一、碳分子篩制氮原理
碳分子篩屬于碳素吸附劑，是由碳組成的多孔物質，孔結構模型為無序堆積碳素結構。碳分子篩是非(fei)計(ji)量化合物(wu)，其重(zhong)要性質(zhi)是基(ji)于它的(de)(de)微(wei)孔結構。它分(fen)(fen)(fen)離空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)能力，取決于空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)中各(ge)種氣(qi)(qi)(qi)體在碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩微(wei)孔中的(de)(de)不同(tong)擴散速度(du)(du)，或不同(tong)的(de)(de)吸(xi)附力，或兩種效應同(tong)時起作用。在平衡(heng)(heng)條(tiao)件(jian)下，碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩對(dui)氧(yang)和氮(dan)的(de)(de)吸(xi)附量相當接近，但氧(yang)分(fen)(fen)(fen)子通過碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩微(wei)孔系(xi)統的(de)(de)狹窄空(kong)(kong)(kong)隙的(de)(de)擴散速度(du)(du)要比氮(dan)分(fen)(fen)(fen)子快得多，碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩空(kong)(kong)(kong)分(fen)(fen)(fen)制氮(dan)就是基(ji)于這一性能，在遠未達到平衡(heng)(heng)條(tiao)件(jian)的(de)(de)時間(jian)之前，通過PSA工(gong)藝流程使氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)從空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)中分(fen)(fen)(fen)離出來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一(yi)般稱為制氮機。其(qi)工(gong)藝(yi)流程(cheng)是(shi)采用在(zai)常溫下變壓吸附(fu)法(fa)（簡(jian)稱P.S.A法(fa)），變壓吸附(fu)為無熱源的吸附(fu)分離(li)過程(cheng)，碳分子(zi)篩對被(bei)吸附(fu)組份（主(zhu)要(yao)是(shi)氧分子(zi)）的吸附(fu)容量因上述原理在(zai)充壓、產氣(qi)時(shi)吸附(fu)，在(zai)降壓排氣(qi)時(shi)解(jie)吸，使碳分子(zi)篩再生。同時(shi)，床(chuang)層氣(qi)相富集(ji)的氮氣(qi)穿(chuan)過床(chuang)層成為產品氣(qi)，各步驟連為循環操(cao)作。
變壓(ya)吸附過程(cheng)(cheng)循環(huan)操作包括(kuo)：充壓(ya)、產氣(qi)；均壓(ya)；降壓(ya)、排(pai)氣(qi)；然后(hou)再(zai)充壓(ya)、產氣(qi)；……幾(ji)個(ge)工作階(jie)段，形成(cheng)循環(huan)操作過程(cheng)(cheng)。其根據流(liu)程(cheng)(cheng)的再(zai)生方(fang)法不同，可分(fen)為真(zhen)空再(zai)生流(liu)程(cheng)(cheng)和常壓(ya)再(zai)生流(liu)程(cheng)(cheng)。
P.S.A制氮(dan)機設備根據用戶的(de)(de)需要可包括空(kong)(kong)氣壓(ya)縮純化系(xi)統(tong)(tong)、變(bian)壓(ya)吸(xi)附系(xi)統(tong)(tong)、閥門程序控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)（真空(kong)(kong)再生的(de)(de)還(huan)需帶(dai)有真空(kong)(kong)泵），及氮(dan)氣供應系(xi)統(tong)(tong)。
三、碳分子篩制氮需要控制的條件
1、空氣壓縮純化過程
純原料空氣(qi)進入(ru)碳(tan)分子(zi)篩(shai)吸附塔，是(shi)非常(chang)必要的(de)(de)(de)，因為顆粒(li)及有(you)機氣(qi)氛(fen)進入(ru)吸附塔會(hui)堵塞碳(tan)分子(zi)篩(shai)的(de)(de)(de)微孔(kong)，并逐漸使(shi)碳(tan)分子(zi)篩(shai)的(de)(de)(de)分離(li)性(xing)能降低。
純化(hua)原(yuan)料空(kong)氣的(de)方(fang)法有(you)：使空(kong)壓機(ji)的(de)進(jin)氣口(kou)遠離有(you)灰(hui)塵、油霧(wu)、有(you)機(ji)氣氛的(de)場(chang)所；通過冷干機(ji)、吸(xi)附(fu)劑凈化(hua)系統(tong)等，最后經處理后的(de)原(yuan)料空(kong)氣進(jin)入碳分子篩(shai)吸(xi)附(fu)塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子(zi)篩(shai)制取(qu)氮氣(qi)，其N2濃度和產氣(qi)量可(ke)根據用(yong)戶的(de)需要進(jin)行任(ren)意調節，在產氣(qi)時間及操作壓力確定時，調低產氣(qi)量，N2濃度將提(ti)高，反之，N2濃度則(ze)下降。用(yong)戶可(ke)根據實際需要調節。
3、均壓時間
碳分子篩制氮過(guo)程(cheng)，當一(yi)個(ge)(ge)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)塔吸(xi)(xi)(xi)附(fu)結束(shu)時(shi)，可(ke)將此吸(xi)(xi)(xi)附(fu)塔內的(de)(de)(de)(de)有壓(ya)氣體從(cong)上下兩個(ge)(ge)方(fang)向注入另一(yi)個(ge)(ge)已再生好的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)塔中(zhong)，并(bing)使兩塔氣體壓(ya)力相同，此一(yi)過(guo)程(cheng)稱為(wei)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)塔的(de)(de)(de)(de)均壓(ya)，選(xuan)(xuan)擇(ze)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)均壓(ya)時(shi)間，即可(ke)回(hui)收能量(liang)，也可(ke)以減緩(huan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)塔內的(de)(de)(de)(de)分子篩受到的(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊，從(cong)而達到延長碳分子篩的(de)(de)(de)(de)使用壽命。參考伐門的(de)(de)(de)(de)切(qie)換速度一(yi)般選(xuan)(xuan)擇(ze)均壓(ya)時(shi)間為(wei)1～3秒(miao)。
4、產氣時間
根據碳分子篩對氧和氮(dan)的(de)(de)(de)吸(xi)擴散速(su)率不同(tong)，其吸(xi)附O2在(zai)短時間(jian)(jian)(jian)內就(jiu)達到平衡，此(ci)時，N2的(de)(de)(de)吸(xi)附量(liang)很(hen)少(shao)，較短的(de)(de)(de)產(chan)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)(jian)，可有效的(de)(de)(de)提高碳分子篩的(de)(de)(de)產(chan)氣(qi)(qi)率，但同(tong)時也增加了(le)伐(fa)門的(de)(de)(de)動作頻率，因此(ci)伐(fa)門的(de)(de)(de)性能(neng)也很(hen)重要(yao)。一般選擇吸(xi)附時間(jian)(jian)(jian)為30～120秒。小(xiao)型高純(chun)制氮(dan)機推薦(jian)使用(yong)短的(de)(de)(de)產(chan)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)(jian)，大型低濃(nong)度推薦(jian)使用(yong)長的(de)(de)(de)產(chan)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在(zai)動(dong)力(li)學效應的(de)同(tong)時，又具(ju)有平(ping)衡吸(xi)附(fu)(fu)效應，吸(xi)附(fu)(fu)質分壓(ya)(ya)高，吸(xi)附(fu)(fu)容量也(ye)高，因此加壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)是有利的(de)，但吸(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)太(tai)高，對空壓(ya)(ya)機的(de)選(xuan)(xuan)型要求也(ye)增高，另(ling)外常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)生與(yu)真空再(zai)生兩個流程對吸(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)要求也(ye)不同(tong)，綜(zong)合各項因素(su)，建議常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)生流程的(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)選(xuan)(xuan)為5～8Kg/cm2為宜；真空再(zai)生流程的(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)選(xuan)(xuan)擇為3～5Kg/cm2為宜。
6、使用溫度
作為吸附(fu)(fu)劑選擇較低的(de)(de)吸附(fu)(fu)溫(wen)度有利(li)于碳分子篩(shai)性能的(de)(de)發揮，制氮機工藝(yi)在有條件的(de)(de)情況下，采取降低吸附(fu)(fu)溫(wen)度是有利(li)的(de)(de)。
