随着工业的迅速发展,氮气在化工、电子、冶金、食品、机械等领域获得了广泛的应用,我国对氮气的需求量每年以大于8%的速度增加。氮气的化学性质不活泼,在平常的状态下表现为很大的惰性,不易与其他物质发生化学反应。因此,氮气在冶金工业、电子工业、化工工业中广泛的用来作为保护气和密封气,一般保护气的纯度要求为99.99%,有的要求99.998%以上的高纯氮。液氮是一个较方便的冷源,在食品工业、医疗事业以及畜牧业的贮藏等方面得到越来越普遍的应用。在化肥工业生产合成氨时,合成氨的原料气—氢、氮混合气若用纯液氮洗涤精制,可使惰性气体的含量较微小,一氧化硫和氧的含量不**过20ppm。
纯净的氮气无法从自然界直接汲取,主要采用空气分离法。空气分离法中包括:深冷法、变压吸附法(PSA)、膜分离法。
制氮机主要原理是:由于空气中氧、氮两种气体分子在碳分子筛表面微孔的扩散速率不同,直径较小的氧分子扩散较快,较多的进入分子筛固相(微孔),直径较大的氮分子扩散较慢,进入分子筛固相(微孔)也较小,这样,在气相中就得到氮的富集成份;在吸附平衡情况下,空气压力越高,则碳分子筛的吸附量越大;反之压力越低,则吸附量越小。投入工业运行的PSA空分制氮装置一般具有二个或二个以上吸附器组成,各吸附器通过优化纵使,交替循环工作,以达到连续产氮和提高氮气回收率等目的。
制氮机,是指以压缩空气为原料,利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。我们所指的制氮机是按变压吸附技术设计、利用压缩空气获取高纯度氮气的制取设备。
在制氮、制氧领域内使用较多的是碳分子筛和沸石分子筛。分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在分子筛表面的扩散速率不同,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。碳分子筛具有很小微孔组成,孔径分布在0.3nm ~ 1nm之间。