吸附，就停止了吸附過程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化，也要將時間控制在1分鐘以內(nèi)。

1-空氣壓縮機；2-過濾器；3—干燥機；4-過濾器；5-PSA吸附塔；6-過濾器；7-氮氣緩沖罐

 

深冷空分制氮原理

深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮，滿意需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存，當(dāng)出現(xiàn)氮氣間斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時，貯槽內(nèi)的液氮進入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉(zhuǎn)周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此，深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮氣，無備用手段，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長周期運行。

1-空氣壓縮機；2-預(yù)冷機組；3-分子篩吸附器；4-電加熱器；5-冷箱；6-透平膨脹機；7-主換熱器；8-精餾塔；9-冷凝蒸發(fā)器

膜空分制氮原理

空氣經(jīng)壓縮機壓縮過濾后進入高分子膜過濾器，由于各種氣體在膜中溶解度和擴散系數(shù)不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據(jù)這一特性，可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。
當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差的作用下，滲透速率相對快的氣體，如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側(cè)被富集，而滲透速率相對較慢的氣體，如甲烷、氮氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

1-空氣壓縮機；2-過濾器；3-干燥機；4-過濾器；5-電加熱器；6-膜組件