2025年10月21日
什么是制氮机？
制氮机是一种工业系统，通过将氮气与周围空气分离，在现场产生氮气。普通空气约为 78% 的氮气和 21% 的氧气，还有少量的其他气体。虽然氮气在大气中含量较大，但由于大多数工艺需要更高纯度或受控流量和压力的气体，因此不能一直直接用于工业。
制氮机通过过滤压缩空气并将氮分子与氧气、二氧化碳和水蒸汽隔离来执行此任务。这样可以长久稳定地供应纯化氮气，供工业使用。在实践中，这意味着公司不再需要依赖交付的钢瓶或散装储罐，这可能成本高昂，物流方面也很少有限制。
制氮机功能：制氮机的主要功能是根据所需的纯度水平提供连续、可靠和按需的氮气源。这对于必须控制或防止氧化的行业至关重要，例如 :
- 电子制造 : 防止电路板腐蚀。
- 食品和饮料行业：通过减少氧气接触延长保质期。
- 汽车和轮胎充气 : 优化稳定性和安全性。
- 化学加工 : 提供惰性气体以防止不需要的反应。
通过内部制氮，企业可以获得更多的独立性和灵活性，同时避免定期交付和处理高压气瓶。
制氮机的工作原理是什么？
制氮机的工作原理是将氮分子与压缩空气中的氧气和其他气体分离，从而产生受控的氮气流。此过程称为氮气生产，可通过不同的制氮方法实现。
要从空气中生成氮气，生成器首先接收清洁干燥的压缩空气流。在装置内部，分离技术分离氮分子，同时去除氧气、二氧化碳和水蒸汽。产生的纯化氮气可立即使用或储存以供日后使用。
先进的制氮系统主要采用两种技术：
膜式制氮机 - 使用半渗透性纤维分离气体的紧凑型装置。
变压吸附 (PSA) 制氮机 - 使用碳分子筛实现极高氮气纯度的系统。
氮气的选择取决于所需的氮气质量和应用。例如，充气轮胎或灭火可能只需要 90-99% 的纯度，其中一个膜单元就足够了。相比之下，食品包装或塑料等行业通常需要高达 99.999% 的纯度，而只有使用 PSA 技术才能达到这一点。
制氮系统
制氮系统是现场制氮、存储和分配氮气所需的完整装置。虽然发电机是核心组件，但其他几个元件协同工作，以确保稳定运行和气体质量。
标准氮气生产设备包括：
- 空气压缩机 : 提供压缩空气。
- 干燥机 : 去除空气中的水分。
- 过滤器 : 捕获油蒸汽和固体颗粒。
- 贮气罐 : 稳定压力和流量。
- 制氮机 : 将氮气与氧气及微量气体分离。
- 氮气储气罐 : 存储生产的氮气以满足高级需求。
氮气既可以直接从制氮机出口取用，也可以暂存在储罐中，以实现持续供应。
制氮机装置的典型布局
膜式制氮机
这项技术通过让低成本的压缩空气流经半透膜（由多束独立的中空纤维组成），将空气分离为不同组分的气体。每根纤维直径极小，横截面呈标准圆形，中心有均匀的孔道。在模块的一端，压缩空气被导入纤维内部，并在流经纤维孔道时与膜接触。氧气、水蒸气及其他微量气体能轻易渗透过膜纤维并被排出，而氮气则被截留在膜内，最终从出口流出。由于水蒸气会透过膜体，因此产生的氮气流干燥度极高，露点可低至 - 50°C（-58°F）。
膜分离技术简单高效，设备为紧凑的一体化机组，维护需求低，且无运行成本。对于氮气需求量相对较低、纯度要求不超过 99% 的应用场景，该技术是理想选择。与变压吸附（PSA）等大流量 / 高纯度技术相比，膜分离技术的初期投资更低。
变压吸附 (PSA) 制氮机
吸附是物质（此处为压缩空气）的原子、离子或分子粘附在吸附剂表面的过程。
PSA 发生器可隔离氮气，压缩空气流中的其他气体（氧气、二氧化碳 和水蒸汽）被吸附，留下基本上纯氮气。
PSA 会在分子与碳分子筛结合时捕获压缩空气流中的氧气。这在两个单独的压力容器（塔 A 和塔 B）中发生，每个容器都装有碳分子筛，可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 技术可在高达 99.999% 纯度的高要求应用中实现连续高容量氮气流。与膜式制氮机相比，PSA 制氮机的初始投资成本更高，但它们具有一些行业和应用所要求的更高流量和更高纯度的优势。
PSA 与膜式发生器
PSA 装置可提供超高纯度，但更为复杂，而膜系统则更简单、更坚固。在这两种情况下，氮气生成器维护对于保持性能一致至关重要。
|
PSA |
膜片 |
可实现的纯度 |
效率达 99.999% |
效率达 99.9% |
效率 |
更高 |
高 |
性能与温度 |
高温下较低 |
高温下更高 |
系统复杂性 |
中 |
低 |
保养强度 |
低 |
非常低 |
压力稳定性 |
进气/出气波动 |
稳定 |
流量稳定性 |
进气/出气波动 |
稳定 |
起动速度 |
分钟/小时 |
秒 |
对水（蒸气）的敏感性 |
压力露点高达 8°C |
不得有液态水 |
对油的敏感性 |
不允许有油 (< 0.01mg/m³) |
不允许有油 (< 0.01mg/m³) |
噪声水平 |
高（放空峰值） |
非常低 |
重量 |
中 |
低 |
膜分离系统通常所需维护较少，因为其没有活动部件，且敏感组件数量更少 —— 这一特点使其非常适合需要避免停机的环境。
变压吸附（PSA）系统需要更注重进气质量、过滤器及吸附介质的维护，但配合规范的制氮机维护计划使用时，可为高要求应用场景提供高纯度与高性能的氮气。
制氮机的工业应用领域
氮气在工业中广泛应用，因为它是惰性的、无味的，可防止氧化。现场制氮机以正确的纯度和流量供应氮气，减少了对瓶装供应的依赖，同时确保稳定的气体供应。
主要应用包括以下方面：
- 化学加工 : 氮气用于形成惰性条件，防止爆炸或不必要的反应。化工行业的制氮机可使操作人员保持安全，同时降低气体采购成本。
- 食品和饮料生产 : 受控的环境有助于延长保质期并保持口味。在包装生产线上，用于食品行业的制氮机可冲洗包装中的氧气，而在饮料工厂中，氮气可在装瓶和储存过程中保护液体。
- 汽车行业：充氮轮胎可以更长时间地保持压力，减少橡胶的氧化。使用轮胎制氮机可确保为服务中心和车队运营商提供可靠的供给。
简而言之，当询问 " 制氮机的用途是什么？"，答案涵盖了从实验室和塑料到水产养殖和制药的广泛范围，无论何处需要无氧或低氧环境。
现场制氮的优势
内部制氮使公司能够直接控制产量、纯度和压力。除了灵活性外，与依赖外部供应商相比，还具有显著的运营和财务优势。
主要的优势包括：
- 成本稳定性：不受瓶装或散装氮气市场价格波动的影响。
- 降低物流成本 : 无需运输费用、交货安排或气瓶退货处理。
- 安全改进 : 消除了存储和处理高压瓶的风险。
- 无浪费 : 避免液罐和气瓶中未使用的残余气体蒸发损失。
- 可靠性：全天候持续供应，降低生产停机风险。
- 长期节省 : 虽然设备需要预先投资，但随着时间的推移，运营成本显著降低。
这些因素使得现场制氮不仅是一种技术解决方案，而且在日常运营中也是一种优化安全、效率和成本管理的方法。详细了解现场制氮的优势。
选择合适的制氮机
每种应用在氮气流量、纯度和运行条件方面都有不同的需求。合适的系统可确保效率、安全性和长期成本节省。对于一些行业而言，紧凑型膜发生器可能就足够了，而其他行业则需要 PSA 技术提供的超高纯度。
由于选择取决于技术和经济因素，因此通常最好与能够将系统与工艺相匹配的专家一起审查要求。
咨询空气系统专业人员，了解内部制氮的理想解决方案。
常见问题
制氮机的用途是什么？
制氮机用于为工业过程提供连续的氮气供应。应用包括食品包装、饮料装瓶、轮胎充气、化学加工、电子制造和实验室工作。
制氮机是否需要压缩空气？
是的。所有制氮机都依赖于压缩空气来源。空气经过过滤、干燥，然后在发生器内进行处理，其中氮气与氧气和其他气体分离。
氮气是如何在工业中生产的？
工业氮气通常使用低温蒸馏或现场制氮机生产。低温工厂在非常低的温度下分离气体，而 PSA 和膜片装置等制氮机直接从压缩空气中分离氮气。
制氮的不同类型有哪些？
有两种主要类型：
- 膜式制氮机 - 紧凑、低维护的装置，满足中等纯度需求。
- 变压吸附 (PSA) 制氮机 - 能够提供高至超高纯度氮气的大型系统。
