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。碳分子篩是非計量化合物，其(qi)重要(yao)性質是基于它的微(wei)孔(kong)(kong)結構。它分離空(kong)(kong)(kong)氣的能力，取(qu)決(jue)于空(kong)(kong)(kong)氣中(zhong)(zhong)各種氣體在(zai)碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)微(wei)孔(kong)(kong)中(zhong)(zhong)的不同擴(kuo)散速(su)度，或(huo)不同的吸附(fu)力，或(huo)兩種效應(ying)同時(shi)起作(zuo)用。在(zai)平衡(heng)條件下，碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)對氧(yang)(yang)和氮(dan)(dan)的吸附(fu)量相當接(jie)近(jin)，但氧(yang)(yang)分子(zi)(zi)(zi)通過(guo)碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)微(wei)孔(kong)(kong)系統(tong)的狹窄空(kong)(kong)(kong)隙的擴(kuo)散速(su)度要(yao)比(bi)氮(dan)(dan)分子(zi)(zi)(zi)快得多，碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)空(kong)(kong)(kong)分制氮(dan)(dan)就是基于這一性能，在(zai)遠未達到平衡(heng)條件的時(shi)間之前，通過(guo)PSA工(gong)藝流(liu)程使氮(dan)(dan)氣從空(kong)(kong)(kong)氣中(zhong)(zhong)分離出來(lai)。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一(yi)般稱為(wei)制氮機(ji)。其(qi)工藝流(liu)程是(shi)采用在常溫下變(bian)壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)法（簡稱P.S.A法），變(bian)壓(ya)吸(xi)(xi)附(fu)為(wei)無熱源的(de)吸(xi)(xi)附(fu)分(fen)離過程，碳(tan)分(fen)子篩對被(bei)吸(xi)(xi)附(fu)組份（主要是(shi)氧分(fen)子）的(de)吸(xi)(xi)附(fu)容(rong)量(liang)因上述原(yuan)理在充壓(ya)、產(chan)氣時(shi)吸(xi)(xi)附(fu)，在降壓(ya)排(pai)氣時(shi)解(jie)吸(xi)(xi)，使(shi)碳(tan)分(fen)子篩再生。同(tong)時(shi)，床(chuang)層氣相(xiang)富集的(de)氮氣穿過床(chuang)層成為(wei)產(chan)品(pin)氣，各步驟連為(wei)循環(huan)操作。
變壓(ya)吸附過程(cheng)(cheng)循(xun)環操作包括(kuo)：充(chong)(chong)壓(ya)、產氣(qi)；均壓(ya)；降壓(ya)、排氣(qi)；然后再(zai)(zai)充(chong)(chong)壓(ya)、產氣(qi)；……幾個工(gong)作階段，形成循(xun)環操作過程(cheng)(cheng)。其根據流(liu)程(cheng)(cheng)的再(zai)(zai)生(sheng)方法(fa)不同，可分為真空再(zai)(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)(cheng)和常壓(ya)再(zai)(zai)生(sheng)流(liu)程(cheng)(cheng)。
P.S.A制(zhi)氮機設備根據用戶的(de)需要(yao)可(ke)包(bao)括空(kong)(kong)(kong)氣(qi)壓(ya)(ya)縮(suo)純化系(xi)統(tong)、變(bian)壓(ya)(ya)吸附(fu)系(xi)統(tong)、閥(fa)門程序(xu)控制(zhi)系(xi)統(tong)（真空(kong)(kong)(kong)再生的(de)還需帶有真空(kong)(kong)(kong)泵），及氮氣(qi)供(gong)應系(xi)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(liao)空氣(qi)進入碳分(fen)子(zi)篩吸附塔(ta)，是非(fei)常必要的(de)(de)，因(yin)為(wei)顆粒及有機氣(qi)氛(fen)進入吸附塔(ta)會堵(du)塞碳分(fen)子(zi)篩的(de)(de)微(wei)孔，并逐漸使碳分(fen)子(zi)篩的(de)(de)分(fen)離性能降低。
純化(hua)原料(liao)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)的(de)方法有(you)：使空(kong)(kong)(kong)壓(ya)機(ji)的(de)進氣(qi)(qi)口遠離有(you)灰塵、油霧、有(you)機(ji)氣(qi)(qi)氛的(de)場所；通過冷干(gan)機(ji)、吸(xi)附劑凈化(hua)系統等，最后(hou)經(jing)處理后(hou)的(de)原料(liao)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)進入碳分子篩吸(xi)附塔(ta)。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩制(zhi)取氮氣(qi)，其N2濃度(du)(du)和產氣(qi)量可根據用戶(hu)的需要進行任意調節，在產氣(qi)時間及(ji)操作壓(ya)力確定時，調低(di)產氣(qi)量，N2濃度(du)(du)將(jiang)提高，反之，N2濃度(du)(du)則(ze)下降。用戶(hu)可根據實際(ji)需要調節。
3、均壓時間
碳(tan)分(fen)子(zi)(zi)篩制(zhi)氮(dan)過程，當(dang)一個(ge)吸(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)吸(xi)附(fu)(fu)結束(shu)時(shi)(shi)，可(ke)將此(ci)吸(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)內的(de)有壓氣體(ti)從(cong)上下兩(liang)個(ge)方(fang)向注入(ru)另一個(ge)已再生好的(de)吸(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)中，并使兩(liang)塔(ta)(ta)氣體(ti)壓力相同，此(ci)一過程稱(cheng)為吸(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)的(de)均(jun)壓，選擇適(shi)當(dang)的(de)均(jun)壓時(shi)(shi)間，即可(ke)回收能量，也(ye)可(ke)以(yi)減緩吸(xi)附(fu)(fu)塔(ta)(ta)內的(de)分(fen)子(zi)(zi)篩受到(dao)的(de)沖擊，從(cong)而達到(dao)延長碳(tan)分(fen)子(zi)(zi)篩的(de)使用壽命(ming)。參考伐(fa)門的(de)切換速度一般選擇均(jun)壓時(shi)(shi)間為1～3秒(miao)。
4、產氣時間
根據碳(tan)分(fen)子(zi)篩對氧和氮的(de)(de)吸擴散(san)速率(lv)不(bu)同(tong)，其吸附(fu)O2在短時(shi)(shi)間(jian)內就達到平衡(heng)，此(ci)時(shi)(shi)，N2的(de)(de)吸附(fu)量很(hen)少，較短的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)，可有效的(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)碳(tan)分(fen)子(zi)篩的(de)(de)產(chan)氣(qi)率(lv)，但同(tong)時(shi)(shi)也(ye)增加了伐門的(de)(de)動作頻率(lv)，因此(ci)伐門的(de)(de)性能也(ye)很(hen)重要。一(yi)般選擇吸附(fu)時(shi)(shi)間(jian)為30～120秒。小(xiao)型高(gao)(gao)純(chun)制氮機推(tui)薦使(shi)用短的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)，大型低濃度推(tui)薦使(shi)用長的(de)(de)產(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動(dong)力(li)(li)(li)學效應的(de)同(tong)時，又具有平(ping)衡吸附(fu)(fu)效應，吸附(fu)(fu)質分(fen)壓(ya)高，吸附(fu)(fu)容量(liang)也(ye)高，因此加壓(ya)吸附(fu)(fu)是(shi)有利(li)的(de)，但吸附(fu)(fu)壓(ya)力(li)(li)(li)太高，對空壓(ya)機的(de)選型(xing)要求也(ye)增高，另外常壓(ya)再生與(yu)真(zhen)空再生兩個流程對吸附(fu)(fu)壓(ya)力(li)(li)(li)要求也(ye)不同(tong)，綜合各(ge)項(xiang)因素，建議常壓(ya)再生流程的(de)吸附(fu)(fu)壓(ya)力(li)(li)(li)選為(wei)(wei)5～8Kg/cm2為(wei)(wei)宜(yi)；真(zhen)空再生流程的(de)吸附(fu)(fu)壓(ya)力(li)(li)(li)選擇為(wei)(wei)3～5Kg/cm2為(wei)(wei)宜(yi)。
6、使用溫度
作為(wei)吸附(fu)劑(ji)選擇較(jiao)低(di)的(de)(de)吸附(fu)溫度(du)(du)有(you)利(li)(li)于(yu)碳(tan)分(fen)子篩性能的(de)(de)發揮，制氮機工(gong)藝在有(you)條件的(de)(de)情況下，采(cai)取降低(di)吸附(fu)溫度(du)(du)是有(you)利(li)(li)的(de)(de)。
