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制氮機

基礎知識

1．氣體知識氮氣作為空氣中含量豐富的氣體，取之不竭，用之不盡。它無色、無味，透明，屬于亞惰性氣體，不維持生命。高純氮氣常作為保護性氣體，用于隔絕氧氣或空氣的場所。氮氣（N2）在空氣中的含量為78.084%（空氣中各種氣體的容積組分為：N2：78.084%、O2：20.9476%、氣：0.9364%、CO2：0.0314%、其它還有H2、CH4、N2O、O3、SO2、NO2等，但含量），分子量為28，沸點：-195.8，冷凝點：-210。2．壓力知識變壓吸附（PSA）制氮工藝是加壓吸附、常壓解吸，必須使用壓縮空氣。現使用的吸附劑碳分子篩吸附壓力為0.75~0.9MPa，整個制氮系統中氣體均是帶壓的，具有沖擊能量。

PSA制氮工作原理：變壓吸附制氮機是以碳分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣，從而分離出氮氣的自動化設備。碳分子篩是一種以煤為主要原料，經過研磨、氧化、成型、碳化并經過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑，呈黑色，其孔型分布如下圖所示：碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠實現O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴散至分子篩的微孔之中，而不會排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學直徑的微小差別，O2分子的動力學直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率，N2分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氧相差不大，而擴散較慢。終從吸附塔富集出來的是N2和Ar的混合氣。碳分子篩對O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動態吸附曲線直觀表現出來：由這兩個吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加，可使O2、N2的吸附量同時增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短，O2、N2的吸附量遠沒有達到平衡（值），所以O2、N2擴散速率的差別使O2的吸附量在短時間內大大超過N2的吸附量。變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環周期，使壓縮空氣交替進入吸附塔（也可以單塔完成）來實現空氣分離，從而連續產出高純度的產品氮氣。

制氮機制氫工作原理：

　　氨（氣態）在一定溫度下，經催化劑（西南院Z204）作用下裂解為75％的氫氣和25％的氮氣，并吸收21.9千卡熱量，其主要反應為：

　　2NH3—3H2＋N2-21.9千卡

　　整個過程因是吸熱膨脹反應，提高溫度有利于氨裂解，同時它又是體積擴大的反應，降低壓力有利于氨的分解，制氮機制氫設備為使用狀態。

　　三、氫氣純化工作原理：

　　當制氮機制氫設備所產生的氫氣合格時再進入氫氣純化作進一步提純處理，裂解氫氣的純度很高，其中揮發性雜質只有微量的殘氨和水份，可見只須除去微量殘氨和水份即可獲得高純度氣體。

　　氣體提純采用變溫吸附技術。變溫吸附（TSA）技術是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子在不同溫度下吸附性能不同為基礎的一種氣體分離純化工藝。常溫時吸附雜質氣，加溫時脫附雜質氣，

　　分子篩表面全是微孔，在常溫常壓下可吸附相當于自重20％（靜態吸附時的水份和雜質，而在350℃左右的溫度下，可以再生完全，每24小時切換一次，以得到純度和雜質含量均合格的產品氣體。吸附塔為兩塔并聯交替使用，可實現連續供氣。

制氮機操作規程及注意事項，并很容易產生錯誤操作及注意事項：（1）連接到電源，檢查水，電是否正常。（2）打開進水閥（冷卻水）。（3） 啟動空氣壓縮機 - 吸干機（4）用于空氣罐內的壓力達到0.8兆帕，啟動控制器，調整以控制氣體回路0.25~0.35兆帕，吸附壓力為0.7MPa的壓力。（5）按下啟動按鈕觀測系統操作指令。（6）在氮罐壓力上升至約0.6MPa，打開氮氣出口閥，流量調整到評級，整個系統進入運行狀態。十幾分鐘后一次，取樣閥，打開氮氣吹掃采樣管，良好的氮測量儀器校準，純度指數測量，達到額定值后，可以潛入用戶使用氮氣。作為使用在任何時間，請在正常狀態下要注意是否有氣源。冷卻器，油水分離器，（每班排放通常一次），空氣冷卻器的貯水請定時排放。正在運行的監控和記錄：機器必須符合上述規程，定期檢查設備的運行狀況，并做好記錄。監視和記錄的時間的內容，溫度，氣體的生產速度，氮氣純度，氮氣壓力，吸附壓力，原料空氣壓力的等停止使用的程序和注意事項：（1）關閉氮氣出口閥，取樣閥。（2）切斷氣源，關閉控制器電源，及機電源和空氣壓縮機的機械和電氣源。（3）本機處于停機狀態。（4）注意關閉所有閥門。