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。碳分子篩是非計量化合(he)物，其(qi)重(zhong)要(yao)性質是基于(yu)(yu)它的(de)微孔(kong)結構。它分(fen)(fen)(fen)離空氣(qi)(qi)的(de)能力，取決于(yu)(yu)空氣(qi)(qi)中(zhong)各種氣(qi)(qi)體在(zai)碳分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩微孔(kong)中(zhong)的(de)不(bu)同擴(kuo)散(san)速度，或不(bu)同的(de)吸(xi)附(fu)力，或兩種效(xiao)應(ying)同時(shi)起作用。在(zai)平衡條件(jian)下(xia)，碳分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩對氧和氮(dan)(dan)(dan)的(de)吸(xi)附(fu)量相當(dang)接近，但氧分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)通(tong)過碳分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩微孔(kong)系統的(de)狹(xia)窄空隙(xi)的(de)擴(kuo)散(san)速度要(yao)比(bi)氮(dan)(dan)(dan)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)快(kuai)得多，碳分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩空分(fen)(fen)(fen)制(zhi)氮(dan)(dan)(dan)就是基于(yu)(yu)這一性能，在(zai)遠(yuan)未達到(dao)平衡條件(jian)的(de)時(shi)間之前，通(tong)過PSA工(gong)藝流程使氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)從空氣(qi)(qi)中(zhong)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(cheng)為制氮機。其工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)是采(cai)用在(zai)(zai)常溫下變壓(ya)(ya)(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法(fa)（簡稱(cheng)P.S.A法(fa)），變壓(ya)(ya)(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)為無熱源(yuan)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)分離過程(cheng)，碳(tan)(tan)分子篩對被(bei)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)組(zu)份（主(zhu)要是氧(yang)分子）的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容(rong)量因上述(shu)原(yuan)理在(zai)(zai)充壓(ya)(ya)(ya)、產氣(qi)(qi)(qi)時(shi)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)，在(zai)(zai)降(jiang)壓(ya)(ya)(ya)排氣(qi)(qi)(qi)時(shi)解(jie)吸(xi)(xi)，使碳(tan)(tan)分子篩再(zai)生。同時(shi)，床層氣(qi)(qi)(qi)相富集的(de)氮氣(qi)(qi)(qi)穿(chuan)過床層成為產品氣(qi)(qi)(qi)，各步驟連(lian)為循(xun)環操(cao)作。
變壓(ya)吸附過(guo)程(cheng)循(xun)環操作包括：充壓(ya)、產(chan)氣(qi)；均(jun)壓(ya)；降壓(ya)、排(pai)氣(qi)；然后(hou)再(zai)充壓(ya)、產(chan)氣(qi)；……幾個(ge)工作階段，形成循(xun)環操作過(guo)程(cheng)。其根(gen)據流(liu)程(cheng)的(de)再(zai)生(sheng)方法不同，可(ke)分為真空再(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)和常(chang)壓(ya)再(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)。
P.S.A制氮機設備(bei)根(gen)據用戶的需要可包括空(kong)氣壓縮純化(hua)系(xi)統(tong)(tong)、變壓吸附系(xi)統(tong)(tong)、閥門程序控制系(xi)統(tong)(tong)（真空(kong)再生的還需帶有真空(kong)泵），及氮氣供(gong)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
純原料空氣進入碳(tan)分(fen)(fen)子篩吸附塔，是非常必要的，因為(wei)顆粒(li)及有機氣氛進入吸附塔會堵塞碳(tan)分(fen)(fen)子篩的微(wei)孔，并逐漸使碳(tan)分(fen)(fen)子篩的分(fen)(fen)離性能降低。
純化原(yuan)(yuan)料(liao)空氣(qi)(qi)的方(fang)法(fa)有：使空壓機的進(jin)氣(qi)(qi)口遠離(li)有灰(hui)塵、油霧、有機氣(qi)(qi)氛的場所(suo)；通過冷干機、吸附劑凈化系統等(deng)，最后(hou)經處理后(hou)的原(yuan)(yuan)料(liao)空氣(qi)(qi)進(jin)入碳(tan)分子篩吸附塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩制取(qu)氮氣(qi)，其N2濃(nong)度(du)和產(chan)氣(qi)量可根據用戶的需要進行任意調節(jie)，在產(chan)氣(qi)時間及操作壓力(li)確定時，調低產(chan)氣(qi)量，N2濃(nong)度(du)將(jiang)提高，反(fan)之(zhi)，N2濃(nong)度(du)則下降。用戶可根據實際(ji)需要調節(jie)。
3、均壓時間
碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)制(zhi)氮過程，當一(yi)(yi)個吸(xi)附(fu)塔(ta)(ta)吸(xi)附(fu)結束時，可將此(ci)吸(xi)附(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)有壓(ya)(ya)氣體(ti)從上下兩個方向(xiang)注(zhu)入另一(yi)(yi)個已(yi)再生(sheng)好的(de)(de)吸(xi)附(fu)塔(ta)(ta)中(zhong)，并(bing)使兩塔(ta)(ta)氣體(ti)壓(ya)(ya)力(li)相(xiang)同(tong)，此(ci)一(yi)(yi)過程稱(cheng)為(wei)吸(xi)附(fu)塔(ta)(ta)的(de)(de)均(jun)壓(ya)(ya)，選擇適當的(de)(de)均(jun)壓(ya)(ya)時間，即可回(hui)收能量，也可以(yi)減緩(huan)吸(xi)附(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)受到的(de)(de)沖擊，從而達到延長碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)的(de)(de)使用壽命。參考伐門的(de)(de)切換(huan)速度一(yi)(yi)般選擇均(jun)壓(ya)(ya)時間為(wei)1～3秒。
4、產氣時間
根據碳分子篩對氧(yang)和氮的(de)(de)吸(xi)擴散速率(lv)(lv)不同(tong)，其(qi)吸(xi)附(fu)O2在短時(shi)(shi)(shi)(shi)間內就達到平衡，此(ci)時(shi)(shi)(shi)(shi)，N2的(de)(de)吸(xi)附(fu)量很(hen)少，較(jiao)短的(de)(de)產氣時(shi)(shi)(shi)(shi)間，可有效的(de)(de)提(ti)高碳分子篩的(de)(de)產氣率(lv)(lv)，但同(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)也(ye)(ye)增加了伐(fa)門的(de)(de)動(dong)作頻率(lv)(lv)，因此(ci)伐(fa)門的(de)(de)性(xing)能也(ye)(ye)很(hen)重要(yao)。一(yi)般選擇吸(xi)附(fu)時(shi)(shi)(shi)(shi)間為30～120秒(miao)。小型高純(chun)制氮機推薦使(shi)用短的(de)(de)產氣時(shi)(shi)(shi)(shi)間，大型低濃度推薦使(shi)用長的(de)(de)產氣時(shi)(shi)(shi)(shi)間。
5、操作壓力
碳分子篩在動力(li)(li)學(xue)效(xiao)應(ying)(ying)的(de)同時，又具有(you)平衡吸(xi)附(fu)(fu)效(xiao)應(ying)(ying)，吸(xi)附(fu)(fu)質(zhi)分(fen)壓高(gao)，吸(xi)附(fu)(fu)容量也高(gao)，因此加(jia)壓吸(xi)附(fu)(fu)是有(you)利(li)的(de)，但吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)(li)太高(gao)，對空壓機的(de)選(xuan)型要(yao)求也增(zeng)高(gao)，另外常(chang)壓再生(sheng)與真(zhen)空再生(sheng)兩個(ge)流程(cheng)對吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)(li)要(yao)求也不(bu)同，綜合各(ge)項因素，建議常(chang)壓再生(sheng)流程(cheng)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)(li)選(xuan)為(wei)5～8Kg/cm2為(wei)宜；真(zhen)空再生(sheng)流程(cheng)的(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)(li)選(xuan)擇為(wei)3～5Kg/cm2為(wei)宜。
6、使用溫度
作為吸(xi)(xi)附(fu)劑選擇較(jiao)低的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)溫度(du)有(you)利(li)于碳(tan)分子篩性能的(de)(de)發揮，制氮(dan)機工(gong)藝(yi)在有(you)條(tiao)件的(de)(de)情況下，采取降低吸(xi)(xi)附(fu)溫度(du)是有(you)利(li)的(de)(de)。
