1、PSA制氮原理簡(jiǎn)介


變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，簡(jiǎn)稱(chēng)PSA）氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，它在當今世界的現場(chǎng)供氣方面具有不可替代的地位。
PSA技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
* 產(chǎn)品純度可以隨流量的變化進(jìn)行調節；
* 在低壓和常壓下工作，安全節能；
* 設備簡(jiǎn)單，維護簡(jiǎn)便
* 微機控制，全自動(dòng)無(wú)人操作。
關(guān)于吸附劑
吸附劑是PSA制氮設備的核心部分。一般地，PSA制氮設備選擇的是碳分子篩，它吸附空氣中的氧氣、二氧化碳、水分等，而氮氣不能被吸附。

變壓吸附的原理
在吸附平衡情況下，任何一種吸附劑在吸附同一氣體時(shí)，氣體壓力越高，則吸附劑的吸附量越大。反之，壓力越低，則吸附量越小。如下圖所示：













如上所述，在空氣壓力升高時(shí)，碳分子篩將大量吸附氧氣、二氧化碳和水分。當壓力降到常壓時(shí)，碳分子篩對氧氣、二氧化碳和水分的吸附量非常小。
變壓吸附設備主要由A、B二只裝有碳分子篩的吸附塔和控制系統組成。當壓縮空氣（壓力一般為0.7Mpa左右）從下至上通過(guò)A塔時(shí)，氧氣、二氧化碳和水分被碳分子篩所吸附，而氮氣則被通過(guò)并從塔頂流出。當A塔內分子篩吸附飽和時(shí)便切換到B塔進(jìn)行上述吸附過(guò)程并同時(shí)對A塔分子篩進(jìn)行再生。所謂再生，即將吸附塔內氣體排至大氣從而使壓力迅速降低至常壓，使分子篩吸附的氧氣、二氧化碳和水分從分子篩內釋放出來(lái)的過(guò)程。
2、變壓吸附制氮技術(shù)的背景介紹
氮在自然界中分布很廣，是空氣的主要成份，主要以單質(zhì)分子氮的形式存在于大氣之中。在干燥空氣中，氮的體積約占空氣的五分之四。因此，空氣是制取氮氣的*大原料庫，它取之不盡，用之不竭。
長(cháng)期以來(lái)，人們一直在尋找比深冷法更簡(jiǎn)便的空分方法---PSA。
早在1960年，Skarstrom提出了PSA專(zhuān)利，他以5A分子篩為吸附劑用一個(gè)二床PSA裝置，實(shí)現從空氣中分離出富氧，并于60年代投入工業(yè)生產(chǎn)。
1970年，PSA技術(shù)在工業(yè)應用取得了突破性的進(jìn)展，*先應用于空氣干燥與凈化。
1976年，PSA技術(shù)隨著(zhù)吸附劑的快速發(fā)展實(shí)現了從空氣中分離氮氣。（70年代，西德埃森礦業(yè)研究所成功地開(kāi)發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮鋪平了道路，引起了廣泛的關(guān)注。）
之后，國內外積極運用PSA氣體分離理論，竟相研究和開(kāi)發(fā)碳分子篩空分制氮技術(shù)。近三十多年來(lái)，我國的變壓吸附工業(yè)發(fā)展很快，在吸附劑和工藝技術(shù)等方面取得了突破性發(fā)展，技術(shù)日益成熟，設備向大型化發(fā)展。
3、PSA制氮機系統的特點(diǎn)、工藝說(shuō)明及系統組成
3.1創(chuàng )躍積累了多種行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)市場(chǎng)應用經(jīng)驗，系統具有以下特點(diǎn)：
* 吸附在常溫下進(jìn)行，不涉及絕熱問(wèn)題、工藝流程簡(jiǎn)單、能耗少、投資省、運行成本*低；
* 系統設計合理，運行可靠，使用安全，可無(wú)人值守；
* 設備開(kāi)停機方便，啟動(dòng)快（在開(kāi)機10～30分鐘后即可供氣），操作維護簡(jiǎn)單、撬裝方便、裝置適應性好；
3.2 創(chuàng )躍（PSA）制氮機系統工藝說(shuō)明
3.2.1制氮機流程概述
首先由空壓機（螺桿式）提供壓縮空氣，經(jīng)空氣儲罐除去壓縮氣中的液態(tài)水和油，再經(jīng)由冷干機、三級過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器除去壓縮空氣中的水、油、粉塵，為制氮機（氮氣發(fā)生器）提供純凈的、穩定的壓縮空氣，也就是我們產(chǎn)生成氮氣的原料。再經(jīng)過(guò)制氮機通過(guò)變壓吸附進(jìn)行氧、氮分離，生產(chǎn)出氮氣；氮氣經(jīng)過(guò)氮氣精密分析儀器實(shí)現再線(xiàn)檢測，并同時(shí)實(shí)現不合格氣體自動(dòng)放空和報警(可配)，全程接口實(shí)現無(wú)人操作。
3.2.2制氮機技術(shù)指標
3.2.３制氮機組技術(shù)特點(diǎn)
制氮技術(shù)由德國CarboTech公司提供；
氮氣發(fā)生器的主要部件全部由德國進(jìn)口
可靠的閥門(mén)控制 ----- 德國寶德氣動(dòng)閥
先進(jìn)的控制系統 ----- 三菱PLC或德國西門(mén)子可編程控器(PLC)
準確的分析儀器 -----燃料氧電極，二年不用更換
焊 接 管 道為-----碳鋼（和304不銹鋼兩種）
獨特的壓緊技術(shù) ----- 德國Carbo Tech “暴風(fēng)雪法”的裝填技術(shù)，此技術(shù)代表國際*新的裝填方式，在結構方面使制氮機的氣流分布均勻、充分、無(wú)“死角”。頂部采用Carbo Tech椰墊形成無(wú)數個(gè)細小的纖維彈簧，使碳分子篩受力均衡，無(wú)受力盲區。
3.2.４氮氣發(fā)生器流程細述
中壓吸附：由于碳分子篩表面的微孔大小與氧分子直徑大小相差無(wú)幾，在中壓情況下，碳分子篩會(huì )選擇吸附壓縮空氣中的氧氣，對氮氣不吸附，故氮氣由吸附塔頂部流出，從而實(shí)現產(chǎn)氮。
常壓再生：在迅速放空情況下，碳分子篩會(huì )釋放所吸附的氧氣，使分子篩得到再生，以便下一次使用。
兩塔均壓：一吸附塔工作結束后，在兩秒（時(shí)間可設定）內，工作結束塔的氣體向準備工作的吸附塔吹氣，這樣減少升壓時(shí)間，同時(shí)壓力變化較從大氣壓升至工作壓力小，減少分子篩沖刷，增加產(chǎn)氣量。
反吹沖洗：工作塔會(huì )由少量氮氣對放空塔進(jìn)行沖洗，將分子篩中沒(méi)有放空的余氧趕掉，是再生塔的分子篩再生更充分。
氮氣升壓：利用氮氣緩沖罐的純氣對吸附塔進(jìn)行升壓，提高產(chǎn)氣率，提高氣體純度，實(shí)現開(kāi)機以后快速達到指定純度。