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(liang)化合(he)物，其重要性質是(shi)(shi)基于(yu)它(ta)的(de)微(wei)(wei)孔(kong)結構。它(ta)分離空(kong)氣的(de)能(neng)力，取決于(yu)空(kong)氣中(zhong)(zhong)各種氣體(ti)在碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)微(wei)(wei)孔(kong)中(zhong)(zhong)的(de)不同(tong)擴(kuo)散速(su)度，或不同(tong)的(de)吸附(fu)力，或兩(liang)種效應同(tong)時(shi)起作用。在平(ping)衡條件下，碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)對氧(yang)和氮(dan)的(de)吸附(fu)量(liang)相當(dang)接(jie)近，但氧(yang)分子(zi)(zi)(zi)通過(guo)碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)微(wei)(wei)孔(kong)系統的(de)狹窄(zhai)空(kong)隙的(de)擴(kuo)散速(su)度要比(bi)氮(dan)分子(zi)(zi)(zi)快(kuai)得多，碳分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)空(kong)分制氮(dan)就是(shi)(shi)基于(yu)這一性能(neng)，在遠未達到平(ping)衡條件的(de)時(shi)間之(zhi)前，通過(guo)PSA工(gong)藝流程使氮(dan)氣從空(kong)氣中(zhong)(zhong)分離出(chu)來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置一般稱(cheng)為(wei)(wei)制氮機。其工藝流程是采用在常(chang)溫下(xia)變壓(ya)吸(xi)附(fu)(fu)法(fa)（簡稱(cheng)P.S.A法(fa)），變壓(ya)吸(xi)附(fu)(fu)為(wei)(wei)無熱源的吸(xi)附(fu)(fu)分離過(guo)程，碳分子篩對被吸(xi)附(fu)(fu)組份（主要是氧分子）的吸(xi)附(fu)(fu)容量因上述原理在充壓(ya)、產(chan)(chan)氣時吸(xi)附(fu)(fu)，在降壓(ya)排氣時解吸(xi)，使碳分子篩再生(sheng)。同(tong)時，床(chuang)(chuang)層氣相富集的氮氣穿過(guo)床(chuang)(chuang)層成(cheng)為(wei)(wei)產(chan)(chan)品氣，各步(bu)驟連(lian)為(wei)(wei)循環操作。
變(bian)壓(ya)吸附(fu)過(guo)程循環操作(zuo)包括：充壓(ya)、產氣(qi)；均(jun)壓(ya)；降壓(ya)、排(pai)氣(qi)；然后再(zai)充壓(ya)、產氣(qi)；……幾個工作(zuo)階段(duan)，形成循環操作(zuo)過(guo)程。其(qi)根據流程的再(zai)生(sheng)(sheng)方法不同，可分(fen)為真空再(zai)生(sheng)(sheng)流程和(he)常壓(ya)再(zai)生(sheng)(sheng)流程。
P.S.A制(zhi)氮機設備根據用戶的需(xu)要可包(bao)括(kuo)空(kong)氣壓(ya)縮純化(hua)系統(tong)(tong)(tong)、變壓(ya)吸(xi)附系統(tong)(tong)(tong)、閥門程序控制(zhi)系統(tong)(tong)(tong)（真(zhen)空(kong)再(zai)生的還需(xu)帶有真(zhen)空(kong)泵(beng)），及氮氣供應系統(tong)(tong)(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)子篩(shai)吸(xi)附塔(ta)，是非(fei)常必要的，因為顆粒及(ji)有機氣(qi)氛進入吸(xi)附塔(ta)會堵塞(sai)碳分(fen)子篩(shai)的微孔，并逐(zhu)漸(jian)使碳分(fen)子篩(shai)的分(fen)離性能降低(di)。
純化原料(liao)(liao)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)的方法有(you)(you)：使空(kong)(kong)壓機的進氣(qi)(qi)口遠(yuan)離有(you)(you)灰塵(chen)、油霧(wu)、有(you)(you)機氣(qi)(qi)氛的場所；通(tong)過冷干機、吸附劑凈(jing)化系統等，最后經處理后的原料(liao)(liao)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)進入碳(tan)分子篩吸附塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子篩制取氮氣(qi)，其N2濃度和(he)產氣(qi)量(liang)可(ke)根(gen)據用(yong)戶的需(xu)要(yao)進行(xing)任意(yi)調(diao)節，在產氣(qi)時間及操作壓力(li)確定時，調(diao)低產氣(qi)量(liang)，N2濃度將提高(gao)，反之，N2濃度則下降。用(yong)戶可(ke)根(gen)據實際需(xu)要(yao)調(diao)節。
3、均壓時間
碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)制氮過(guo)程，當一個吸(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)(ta)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)結束時(shi)，可(ke)(ke)將(jiang)此(ci)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)(de)有壓氣體(ti)(ti)從(cong)上下兩個方(fang)向注入另一個已再生好(hao)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)(ta)中，并使(shi)兩塔(ta)(ta)氣體(ti)(ti)壓力相同，此(ci)一過(guo)程稱(cheng)為吸(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)(ta)的(de)(de)(de)均(jun)(jun)壓，選擇適當的(de)(de)(de)均(jun)(jun)壓時(shi)間(jian)，即(ji)可(ke)(ke)回(hui)收能量，也(ye)可(ke)(ke)以減緩吸(xi)附(fu)(fu)(fu)塔(ta)(ta)內(nei)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)受(shou)到的(de)(de)(de)沖擊，從(cong)而(er)達到延長碳分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)的(de)(de)(de)使(shi)用壽命。參考伐門的(de)(de)(de)切換(huan)速度一般選擇均(jun)(jun)壓時(shi)間(jian)為1～3秒。
4、產氣時間
根據碳分子(zi)篩對氧和氮(dan)的(de)吸(xi)擴散速率不同(tong)，其吸(xi)附(fu)O2在短(duan)時間(jian)內就達(da)到平衡，此時，N2的(de)吸(xi)附(fu)量很(hen)少，較(jiao)短(duan)的(de)產氣(qi)時間(jian)，可有效(xiao)的(de)提高碳分子(zi)篩的(de)產氣(qi)率，但同(tong)時也增加了(le)伐門(men)的(de)動作頻率，因此伐門(men)的(de)性能也很(hen)重要(yao)。一般選擇吸(xi)附(fu)時間(jian)為30～120秒。小型高純制(zhi)氮(dan)機推(tui)(tui)薦使(shi)用短(duan)的(de)產氣(qi)時間(jian)，大(da)型低濃度推(tui)(tui)薦使(shi)用長的(de)產氣(qi)時間(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動力(li)(li)學效應的(de)同(tong)時(shi)，又具有平衡吸(xi)(xi)附(fu)(fu)效應，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)質分(fen)壓(ya)(ya)(ya)(ya)高，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)容量也(ye)高，因(yin)此加壓(ya)(ya)(ya)(ya)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)是有利的(de)，但吸(xi)(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)太高，對空壓(ya)(ya)(ya)(ya)機的(de)選(xuan)型要(yao)求也(ye)增高，另(ling)外常壓(ya)(ya)(ya)(ya)再生(sheng)與真空再生(sheng)兩(liang)個(ge)流(liu)(liu)程(cheng)對吸(xi)(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)要(yao)求也(ye)不同(tong)，綜合各項因(yin)素(su)，建議(yi)常壓(ya)(ya)(ya)(ya)再生(sheng)流(liu)(liu)程(cheng)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)選(xuan)為5～8Kg/cm2為宜；真空再生(sheng)流(liu)(liu)程(cheng)的(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)選(xuan)擇為3～5Kg/cm2為宜。
6、使用溫度
作為吸(xi)(xi)附劑(ji)選擇較(jiao)低(di)(di)的吸(xi)(xi)附溫(wen)度(du)有利于碳分子篩性能(neng)的發揮，制氮機工藝在有條件的情況下，采取降低(di)(di)吸(xi)(xi)附溫(wen)度(du)是有利的。
