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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。
变压吸附制氮机(简称PSA制氮机)是按变压吸附技术设计、制造的氮气发生设备。通常使用两吸附塔并联,由全自动控制系统按特定可编程序严格控制时序,交替进行加压吸附和解压再生,完成氮氧分离,获得所需高纯度的氮气。
制氮机是涉及机、电、仪表集一体高科技术产品,在长期使用中设备的稳定尤其重要。
控制阀门: 对于变压吸附制氮机来讲,阀门必须具有以下几点性能:
a.材质性能好,不漏气;
b.在接受控制信号的0.02秒内完成开或关动作;
c.能承受频繁的开、关,**足够长的使用寿命;
阀门故障根源
正常的使用情况下,每只程控阀门在每一个周期(120秒左右)必须开关一次,按制氮机每年300个工作日计算,每天24小时连续动行,吸附与解吸周期为4分钟计,那么每只阀门每年需要开、关20多万次。而只要其中一只阀门出现故障都会影响整台设备正常。所以阀门连续使用寿命是制氮机稳定可靠的重要一环节。
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法,已有近几十年的历史。它是以空气为原料,经过压缩、净化,再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下,前者的沸点为-183℃,后者的为-196℃),通过液空的精馏,使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大,基建费用较高,设备一次性投资较多,运行成本较高,产气慢(12~24h),安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素,3500Nm3/h以下的设备,相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%~50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮,而中、小规模制氮就显得不经济。