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，其重要(yao)性質是基于它的(de)微(wei)孔(kong)結構。它分離空(kong)(kong)氣的(de)能(neng)力(li)，取決于空(kong)(kong)氣中(zhong)各種氣體在(zai)(zai)碳分子篩(shai)微(wei)孔(kong)中(zhong)的(de)不(bu)同(tong)擴散(san)速(su)度，或不(bu)同(tong)的(de)吸(xi)附力(li)，或兩種效(xiao)應同(tong)時起作(zuo)用。在(zai)(zai)平(ping)衡條(tiao)件下，碳分子篩(shai)對氧(yang)和氮的(de)吸(xi)附量相當接近，但氧(yang)分子通過碳分子篩(shai)微(wei)孔(kong)系統的(de)狹(xia)窄空(kong)(kong)隙的(de)擴散(san)速(su)度要(yao)比氮分子快得多，碳分子篩(shai)空(kong)(kong)分制(zhi)氮就是基于這(zhe)一性能(neng)，在(zai)(zai)遠未達到平(ping)衡條(tiao)件的(de)時間(jian)之前(qian)，通過PSA工藝流程使氮氣從(cong)空(kong)(kong)氣中(zhong)分離出來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該(gai)裝(zhuang)置(zhi)一般(ban)稱為制氮機。其工藝流程是(shi)采用在(zai)(zai)常溫下變壓(ya)吸(xi)附(fu)法(fa)（簡(jian)稱P.S.A法(fa)），變壓(ya)吸(xi)附(fu)為無熱源的吸(xi)附(fu)分(fen)離(li)過程，碳分(fen)子篩對被吸(xi)附(fu)組份（主要是(shi)氧分(fen)子）的吸(xi)附(fu)容(rong)量因上述原(yuan)理在(zai)(zai)充(chong)壓(ya)、產氣(qi)時(shi)(shi)吸(xi)附(fu)，在(zai)(zai)降(jiang)壓(ya)排氣(qi)時(shi)(shi)解吸(xi)，使碳分(fen)子篩再生。同(tong)時(shi)(shi)，床層氣(qi)相富集(ji)的氮氣(qi)穿過床層成為產品氣(qi)，各(ge)步驟連為循環操(cao)作。
變壓吸附過程(cheng)(cheng)循環操作(zuo)包括(kuo)：充壓、產(chan)(chan)氣(qi)；均壓；降壓、排氣(qi)；然(ran)后(hou)再充壓、產(chan)(chan)氣(qi)；……幾個(ge)工作(zuo)階段(duan)，形(xing)成循環操作(zuo)過程(cheng)(cheng)。其根(gen)據流(liu)(liu)(liu)程(cheng)(cheng)的(de)再生(sheng)方法不(bu)同，可分為真空再生(sheng)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)(cheng)和常壓再生(sheng)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)(cheng)。
P.S.A制(zhi)氮機設備根據用戶的需要(yao)可包括空氣壓(ya)縮純化系(xi)統(tong)(tong)、變(bian)壓(ya)吸附系(xi)統(tong)(tong)、閥門程序(xu)控制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)（真(zhen)空再(zai)生的還(huan)需帶有真(zhen)空泵），及氮氣供應系(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
純原料空氣進入碳(tan)(tan)(tan)分(fen)子(zi)篩(shai)吸(xi)附塔，是(shi)非常(chang)必要的(de)，因為顆(ke)粒及有機(ji)氣氛進入吸(xi)附塔會堵塞碳(tan)(tan)(tan)分(fen)子(zi)篩(shai)的(de)微孔(kong)，并(bing)逐(zhu)漸使碳(tan)(tan)(tan)分(fen)子(zi)篩(shai)的(de)分(fen)離性能降低。
純化原(yuan)料空(kong)氣的(de)方法有：使空(kong)壓機的(de)進氣口遠離有灰塵、油霧、有機氣氛的(de)場(chang)所；通(tong)過冷干機、吸附(fu)劑凈化系統等，最后經處理后的(de)原(yuan)料空(kong)氣進入碳分子篩吸附(fu)塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子(zi)篩制(zhi)取氮(dan)氣，其N2濃(nong)(nong)度(du)和產(chan)氣量可(ke)根據用戶的(de)需要進行任意(yi)調(diao)節(jie)，在產(chan)氣時間及操作壓力確定時，調(diao)低產(chan)氣量，N2濃(nong)(nong)度(du)將(jiang)提高(gao)，反(fan)之，N2濃(nong)(nong)度(du)則(ze)下降(jiang)。用戶可(ke)根據實際需要調(diao)節(jie)。
3、均壓時間
碳(tan)分子(zi)篩(shai)制(zhi)氮過程(cheng)，當(dang)(dang)一個(ge)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)結束時(shi)，可將此(ci)(ci)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有壓(ya)氣體(ti)從上下兩個(ge)方(fang)向注入另(ling)一個(ge)已(yi)再生好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)中(zhong)，并使兩塔(ta)(ta)氣體(ti)壓(ya)力相同，此(ci)(ci)一過程(cheng)稱為(wei)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)均壓(ya)，選擇適當(dang)(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)均壓(ya)時(shi)間，即可回收(shou)能(neng)量(liang)，也可以減緩吸(xi)(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分子(zi)篩(shai)受到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖擊，從而(er)達到延(yan)長碳(tan)分子(zi)篩(shai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用壽命。參考(kao)伐門(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)切換速度一般選擇均壓(ya)時(shi)間為(wei)1～3秒。
4、產氣時間
根(gen)據(ju)碳分子篩對氧和氮(dan)的吸(xi)(xi)擴散(san)速率不同(tong)，其(qi)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)O2在短(duan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)內就達到平衡，此時(shi)(shi)，N2的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)量很少，較短(duan)的產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，可(ke)有效的提高(gao)碳分子篩的產(chan)氣(qi)率，但同(tong)時(shi)(shi)也(ye)增加了(le)伐(fa)門(men)的動作(zuo)頻率，因此伐(fa)門(men)的性能也(ye)很重要。一般選(xuan)擇(ze)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)時(shi)(shi)間(jian)(jian)為(wei)30～120秒。小(xiao)型高(gao)純制氮(dan)機推(tui)薦(jian)使用短(duan)的產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，大型低濃度推(tui)薦(jian)使用長的產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動力(li)(li)(li)學效應的同時(shi)，又具有平衡吸(xi)(xi)附效應，吸(xi)(xi)附質(zhi)分壓(ya)(ya)高，吸(xi)(xi)附容量(liang)也高，因此加壓(ya)(ya)吸(xi)(xi)附是有利的，但吸(xi)(xi)附壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)太高，對(dui)空壓(ya)(ya)機的選型要(yao)求也增高，另外常壓(ya)(ya)再生(sheng)(sheng)與真(zhen)(zhen)空再生(sheng)(sheng)兩個(ge)流(liu)程(cheng)對(dui)吸(xi)(xi)附壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)要(yao)求也不(bu)同，綜合各項因素，建議(yi)常壓(ya)(ya)再生(sheng)(sheng)流(liu)程(cheng)的吸(xi)(xi)附壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)選為(wei)5～8Kg/cm2為(wei)宜；真(zhen)(zhen)空再生(sheng)(sheng)流(liu)程(cheng)的吸(xi)(xi)附壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)選擇為(wei)3～5Kg/cm2為(wei)宜。
6、使用溫度
作為吸附劑選(xuan)擇較低的吸附溫度有利(li)于(yu)碳分子篩性(xing)能的發揮，制氮機工藝(yi)在有條(tiao)件的情(qing)況(kuang)下，采(cai)取(qu)降(jiang)低吸附溫度是(shi)有利(li)的。
