變壓吸附(PSA)制氮裝置

基本原理
制氮裝置是以壓縮空氣為原料，以碳分子篩為吸附劑，利用碳分子篩對氮、氧的選擇性吸附，采用變壓吸附(PSA)技術，在常溫、低壓下，把空氣中的氮分離出來，從而制得氮氣。
碳分子篩對氮、氧的分離作用主要是基于氮、氧分子在分子篩表面的擴散速率不同。較小直徑的氧分子擴散較快，較多地進入分子篩固相；較大直徑的氮分子擴散較慢，較少進入分子篩固相。這樣，氮分子在氣相中得到富集。一段時間后，分子篩對氧的吸附達到一定程度，通過減壓，被碳分子篩吸附的氣體被釋放出來，分子篩也就完成了再生。

這是基于碳分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特點。變壓吸附制氮裝置通常使用二臺并聯(lián)的吸附器，交替進行加壓吸附和減壓再生，操作循環(huán)周期約2分鐘。

（動力學曲線圖)

工藝流程

空氣經空壓機壓縮后，先經空氣儲罐自然冷卻，大量的水和油在此排除，再經冷干機進行冷凍干燥，最后經一體式高效過濾器除去所有的油和絕大部分的水后，進入變壓吸附制氮裝置制備氮氣。
進入制氮裝置的壓縮空氣，經空氣緩沖罐穩(wěn)壓，進入填充碳分子篩的吸附器，潔凈的壓縮空氣在此進行氧、氮分離，制得的氮氣送至氮氣緩沖罐，經氮氣分析儀檢測、流量計計量，不合格氮氣通過放空閥放空，合格氮氣通過產品閥送往氮氣儲罐，以備生產使用。

制氮裝置出口的放空閥和產品閥由PLC自動切換。氮氣純度不合格時放空閥打開、產品閥關閉，不合格氮氣被排至大氣中。氮氣純度合格時產品閥打開、放空閥關閉，合格氮氣送往氮氣儲罐。

(工藝流程圖)

基本步驟
吸附
壓縮空氣從A吸附器底端進入，由下往上通過碳分子篩床層，向頂部流動，O₂和H₂O被吸附，產品氮氣由A吸附器頂部出口流出。

均壓
A吸附器經一段時間的吸附，吸附器內的碳分子篩吸附接近飽和，此時B吸附器正好解吸完畢。這時，A吸附器自動停止吸附，在極短的時間內，通過A、B吸附器相連的管道，將A吸附器內接近一半的氣送至B吸附器，使得A、B吸附器壓力相對均衡。此步驟能達到提高制氮效率的目的。

解吸再生
均壓完畢后，A吸附器通過底端管口將剩余氣體排出，將A吸附器壓力迅速降至常壓，從而脫除已吸附的O₂、H₂O，實現(xiàn)碳分子篩的解吸再生。

吹掃再生
為了使A吸附器內的碳分子篩徹底再生，會從系統(tǒng)中提取少量成品氮氣，對A吸附器進行逆流吹掃。
當一臺吸附器在吸附產氮時，另一吸附器同時進行再生（即解吸再生和吹掃再生），二臺吸附器交替進行吸附、均壓、解吸再生、吹掃再生，完成氧氮分離，連續(xù)送入壓縮空氣，連續(xù)制出產品氮氣。

關鍵技術
1、碳分子篩：碳分子篩的品質決定了變壓吸附制氨裝置的產氮性能及能耗，所以選擇品質優(yōu)良的碳分子篩非常關鍵。