氮气发生器变压吸附制氮原理的简介

变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)气体分离技术是非低温气体分离技术的重要分支，是人们长期来努力寻找比深冷法更简单的空分方法的结果。七十年代西德埃森矿业公司成功开发了碳分子筛，为PSA空分制氮工业化铺平了道路。三十年来该技术发展很快，技术日趋成熟，在中小型制氮领域已成为深冷空分的强有力的竞争对手。
变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理(加压吸附，减压解吸并使分子筛再生)而在常温使氧和氮分离制取氮气。
变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有显著的特点:吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快(一般在30min左右)，能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在范围内调节，产氮量≤2000Nm/h。但到目前为止，除美国空气用品公司用PSA制氮技术，无须后级纯化能工业化生产纯度≥99.999%的高纯氮外(进口价格很高)，国内外同行一般用PSA制氮技术只能制取氮气纯度为99.9%的普氮(即O2≤0.1%)，个别企业可制取99.99%的纯氮(O2≤0.01%)，纯度更高从PSA制氮技术上是可能的，但制作成本太高，用户也很难接受，所以用非低温制氮技术制取高纯氮还加后级纯化装置。

PSA变压吸附制氮。利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异，形成浓度差异的积累，在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱，一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析，实现分子筛在线再生，整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。这类发生器可根据需要，调节氮气的纯度和流量，可生产99.999%的氮气产品，流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟，纯度大小配置灵活，可根据每个需求具体定制，PSA变压吸附技术在工业中应用很广泛，已发展几十年，是很成熟的技术。技术难点主要是分子筛柱填装技术，分子筛填装不好，会造成分子筛在气体高低压频繁变化中互相摩擦碰撞粉化，微孔数量减少，分子筛性能急剧降低。

PSA变压吸附制氮。

利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异，形成浓度差异的积累，在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱，一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析，实现分子筛在线再生，整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。这类发生器可根据需要，调节氮气的纯度和流量，可生产99.999%的氮气产品，流量可从几百毫升到几十升到几立方每分钟，纯度大小配置灵活，可根据每个需求具体定制，我公司生产的型号末端带P的即为此类产品，如MNN-5LP。PSA变压吸附技术在工业中应用很广泛，已发展几十年，是很成熟的技术。技术难点主要是分子筛柱填装技术，分子筛填装不好，会造成分子筛在气体高低压频繁变化中互相摩擦碰撞粉化，微孔数量减少，分子筛性能急剧降低。

众所周知，杭州安研拥有当前市场上zui广泛的氮气发生器种类，同时，我们不断地研发出新的产品满足日新月异的氮气的需求，来给新的应用设备供气。我们不仅仅有市面上种类zui多的氮气发生器来满足液质联用仪的用气需求，你实验室里几乎是所有需要用气的设备，都可以让我们的气体发生器来供气。为什么我们的气体发生器能够覆盖您的实验室里大部分应用设备？因为，我们二十年如一日，专注于实验室里气体发生器的研发和生产，专心于给您提供稳定可靠的实验室气源。

另外一个广为人知的事实就是：我们所采用的气体分离技术成熟可靠。在我们的氮气发生器上，我们用膜分离技术和变压吸附技术来生产氮气，如果我们的顾客对某一种技术青睐有加，我们可以根据客户的喜好来推荐合适的型号。但是，对于某些特定的应用设备，使用其中的一种分离技术比另一种更有优势。

膜分离技术

让压缩空气通过中空纤维膜，当空气通过膜的时候，空气中的氧气，二氧化碳，一氧化碳和水蒸汽 会通过中空纤维膜管道上的小孔，进而排到大气中去。在膜的出口，大尺寸的氮气分子和惰性气体氩气都收集起来，输送到应用设备。这种氮气分离提取技术简单有效，无需任何移动部件。分离提取出来的氮气*高纯度能达到99.5%，不含任何杂质。

变压吸附技术是通过固体介质来分离气体混合物中的单一组分，用变压吸附技术来分离空气中的氮气，所需的固体介质是碳分子筛，碳分子筛对空气中的氧气选择性吸附，从而在加压的情况下分离了空气中的氮气和氧气。

碳分子筛其实就是多孔疏松的棒状碳颗粒，当对填充满了碳分子筛颗粒的氮气纯化密封柱中充入压缩空气（主要成分是氮气，氧气和惰性气体氩气和少量水汽）时，碳分子筛会吸附水汽，氧气，但是，氮气不会被吸附。这主要是因为氮气和氧气的分子尺寸不一样，碳分子筛颗粒上的小孔能让分子尺寸小的氧气进入，却不能让氮气进入，因为氮气的分子尺寸大于氧气；从而，氮气和氧气被分离开了。

变压吸附这一过程包含两个步骤和阶段：

1.吸附阶段，压缩空气中氧气，水汽，二氧化碳被碳分子筛柱子吸附，氮气被收集起和储藏起来。

2.重生阶段，将碳分子筛柱的压力释放到大气中去，吸附了氧气，二氧化碳，水汽的碳分子筛颗粒释放掉吸附的氧气，二氧化碳和水汽，从而为下一次吸附做好准备。

变压吸附这一个过程需要维持一个稳定的温度，这个温度通常情况下和实验室的环境温度接近（20-25℃）。变压吸附技术生产出来的氮气，纯度*高能达到99.999%，纯度越高，生产过程中需要消耗的空气就越多。

变压吸附技术和膜分离技术来生产氮气，各有利弊。具体使用哪种方法来生产氮气要取决于应用和流速要求。在市面上，某些人说氮气膜和碳分子筛是消耗品，需要定期更换，这是不对的。如果用户的除油和除水过滤器效果不佳，碳分子筛和氮气膜的分离效果会随着使用年限的增加而慢慢失效。

 现今工业发展中，有许多行业已经开始使用氮气来生产或辅助生产产品，应用之广，对此我们有必要了解变压吸附制氮机产生的原理。
    变压吸附制氮机是一种新型气体吸附分离技术。产品纯度高，可在室温和不高的压力下工作，节能经济，设备简单，操作，维护简便，连续循环操作，可达到自动化。变压吸附制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气发生设备。通常使用两吸附塔并联，由全自动控制系统按特定可编程序严格控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。变压吸附制氮机的特点风华独到的分子筛装填技术和的总体设计，在制氮浓度和产气量相同时耗电量省，运行成本低。采用目前国际性能好的分子筛，结合独特的气体分布技术和特定的工艺流程，使分子筛发挥大能效，使氮气回收率佳主要是基于碳分子筛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。碳分子筛本身具有加压时对氧的吸附容量增加，减压时对氧的吸附量减少的特性。利用这种变压吸附的特性，实现氧气和氮气的分离，得到我们所需要的气体组分。由于吸附剂有的吸附容量，当吸附饱和时就需要再生，所以单吸附床的吸附是间歇式的，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，连续产生氮气。
    氮气在自然界中分布很广，是空气的主要成份，主要以单质分子氮的形式存在于大气之中，在干燥的空气之中，N2的体积占空气的78.03%，因此，空气是制取氮气的大原料库，它取之不尽，用之不竭。
    变压吸附制氧机由两只或多只吸附塔组成，由计算机控制分别工作于充压、吸附、再生、冲洗等过程，实现连续供气。
    设备包括：压缩空气源及净化系统，变压吸附氧氮分离组件，贮存供气系统，自控系统。 
    应用：本装置能耗小、操作简单、设备投资省。在石化、轻工、冶金、环保、建材、水产养殖、生物技术、医药医疗等领域得到广泛的应用。

现今工业发展中，有许多行业已经开始使用氮气来生产或辅助生产产品，应用之广，对此我们有必要了解变压吸附制氮机产生的原理。
    变压吸附制氮机是一种新型气体吸附分离技术。产品纯度高，可在室温和不高的压力下工作，节能经济，设备简单，操作，维护简便，连续循环操作，可达到自动化。变压吸附制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气发生设备。通常使用两吸附塔并联，由全自动控制系统按特定可编程序严格控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。变压吸附制氮机的特点风华独到的分子筛装填技术和的总体设计，在制氮浓度和产气量相同时耗电量省，运行成本低。采用目前国际性能好的分子筛，结合独特的气体分布技术和特定的工艺流程，使分子筛发挥大能效，使氮气回收率佳主要是基于碳分子筛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。碳分子筛本身具有加压时对氧的吸附容量增加，减压时对氧的吸附量减少的特性。利用这种变压吸附的特性，实现氧气和氮气的分离，得到我们所需要的气体组分。由于吸附剂有的吸附容量，当吸附饱和时就需要再生，所以单吸附床的吸附是间歇式的，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，连续产生氮气。
    氮气在自然界中分布很广，是空气的主要成份，主要以单质分子氮的形式存在于大气之中，在干燥的空气之中，N2的体积占空气的78.03%，因此，空气是制取氮气的大原料库，它取之不尽，用之不竭。
    变压吸附制氧机由两只或多只吸附塔组成，由计算机控制分别工作于充压、吸附、再生、冲洗等过程，实现连续供气。
    设备包括：压缩空气源及净化系统，变压吸附氧氮分离组件，贮存供气系统，自控系统。 
    应用：本装置能耗小、操作简单、设备投资省。在石化、轻工、冶金、环保、建材、水产养殖、生物技术、医药医疗等领域得到广泛的应用。

现代工业用氮的制取方法都是以空气为原料，将其中的氧和氮分离而获得。目前主要有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。

1 深冷空分制氮
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近九十年的历史。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。深冷空分制氮设备复杂、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％。深冷空分制氮装置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
分子筛空分制氮是以空气为原料，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(Pressure Swing Adsorption）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，它具有工艺流程简单、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，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的方法。

3膜空分制氮
膜空分制氮是八十年代国外迅速发展的又一种新型制氮技术，在国内推广应用是近三四年的事。膜空分制氮的基本原理是以空气为原料，在压力条件下，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。和其它制氮设备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，它适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有佳功能价格比。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。由上可知，MnZn铁氧体生产企业，采用什么供气方式和何种供气技术，根据企业情况进行技术经济论证，选择佳供气方案。

       氮气发生器作为气相色谱中载气设备广受大家青睐，而采用PSA变压吸附制氮的氮气发生器因其纯度高、无污染更是炙手可热，但是“甘瓜苦蒂，天下物无全美”，这款发生器在日常使用中也会出现制得氮气纯度不是太高的情况，那么是什么因素影响了制氮纯度了？下面简单介绍下关于影响PSA制氮纯度的因素。

       在介绍影响因素之前，我们首先要从PSA制氮流程来了解下。PSA氮气发生器制氮的工艺流程：空气在经压缩和净化后进入空气缓冲罐，缓冲上游因压力变化而引起的波动，由下至上流经装有CMS（碳分子筛）的吸附塔，期间O2分子在CMS表面吸附，N2从吸附塔上端流出，进入氮气缓冲罐，一段时间后，吸附塔中的CMS被吸附的氧气饱和，需要进行再生，利用停止吸附步骤，降低吸附塔压力来实现。两个吸附塔交替进行吸附和再生，确保氮气的连续输出。

了解了工艺流程，我们知道了PSA里面核心部件是吸附塔、分子筛（CMS），那么这些和影响因素有什么样的联系呢？

PSA氮气发生器制氮纯度影响因素：

（1）气体原料的质量

我们知道，气体是要经压缩后进入空气缓冲罐，那么压缩空气中如含有水汽、油雾，这些都会堵塞分子筛（CMS）的微孔，从而严重影响分离效果及CMS的使用寿命，因此，要想获得高纯度的氮气，保优质的空气至关重要，并且要经多次净化过滤，滤芯需要定期检查或者更换。

（2）吸附塔的工作时间

长时间的工作周期也即是阀门的切换时间间隔，有利于降低氮气发生器能耗，且节约空气原料，不过纯度也会因周期过长，分子筛会饱和而受到影响。

（3）分子筛的性能

分子筛是PSA氮气发生器的核心部件，它的性能好坏对于制得的氮气纯度有极大的联系，同时我们还需要根据实际需要的氮气流量和纯度来计算出分子筛的合适装填量。

以上3 点就是关于采用PSA制氮的氮气发生器制取氮气纯度的影响因素，相信对大家在使用氮气发生器时候能有所帮助。

普拉勒氮气发生器制氮原理图

（相关内容来源于网络）

成都德力斯实业有限公司是一家销售实验室设备的经销商，在今年4月份寻到我们家氮气发生器，有参数要求，出气量需要40L,纯度要求99.999的， 需要配套用户的手套箱使用的，但是摆放位置有限，终端用户是核动力二所，他们对设备技术性要求是非常高的，经过我们技术部门和他们技术沟通之后，确认了一些参数要求，这款设备是需要定制的，我们做了详细的参数配置，图片给客户，售后服务提供质保两年，上门培训安装，于6月份确认下来签订了合同。

高纯度氮气发生器