空分制氮機工藝及選型

空分制氮機是以空氣為原料，利用物理的方法,將其中的氧和氮分離而獲得。
工業中有三種，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

深冷空分制氮
深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。

特點：
1)低溫換熱器、精餾塔等低溫容器及管道置于保冷箱內，并充填有熱導率低的絕熱材料，防止從周圍傳入熱量，減少冷損，否則設備無法運行；

2)用于制造低溫設備的材料，要求在低溫下有足夠的強度和韌性，以及有良好的焊接、加工性能。常用鋁合金、銅合金、不銹鋼等材料；

3)空氣中高沸點的雜質，例如水分、二氧化碳等，應在常溫時預先清除。否則會堵塞設備內的通道，使裝置無法工作；

4)空氣中的乙炔和碳氫化合物進入空分塔內，積聚到一定程度，會影響安全運行，甚至發生爆炸事故。因此，必須設置凈化設備將其清除；

5)貯存低溫液體的密閉容器，當外界有熱量傳入時，會有部分低溫液體吸熱而氣化，壓力會自動升高。為防止超壓，必須設置可靠的安全裝置；

6)低溫液體漏入基礎，會將基礎凍裂，設備傾斜。因此必須保證設備、管道和閥門的密封性，要考慮熱脹冷縮可能產生的應力和變形；

7)被液氧浸漬過的木材、焦炭等多孔有機物質，當接觸火源或給以一定的沖擊力時，會發生激烈的燃爆。因此，冷箱內不允許有多孔性的有機物質。對液氧的排放，應預先考慮有專門的液氧排放管路和容器，不能走地溝；

8)低溫液體長期沖擊碳素鋼板，會使鋼板脆裂。因此，排放低溫液體的管道及排放槽不能采用碳素鋼制品； 　

9)氮氣、氬氣是窒息性氣體，其液體排放管應引至室外。氣體排放管應有一定的排放高度，排放口不能朝向平臺樓梯；

10)氧氣是強烈的助燃劑，其排放管不能直接排在不通風的廠房內。

分子篩空分制氮
1)基本原理

由于氧氣和氮氣在分子篩吸附劑微孔內擴散速度不同，當空氣經過分子篩時，直徑較小的氧氣分離以較快的速度向微孔內擴散，并優先被分子篩所吸附，剩下直徑較大的氮分子供用戶使用，而后再采用解吸方法釋放分子篩中的富氧成分。因此分子篩空分法要連續生產需使用二個吸附罐，切換使用。

2)工藝流程

分子篩空分制氮系統的核心分子篩（如碳分子篩），裝在吸附塔 A 和 B 之內，工作時壓縮空氣過濾后分別進入 A 塔和 B 塔， A 與 B 兩塔交替輪換進行加壓吸附產氮和減壓解吸再生的變壓吸附操作。實現氧氮分離，從而連續制氮。

3)特點
與傳統的深冷法相比它具有如下優點：
A.起動速度較快：通常在開機后30分鐘左右便可獲得合格的產品氮氣。而深冷法則需6小時以上的啟動時間。
B.隨時停機：可根據需要隨時開車和停機，即使停機數小時甚至幾天，都不會影響運行工況，而深冷則做不到。
C.實現自動化操作：設備少，運行正常后就可進行自動化及無人操作。而深冷裝置機組多。故障因素多，即使自動化程度很高也得有人看管。
D.裝置緊湊，占地面積小：因設備少無需建專用廠房，工程建筑投資省，而深冷機組復雜，占地面積大，故工程建設造價高。

膜空分制氮

1)原理
壓縮空氣由中空纖維膜分離器的纖維管程進料，其分離推動力就是氣體各組分的分壓在中空纖維內腔原料側與外腔（滲透側）所形成的分壓差，當氣流沿中空纖維內腔表面流動時，各組分在其分壓差的推動下，滲透到絲外。“快氣”如氧氣 H2O 迅速滲透。所以絲外（滲透）氣流量為富集氧氣，壓力為一大氣壓，被排放至大氣中。而那些氮氣、氫氣的溶解擴散速度較低，決定了它們通過膜的滲透速度較慢，因此管程（非滲透側）氣流為富集氮氣，氮氣壓力損失很小，產品氮的壓力只略低原料氣的壓力。

2)工藝流程
如上所述，薄膜空分制氮是利用空氣中的氧和氮通過中空纖維膜時的不同滲透率，把壓縮空氣分離為富氧和富氮的兩股氣流。薄膜空分制氮裝置由膜分離器，空壓機，加熱器等部分組成。在空分制氮流程中，中空纖維膜分離器是核心部分，過濾及加熱部分是為保證原料氣能清潔恒溫地進入膜分離器延長膜的使用壽命。分離器的左端是空氣入口．氣體進入空纖維膜后氧氣迅速滲透過去，從側口出去，氮氣繼續前進從分離器的右端出去。在系統中，分離器是并聯安裝的，并聯多少分離器可根據產氣量和空壓機排量等諸多因素而定。

3)特點
由于膜分離器原理及結構簡單合理，所以比深冷法和分子篩法具有更多的優越性，除分子篩空分法所具有的優點外，膜法還具有如下幾個特點：
A.啟動迅速：從開機到產出氮氣只需 5 分鐘左右，而深冷法需6個小時以上，分子篩需要30分鐘左右。
B.無運動部件：深冷及分子篩系統中均有運動部件，而膜法沒有，不需維修，可靠性高。
C.可移動性強：全部設備、儀表可以集中安裝在一個可移動的框架上，靈活性高，可在多種場合就地現場制氮。

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