变压吸附制氮设备设计
毕业设计(论文)成果材料
（2010届）
题目变压吸附制氮设备设计
实习岗位项目工程师助理
2010年04月25日
目录
文本成果
摘要 (2)
引言 (2)
1 任务分析 (2)
2 方案的初步选定 (3)
2.1 两个制氮方案拟定 (3)
2.2 两个方案的比较 (3)
3 方案的详细设计 (3)
3.1 设计参数的确定 (4)
3.2 干燥及净化设备简单介绍 (5)
3.3 变压吸附的制氮原理 (7)
3.4影响纯度和流量因素的控制 (8)
3.5 调试与改进 (12)
4 总结评价 (13)
致谢 (13)
参考文献 (14)
实际成果
一、实物（照片） (15)
二、附录（图片） (17)
变压吸附制氮设备设计
章琦君
摘要：PSA新型变压吸附制氮装置是一种在常温下从空气中直接制取氮气的高新、节能分离技术。利用压缩空气经除水、除油、除尘一系列的净化后在变压吸附作用下，由于动力学效应，氧在碳分子筛上的扩散速率明显高于氮，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，采用西门子PLC自动控制技术，实现连续生产高品质的氮气。具有设备紧凑、占地面积小、全自动操作、运行可靠、起停车快、运行成本低、常温生产和维修方便等优点，且氮气的纯度和产量可适当调节，无污染，是一种高效的现场制氮装置。
关键词：变压吸附，碳分子筛，制氮装置
引言
制氮装置一般有三种形式：深冷式空分装置、膜分离空分设置、变压吸附空
分设置。深冷式空分是将压缩空气采用极低温度把空气液化，并通过分馏塔上的分布，根据不同种类气体密度不同来分离气体的一种装置。膜分离空分装置是利用压缩空气在膜组上的渗透速率来分离提取气体的一种手段通常需要空气源压力在1.3Mpa以上，其主要的优势是结构简单，适用于小量和低纯度氮气的使用。变压吸附空分装置是在一定压力下，由于动力学效应，氮氧在碳分子筛上的扩张速率的差异，利用压力变化来制取氮气。该形式的设备，现已经入成熟期，其技术已经非常成熟，生产成本已经达到客户所愿意接受的价格空间，所以现在各行业中使用非常广泛，氮气纯度也可以在95%---99.9995%的空间中选择。并适合于几十到几千立方的氮气使用量，所以其经济效益非常明显。相比较这三种制氮装置，选择变压吸附式的优势在于不需把空气液化，氮气纯度的选择范围也广泛。
1 任务分析
根据客户对氮气的纯度和流量的要求，确定制氮设备的型号，计算有效耗气量选择其他设备的型号。根据客户对所需氮气的要求选择相应型号的净化设备及干燥设备。如果有必要，还需要将制氮分为两步：第一步，制取普氮；第二步，将符合设计标准的普氮纯化。
2 方案的初步选定
根据客户对氮气的纯度和流量的要求，确定制氮机的型号为PFN－120D，制氮机流量为120 Nm3/h，纯度为99.9%
2.1 两个制氮方案拟定
方案一：制氮吸附筒采用直径700mm筒体方案设计
方案二：制氮吸附筒采用直径750mm筒体方案设计
2.2 两个方案的比较
由于最终所需氮气的流量和纯度是固定的。故所需要的碳分子筛的量是固定的，制氮机吸附筒的容积是固定的，区别在于根据制氮机吸附筒直径的不同，筒体的高度是不同的。而直径和高度又影响到碳分子筛的产氮率和使用寿命。设备高度过低，影响产氮率和使用寿命；设备高度过高，则不便于运输和安装使用，所以需要选择合适的筒体直径，设计合适的筒体高度。
3 方案的详细设计
根据分子筛性能，制取纯度为99.9%的氮气，分子筛产氮量≥120Nm3/h·t
1、按分子筛产氮量120 Nm3/h·t计算：
分子筛用量：120/120＝1T
采用2筒体方案
单筒分子筛用量1/2=0.5T
填装分子筛所用容积：0.5T/0.68=0.735M3
（堆积密度：0.68㎏/L）
方案一：采用筒体直径700方案计算
0.735=3.14×0.7×0.7×h/4
h=1911mm
取筒体中间高度1700mm
筒体高度：1700+（350+50+20）+450+30+20=2620mm
气缸高度约为500mm
设备总高度：2780+500=3280mm
制氮机外形尺寸（长X宽X高）约：1800X1000X3280
货车底盘高度1200mm
由于货物重量，货车底盘下降约100mm
运输时候高度：2620+160（机架高度）+1200-100=3880mm
不会超过货物运输高度要求
方案二：采用筒体直径750方案计算
0.735=3.14×0.75×0.75×h/4
h=1664mm
取筒体中间高度1460mm
筒体高度：1460+（375+50+20）+450+30+25=2410mm
气缸500mm
设备总高度：2570+500=3070mm
制氮机外形尺寸（长X宽X高）约：1900X1050X3070
货车底盘高度1200mm
由于货物重量，货车底盘下降约100mm
运输时候高度：2570+160（机架高度）+1200-100=3830mm
不会超过货物运输高度要求
3.1 设计参数的确定
1.两个方案比较：
⑴方案一设计的制氮机在运输高度为3880mm，
方案二设计的制氮机在运输高度为3830mm，
两个方案均不超过交通运输限高4200mm，所以高度都符合运输要求。
⑵根据流体力学原理，气体流程越远，气体流向越近似平行，所以高度越高，，气体流向越平行，压缩空气与分子筛接触面积越大，碳分子筛利用率越高，使用寿命越长，产氮流量和纯度越稳定，所以方案一设计明显优于方案二设计。
⑶方案一中吸附筒Φ700mm，加工后吸附筒重量约为220kg，
方案二中吸附筒Φ750mm，加工后吸附筒重量约为240kg。
从生产成本上来讲，方案一略低于方案二。
⑷从外形尺寸上讲，方案一外形（长X宽）为1800mmX1000mm，占地面积为
1.8㎡，方案二外形（长X宽）为1950mmX1000mm，占地面积为1.95㎡，方案一更可以节省土地利用，所以方案一略低于方案二。
综上四个方面比较，我们选择方案一设计，取吸附筒Φ700mm。
2.计算制氮设备有效耗气量，确定与制氮机匹配的净化及干燥设备分子筛纯度99.9的氮气回收率为31.5%
理论有效耗气量 =120*99.9%/79%/31.5%/60 =8.03 Nm3/min
实际量=理论量*1.2=8.03*1.2=9.63 Nm3/min
故选用有效耗气量为10 Nm3/min的净化和干燥设备
3.整套设备配置清单
3.2 干燥及净化设备简单介绍
从空气压缩机中出来的压缩空气是很脏的。压缩空气中的污染物可分为水分(包括液态水滴和水蒸气)、油分(包括油滴、油雾和油蒸汽)、固形粉尘和颗粒及各种气体杂质及化学异味四类。除了水蒸气需要由干燥器去除外，其它污染物(包括呈气态的油蒸气及各种化学异味)均可用过滤方法来去除。为此在生产中有适用来除去各种污染物的空气过滤器。
1.干燥机
吸附式干燥机是压缩空气除水干燥的常用设备。工业上在制备低于零度压力露点的干燥压缩空气时，吸附式干燥机几乎是惟一的选择。
吸附作用又称吸着作用，是两相交界面上物质分子浓度自动发生变化的自然现象。研究表明，吸附现象不仅发生在固—气交界面上，在液—气界面、固一液界面上同样也会发生。
吸附体系由吸附剂和吸附质组成，我们将具有一定吸附能力的材料称为吸附剂，将吸附的物质称为吸附质。在压缩空气干燥器中，常用吸附剂有硅胶、活性氧化铝和分子筛，均匀混合在压缩空气中的水蒸气是吸附质。
吸附干燥机通常按吸附剂再生方法进行分类，可分为微热再生干燥机和无热再生干燥机两类。有热再生干燥器(TSA)利用吸附剂在低温时吸附水分，在高温下将所吸附水分脱附返回气相的特点使吸附剂获得活性再生;无热再生干燥器以变压吸附 (PSA)为基础，在气体混合组分中高水分分压时吸附水分，低水分分压时将所吸附的水分脱附返回气相使吸附剂获得活性再生。
2.过滤器
用来阻挡压缩空气中的污染物和去除水分的装置叫压缩空气过滤器，简称过滤器。与单独功能的干燥器比起来，过滤器对压缩空气的净化功能要广得多，经
过滤器处理后的压缩空气可以达到无尘、无水、无油及无菌元臭的目的。过滤器至少由滤芯(一支或多支)和壳体(金属或塑料等)两部分组成。一只完整的过滤器还配备自动排水器和差压计等附件。可以按多种原则给压缩空气过滤器进行分类。如按过滤器在空压系统中的安装位置，可分为吸气过滤器(安装在空压机吸气口)及管道过滤器(安装在空压机后的输气管网中)两大类。按照过滤器在系统中所发挥的功用分，有除水过滤器、除尘过滤器、除油过滤器、除臭过滤器及除菌过滤器多种;此外还有粗过滤器、精密过滤器之分。KFL系列精密过滤器主要由上下筒体、滤芯、滤芯吊杆组件、排水组件、仪表等组成。
常用过滤器的过滤精度等级分为C、T、A三个级别，见表一是游离状态的水分去除率及过滤精度。
表一游离状态的水分去除率及过滤精度
3.高效除油器
若单纯用过滤器来滤除有时效率会显得不够高、有时会出现早期堵塞等现象。此时可采用分离器将大颗粒固体杂质先行除去或将杂质浓度降下来，再由过滤器进行深度净化处理。一般分离器的工作原理都建立在惯性(撞击或离心)分离基础上。在压缩空气净化流程中用得较多的分离器是高效除油器。KFY系列高效除油器科学的集螺旋分离、预过滤和凝聚式精过滤三级净化为一体，能高效除水、除油、滤尘，使压缩空气的净化工艺流程得以缩短，再经后处理的精密过滤器，其过滤精度可达0.1μm，残油含量可小于0.1mg/m3，使气源净化质量得到了可靠的保证。
3.3 变压吸附的制氮原理
图1 碳分子筛的孔径分布图
变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔径分布如图1所示。
图2 平衡吸附曲线图3 动态吸附曲线碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分
布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有
较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。
碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来，如图2、图3所示、
由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。
变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。
3.4影响纯度和流量因素的控制
影响氮气的纯度和流量是多方面的，主要分主观和客观两个方面。主观方面主要是指设备的结构原理，填充吸附剂品质，各种零配件性能。客观方面是压缩空气原料气的压强、湿度、设备使用的环境状况以及使用操作。具体如下：
1.主观方面
（1）制氮系统及净化系统和干燥系统的选型和设计都会影响氮气纯度。所以设计设备都要比理论计算值偏大然后选型。
（2）吸附剂选用进口高品质吸附剂。
吸附剂应具备的条件：
（1）有强的吸附能力，即要求有大的比表面积;
（2）不与吸附质和其它接触介质发生化学反应;
（3）有良好的机械强度及热强度;
（4）易再生，不易劣化;
气体的吸附过程是纯物理吸附，即所谓的范得华吸附，由于这种吸附通常只发生固体表面几个分子直径的厚度区域，单位面积固体表面所吸附的气体量非常少，因此作为工业选用的吸附剂，必须有微孔结构的，足够大的比表面积以弥补这一不足。设备中填充的吸附剂常用的有两种,一种是活性氧化铝，另一种是碳分子筛。
活性氧化铝由三水合铝[AI (OH)3]或三水铝矾土加热脱水而成。用在压缩空气吸附干燥的是γ形态的活性氧化铝，其活化温度低于600℃。活性氧化铝对水有较强的亲合力，在一定操作条件下，它的干燥精度可达露点- 70℃以下。而它的再生温度又比分子筛低得多。活性氧化铝具有很高的表面硬度和抗压强度，在静压力作用下不破碎，在交变压力作用下不易磨损，很适宜作压缩空气吸附剂。
分子筛是泛指具有均一微孔且能有选择性地吸附直径小于其孔径分子的一大类吸附剂。常用的沸石分子筛是结晶硅铝酸盐的多水化合物，其化学通式为
Mex/n〔（AlO2）x·(SiO2)y〕·mH2O
式中Me一一阳离子，主要是铀、饵和钙等金属离子
x/n-一价数为n，可交换的金属阳离子Me的数目
m一一-结晶水的数目
分子筛主要特点是具有十分单一的表面孔径，比孔径小的分子可以通过微孔进入穴内，吸附于孔穴表面，并在一条件下解吸出来。比孔径大的分子则不能进入，从而按分子直径不同而把混合物分离开来，分子筛由此而得名。分子筛对极性分子尤其对水有极大的亲和力，又有极大的比表面积，在压缩空气含水量较低及温度较高时均有较大的吸附能力，因此可用于深度干燥。分子筛的缺点是机械强度有限，抗水滴性能不强，在压力作用下容易破碎，长期使用堆积比重可增大20% ，另外再生能耗也比氧化铝高。在处理水分负载较高的压缩空气时，应先用氧化铝等吸附剂进行预干燥，再用分子筛进行深度处理。常用吸附剂吸水/脱水性能见表二，常用吸附剂使用条件见表三。
表二常用吸附剂吸水/脱水性能
选用国内外知名品牌配件，阀门选用进口阀门，保证设备正常工作性能和工作周期，提高劳动生产率
2.客观方面
（1）为保证制氮过程中有足够的空气量和碳分子筛的产氮率，压缩空气的
流量和压强一定得到保证。根据研究表明，碳分子筛的产氮率与压强有直接关系。在压强1Mpa范围内，压强越高。产氮率越高，压强越低，产氮率越低。所以客户在选择空气压缩机时，一定要选择满足条件的空气压缩机
（2）由于周围环境的湿度和温度也可以影响到设备的正常使用。如果设备使用地方温度较高，那在压缩空气进入制氮设备前，需要加一个前置冷却器或者加一个较大的空气储气罐，保证压缩空气进入设备前温度低于45℃。另外还需对空压机、制氮机和吸干机周围保证通风状态，如果有必要，制氮房内需要配置换气扇，保证设备不会因为温度过高而影响使用。
（3）制氮过程最重要的环节是要对设备正常操作和维护。
正常操作：
一：开机前检查
1、检查空压机、制氮机、吸干机通电指示灯情况，如指示灯不亮，断电，检查电路或设备。
2、检查所有阀门是否处于关闭状态，未关闭关掉。
二：开机运行
1、开启空压机：如需冷却水，首先打开其前后阀门；按照使用说明书开启电源开关
2、当空气储气罐压力达到0.7MPa时，开启冷冻式干燥机并且打开1号截止阀（空气储气罐及冷冻式干燥机之间的截止阀），让吸干机运行3~5分钟，将空气排入空气缓冲罐。
3、打开制氮机空气入口截止阀，等待20~30秒后开启制氮机，开启制氮机氮气出气口截止阀让氮气进入氮气缓冲罐。
4、氮气缓冲罐压力达到0.7MPa时。打开放空系统阀门,调节出气口压力（出气压力≤0.65MPa可调）根据出气口压力计算出出气口流量。调节放空阀门大小来调节出气流量以达到计算值。氮分析仪显示氮气储气罐内氮气的纯度，等待氮分析仪纯度上升到可用纯度。
5、当流量达到计算值且纯度达到用气要求时关闭放空阀门，打开用气阀门，此时为正常用气，并调节正常用气的截止阀，使流量计示数维持在理论计算值附近。
三：停机运行操作
1、停止制氮机，关闭制氮机氮气出口、入口截止阀，及氮气缓冲罐用气阀门。
2、停止空气压缩机，关闭1号截止阀。
3、停止微热干燥机。
4、打开所有球阀，放空设备中的气体，然后关闭所有阀门。
四：注意事项
因为出气量用户可调，所以有些用户会把出气量调到远远超过计算值，这样使用是不合理的。虽然纯度也可能达到要求，但是却加快了分子筛的粉化速度，导致使用年限大大减少。更多可能是因为流量过大导致氮气纯度降低。当纯度低于理论纯度太多时，需要重新调试纯度，不但费时费力又影响到制氮机正常使用寿命。所以用户必须严格控制氮气流量。
（1）空压机后储气罐、高效除油器及精密过滤器每隔1.5~2小时要进行一次排气。
（2）调试人员调节好的阀门不要随意转动，以免影响纯度。
（3）不要随意动电控柜内的电器件，不要随意拆动气动管道阀门。
（4）定期观察出口压力、流量计指示及氮气纯度，与性能页的值对照，发现问题及时解决。
（5）按照空压机、吸干机、过滤器的技术要求保养和维护，以保证空气品质。空压机、吸干机必须每年至少检修一次，按照设备维护、保养规定更换易损件，并进行保养；如发现过滤器前后压差≥0.05~0.1Mpa，必须及时更换过滤器滤芯。
正常维护：
一、设备日常维护
对制氮系统中的设备的维护主要包括空压机、冷干机、过滤器、制氮主机的维护。空压机的日常维护主要是经常检查空压机储气罐的排污口是否堵塞，散热孔处是否有遮拦；冷干机的散热器要经常清扫；过滤器的排污口要经常检查是否堵塞；制氮机消音器的排气口要经常检查是否畅通。所有设备外观均要保持清洁、干净，经常用湿布或中性肥皂水擦洗。
二、设备周期性维护
有油螺杆空压机的维护主要是进空气过滤器（其会被灰尘堵塞）的周期更换，以及每年的润滑油和油分离器的更换。压缩机的维护也包括对机油的定期补充和更换（如有必要）。无油活塞空压机也需要定期更换活塞环和补充润滑剂。为保证制氮系统稳定可靠地运行和压缩机的长寿命运行，必须按照压缩机厂商推荐的周期维护办法和措施来维护压缩机。
风冷式冷干机的周期性维护主要是定期吹扫，清洗排污口；水冷式冷干机主要是定期清洗水冷凝器，以防水垢沉淀堵塞。请认真阅读冷干机的操作维护使用说明书，严格按照冷干机厂商推荐的周期维护办法和措施来维护冷干机。
过滤器的周期性维护主要是根据过滤器的使用状况定期更换滤芯。如果发现过滤器的压力差过大，请及时更换滤芯。请参照过滤器厂商推荐的周期维护办法和措施来维护过滤器。
制氮主机基本上不用周期性维护。用户可在每年公司（厂）所有设备大修时检查一下制氮机是否运行正常。
3.5 调试与改进
在设备完全配套完成后调试中发现，设备制氮机流量为128Nm3/h，纯度为99.96%，完全满足客户需求。然而在二十一世纪的现在，当需要用氮气做原料气时，这样的纯度是远远不够，可能会用到99.9995%这样纯度的氮气了，这个时候就需要对我们的制氮设备和工艺做很多的改进。
可以在设备中干燥系统中加入冷干机，进一步降低压缩空气中的含水量，更好的使碳分子筛发挥作用。
一般来说，制氮机产出的氮气还是比较洁净的，可满足大多数用户的用气标准。但对于食品、啤酒、饮料、制药、精密加工等行业，要求成品氮气无菌、无异味、无尘等，就要对氮气进行后期除菌、除尘、除异味处理。主要是在氮气输出管道中再配置除菌过滤器、除尘除异味过滤器，使成品氮气中不含细菌和尘埃等无机物和有机物。除去空气中更细小的杂质，并且可以除去异味。这是在医药和食品行业必不可少的设备。
对制取的氮气在催化剂作用下进一步做纯化处理，可以得到更低露点，纯度更高的氮气。
4 总结评价
变压吸附制氮机是一种逐步取代瓶装氮气和深冷空分制氮的新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。广泛运用于石油化工、橡胶塑料、电子、制药、啤酒饮料、食品保鲜、机械加工、冶金、玻璃煤碳、航空航天、军事等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。
参考文献
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（2）《化工装置设备布置设计规定》 JB/T6427-92
（3）压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局（4）钢制压力容器 GB150-1998
（5）钢制压力容器相关标准 GB150-89
（6）钢制压力容器标准释义 GB150-89
（7）优质碳素结构钢技术条件 GB699-88
（8）《吸附制氧、制氮设备》 JB/T6427-92
（9）碳素结构钢和低合金结构热轧厚钢板和钢带 GB711-65
（10）焊条检验、包装和标志 GB1225-76
（11）压力容器用碳素钢及普通低合金钢热轧厚钢板 GB6654-86
（12）压缩空气干燥规范与试验 GB10893-89
（13）机电产品包装通用技术要求 GB/T13384-92 （14）弹簧直截荷式安全阀 GB/T12243-91
（15）流量测量节流装置 GB/T2624-93
（16）容积式空气压缩机，噪音功率级的测定——工程法 GB/T4980-95
（17）压力容器油漆，包装和运输 JB2536-95
（18）钢制管法兰垫片标准 JB/T81-90-94
（19）压力容器法兰标准 JB4700-4707-92 （20）压力容器无损探伤 JB4730-94
（21）一般压缩空气质量等级 GB/T3277-91
（22）钢制压力容器焊接工艺评定 JB478-92
（23）钢制管法兰、垫片、紧固件 HG20592-20635-97 （24）锅炉受压力元件焊接接头机械性能检验方法 JB1614-83
（25）氟利昂制冷装置用辅助设备技术条件 ZBJ73036-73039-89
（26）压缩空气质量等级 ISO8573.1
（27）《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》 HG20505-92
（28）《化工自控设计技术规定》 HGJ20507～205016-89 （29）《化工自控安装图册》 HGJ516-87 (上下册) （30）《化工建设项目噪声控制设计规定》 HG20503-92
（31）《工业和民用电力制造的接地设计规范》 GBJ665-83
（32）《低压配电装置及线路设计规范》 GBJ65-83
实际成果
一实物照片
下列图片是变压吸附干燥机
下列图片是微热干燥机
二附录
下列图是PFN-120D底座图
下列图是高效除油漆
下列图是过滤器
PSA变压吸附制氮原理资料
制氮机 制氮机，是指以空气为原料，利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。 根据分类方法的不同，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法，工业上应用的制氮机，可以分为三种。 制氮机是按变压吸附技术设计、制造的氮气设备。制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。 中文名制氮机 含义制取氮气的机械组合 工作原理利用碳分子筛的吸附特性 主要分类深冷空分，膜空分，碳分子筛空分、 1工作原理 1. ? PSA变压吸附制氮原理 2. ?深冷空分制氮原理 3. ?膜空分制氮原理 2主要分类 1. ?深冷空分制氮 2. ?分子筛空分制氮 3. ?膜空分制氮 3设备特点 4系统用途 5技术参数 工作原理 PSA变压吸附制氮原理 碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮，其吸附量也随着压力的升高而升高，而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。因而，仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。如果进一步考虑吸附速度的话，就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。氧分子直径比氮分子小，因而扩散速度比氮快数百倍，故碳分子筛吸附氧的速度也很快，吸附约1分钟就达到90%以上；而此时氮的吸附量仅有5%左右，所以此时吸附的大体上都是氧气，而剩下的大体上都是氮气。这样，如果将吸附时间控制在1分钟以内的话，就可以将氧和氮初步分离开来，也就是说，吸附和解吸是靠压力差来实现的，压力升高时吸附，压力下降时解吸。而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差，通过控制吸附时间来实现的，将时间控制的很短，氧已充分吸附，而氮还未来得及吸附，就停止了吸附过程。因而变压吸附制氮要有压力的变化，也要将时间控制在1分钟以内。
PSA制氮机简介
PSA制氮机简介 碳分子筛变压吸附(简称:PSA)制氮装置，是一种新型的空气分离的高新技术设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸 附剂，采用变压吸附流程制取氮气。在常温常压下，利用空气中的氧和氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同,通过可编程序控制器控制气动阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度氮气，氮气的纯度和产气量可按照客户要求调节。本公司生产的DFD系列普氮型制氮装置，氮气纯度为95%--99.999%，产气量为1Nm3 /h--3000Nm3 /h。 如果客户要求高纯度的氮气，则可以在DFD制氮装置后面配套我公司生产的加氢或加碳脱氧系列氮气纯化装置，纯度可以达到99.9999%，露点达到-70°C，氧含量为1ppm的高纯氮气。 PSA制氮机的特点 、成本低：PSA先进工艺是一种简便的制氮方法，开机后几分钟产生氮气，能耗低，氮气成本远远低于深冷法空分制氮和市场上的液氮。 2、性能可靠：进口微电脑控制，全自动操作，无需要特别训练的操作人员，只需按下启动开关，就可自动运转，达到连续供气。 3、氮气纯度稳定：完全由仪表监控、显示，确保所需氮气纯度。 4、选用优质进口分子筛：具有吸附容量大，抗压性能强，使用寿命长等特点。 5、高品质的控制阀门：优质的进口专用气动阀门可以保证制氮设备可靠地运转。 6、雄厚的技术力量和优良的售后服务：现场安装只需管道和电源，专业技术人员指导和定期回访，从而保证设备稳定可靠、长期运行。 PSA制氮机的应用领域 一．SMT行业应用 充氮回流焊及波峰焊，用氮气可有效抑止焊锡的氧化,提高焊接润湿性，加快润湿速度减少锡球的产生，避免桥接，减少焊接缺陷，得到较好的焊接质量。使用氮气纯度大于99.99或99.9%。 二．半导体硅行业应用 半导体和集成电路制造过程的气氛保护，清洗，化学品回收等。 三．半导体封装行业应用 用氮气封装、烧结、退火、还原、储存。维通变压吸附制氮机协助业类各大厂家在竞争中赢得先机，实现了有效的价值提升。 四．电子元器件行业应用 用氮气选择性焊接、吹扫和封装。科学的氮气惰性保护已经被证明是成功生产高品质电子元器件一个必不可少的重要环节。 五．化工、新材料行业行业应用 用氮气在化工工艺中创建无氧气氛，提高生产工艺的安全性，流体输送动力源等。石油：可应用于系统中管道容器等的氮气吹扫，储罐充氮、置换、检漏，可燃性气体保护，也应用于柴油加氢和催化重整。 六．粉末冶金，金属加工行业，热处理行业应用 钢、铁、铜、铝制品退火、炭化，高温炉窑保护，金属部件的低温装配和等离子切割等。 七.食品、医药行业行业应用 主要应用于食品包装、食品保鲜、食品储存、食品干燥和灭菌、医药包装、医药置换气、医药输送气氛等。 八. 其他使用领域 制氮机除了使用在以上行业以外，在煤矿、注塑、钎焊、轮胎充氮橡、橡胶硫化等众多领域也得到广泛使用。随着科技的进步和社会的发展，氮气装置的使用领域也越来越广泛，现场制气（制氮机）以其投资省、使用成本低、使用方便等优点已经逐渐取代液氮蒸发、瓶装氮气等传统供氮方式。 PSA制氮机的工艺流程图
制氮机组工作原理
制氮机组工作原理 工作原理：碳分子筛是一种以煤或果壳为原料经特殊加工而成的黑色颗粒。其表面布满了无数的微孔。碳分子筛分离空气的原理，取决于空气中氧分子和氮分子在碳分子筛微孔中的不同扩散速度，或不同的吸附力或两种效应同时起作用。在吸除平衡条件下，碳分子筛对氧、氮分子吸附量接近。但在吸附动力学条件下，氧分子扩散到分子筛微孔隙中速度比氮分子扩散速度快得多。因此，通过适当的控制，在远离平衡条件的时间内，使氧分子吸附于碳分子筛的固相中，而氮分子则在气相中得到富集。同时，碳分子筛吸附氧分子的容量，因其分压升高而增大，因其分压下降而减少。这样，碳分子筛在加压时吸附氧分子使氮分子得到富集，减压时解吸出氧分子排到空气中，如此反复循环操作，达到分离空气的目的。简称PSA制氮。2、工艺流程本装置按工艺流程划分：可分为空气源净化处理部分；变压吸附制氮部分；缓冲罐部分等三部分。 空气源净化处理部分：由冷冻干燥机（气源系统），多级过滤器（气源系统），高效除油器，空气缓冲罐等组成。由无油压缩机压缩的空气（含油量≤0.01mg/m3,压力≥0.65MPa）经过滤器分离滤除杂质，然后进入冷冻干燥机（或冷却器）进行冷冻干燥出水。（冷冻干燥机设有自动排水器能自动排出大量的水份。）然后进入高效除油器除去微量油分。经以上处理后的压缩空气是洁净的无油干燥空气贮于空气缓冲罐中。变压吸附制氮部分（又称组件），由吸附罐B1、B2及相关管路阀门组成。干燥的空气进入B1或B2罐时，空气中氧气和二氧化碳被分子筛吸附，从吸附塔输出的是工业粗氮，经过滤器F2源源不断贮存在氮气缓冲罐C2中。B1和B2罐每隔1分钟自动交换一次，一个工作，一个再生。
变压吸附式制氮设备
变压吸附式制氮设备 一、变压吸附制氮设备，即PSA制氮设备，其工作原理如下述： 变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，简称PSA制氮) 是一种先进的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。一般PSA制氮选择优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不易被吸附。 在吸附平衡的情况下，任何一种吸附剂在吸附同一种气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大，反之，压力越低，吸附量越小。如上所述，使用较高压力的压缩空气，碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分等的吸附量会增大，可以提高分子筛的吸附效率。 碳分子筛对氧和氮在不同压力下某一时间内吸附量的变化差异曲线如下图： PSA碳分子筛制氮装置中有两个装满碳分子筛的吸附塔，洁净、干燥的压缩空气进 入变压吸附制氮装置，流经装填有碳分子筛（CMS）的吸附塔。压缩空气由下至上流经 吸附塔，利用分子筛在不同压力下对 氮和氧等的吸附力不同，氧气、水、 二氧化碳等组份在碳分子筛微孔吸附， 未被吸附的氮气通过吸附塔，在出口 处富集，成为产品气，由吸附塔上端 流出，进入缓冲罐。经一段时间后， 吸附塔中碳分子筛吸附达到饱和，需 进行再生。（吸附塔内吸附再生简单示意图如左图） 再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。已完成吸附的吸附塔短期 均压后开始降压，脱除已吸附的氧气、水、二氧化碳等组份，完成再生过程。 两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而产生流量和纯度稳定的产品氮气。两只吸附 器的切换由控制系统智能控制自动完成。
二、变压吸附制氮设备组成及工艺流程示意： 三、变压吸附制氮设备产品图片（只有制氮主机，不含配套设备）：
PSA制氮机工作原理及工艺流程
PSA制氮机工作原理及工艺流程 一、基础知识 1．气体知识 氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。氮气（N2）在空气中的含量为78.084%（空气中各种气体的容积组分为：N2：78.084%、O2：20.9476%、氩气：0.9364%、CO2：0.0314%、其它还有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等，但含量极少），分子量为28，沸点：-195.8℃，冷凝点：-210℃。 2．压力知识 变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂——碳分子筛最佳吸附压力为0.75~0.9MPa，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。 二、PSA制氮工作原理： 变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。 由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。 三、PSA制氮基本工艺流程 空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右吸进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气经过右吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔中碳分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。为使分子筛中降压释放出的氧气完全排放到大气中，氮气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。 制氮机的工作流程是由可编程控制器控制三个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制八个气动管道阀的开、闭来完成的。三个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。左吸、均压、右吸的时间流程已经存储在可编程控制器中，在断电状态下，三个二位五通先导电磁阀的先导气都接通气动管道阀的关闭口。当流程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀
PSA变压吸附制氮设备培训资料
PSA变压吸附制氮设备培训资料 一、瑞气简介: 二、瑞气制氮设备的命名 □ □ —□ 产氮规格(N m3/h) 产品氮气纯度代码 制氮机类型： BGPN－普通常规型 PGPN－食品专用型 KYZD－矿用地面移动式 KYGD－矿用地面固定式 举例说明：BGPN295-1000表示普通常规型制氮机，产品氮气纯度为99.5%，产氮规格为1000Nm3/h。 三、设备组成及工作原理 1、设备组成 变压吸附制氮设备由空气净化组件、空气缓冲组件、PSA氧氮分离组件、氮气缓冲组件、电气控制系统五大部分组成。见图1 图1 2、工作原理
变压吸附制氮设备，是采用碳分子筛作为吸附剂，利用变压吸附的原理来获取氮气的 设备。在一定的压力下，利用空气中的氧、氮在碳分子筛表面的吸附量的差异，即碳分子筛对氧的扩吸附远大于氮，通过可编程序控制气动阀的启闭，达到A、B两塔交替循环，加压吸附、减压脱附的过程，完成氧氮分离，从而得到所需纯度的氮气。 吸附：高压正流空气通过吸附器，其中水分、 二氧化碳和大部分碳氢化合物被分子筛吸收。 再生：低压反流污氮通过吸附器，吸附在分子 筛上的水分、二氧化碳和碳氢化合物被低压污氮 带走。 均压：需要再生的吸附器和完成再生的吸附器 进行压力平衡，以减少切换损失。 减压：吸附器通过放空消音器减压到接近大气 压力。 升压：用PSA后空气流的一部分，将再生后 的吸附器升高到吸附压力。 一个吸附器从吸附结束到再次吸附的工作过程如下：吸附结束→均压→减压→再生冲洗 →均压→升压→再次吸附。详见图 3、空气净化组件-AC 空气净化组件又叫AC部分，碳分子筛是变压吸附设备的核心部份,油中毒是碳分子筛的主要失效形式之一,对水的吸附会降低碳分子筛对氧的能力,有油润滑的空压机排出的压缩空气通常含有油和水,所以,必须在压缩空气进入氧氮分离组件前除油除水。 空气净化组件由管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器、超精过滤器、活性炭除油器、自动排污阀、球阀等组成。见图2 空气净化组件：作用是除去压缩空气中的尘埃、水和油，为氧氮分离组件提供洁净的原料—空气。
变压吸附PSA制氮机工作原理
变压吸附（ＰＳＡ）制氮机工作原理 １．概述 变压吸附法属于物理方法净化气体，原理是利用吸附剂对不同气体的吸附特性使气体净化、变压吸附的操作循环是在二个不同压力条件下进行，在高压下吸附混合气体中的杂质，低压下解吸，这中间没有温度变化，因此过程不需要热量，与其它需要供热的方法相比设备装置比较简单，但变压吸附的缺点是放空与吹净时有效气体的损失大． ２．变压吸附制氮装置工作原理 变压吸附制氮装置，是一种新型的空气分离设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附流程，在常温低压下，利用空气中的氧气和氮气在碳分子筛中的扩散速率不同，把氧气和氮气加以分离． ３．工艺流程 变压吸了会制氮装置工艺流程是用在常温下变压吸附法．变压吸附为无热源的吸附分离过程，碳分子筛对吸附组分（主要是氧分子）的吸附容量因其分压升高而增加，因其分压的下降而减少．这样，碳分子筛在加压时吸附，减压时解吸，放出被吸附的部分，使碳分子筛再生，形成循环操作． 变压吸附过程，循环过程包括：吸附、均压、降压、释放、冲洗、然后再充压、吸 变压吸附制氮装置工艺流程图 工作原理 空压机产生高压空气（0.６MＰa－0.８MＰa）经过空气储气罐缓冲—→Ｃ级过滤器（主要过滤压缩空气中的水分）—→冷干机干燥除水—→Ｔ级过滤器（主要过滤压缩空气中的水和油）—→Ａ级过滤
器（主要过滤压缩空气中的油）—→活性碳过滤器（过滤油）—→吸附塔１（进入吸附塔的压缩空气是经ＰＬＣ编程器控制1、2、3、4、5、6、7、8、9气动阀的关、闭来实现气体的流向、吸附塔的加压吸附、减压解吸的过程）—→吸附塔2—→氮气储气罐—→流量计—→仓房
PSA变压吸附制氮和故障处理探讨
PSA 变压吸附制氮和故障处理探讨 雷志华 （浙江宁波春晓天然气处理厂，浙江宁波315830） 摘要：氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆（惰化）或防止工作介质被氧化等场所， 被广泛用于石油化工、 天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。文章介绍了变压吸附制氮装置的配置、工作原理及PSA 制氮装置的应用以及简单故障处理。关键词：变压吸附；制氮装置；PSA ；故障处理；吸附分离系统中图分类号：TQ116文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）17-０００９－０２ ２００９年第１７期（总第１２８期） Ｃｈｉｎｅｓｅｈｉ－ｔｅｃｈｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ NO.17.2009 （CumulativetyNO.128） 中国高新技术企业 一、概述 氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆（惰化）或防止工作介质被氧化等场所，被广泛 用于石油化工、 天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。 变压吸附制氮是近来发展起来的高效节能的新型气体分 离技术。 它利用空气作原料，在有电能的条件下制取氮气。国外ＰＳＡ工业制氮应用是在２０世纪８０年代初期，经过近３０多年研究开发，变压吸附装置在降低能耗、降低投资、工艺流程简化、提高可靠性方面，都有了很大的进步，得以广泛应用。 二、基本流程和配置 根据氮气用量和使用要求，各装置的流程略有差异，但是基本流程和配置为： 空气压缩机→储罐→管道过滤器→冷冻干燥机（或其他再生干燥塔）→（超）精过滤器→高效除油器→缓冲储罐→吸附塔Ａ／Ｂ（两塔流程）→粉尘过滤器→氮气缓冲储罐→氮分析仪→用户。 空气经压缩机压缩至０．８ＭＰａ，经空气储罐冷却至常温，再 经管道过滤器油液分离进入冷冻式干燥机，流经精过滤器、 超精过滤器和高效除油器除去油及液态水到达缓冲储罐，再进入碳分子筛吸附塔组成的变压吸附分离系统，压缩空气从容器底 部进入后，空气中氧气、 二氧化碳和水分被吸附剂选择吸附，其余组份（主要为氮气）则从出口端流出，经粉尘过滤器进入氮气 缓冲罐，经氮气缓冲罐后作为产品氮气输出。 之后，吸附塔经均压、减压至常压等过程，脱除所吸附的杂质组份，完成碳分子筛 的再生。两吸附塔循环交替操作， 连续送入空气，连续产出氮气。氮气经计量及氮气分析仪分析纯度达标后进入氮气输送总管供使用。上述过程，由ＰＬＣ控制系统自动控制。氮气纯度可高达９９．９９％，氮气压力基本设计在０．６ＭＰａ左右。 三、变压吸附制氮与再生技术基本原理 吸附剂是ＰＳＡ制氮设备的核心部分，变压吸附常使用碳分 子筛（ＣＭＳ），是一种非极性速度分离型吸附材料。常以煤为主要原料，纸张或焦油为粘结剂经过特殊加工而成活性碳，粒径平均为１．５ｎｍ，是一种半永久的吸附剂。分子筛在生产过程中添加磁性氧化铁，可大幅提高其吸附性能。ＣＭＳ充满微孔和空腔， 能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道 大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子、 极性程度不同的分子、 沸点不同的分子、饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。当气体与多孔的分子筛接触时，因分子筛表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或表面引力场，使气相中的可被吸附的氧分 子碰撞到分子筛表面后，即被吸附。 随着吸附的进行，吸附于表面的氧分子逐渐增加，吸附表面逐渐被氧分子覆盖，分子筛再吸附的能力下降，最终失去吸附能力，即达到吸附平衡；利用分 子筛吸附剂对不同气体组分在吸附量、 吸附速度（分子直径小的氧分子比分子直径稍大的氮分子在运动中的扩散速度要快 十倍） 、吸附力等方面的差异，以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化，因此可在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，减低压力解吸所吸附的杂质组份，从而实现气体分离以及吸附剂的循环使用。 变压吸附制氮技术，一般采用ＰＳＡ碳分子筛为吸附剂（岩谷生产的１．５ＧＮ－Ｈ型分子筛），碳分子筛对氧氮的吸附速度相差很大（如图１所示），在短时间内（最佳吸附时间为６８秒）加压情况下，氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度，氧分子被碳分子筛大量吸附，而氮分子吸附很少，利用该特性来完成氧氮分 离。 碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而减少，减低压力，被吸附的氧分子则从碳分子筛中逸出，通过塔的下部进入消音器后排出大气，即可解吸，完成碳分子筛的再生。另外，碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力，且较易减压解吸。通常 ＰＳＡ制氮机采用双吸附并联交替进行吸附产氮，解吸再生，实 现氧、 氮分离，连续供气。图1碳分子筛对氧氮的吸附动力学曲线 9--
制氮原理
一.氮气的作用: 在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。首先，利用它“性格孤独”的特点，我们将它充灌在电灯泡里，可防止钨丝的氧化和减慢钨丝的挥发速度，延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。在博物馆里，常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里，这样就能使蛀虫在氮气中被闷死。 氮气在各行各业中的应用： 〃金属热处理：为各种工业炉提供氮气保护、渗氮、光亮退火、防氧化。 〃电子工业：用于提供保护气、稀释气、携带氧和自动化系统半导体、电子元件加工等氮气保护。 〃粉末冶金：粉末烧结氮气保护，磁性材料烧结。 〃铝加工业：铝制品加工，铝薄轧制气体保护。 〃石油化工：管道容器贮罐充氮、置换、检漏、可燃气体隔离保护，制造炸药等 〃医药医疗：制药原料、药物充氮包装、运输及保护中草药品防蛀、防腐。 利用液氮给手术刀降温，就成为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血，手术后病人能更快康复。 ·海运：各种化工产品、油品、液态天然气体充氮运输。 〃易燃易爆品保护：防止库房、贮井尘爆，煤矿灭火。 〃合成纤维：充氮拉丝防止氧化。 〃浮法玻璃：生产过程中气体保护、防锡槽氧化。 〃粮食仓储：杀虫、保鲜、贮藏。 二.工业制氮
以空气为原料，l利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。 工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。 Ａ.深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。目前,我公司就使用深冷空分制氮. Ｂ.分子筛空分制氮 以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。 Ｃ.膜空分制氮 以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在
变压吸附(PSA)制氮原理及工艺基本知识
变压吸附（PSA）制氮技术原理及工艺基本知识 一、基础知识 1 氮气知识 1.1 氮气基本知识 氮气作为空气中含量最丰富的气休，取之不竭，用之不尽。氮气为双原子气体，组成氮分子的两个原子以共价三键相联系，结合得相当牢固，致使氮分子具有特殊的稳定性，在巳知的双原子气体中，氮气居榜首。氮的离解能(氮分子分解为原子时需要吸收的能量)为941.69kJ?moL-1。氮的化学性质不活泼，在一般状态下表现为很大的惰性。在高温下，氮能与某些金属或非金属化合生成氮化物，并能直接与氧和氢化合。在常温、常压下，氮是无色、无味、无毒、不燃、不爆的气体，使用上很安全。 在常压下，把氮气冷至-196℃将变成无色、透明、易于流动的液氮。液氮将凝结成雪花状的固体物质。 氮气是窒息性气体，能致生命体于死亡。 氮气(N 2)在空气中的含量为78.084%（空气中各种气休的容积组分为：N 2 ：78.084%、 O 2:20.9476%、氪气：0.9364%、CO 2 :0.0314%、其它还有H 2 、CH 4 、N 2 0、0 3 、S0 2 、N0 2 等， 但含量极少），分子量为28,沸点：－195.8℃, 冷凝点：－210℃。 1.2 氮气的用途 氮气的惰性和液氮的低温被广之用作保护气体和冷源。以氮气为基本成份的氮基气氛热处理，是为了节能和充分利用自然资源的一种新工艺新技术，它可节省有机原料消耗。氮还有“灵丹妙药”之称而受人青睐，它和人的日常生活密切相关。例如，氮气用于粮食防蛀贮藏时，粮库内充入氮气，蛀虫在36h内可全部因缺氧窒息而死，杀灭1万斤粮食害虫，约只需几角钱。若用磷化锌等剧海药品黑杀，每万斤粮食需耗药费100多元，而且污染粮食，影响人民健康。又如充氮贮存的苹果，8个月后仍香脆爽口，每斤苹果的保鲜费仅需几分钱。茶叶充氮包裝，1年后茶质新鲜，茶汤清澈明亮，滋味淳香。 2 压力知识 变压吸附 (PSA)制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂碳分子筛最佳吸附压力为0.75～0.9MPa, 整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲
PSA制氮机
杭州辰睿空分设备制造有限公司专业提供化工行业专用制氮机，产量从5-3000Nm3/h，纯度从95%--99.999%的氮气，可广泛应用于化工、电子、纺织、煤炭、石油、天然气、医药、食品、玻璃、机械、粉未冶金、磁性材料等行业。 PSA变压吸附制氮机参数 氮气流量：5-3000Nm3/h 氮气纯度：95-99.999% 氮气压力：0-0.6Mpa 露点：≤-40℃（常压下） PSA变压吸附碳分子筛制氮机 一、PSA变压吸附碳分子筛制氮机工作原理 变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。它是以空气为原材料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。碳分子筛对氮和氧的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相。这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。 二、PSA变压吸附碳分子筛制氮机工艺流程 原料空气经空压机压缩后进入后级空气储罐，大部分油、液态水、灰尘附着于容器壁后流到罐底并定期从排污阀排出，一部分随气流进入到压缩空气净化系统。
空气净化系统由冷干机及三支精度不同的过滤器及一支除油器组成，通过冷冻除湿以及过滤器由粗到精地将压缩空气中的液态水、油、及尘埃过滤干净，使压缩空气压力露点降到2～10℃，含油量降至0.001PPm，尘埃过滤到0.01μm，保证了进入PSA制氮机原料气的洁净。 净化后的空气经过两路分别进入两个吸附塔,通过制氮机上气动阀门的自动切换进行交替吸附与解吸，这个过程将空气中的大部分氮与少部分氧进行分离，并将富氧空气排空。氮气在塔顶富集由管路输送到后级氮气储罐，并经流量计后进入用气点。 三、PSA变压吸附碳分子筛制氮机技术特点 1、原料空气取自自然，只需提供压缩空气和电源即可制氮气。设备能耗低，运行成本费用少。 2、氮气纯度调整方便，氮气纯度只受氮气排气量的影响，普通制氮纯度在95%－99.99%之间任意调节；高纯度制氮机可在99%－99.999%之间任意调节。 3、设备自动化程度高，产气快，可无人值守。启动、关机只需按一下按钮，开机10~15分钟内即可产氮气。 4、设备工艺流程简单，设备结构外形小，占地面积少，设备装置适应性强。 5、特殊气缸压紧装置，避免高压气流冲击导致分子筛粉化现象，行程超限时自动声光报警。 6、数显流量计带压力补偿、高精度的工业过程监控二次仪表，具有瞬时流量及累积计算的功能。（可选配） 7、进口分析仪在线检测，高精度，免维护。（可选配） 四、PSA变压吸附碳分子筛制氮机产品优势 经过多年的研发、试验与应用，我们在PSA制氮领域拥有多项独有的技术优势： 标准功能配置： 1、分子筛床层一次压紧报警、二次压紧自锁功能；
变压吸附制氮装置型号规格表
变压吸附制氮装置型号规格表(苏州恒大净化）HDFD-29型制氮机纯度：99% 型号规格产气量 Nm3/h）原料空气 （Nm3/h） 长×宽 （mm/mm） HDFD10-29 10 21 1400×800 HDFD20-29 20 42 1600×800 HDFD30-29 30 84 1800×900 HDFD40-29 40 126 1800×1000 HDFD50-29 50 156 2000×1000 HDFD60-29 60 198 2000×1000 HDFD80-29 80 238 2300×1200 HDFD100-29 100 316 2600×1200 HDFD150-29 150 396 3000×1400 HDFD200-29 200 594 3200×1800 HDFD300-29 300 792 3800×2000 HDFD400-29 400 1188 4200×2200 HDFD500-29 500 1578 4200×2200 HDFD600-29 600 1974 4600×2400 HDFD800-29 800 2370 5000×2400 HDFD1000-29 1000 3162 5000×2400 HDFD-39型制氮机纯度：99.9% 型号规格产气量 （Nm3/h） 原料空气 （Nm3/h） 长×宽 （mm/mm）HDFD5-39 5 30 1500×1000 HDFD10-39 10 60 1800×1200 HDFD20-39 20 90 2000×1200 HDFD30-39 30 120 2200×1400 HDFD40-39 40 144 2200×1400 HDFD50-39 50 180 2400×1400 HDFD60-39 60 240 2400×1400 HDFD80-39 80 300 2700×1600 HDFD100-39 100 436 3000×1600 HDFD150-39 150 570 3400×1800 HDFD200-39 200 864 3600×2200 HDFD300-39 300 1140 4200×2400 HDFD400-39 400 1422 4600×2600 HDFD500-39 500 1740 5000×2800 HDFD600-39 600 2280 5000×2800 HDFD800-39 800 2851 5400×2800 HDFD-59型制氮机纯度：99.999% 型号规格产气量 （Nm3/h） 原料空气 （Nm3/h） 长×宽 （mm/mm）HDFD5-59 5 30 1650×1100 HDFD10-59 10 60 1900×1300 HDFD20-59 20 120 2200×1400 HDFD30-59 30 189 2400×1500 HDFD40-59 40 252 2400×1600 HDFD50-59 50 318 2600×1600 HDFD60-59 60 378 2600×1600 HDFD80-59 80 504 2900×1800 HDFD100-59 100 630 3200×1800 HDFD150-59 150 948 3200×1800 HDFD200-29 200 1126 3600×2000 HDFD300-29 300 1896 3700×2400 HDFD400-29 400 2532 4400×2600 HDFD500-29 500 3162 4800×2800 HDFD600-29 600 3789 4800×2800 HDFD800-29 800 5064 5200×3000 HDFD-49型制氮机纯度：99.99% 型号规格产气量 （Nm3/h）原料空气 （Nm3/h） 长×宽 （mm/mm） HDFD5-49 5 21 1500×1000 HDFD10-49 10 42 1800×1200 HDFD20-49 20 84 2000×1200 HDFD30-49 30 126 2200×1400 HDFD40-49 40 156 2200×1400 HDFD50-49 50 198 2400×1400 HDFD60-49 60 238 2400×1400 HDFD80-49 80 316 2700×1600 HDFD100-49 100 396 3000×1600 HDFD150-49 150 594 3400×1800 HDFD200-49 200 792 3600×2200 HDFD300-49 300 1188 4200×2400 HDFD400-49 400 1578 4600×2600 HDFD500-49 500 1974 5000×2800 HDFD600-49 600 2370 5000×2800 HDFD800-49 800 3162 5400×2800
变压吸附制氮机操作规程
第一章总述 一、制氮机原理简介 变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。变压吸附（PSA）制氮机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。本厂生产的PSA空分制氮设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。 三、制氮工作原理： 1、变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内
部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂.其孔型分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。 四、制氮基本工艺流程： 制氮机基本工艺流程示意图 空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过中间均压阀连通，
变压吸附制氮机的工作原理及流程
变压吸附制氮机的工作 原理及流程 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
PSA制氮机工作原理及工艺流程 一、基础知识 1．气体知识 氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。氮气（N2）在空气中的含量为%（空气中各种气体的容积组分为：N2：%、O2：%、氩气：%、CO2：%、其它还有H2、CH4、N2O、 O3、SO2、NO2等，但含量极少），分子量为28，沸点：℃，冷凝点：-210℃。 2．压力知识 变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂——碳分子筛最佳吸附压力为~，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。 二、PSA制氮工作原理： JY/CMS变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示： 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。 碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来： 由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。 二、PSA制氮基本工艺流程：
变压吸附制氮使用说明书
目录 一、前言 二、PSA变压吸附空分制氮机理及操作特性 三、制氮机系统工程配置 四、安全警告 五、主机控制系统 六、技术文件 七、安装 八、维护与操作使用说明
一．前言 1．1 概述： PSA变压吸附空分制氮机是以压缩空气为原料，采用新型吸附剂碳分子筛，在常温下利用变压吸附原理，将空气中氧气和氮气加以分离，从而获得纯度大于95%的氮气。 本装置具有结构简单，操作方便，随用随开，能耗较低等优点，尤其适合于小规摸生产氮气的需要。广泛用于金属材料、机械零件的热处理保护气氛；合成纤维、石油化工、浮法玻璃等生产过程的充氮防氧化；食品保鲜；粮食储藏、中药防腐、茶叶保色等方面。1．2 适用范围 本说明书是关于操作和维护新恩工业PSA变压吸附制氮机系统的一般指南。其目的是帮助经过培训的操作人员进行系统的启动和停机，正常操作和一般性的维护调节。本说明书不适用于指示操作者进行特殊的操作和系统设置的更改。用户如需对系统的某些部分进行本说明书没有叙述的变更和修改，请与我公司直接联系，求得帮助。 二．PSA变压吸附空分制氮机理及操作特性 本公司的PSA制氮机采用的变压吸附法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择性的固体吸附剂-焦炭分子筛对氮和氧的选择性吸附，把空气中的氮和氧分离出来。焦炭分子筛是非极性分子，优先吸附氧。碳分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相；较大直径的气体（氮气）扩散较慢，较少进入分子筛固相。这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。 2．1 PSA变压吸附空分制氮系统特性 与传统的制氮法相比，该法具有以下优点： ●工艺流程简单，结构外形小，占地面积省； ●自动化程度高，产气快。启动、关机只需按一下按钮，开机20分钟内即可产气； ●能耗低，运行费用少, 原料空气取自自然，只需提供压缩空气和电源即可制氮。
新建一套变压吸附装置项目建议书
附件2 新建一套变压吸附制氮装置 项目建议书 编制人：___________________ 单位分管领导：_______________ 报告单位（公章）：___________ 2011年_8_月30日 新建一套变压吸附制氮装置项目建议书 1.隐患基本情况 氮气站装置1997年建成，搁置了十年。因化肥装置幵工的需要，2008年经过检修，2009年9月试运合格。运行二年多来，运行状况不稳定，无法及时满足大化肥装置的检修、吹扫置换时大量用氮气，严重制约化肥装置安全生产。 氮气站装置是由杭州制氧机厂成套提供，为炼油生产提供高纯度氮气。搁置十年，目前设备状况老化、可靠性差，装置运行故障率高，设备检维修工作量大，装置能耗较高。据了解氮气站空压机杭氧在全国总共也就生产了8套，现已全部淘汰，杭氧亦 不再生产该型号设备，因而备件购买困难，大都需要现场测绘定做。氮气站2#空压机就是因为哈弗套联接螺母松动，造成设备事故损坏而已经报废。因装置间歇生产，幵停频繁，对设备损耗大，对操作人员的技术素质和职业素养要求高。 2.编制的目的和范围 1）目的。为及时保证塔石化大化肥装置的检修、吹扫置换用氮气，保证化肥装置长周期安全平稳运行。 2）范围。为化肥装置配套新建一套变压吸附制氮装置
3. 编制原则 3.1 研究目的； 1 、目前的氮气站装置从运行二年多来情况看，因装置老化，运行状况不稳定，当化肥装置突发故障时，启动需要30 小时以上，无法及时满足化肥用氮气需求，对化肥装置正常生产存在安全隐患。 2、氮气站装置为炼油所建，采用深冷技术，要求的纯度高，运行成本高，能耗较高。因装置间歇开停频繁，对设备损耗大，放空噪音高，工作环境恶劣。 3、新建变压吸附装置能有效降低运行成本，一次性投资成本较少；?产品质量稳定、性能可靠。原装置开工需要30 小时以上，而产出产品后24 小时左右就贮存满，然后停运，又需要将装置加温吹除至常温，以备下次开工。这样的能量损耗极其大。 4、原氮气站岗位开工期间每班至少需要两人，建成后可以考虑和污水岗位联合值班，可以节约4 人。 3.2 工程界限；在炼油拆迁后的污水处理厂旁的空地上，新建一套变压吸附装置，保证化肥氮气需求。 3.3 工程内容。 新建一套变压吸附装置（含设备、阀门、仪表、电气、控制系统及存储设施）。具体由设计图纸定。管线可以接通原氮气站来的氮气管线，从而可以有效利用原有的氮气球罐进行氮气储存。 4. 隐患监控责任分工目前氮气站做好装置隐患及缺陷的消除，加强人员操作培训，做好装置检维修改造，提前做好准备。同时做好预防性维修工作。 5. 治理方案进行重新设计，新增一套变压吸附制氮气装置，提高对化肥装置运行的保障 性。 5.1 总体布局；考虑原氮气站装置在厂区的东北角，距离化肥装置远，需要人员单独值班看管，所以建议在污水处理厂旁的空地新增一套变压吸附制氮气装置，在目前人少高效的情 况下，便于人员合理分配和集中管理。 5.2 建设规模； 新建一套变压吸附制氮装置。氮气产量2000 NnVh，氮气纯度》99.9%，氮气压力：