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)非計量化合物，其重要性質是(shi)(shi)基(ji)于(yu)(yu)它(ta)的(de)(de)微孔(kong)結構。它(ta)分離空(kong)氣的(de)(de)能力，取決(jue)于(yu)(yu)空(kong)氣中(zhong)各(ge)種氣體在(zai)碳(tan)(tan)分子(zi)篩(shai)微孔(kong)中(zhong)的(de)(de)不同(tong)擴散(san)(san)速度(du)，或不同(tong)的(de)(de)吸附(fu)(fu)力，或兩種效應同(tong)時起(qi)作(zuo)用。在(zai)平(ping)(ping)衡條件(jian)下，碳(tan)(tan)分子(zi)篩(shai)對氧和氮的(de)(de)吸附(fu)(fu)量相當接近，但氧分子(zi)通(tong)過(guo)碳(tan)(tan)分子(zi)篩(shai)微孔(kong)系統(tong)的(de)(de)狹(xia)窄空(kong)隙的(de)(de)擴散(san)(san)速度(du)要比氮分子(zi)快得多，碳(tan)(tan)分子(zi)篩(shai)空(kong)分制氮就(jiu)是(shi)(shi)基(ji)于(yu)(yu)這一性能，在(zai)遠未達到平(ping)(ping)衡條件(jian)的(de)(de)時間之前，通(tong)過(guo)PSA工藝流程(cheng)使氮氣從空(kong)氣中(zhong)分離出來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一般稱(cheng)為(wei)制氮機。其工藝流程(cheng)是(shi)采用在常溫下變壓吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)法(fa)（簡稱(cheng)P.S.A法(fa)），變壓吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)為(wei)無熱源的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)分(fen)離過(guo)程(cheng)，碳(tan)分(fen)子篩(shai)對被吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)組(zu)份（主要(yao)是(shi)氧分(fen)子）的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)容量(liang)因上述原理在充壓、產(chan)氣(qi)(qi)時(shi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)，在降壓排(pai)氣(qi)(qi)時(shi)解吸(xi)(xi)(xi)，使碳(tan)分(fen)子篩(shai)再(zai)生(sheng)。同時(shi)，床層氣(qi)(qi)相富集的氮氣(qi)(qi)穿過(guo)床層成為(wei)產(chan)品氣(qi)(qi)，各步驟連為(wei)循(xun)環(huan)操(cao)作。
變(bian)壓(ya)吸附過程循(xun)環操作包(bao)括：充壓(ya)、產氣；均(jun)壓(ya)；降壓(ya)、排氣；然后再(zai)(zai)充壓(ya)、產氣；……幾個工作階段，形(xing)成循(xun)環操作過程。其根據(ju)流(liu)(liu)程的再(zai)(zai)生(sheng)方法不同，可分為真空再(zai)(zai)生(sheng)流(liu)(liu)程和常壓(ya)再(zai)(zai)生(sheng)流(liu)(liu)程。
P.S.A制(zhi)氮機設備根據用戶的需要可包括(kuo)空氣壓(ya)縮純化系統(tong)、變壓(ya)吸附(fu)系統(tong)、閥門程序控制(zhi)系統(tong)（真空再生的還需帶有真空泵），及氮氣供應系統(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(yuan)料空(kong)氣進(jin)入碳分(fen)子(zi)篩吸附塔，是非常必要(yao)的，因為顆粒及有機氣氛進(jin)入吸附塔會堵(du)塞(sai)碳分(fen)子(zi)篩的微孔，并逐(zhu)漸使碳分(fen)子(zi)篩的分(fen)離性能降低。
純化原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)空氣(qi)的方法有(you)：使空壓機(ji)(ji)的進氣(qi)口遠離有(you)灰(hui)塵、油霧、有(you)機(ji)(ji)氣(qi)氛(fen)的場所；通(tong)過冷干機(ji)(ji)、吸附(fu)劑凈化系統等(deng)，最后(hou)經處理后(hou)的原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)空氣(qi)進入碳分子篩吸附(fu)塔(ta)。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳(tan)分子篩(shai)制取氮氣(qi)，其N2濃度(du)和產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)可(ke)根據用戶的需(xu)要(yao)進行任意調(diao)(diao)節，在產(chan)(chan)氣(qi)時間及(ji)操(cao)作壓力確定時，調(diao)(diao)低(di)產(chan)(chan)氣(qi)量(liang)，N2濃度(du)將(jiang)提高，反之，N2濃度(du)則下降。用戶可(ke)根據實際需(xu)要(yao)調(diao)(diao)節。
3、均壓時間
碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)制(zhi)氮過程(cheng)，當(dang)(dang)一個吸(xi)(xi)附(fu)塔(ta)(ta)吸(xi)(xi)附(fu)結束(shu)時(shi)，可將此吸(xi)(xi)附(fu)塔(ta)(ta)內(nei)(nei)的(de)(de)有壓(ya)(ya)(ya)氣(qi)體從上下(xia)兩(liang)個方(fang)向(xiang)注入另一個已再生好(hao)的(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)塔(ta)(ta)中，并使(shi)兩(liang)塔(ta)(ta)氣(qi)體壓(ya)(ya)(ya)力相(xiang)同，此一過程(cheng)稱為吸(xi)(xi)附(fu)塔(ta)(ta)的(de)(de)均壓(ya)(ya)(ya)，選擇適當(dang)(dang)的(de)(de)均壓(ya)(ya)(ya)時(shi)間，即可回收(shou)能量(liang)，也可以減緩吸(xi)(xi)附(fu)塔(ta)(ta)內(nei)(nei)的(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)受到的(de)(de)沖擊(ji)，從而達到延(yan)長碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)的(de)(de)使(shi)用壽命(ming)。參考伐門(men)的(de)(de)切(qie)換速度一般選擇均壓(ya)(ya)(ya)時(shi)間為1～3秒。
4、產氣時間
根據碳分子篩對氧和氮的(de)(de)吸(xi)擴散速率不同，其(qi)吸(xi)附(fu)O2在短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)就達(da)到平衡(heng)，此時(shi)，N2的(de)(de)吸(xi)附(fu)量很少，較短(duan)的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)，可有效(xiao)的(de)(de)提高碳分子篩的(de)(de)產(chan)氣(qi)率，但同時(shi)也(ye)(ye)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(ye)(ye)很重(zhong)要。一般選擇吸(xi)附(fu)時(shi)間(jian)為30～120秒。小型高純(chun)制氮機推薦(jian)使(shi)用短(duan)的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)，大型低濃度推薦(jian)使(shi)用長的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)間(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動力學效應(ying)(ying)的同時(shi)，又具有(you)平(ping)衡吸(xi)(xi)(xi)附(fu)效應(ying)(ying)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)質分壓(ya)高(gao)(gao)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)容量也(ye)(ye)高(gao)(gao)，因此(ci)加壓(ya)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)是有(you)利的，但(dan)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)壓(ya)力太高(gao)(gao)，對空(kong)壓(ya)機(ji)的選(xuan)(xuan)型要求也(ye)(ye)增高(gao)(gao)，另外(wai)常(chang)壓(ya)再(zai)生(sheng)與真空(kong)再(zai)生(sheng)兩個流(liu)程(cheng)對吸(xi)(xi)(xi)附(fu)壓(ya)力要求也(ye)(ye)不同，綜合各項因素，建議常(chang)壓(ya)再(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)壓(ya)力選(xuan)(xuan)為(wei)5～8Kg/cm2為(wei)宜(yi)；真空(kong)再(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)的吸(xi)(xi)(xi)附(fu)壓(ya)力選(xuan)(xuan)擇為(wei)3～5Kg/cm2為(wei)宜(yi)。
6、使用溫度
作為(wei)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)選擇較(jiao)低的(de)吸(xi)(xi)附(fu)溫(wen)度(du)有(you)利于碳(tan)分(fen)子篩(shai)性能(neng)的(de)發揮，制氮機工藝在有(you)條件(jian)的(de)情況(kuang)下，采取降(jiang)低吸(xi)(xi)附(fu)溫(wen)度(du)是有(you)利的(de)。
