制氮機原理說明

結(jié)構(gòu)流程為：空氣壓縮機→空氣緩沖罐→9級過濾器→冷凍式干燥機→7級過濾器→5級過濾器→活性炭過濾器→變壓吸附制氮主機→氮氣緩沖罐→流量計→使用點

（一）、壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)由壓縮機和空氣緩沖罐組成，提供變壓吸附制氮裝置所需的氣源。該系統(tǒng)提供穩(wěn)定的輸出壓力和足夠的氣量?？諌簷C選用運轉(zhuǎn)可靠，維護簡單，低噪音，無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)的螺桿式空壓機。空氣緩沖罐主要是作為氣源的緩沖器，起穩(wěn)定和儲存作用，此外還可以收集和排除進入壓縮空氣源的大部分油水冷凝液。緩沖罐裝有壓力表，安全閥，排污口。

空壓機的排氣能力稍大于制氮機額定產(chǎn)量下的空氣耗量，由于其啟停受到排氣壓力控制，當排氣量大于耗氣量時，排出壓力上升，空壓機停止；反之則空壓機啟動。通過如此循環(huán)啟停，使空壓機排氣量適合制氮機耗氣量要求，并適應生產(chǎn)線在變工況時（低于額定產(chǎn)量）的運行需要。

（二）、空氣凈化系統(tǒng)

從緩沖罐出來的壓縮空氣首先進入c級過濾器實現(xiàn)粗過濾，然后進入冷凍式干燥機，將壓縮空氣強制降溫，使空氣中的水蒸汽冷凝，凝結(jié)成的液態(tài)水夾帶塵、油排出機外。冷干機放置于壓縮機房。工藝流程采用冷凍干燥機除油水，基于三點原因：

1、后級t級送氣管路過濾器進氣口Zui大液體負載：2000ppmw/w露點＜－12℃，不采用冷凍干燥機，t級送氣管路過濾器易失效；

2、冬季室外氣溫較低，壓縮空氣溫度降低后析出水分，堵塞管路系統(tǒng)，管路系統(tǒng)需傾斜并作排液；

3、管路系統(tǒng)析出水份后易腐蝕生銹。

冷凍干燥機的后精密過濾器組，精密過濾器組由二級過濾器組成。分別是t級主管路過濾器與a級高效除油霧過濾器。t級主管路過濾器精密度為1um，濾除1um和更大的固態(tài)與液態(tài)顆粒，殘留油份含量1ppmw/w。a級高效除油霧過濾器過濾精度0.01um濾除0.01um和更大的固態(tài)與液態(tài)顆粒，99.999+%油霧；殘留油份含量0.001ppmw/w。壓縮空氣品質(zhì)達到iso8573.1質(zhì)量等級1級。

（三）、變壓吸附制氮系統(tǒng)

psa碳分子篩制氮裝置中有兩個裝滿碳分子篩的吸附塔，潔凈、干燥的壓縮空氣進入變壓吸附制氮裝置，流經(jīng)裝填有碳分子篩（cms）的吸附塔。壓縮空氣由下至上流經(jīng)吸附塔，利用分子篩在不同壓力下對氮和氧等的吸附力不同，氧氣、水、二氧化碳等組份在碳分子篩表面吸附，未被吸附的氮氣在出口處被收集成為產(chǎn)品氣，由吸附塔上端流出，進入緩沖罐。經(jīng)一段時間后，吸附塔中被碳分子篩吸附的氧達到飽和，需進行再生。

再生是通過停止吸附步驟，降低吸附塔的壓力來實現(xiàn)的。已完成吸附的吸附塔短期均壓后開始降壓，脫除已吸附的氧氣、水、二氧化碳等組份，完成再生過程。

兩個吸附塔交替進行吸附和再生，從而產(chǎn)生流量和純度穩(wěn)定的產(chǎn)品氮氣。兩只吸附器的切換由plc控制的程控閥自動完成。一臺變壓吸附制氮裝置的性能優(yōu)劣取決于吸附器、碳分子篩、工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及電磁氣動閥等部件的性能。我公司生產(chǎn)的變壓吸附制氮裝置選用日本三菱公司生產(chǎn)的plc可編程序控制器，選用日本武田碳分子篩、德國burket公司生產(chǎn)的電磁氣動閥。

3  工作原理：

變壓吸附空分制氮(簡稱p.s.a制氮) 是一種先進的氣體分離技術(shù)，以優(yōu)質(zhì)進口碳分子篩（cms）為吸附劑，采用常溫下變壓吸附原理（psa）分離空氣，制取高純度的氮氣。

氧、氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴散速率不同，直徑較小的氣體分子（o2）擴散速率較快，較多的進入碳分子篩微孔，直徑較大的氣體分子（n2）擴散速率較慢，進入碳分子篩微孔較少。利用碳分子篩對氮和氧的這種選擇吸附性差異，導致短時間內(nèi)氧在吸附相富集，氮在氣體相富集，如此氧氮分離，在psa條件下得到氣相富集物氮氣。碳分子篩對氧氣的吸附規(guī)律總結(jié)為：“高壓吸附，低壓解析”。

碳分子篩對氧和氮在不同壓力下某一時間內(nèi)吸附量的變化差異曲線：

一段時間后，分子篩對氧的吸附達到平衡，根據(jù)碳分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特性，降低壓力使碳分子篩解除對氧的吸附，這一過程為再生。根據(jù)再生壓力的不同，可分為真空再生和常壓再生。常壓再生利于分子篩的徹底再生，易于獲得高純度氣體。

變壓吸附制氮機（簡稱psa制氮機）是按變壓吸附技術(shù)設(shè)計、制造的氮氣發(fā)生設(shè)備。通常使用兩吸附塔并聯(lián)，由全自動控制系統(tǒng)按特定可編程序嚴格控制時序，交替進行加壓吸附和解壓再生，完成氮氧分離，獲得所需高純度的氮氣。

以制氮項目10nm3/h、氮氣純度99.9%，年累計使用8000h計算 
1、瓶裝氮氣的運行成本 
一般市場上純度為99.9%的氮氣的價格是40元/瓶,一瓶氮氣在12mpa壓力下標準體積是40升，實際上每瓶只有5m3左右，這樣計算出來，也就是每立方米普通氮氣價格是8元左右。該種用氣方式只適用于用氣量非常小的用戶。 
使用鋼瓶氮的費用：10nm3/h×8元=80元/小時 
年使用費用：80×8000小時/年=64萬元/年，具體使用費用根據(jù)客戶的使用情況及當?shù)仄康獌r格浮動決定 
2、液氮的運行成本 
市場上純度為99.99%液氮的價格是1350元/噸，一噸的液氮可汽化得到640立方左右的氣態(tài)氮，每立方米氮氣價格是2.2元左右。（不含先期投入的液氮儲糟、汽化器、運輸、租賃、每年的保養(yǎng)、人工的費用）液氮同時還以每日1.2%左右的速度揮發(fā)損耗 ！
使用液氮的費用：10nm3/h×2.2元=22元/小時 
年使用費用：22×8000小時/年=17.6萬元/年 
3、現(xiàn)場psa制氮的運行成本（按制氮項10nm3/h，99.9%計算） 
系統(tǒng)的運行成本主要由以下幾個方面組成： 
1、電能的消耗 
2、人工 （全自動控制，無需人員操作，只需定期記錄觀察即可）
3、設(shè)備維護費用 （每年空壓機維護保養(yǎng)、過濾器濾芯更換）
4、設(shè)備的折舊（整機使用壽命10年） 
電能的消耗主要來自以下幾個方面： 
空壓機： 空壓機的額定功率為5.5kw,因為在系統(tǒng)選型時就考慮到空壓機的卸載和適當?shù)膲嚎s空氣余量，所以空壓機的實際消耗功率約為額定功率的80%左右，即為：4.4kw左右。 
制氮機：制氮機的原料是壓縮空氣，而制氮機本身基本不耗電，其主要是儀表用電，額定功率大約為0.1kw. 
綜合以上，整個制氮系統(tǒng)的使用功率為： 4.5kw 
假設(shè)電費按：1元/kwh,那么每小時耗電4.5×1=4.5元 
折合成每立方成品氮氣耗電：4.5÷10=0.45元 
使用費用：10nm3/h×0.45元=4.5元/小時（電費） 
年使用費用：4.5×8000小時/年=3.6萬元/年（電費），具體使用費用根據(jù)客戶情況來定。

，使用psa制氮機制氮，基本上一年就可以省下一臺制氮機設(shè)備的費用！

還在使用瓶裝氮氣和液氮的親們，你們還在等什么呢？