制氮原理

目前在制氮、制氧领域内使用较多的是碳分子筛和沸石分子筛。 碳分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的碳基吸附剂。 1.碳分子筛的制造 以椰子壳、煤炭、树脂等为原料。


首先，先经加工、粉化，然后与基料揉合。基料主要是增加强度， 防止破碎粉化的材料；
其次，进行活化造孔——在 600～1000℃温度下通入活化剂，常 用的活化剂有水蒸气、二氧化碳、氧气以及它们的混合气。它们与较 为活泼的无定型碳原子进行热化学反应，以扩大比表面积逐步形成孔 洞，活化造孔时间为10～60min； 最后为孔结构调节。利用化学物质的蒸气：如苯在碳分子筛微孔 壁进行沉积来调节孔的大小，使之满足要求。
黄润钰 2011年2月

氮气制造是以空气为原料，利用物理的方法， 将其中的氧气和氮气分离而获得。 工业制氮有三种方法： ⑴ 深冷空分法 ⑵ 分子筛空分法（PSA） ⑶ 膜空分法




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。 1.原理 将空气进行压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液 空，其液氧和液氮。利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下， 液氧的沸点为-183℃，液氮的沸点为-196℃)，通过液空的精 馏，使它们分离来获得氮气。 2.特点 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。






3.氮气的检测 氮气为惰性气体，不易起化学反应。一般都是 通过检测氧气含量来进行反推。通常采用氧气分析 仪进行检测。 脉动线现用化学分析法进行检测。


分子筛空分法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。

1.原理
以空气为原料，（主要以）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。

2.特点 与传统制氮法相比，PSA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、 小型氮气用户的首选方法。



2.碳分子筛的吸附原理 碳分子筛中的孔洞按孔径分大孔、中孔、微孔、亚微孔，前两者 起通道作用，后两者（孔径分布在0.3nm ~ 1nm之间）起吸附作用。 分子筛的比表面积越大，孔径分布越均匀，并且微孔或亚微孔数 量越多，吸附量就越大；同时，如果孔径能尽量小，范德华力场重叠， 对低浓度物质也有更好的分离作用。 因此，在PSA制氮设备中，分子筛的性能直接关系到整套设备的 产气量及 能耗，所以，选择合适的吸附剂是重中之重。




3.碳分子筛的分离原理 氮气与氧气的分子直径（大小）不同，在分子筛表面的扩散速 率不同。氧气分子直径小扩散较快，较多进入分子筛固相，这样，在 吸附未达到平衡时，氮气就在气相中富集起来。 一段时间后，氧气吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对 吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附， 从而获得碳分子筛的再生利用。 由此，一般在变压吸附系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮， 另一塔脱附再生，通过PLC程序自动控制，使两塔交替循环工作，以 实现连续生产高品质氮气之目的。




4.起源与主要厂家 二十世纪六十年代，碳分子筛在美国最先制造成功并很快推广 应用，最初，碳分子 筛是被用作从空气中分离氧气的吸附剂，后来 逐渐应用在制取氮气的装置上。到了七十年代未、八十年代初，世界 各国对氮气的需求量不断增加，而变压吸附制氮技术也逐渐成熟起来， 进一步推动了碳分子筛制造技术的发展。 一直到今天，世界上主要 的碳分子筛生产厂家也还是分布在这些国家。





1.原理 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。 2.特点 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，它特别适宜于氮气纯度≤98％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

1.为什么要用氮气？ 因为空气中存在大约有21%氧气，如果空气与饮料直接接触，其 中的氧气会溶解到饮料中，造成维生素的氧化变质、变色。而氮气是 一种惰性气体，不容易与其它成分起化学反应，且无毒性，所以我们 经常使用它来充填物体，即可起到“隔离”氧气的作用，又可以保持 物体内外等压，不至于被大气压力压扁。 在脉动的生产过程中，为了防止产品与氧气的过多接触，除了工 艺水作脱氧处理外，我们还在各种大罐中充入氮气，以保护脱氧水和 产品不再受空气中氧气的影响。 2.哪些地方使用了氮气？ 基于氮气使用的目的，充氮的部位应包括从脱氧水到产品灌装到 瓶中的所有环节，包括脱氧水储罐、调配缸、储糖缸、UHT平衡桶、 灌装回流缸等，通常溶糖缸不考虑充氮，主要原因是其使用热水溶糖， 空气中的氧气重新溶入的比较少。（但我厂的溶糖缸是有充氮气的）

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比较著名的有美国的Calgon公司、普莱克斯公司；日本的岩谷公 司、武田公司；德国的BF公司等。其中，美系分子筛在国内所占市场 份额很小，德系和日系分子筛厂家在国内都有代理公司，因而所占市 场份额也是最大的。



原料空气经空压机压缩后进入后级空气储罐，大部分油、 液态水、灰尘附着于容器壁后流到罐底并定期从排污阀 排出，一部分随气流进入到压缩空气净化系统。 空气净化系统由冷干机及三支精度不同的过滤器及 一支除油器组成，通过冷冻除湿以及过滤器由粗到精地 将压缩空气中的液态水、油、及尘埃过滤干净，使压缩 空气压力露点降到2～10℃，含油量降至0.001PPm，尘 埃过滤到0.01μ m，保证了进入PSA制氮机原料气的洁净。 净化后的空气经过两路分别进入两个吸附塔,通过 制氮机上气动阀门的自动切换进行交替吸附与解吸，这 个过程将空气中的大部分氮与少部分氧进行分离，并将 富氧空气排空。氮气在塔顶富集由管路输送到后级氮气 储罐，并经流量计后进入用气点。