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(shi)(shi)非計(ji)量化(hua)合物(wu)，其重要(yao)性質(zhi)是(shi)(shi)基于它(ta)的(de)微孔結構。它(ta)分(fen)(fen)(fen)離空(kong)氣(qi)(qi)的(de)能(neng)力，取決于空(kong)氣(qi)(qi)中各種氣(qi)(qi)體在(zai)碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)微孔中的(de)不同擴散速度(du)，或(huo)不同的(de)吸附力，或(huo)兩種效應同時(shi)(shi)起作(zuo)用(yong)。在(zai)平(ping)衡條件(jian)下(xia)，碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)對氧和氮(dan)(dan)的(de)吸附量相當(dang)接近(jin)，但氧分(fen)(fen)(fen)子通過碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)微孔系統(tong)的(de)狹窄空(kong)隙(xi)的(de)擴散速度(du)要(yao)比(bi)氮(dan)(dan)分(fen)(fen)(fen)子快得多(duo)，碳(tan)分(fen)(fen)(fen)子篩(shai)空(kong)分(fen)(fen)(fen)制氮(dan)(dan)就(jiu)是(shi)(shi)基于這一性能(neng)，在(zai)遠未達到平(ping)衡條件(jian)的(de)時(shi)(shi)間之前，通過PSA工藝流程使氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)從空(kong)氣(qi)(qi)中分(fen)(fen)(fen)離出(chu)來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一般(ban)稱為制(zhi)氮機。其工藝流程是(shi)采用在(zai)常溫(wen)下變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)法（簡稱P.S.A法），變壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)為無熱源的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)分離過程，碳分子(zi)(zi)篩對被吸(xi)(xi)附(fu)組份（主要(yao)是(shi)氧(yang)分子(zi)(zi)）的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)容量因上述原理在(zai)充壓(ya)、產(chan)(chan)氣(qi)(qi)時吸(xi)(xi)附(fu)，在(zai)降壓(ya)排氣(qi)(qi)時解吸(xi)(xi)，使碳分子(zi)(zi)篩再生。同時，床層(ceng)氣(qi)(qi)相富集的(de)(de)氮氣(qi)(qi)穿過床層(ceng)成(cheng)為產(chan)(chan)品氣(qi)(qi)，各(ge)步驟連為循(xun)環(huan)操作。
變壓(ya)吸附過程(cheng)(cheng)循(xun)環操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)包(bao)括(kuo)：充(chong)壓(ya)、產氣；均壓(ya)；降壓(ya)、排氣；然(ran)后再(zai)充(chong)壓(ya)、產氣；……幾(ji)個工作(zuo)(zuo)階段(duan)，形成循(xun)環操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)過程(cheng)(cheng)。其(qi)根據流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)的(de)再(zai)生(sheng)方法不同，可分為(wei)真空再(zai)生(sheng)流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)和(he)常壓(ya)再(zai)生(sheng)流(liu)(liu)程(cheng)(cheng)。
P.S.A制(zhi)氮(dan)機(ji)設備根據(ju)用(yong)戶的需要可包括空氣壓(ya)縮純化系統(tong)、變壓(ya)吸附系統(tong)、閥門程序(xu)控制(zhi)系統(tong)（真空再生的還需帶(dai)有真空泵），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
純原料空氣進入(ru)碳分(fen)子(zi)篩(shai)吸附(fu)塔(ta)，是(shi)非常必要的(de)，因為顆粒及有機氣氛進入(ru)吸附(fu)塔(ta)會堵塞碳分(fen)子(zi)篩(shai)的(de)微孔，并逐漸使碳分(fen)子(zi)篩(shai)的(de)分(fen)離(li)性(xing)能降(jiang)低。
純化原料(liao)空氣(qi)的方(fang)法有(you)：使空壓機的進氣(qi)口遠(yuan)離(li)有(you)灰塵、油霧、有(you)機氣(qi)氛的場所；通過(guo)冷干(gan)機、吸(xi)附(fu)劑凈化系統等，最(zui)后經處理后的原料(liao)空氣(qi)進入(ru)碳分子篩(shai)吸(xi)附(fu)塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩制取氮氣(qi)，其N2濃(nong)度(du)和(he)產氣(qi)量(liang)可(ke)根據用(yong)戶(hu)的需要(yao)進行任(ren)意調(diao)節(jie)，在產氣(qi)時間及操(cao)作(zuo)壓力確(que)定時，調(diao)低產氣(qi)量(liang)，N2濃(nong)度(du)將(jiang)提高，反之，N2濃(nong)度(du)則下降。用(yong)戶(hu)可(ke)根據實際需要(yao)調(diao)節(jie)。
3、均壓時間
碳分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)制氮過(guo)(guo)程(cheng)，當一個(ge)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)結束時(shi)，可將此(ci)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)內的有壓氣體從(cong)上下兩(liang)個(ge)方向注入另一個(ge)已再生好的吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)中(zhong)，并使(shi)兩(liang)塔(ta)氣體壓力相(xiang)同，此(ci)一過(guo)(guo)程(cheng)稱為吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)的均(jun)(jun)壓，選擇適當的均(jun)(jun)壓時(shi)間，即可回收能量，也可以減緩吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)內的分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)受到(dao)(dao)的沖擊，從(cong)而達(da)到(dao)(dao)延長(chang)碳分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)的使(shi)用壽命。參考(kao)伐門的切換(huan)速度一般選擇均(jun)(jun)壓時(shi)間為1～3秒。
4、產氣時間
根據碳(tan)分子(zi)篩對(dui)氧和(he)氮的(de)(de)(de)吸擴散速率(lv)不(bu)同，其吸附(fu)(fu)O2在(zai)短(duan)(duan)時(shi)(shi)(shi)間(jian)內就達到平衡，此(ci)時(shi)(shi)(shi)，N2的(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)量很少，較短(duan)(duan)的(de)(de)(de)產(chan)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)，可有效的(de)(de)(de)提高碳(tan)分子(zi)篩的(de)(de)(de)產(chan)氣率(lv)，但同時(shi)(shi)(shi)也(ye)增加(jia)了伐門的(de)(de)(de)動作(zuo)頻(pin)率(lv)，因此(ci)伐門的(de)(de)(de)性能也(ye)很重要。一(yi)般選擇吸附(fu)(fu)時(shi)(shi)(shi)間(jian)為30～120秒。小(xiao)型高純制(zhi)氮機推薦(jian)使(shi)用(yong)短(duan)(duan)的(de)(de)(de)產(chan)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)，大型低濃(nong)度(du)推薦(jian)使(shi)用(yong)長的(de)(de)(de)產(chan)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動力學效應的同時(shi)，又具有(you)平衡吸附(fu)(fu)效應，吸附(fu)(fu)質分(fen)壓(ya)(ya)高，吸附(fu)(fu)容量(liang)也高，因此加(jia)壓(ya)(ya)吸附(fu)(fu)是有(you)利的，但吸附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力太高，對空(kong)壓(ya)(ya)機的選(xuan)型要求也增高，另外常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)(zai)生(sheng)與真空(kong)再(zai)(zai)生(sheng)兩個流程對吸附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力要求也不同，綜合各(ge)項因素(su)，建議常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)(zai)生(sheng)流程的吸附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力選(xuan)為5～8Kg/cm2為宜；真空(kong)再(zai)(zai)生(sheng)流程的吸附(fu)(fu)壓(ya)(ya)力選(xuan)擇為3～5Kg/cm2為宜。
6、使用溫度
作為吸附(fu)劑選擇較(jiao)低(di)的吸附(fu)溫度有利于碳(tan)分子(zi)篩(shai)性能的發揮，制氮(dan)機工藝在有條件的情(qing)況下，采取降(jiang)低(di)吸附(fu)溫度是有利的。
