制氮机工作原理

我们呼吸的空气中有大约 78% 都是氮气，而纯度较高的氮气在许多行业中具有广泛的实际应用。使用氮气的企业可以从自主制氮中获益

2023年11月28日

自主制氮

氮气是氧气藉以维持地球生命的载体。而其所具有的一系列特性使其成为许多工业应用的理想选择，它所起的作用不“仅仅是”使我们活着。氮气的重要特性在于它是一种惰性气体，这意味着它与其他物质的反应缓慢。这使其成为必须防止缓慢氧化（例如，电子行业中电路板的腐蚀）或快速氧化（例如，爆炸或火灾）的任何应用的理想选择。此外，氮气无味、无色，这意味着氮气是用于食品和饮料行业的理想介质，例如延长食品的保质期。由于氮气具有这些特性，从汽车和化学工业到水产养殖和注塑成型等许多行业对氮气的需求不断增加也就不足为奇了。

氮气：世界上丰富的气体

幸运的是，在我们呼吸的空气中氮气占比很高，含量丰富。但这并不意味着它随时可用于所有上述工业应用以及许多其他应用。我们可通过三种方式获取氮气。大部分公司可以租赁现场氮气储罐，用高压瓶输送气体，也可以自行生产。许多企业很快意识到，前两种选择需要依赖第三方供应商，不方便、效率低下且成本也很高。幸运的是，他们可以通过多种方式制氮，并针对所有应用控制气量、纯度和压力，确保他们可以全天候获得源源不断的氮气供应。

因此，自主制氮可提高生产的灵活性，并且因为没有第三方供应商参与，所以消除了持续的订单处理、灌装和交付成本，并腾出了储存氮气瓶所需的空间。

制氮机工作原理

简单来说，制氮机的工作原理就是：它将压缩空气中的氮分子与氧分子分离，从而得到纯净的氮气供应。可以使用膜片制氮机或连接至压缩机的 PSA（变压吸附）制氮机来制氮。但要使用哪种技术呢？这取决于您所需的氮气质量。例如，如果您只需要给轮胎充气或使用氮气来防止火灾发生/扑灭火灾，那么 90-99% 的低纯度氮气和膜片制氮机就够用了。但是，当您的应用必须达到 99.999% 或 10 PPM（百万分之几）甚至更高的纯度时（例如，在食品行业或注塑行业中），则需要使用 PSA 制氮机。

除了使公司可以控制所产生氮气的数量以及压力和纯度之外，制氮本身还有许多其他的益处。公司可以不再受市场价格波动的影响，可节省运输成本并可防止用气延误。此外，自主制氮的企业不必面对处理高压气瓶所带来的安全隐患，他们不会产生与汽化损耗相关的浪费，也无需退回永远不能完全清空的高压气瓶。随着时间的推移，对制氮机的初始投资会得到回报，因为与从第三方获得氮气相比，运营成本能够一直保持在显著较低的水平。

膜片制氮机

该技术通过使廉价压缩空气通过由单根中空纤维束组成的半透膜将空气分离成组分气体。每根纤维都非常小，具有理想的圆形横截面和穿过其中心的均匀孔。在模块的一端，压缩空气被引入纤维中，并在流经纤维孔时与膜片相接触。氧气、水蒸气和其他微量气体容易透过膜片纤维并排出，而氮气则留在膜片内并通过出口流出。因为水蒸气会透过膜片渗透出去，所以氮气流非常干燥，露点低至 -50°C (-58°F)。

膜片技术简单高效，采用紧凑的一体化装置，只需很少的维护，而且运营成本为零。它是所需氮气流量相对较低且纯度不超过 99% 的应用的理想选择。膜片技术的初始投资低于变压吸附 (PSA) 等高流量/高纯度技术。

变压吸附 (PSA) 制氮机

吸附是指物质（本例中为压缩空气）中的原子、离子或分子附着在吸附剂表面的过程。PSA 制氮机可分离氮气，压缩空气流中的其他气体（氧气、二氧化碳和水蒸气）均被吸附，留下的基本上是纯氮气。当分子与碳分子筛结合时，PSA 便能捕获压缩空气流中的氧气。这一过程发生在两个单独的压力容器（吸附塔 A 和吸附塔 B）中，每个容器均充满碳分子筛，在分离过程和再生过程之间切换。

洁净干燥的压缩空气进入吸附塔 A。由于氧分子比氮分子小，它们可以通过筛孔。氮分子无法通过筛孔，因此它们会绕过筛网，让用户能得到所需纯度的氮气。此阶段称为吸附或分离阶段。吸附塔 A 中产生的大部分氮气都会从系统中排出，可直接使用或储存。

接下来，所生成的氮气中的一小部分会以相反方向流入吸附塔 B。这种流量会将吸附塔 B 在之前吸附阶段捕获的氧气排出。通过释放吸附塔 B 中的压力，使碳分子筛丧失容纳氧分子的能力，使氧分子从筛网上分离出来，并被吸附塔 A 中的小氮气流带走。这种“清洁”过程为新氧分子在下一个吸附阶段附着在筛网上留出了空间。

PSA 技术可在具有高要求的应用中实现纯度高达 99.999% 的高流量氮气持续供给。PSA 制氮机的初始投资成本高于膜片制氮机，但其具有所产生的氮气流量和纯度更高的优势，而这些正是许多行业和应用所需的。

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