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(ji)量化合物，其重(zhong)要性(xing)(xing)質是基于(yu)(yu)它的(de)微孔(kong)結構。它分(fen)(fen)(fen)(fen)離空(kong)(kong)氣(qi)的(de)能力，取決于(yu)(yu)空(kong)(kong)氣(qi)中各種氣(qi)體在碳分(fen)(fen)(fen)(fen)子篩微孔(kong)中的(de)不同擴(kuo)散速(su)度，或不同的(de)吸附(fu)力，或兩種效(xiao)應同時起作(zuo)用。在平衡條件下，碳分(fen)(fen)(fen)(fen)子篩對氧和氮(dan)的(de)吸附(fu)量相(xiang)當(dang)接(jie)近，但氧分(fen)(fen)(fen)(fen)子通過(guo)碳分(fen)(fen)(fen)(fen)子篩微孔(kong)系統的(de)狹窄(zhai)空(kong)(kong)隙的(de)擴(kuo)散速(su)度要比氮(dan)分(fen)(fen)(fen)(fen)子快得多，碳分(fen)(fen)(fen)(fen)子篩空(kong)(kong)分(fen)(fen)(fen)(fen)制(zhi)氮(dan)就是基于(yu)(yu)這(zhe)一性(xing)(xing)能，在遠(yuan)未達(da)到(dao)平衡條件的(de)時間之前，通過(guo)PSA工藝流程使(shi)氮(dan)氣(qi)從空(kong)(kong)氣(qi)中分(fen)(fen)(fen)(fen)離出來。
二、碳分子篩空分制氮裝置
該裝置(zhi)一般(ban)稱為制氮機(ji)。其工藝流程是(shi)采用(yong)在(zai)常溫下變壓(ya)吸(xi)附法（簡(jian)稱P.S.A法），變壓(ya)吸(xi)附為無熱源的吸(xi)附分離過(guo)程，碳分子篩對被吸(xi)附組份（主要(yao)是(shi)氧分子）的吸(xi)附容(rong)量(liang)因上述原理在(zai)充壓(ya)、產(chan)氣(qi)時吸(xi)附，在(zai)降壓(ya)排氣(qi)時解吸(xi)，使碳分子篩再生(sheng)。同(tong)時，床層氣(qi)相富集的氮氣(qi)穿過(guo)床層成為產(chan)品(pin)氣(qi)，各步(bu)驟連為循環操作。
變壓(ya)(ya)吸附過程循(xun)環操作包括：充壓(ya)(ya)、產氣(qi)；均壓(ya)(ya)；降壓(ya)(ya)、排氣(qi)；然(ran)后再(zai)充壓(ya)(ya)、產氣(qi)；……幾個工作階段(duan)，形(xing)成循(xun)環操作過程。其根(gen)據流程的再(zai)生(sheng)方法不同，可分為真空再(zai)生(sheng)流程和常(chang)壓(ya)(ya)再(zai)生(sheng)流程。
P.S.A制(zhi)氮機設備(bei)根(gen)據用戶的(de)需要(yao)可包(bao)括空氣壓縮純化系(xi)統(tong)、變壓吸附系(xi)統(tong)、閥(fa)門程序控制(zhi)系(xi)統(tong)（真(zhen)(zhen)空再生的(de)還(huan)需帶有(you)真(zhen)(zhen)空泵(beng)），及氮氣供應系(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
純原料空氣(qi)進(jin)入碳(tan)分(fen)(fen)子篩吸附塔，是非常(chang)必要的(de)(de)，因為顆粒(li)及有機氣(qi)氛進(jin)入吸附塔會(hui)堵塞碳(tan)分(fen)(fen)子篩的(de)(de)微孔(kong)，并逐(zhu)漸使碳(tan)分(fen)(fen)子篩的(de)(de)分(fen)(fen)離性(xing)能(neng)降低。
純(chun)化(hua)原料空(kong)氣的(de)方(fang)法(fa)有：使空(kong)壓機的(de)進氣口遠離有灰(hui)塵(chen)、油霧、有機氣氛的(de)場所；通過(guo)冷(leng)干機、吸附劑凈化(hua)系統等，最后經處理后的(de)原料空(kong)氣進入碳分子篩吸附塔。
2、產品氮氣的濃度和產氣量
碳分子(zi)篩制(zhi)取(qu)氮氣(qi)(qi)，其N2濃度和產氣(qi)(qi)量可根(gen)據(ju)用戶的需(xu)要(yao)進行任意調(diao)節，在產氣(qi)(qi)時(shi)間及操作壓力確定(ding)時(shi)，調(diao)低產氣(qi)(qi)量，N2濃度將(jiang)提高，反之，N2濃度則下(xia)降。用戶可根(gen)據(ju)實際(ji)需(xu)要(yao)調(diao)節。
3、均壓時間
碳(tan)分子(zi)篩制氮過(guo)程，當(dang)一(yi)個(ge)吸(xi)附塔吸(xi)附結束時(shi)，可(ke)將此吸(xi)附塔內的(de)(de)(de)有(you)壓氣體從上(shang)下兩(liang)個(ge)方向(xiang)注入另一(yi)個(ge)已(yi)再(zai)生好(hao)的(de)(de)(de)吸(xi)附塔中，并使兩(liang)塔氣體壓力相同(tong)，此一(yi)過(guo)程稱(cheng)為吸(xi)附塔的(de)(de)(de)均(jun)壓，選擇適當(dang)的(de)(de)(de)均(jun)壓時(shi)間(jian)，即可(ke)回收能量，也可(ke)以減緩吸(xi)附塔內的(de)(de)(de)分子(zi)篩受到的(de)(de)(de)沖(chong)擊(ji)，從而達到延長碳(tan)分子(zi)篩的(de)(de)(de)使用壽命。參考(kao)伐門的(de)(de)(de)切換速度一(yi)般選擇均(jun)壓時(shi)間(jian)為1～3秒。
4、產氣時間
根據碳分子篩對氧和氮(dan)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)擴散速率不同(tong)，其吸(xi)(xi)附(fu)(fu)O2在(zai)短(duan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)內(nei)就達到(dao)平衡，此時(shi)(shi)，N2的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)很(hen)少，較短(duan)的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，可有效的(de)(de)(de)(de)提高碳分子篩的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)氣(qi)率，但同(tong)時(shi)(shi)也增加了伐(fa)門的(de)(de)(de)(de)動作(zuo)頻率，因此伐(fa)門的(de)(de)(de)(de)性能也很(hen)重(zhong)要。一般(ban)選擇吸(xi)(xi)附(fu)(fu)時(shi)(shi)間(jian)(jian)為30～120秒。小型高純制氮(dan)機推(tui)薦(jian)使用短(duan)的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，大型低濃(nong)度推(tui)薦(jian)使用長(chang)的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)(jian)。
5、操作壓力
碳分子篩在動力(li)學效應(ying)的(de)同(tong)時，又具(ju)有平(ping)衡吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)效應(ying)，吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)質分壓(ya)(ya)(ya)高，吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量也高，因(yin)此加(jia)壓(ya)(ya)(ya)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)是有利的(de)，但吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)太高，對空(kong)壓(ya)(ya)(ya)機的(de)選(xuan)型要(yao)(yao)求也增高，另外常壓(ya)(ya)(ya)再(zai)生與真空(kong)再(zai)生兩個流程對吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)要(yao)(yao)求也不(bu)同(tong)，綜(zong)合各(ge)項因(yin)素，建(jian)議常壓(ya)(ya)(ya)再(zai)生流程的(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)選(xuan)為5～8Kg/cm2為宜；真空(kong)再(zai)生流程的(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)選(xuan)擇(ze)為3～5Kg/cm2為宜。
6、使用溫度
作為吸附(fu)劑(ji)選擇較低的吸附(fu)溫度有(you)利于碳(tan)分(fen)子篩性能的發揮，制氮機工藝在有(you)條(tiao)件的情況下，采取降(jiang)低吸附(fu)溫度是有(you)利的。
