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(liang)化合物，其重要性質是基于它的微孔(kong)結構。它分(fen)(fen)離(li)空(kong)氣(qi)(qi)的能力(li)，取決于空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)各種氣(qi)(qi)體在(zai)碳(tan)(tan)分(fen)(fen)子(zi)篩微孔(kong)中(zhong)的不同擴(kuo)散(san)速(su)(su)度，或(huo)不同的吸附力(li)，或(huo)兩種效應同時(shi)起作用。在(zai)平(ping)衡條件(jian)下，碳(tan)(tan)分(fen)(fen)子(zi)篩對氧和(he)氮(dan)的吸附量(liang)相當接近，但氧分(fen)(fen)子(zi)通過碳(tan)(tan)分(fen)(fen)子(zi)篩微孔(kong)系統(tong)的狹窄(zhai)空(kong)隙的擴(kuo)散(san)速(su)(su)度要比氮(dan)分(fen)(fen)子(zi)快(kuai)得多，碳(tan)(tan)分(fen)(fen)子(zi)篩空(kong)分(fen)(fen)制氮(dan)就(jiu)是基于這一性能，在(zai)遠未達到平(ping)衡條件(jian)的時(shi)間之前，通過PSA工藝流(liu)程使氮(dan)氣(qi)(qi)從空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)分(fen)(fen)離(li)出來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該(gai)裝(zhuang)置一般稱(cheng)為(wei)(wei)制氮(dan)機。其工藝流程是采用在(zai)(zai)(zai)常溫下變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)法(fa)（簡(jian)稱(cheng)P.S.A法(fa)），變(bian)壓(ya)(ya)吸(xi)附(fu)(fu)為(wei)(wei)無熱(re)源的(de)吸(xi)附(fu)(fu)分離過程，碳(tan)分子篩對被吸(xi)附(fu)(fu)組份（主要是氧分子）的(de)吸(xi)附(fu)(fu)容量(liang)因(yin)上述原理在(zai)(zai)(zai)充壓(ya)(ya)、產氣(qi)(qi)時吸(xi)附(fu)(fu)，在(zai)(zai)(zai)降壓(ya)(ya)排氣(qi)(qi)時解吸(xi)，使碳(tan)分子篩再生。同時，床層氣(qi)(qi)相(xiang)富(fu)集的(de)氮(dan)氣(qi)(qi)穿過床層成為(wei)(wei)產品氣(qi)(qi)，各步驟連為(wei)(wei)循環(huan)操(cao)作。
變壓(ya)(ya)(ya)吸附過程(cheng)循(xun)環(huan)操(cao)作包括(kuo)：充壓(ya)(ya)(ya)、產(chan)氣(qi)；均壓(ya)(ya)(ya)；降壓(ya)(ya)(ya)、排氣(qi)；然(ran)后再充壓(ya)(ya)(ya)、產(chan)氣(qi)；……幾個工(gong)作階段，形成循(xun)環(huan)操(cao)作過程(cheng)。其根據流(liu)程(cheng)的再生(sheng)(sheng)(sheng)方法不(bu)同，可分為真(zhen)空(kong)再生(sheng)(sheng)(sheng)流(liu)程(cheng)和常壓(ya)(ya)(ya)再生(sheng)(sheng)(sheng)流(liu)程(cheng)。
P.S.A制氮(dan)機設備根據用戶的需要(yao)可(ke)包括(kuo)空(kong)氣壓縮純化系統(tong)、變壓吸附系統(tong)、閥(fa)門程(cheng)序控制系統(tong)（真空(kong)再生(sheng)的還需帶有(you)真空(kong)泵），及氮(dan)氣供應系統(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)進入碳分(fen)子(zi)篩吸附塔，是非常(chang)必要的(de)，因(yin)為(wei)顆(ke)粒及有機氣(qi)氛進入吸附塔會堵塞碳分(fen)子(zi)篩的(de)微孔，并逐漸使碳分(fen)子(zi)篩的(de)分(fen)離性能降(jiang)低。
純化原料空氣(qi)的(de)(de)方法有：使空壓機(ji)的(de)(de)進氣(qi)口遠離(li)有灰(hui)塵、油(you)霧、有機(ji)氣(qi)氛的(de)(de)場(chang)所；通(tong)過冷干機(ji)、吸(xi)附劑凈化系統等，最后(hou)(hou)經(jing)處理后(hou)(hou)的(de)(de)原料空氣(qi)進入碳分子篩(shai)吸(xi)附塔(ta)。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩(shai)制取氮(dan)氣(qi)，其N2濃(nong)度(du)和產氣(qi)量可根據用戶(hu)的(de)需(xu)要進行任(ren)意調(diao)節，在產氣(qi)時(shi)間(jian)及操作壓力(li)確定時(shi)，調(diao)低產氣(qi)量，N2濃(nong)度(du)將提(ti)高，反(fan)之，N2濃(nong)度(du)則下降。用戶(hu)可根據實際需(xu)要調(diao)節。
3、均壓時間
碳分子(zi)篩制(zhi)氮過(guo)程，當一(yi)個吸附塔(ta)吸附結(jie)束時(shi)(shi)，可將此吸附塔(ta)內的(de)有壓氣體(ti)從(cong)上下兩個方向(xiang)注入另一(yi)個已再(zai)生好(hao)的(de)吸附塔(ta)中，并使兩塔(ta)氣體(ti)壓力相(xiang)同，此一(yi)過(guo)程稱(cheng)為吸附塔(ta)的(de)均(jun)(jun)壓，選擇適當的(de)均(jun)(jun)壓時(shi)(shi)間，即可回(hui)收能量(liang)，也(ye)可以(yi)減緩吸附塔(ta)內的(de)分子(zi)篩受到(dao)的(de)沖擊(ji)，從(cong)而達到(dao)延長(chang)碳分子(zi)篩的(de)使用(yong)壽命。參考伐(fa)門的(de)切換速度一(yi)般選擇均(jun)(jun)壓時(shi)(shi)間為1～3秒。
4、產氣時間
根(gen)據(ju)碳分(fen)子(zi)篩(shai)對(dui)氧和氮的(de)(de)吸擴散速率不同，其(qi)吸附O2在短(duan)時(shi)(shi)間內就達到平衡，此時(shi)(shi)，N2的(de)(de)吸附量(liang)很少(shao)，較短(duan)的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間，可有(you)效的(de)(de)提高碳分(fen)子(zi)篩(shai)的(de)(de)產(chan)氣(qi)率，但同時(shi)(shi)也增加(jia)了伐門(men)的(de)(de)動作頻率，因此伐門(men)的(de)(de)性能也很重要。一般選擇吸附時(shi)(shi)間為30～120秒(miao)。小型高純制氮機推薦使(shi)用短(duan)的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間，大型低濃(nong)度推薦使(shi)用長的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間。
5、操作壓力
碳分子篩在(zai)動力(li)學效應的(de)(de)同(tong)時(shi)，又具有平衡(heng)吸(xi)附(fu)(fu)效應，吸(xi)附(fu)(fu)質分壓高(gao)，吸(xi)附(fu)(fu)容量也高(gao)，因(yin)此加壓吸(xi)附(fu)(fu)是有利的(de)(de)，但吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)太高(gao)，對空(kong)(kong)壓機(ji)的(de)(de)選型要求也增高(gao)，另外常(chang)壓再生(sheng)(sheng)與真(zhen)空(kong)(kong)再生(sheng)(sheng)兩個流(liu)(liu)程對吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)要求也不同(tong)，綜合(he)各(ge)項(xiang)因(yin)素(su)，建議常(chang)壓再生(sheng)(sheng)流(liu)(liu)程的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)選為(wei)5～8Kg/cm2為(wei)宜；真(zhen)空(kong)(kong)再生(sheng)(sheng)流(liu)(liu)程的(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)壓力(li)選擇為(wei)3～5Kg/cm2為(wei)宜。
6、使用溫度
作(zuo)為吸(xi)附(fu)劑選(xuan)擇較低的吸(xi)附(fu)溫度有利(li)于碳分(fen)子篩(shai)性能的發揮，制氮機工藝在有條件的情(qing)況下(xia)，采(cai)取降低吸(xi)附(fu)溫度是有利(li)的。
