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物(wu)，其重要性質(zhi)是基于它的微(wei)孔(kong)(kong)結(jie)構。它分(fen)(fen)離(li)空(kong)(kong)氣(qi)的能力，取決于空(kong)(kong)氣(qi)中各(ge)種(zhong)氣(qi)體在(zai)(zai)碳分(fen)(fen)子(zi)篩微(wei)孔(kong)(kong)中的不同(tong)擴(kuo)散速度，或(huo)不同(tong)的吸(xi)附力，或(huo)兩種(zhong)效(xiao)應同(tong)時(shi)起(qi)作用。在(zai)(zai)平(ping)衡(heng)(heng)條件(jian)下(xia)，碳分(fen)(fen)子(zi)篩對氧和氮(dan)的吸(xi)附量相當接近，但氧分(fen)(fen)子(zi)通(tong)過碳分(fen)(fen)子(zi)篩微(wei)孔(kong)(kong)系統(tong)的狹(xia)窄空(kong)(kong)隙的擴(kuo)散速度要比氮(dan)分(fen)(fen)子(zi)快得多，碳分(fen)(fen)子(zi)篩空(kong)(kong)分(fen)(fen)制氮(dan)就(jiu)是基于這一性能，在(zai)(zai)遠未達到平(ping)衡(heng)(heng)條件(jian)的時(shi)間之前，通(tong)過PSA工藝(yi)流程使氮(dan)氣(qi)從(cong)空(kong)(kong)氣(qi)中分(fen)(fen)離(li)出(chu)來(lai)。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一般稱為制氮機。其(qi)工藝(yi)流程是(shi)采用在(zai)常溫下(xia)變(bian)壓吸附(fu)法（簡稱P.S.A法），變(bian)壓吸附(fu)為無熱(re)源的吸附(fu)分離過(guo)程，碳分子篩(shai)對(dui)被吸附(fu)組(zu)份（主要是(shi)氧分子）的吸附(fu)容量因上述(shu)原理在(zai)充壓、產(chan)氣時吸附(fu)，在(zai)降壓排氣時解吸，使碳分子篩(shai)再生。同時，床層(ceng)氣相富(fu)集的氮氣穿(chuan)過(guo)床層(ceng)成(cheng)為產(chan)品氣，各步驟連為循環(huan)操作。
變壓(ya)吸附過程(cheng)循環(huan)操作(zuo)(zuo)(zuo)包括：充(chong)壓(ya)、產氣(qi)；均壓(ya)；降(jiang)壓(ya)、排氣(qi)；然后再充(chong)壓(ya)、產氣(qi)；……幾(ji)個(ge)工作(zuo)(zuo)(zuo)階段(duan)，形成(cheng)循環(huan)操作(zuo)(zuo)(zuo)過程(cheng)。其(qi)根據流程(cheng)的再生方法(fa)不同，可分為真空再生流程(cheng)和常壓(ya)再生流程(cheng)。
P.S.A制(zhi)氮(dan)機設備(bei)根(gen)據用戶的需要(yao)可(ke)包括空(kong)氣(qi)壓縮純化系統(tong)、變壓吸附系統(tong)、閥門(men)程序控制(zhi)系統(tong)（真(zhen)空(kong)再生(sheng)的還需帶(dai)有真(zhen)空(kong)泵(beng)），及(ji)氮(dan)氣(qi)供應系統(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(jin)(jin)入(ru)碳分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)吸附(fu)塔(ta)，是非常必要(yao)的，因為顆粒及有機氣(qi)氛(fen)進(jin)(jin)入(ru)吸附(fu)塔(ta)會堵塞碳分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)的微孔，并(bing)逐漸使碳分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)的分離性能降(jiang)低。
純化原(yuan)(yuan)料空(kong)氣(qi)(qi)的(de)(de)方法有：使空(kong)壓機的(de)(de)進(jin)(jin)氣(qi)(qi)口遠離有灰塵、油霧、有機氣(qi)(qi)氛的(de)(de)場(chang)所；通過(guo)冷干機、吸附(fu)劑(ji)凈化系統等，最后(hou)經處理后(hou)的(de)(de)原(yuan)(yuan)料空(kong)氣(qi)(qi)進(jin)(jin)入碳分子篩吸附(fu)塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩制取氮(dan)氣(qi)，其N2濃度(du)和產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)可根據用戶的需(xu)要進行任意調(diao)節，在產(chan)(chan)氣(qi)時間(jian)及操作壓(ya)力確(que)定時，調(diao)低產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)，N2濃度(du)將(jiang)提高，反(fan)之，N2濃度(du)則下降。用戶可根據實(shi)際需(xu)要調(diao)節。
3、均壓時間
碳分子(zi)篩(shai)制氮過(guo)程，當一(yi)個吸(xi)(xi)附塔吸(xi)(xi)附結束時，可將此(ci)吸(xi)(xi)附塔內(nei)(nei)的有壓(ya)氣體從(cong)(cong)上下兩個方向注入另一(yi)個已再(zai)生好(hao)的吸(xi)(xi)附塔中，并使兩塔氣體壓(ya)力相同(tong)，此(ci)一(yi)過(guo)程稱為吸(xi)(xi)附塔的均(jun)壓(ya)，選擇適當的均(jun)壓(ya)時間(jian)，即可回收能(neng)量(liang)，也(ye)可以減緩(huan)吸(xi)(xi)附塔內(nei)(nei)的分子(zi)篩(shai)受(shou)到(dao)的沖擊(ji)，從(cong)(cong)而達到(dao)延長碳分子(zi)篩(shai)的使用(yong)壽命。參考伐門的切(qie)換(huan)速度一(yi)般選擇均(jun)壓(ya)時間(jian)為1～3秒。
4、產氣時間
根據碳(tan)分(fen)子篩對氧和(he)氮的(de)吸(xi)擴(kuo)散速率(lv)(lv)不同(tong)，其吸(xi)附(fu)O2在短時(shi)間(jian)內就達到平(ping)衡，此(ci)時(shi)，N2的(de)吸(xi)附(fu)量很少，較短的(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)，可有效(xiao)的(de)提高碳(tan)分(fen)子篩的(de)產(chan)氣(qi)率(lv)(lv)，但同(tong)時(shi)也(ye)增加了伐(fa)門的(de)動(dong)作頻率(lv)(lv)，因此(ci)伐(fa)門的(de)性能也(ye)很重(zhong)要。一般選擇吸(xi)附(fu)時(shi)間(jian)為30～120秒。小型(xing)高純(chun)制氮機推(tui)薦(jian)使(shi)用短的(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)，大型(xing)低(di)濃度推(tui)薦(jian)使(shi)用長的(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在(zai)動力(li)(li)學效(xiao)(xiao)應(ying)的(de)同時，又具有平衡(heng)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)效(xiao)(xiao)應(ying)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質分(fen)壓(ya)(ya)高，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容(rong)量(liang)也(ye)高，因此(ci)加壓(ya)(ya)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)是(shi)有利的(de)，但吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)(li)太高，對空(kong)壓(ya)(ya)機(ji)的(de)選型(xing)要(yao)(yao)求也(ye)增高，另外(wai)常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)生(sheng)與真空(kong)再(zai)生(sheng)兩個流程(cheng)對吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)(li)要(yao)(yao)求也(ye)不同，綜合各項因素，建議常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)生(sheng)流程(cheng)的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)(li)選為(wei)5～8Kg/cm2為(wei)宜；真空(kong)再(zai)生(sheng)流程(cheng)的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)力(li)(li)選擇為(wei)3～5Kg/cm2為(wei)宜。
6、使用溫度
作為(wei)吸附(fu)(fu)劑(ji)選擇較低的(de)(de)吸附(fu)(fu)溫度(du)有利(li)于碳分子篩性能(neng)的(de)(de)發揮(hui)，制(zhi)氮(dan)機工藝在有條件的(de)(de)情(qing)況下，采取降低吸附(fu)(fu)溫度(du)是(shi)有利(li)的(de)(de)。
