制氮機(jī)

基礎(chǔ)知識(shí)

1．氣體知識(shí)氮?dú)庾鳛榭諝庵泻控S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?dú)獬Ｗ鳛楸Ｗo(hù)性氣體，用于隔絕氧氣或空氣的場(chǎng)所。氮?dú)猓∟2）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(diǎn)：-195.8，冷凝點(diǎn)：-210。2．壓力知識(shí)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?，F(xiàn)使用的吸附劑碳分子篩吸附壓力為0.75~0.9MPa，整個(gè)制氮系統(tǒng)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(jī)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?dú)獾淖詣?dòng)化設(shè)備。碳分子篩是一種以煤為主要原料，經(jīng)過研磨、氧化、成型、碳化并經(jīng)過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內(nèi)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?qū)崿F(xiàn)O2、N2的動(dòng)力學(xué)分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴(kuò)散至分子篩的微孔之中，而不會(huì)排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。碳分子篩對(duì)O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動(dòng)力學(xué)直徑的微小差別，O2分子的動(dòng)力學(xué)直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴(kuò)散速率，N2分子的動(dòng)力學(xué)直徑較大，因而擴(kuò)散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴(kuò)散同氧相差不大，而擴(kuò)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(duì)O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動(dòng)態(tài)吸附曲線直觀表現(xiàn)出來：由這兩個(gè)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(shí)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(yuǎn)沒有達(dá)到平衡（值），所以O(shè)2、N2擴(kuò)散速率的差別使O2的吸附量在短時(shí)間內(nèi)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(huán)周期，使壓縮空氣交替進(jìn)入吸附塔（也可以單塔完成）來實(shí)現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮?dú)狻?br />

制氮機(jī)制氫工作原理：

　　氨（氣態(tài)）在一定溫度下，經(jīng)催化劑（西南院Z204）作用下裂解為75％的氫氣和25％的氮?dú)?，并吸?1.9千卡熱量，其主要反應(yīng)為：

　　2NH3—3H2＋N2-21.9千卡

　　整個(gè)過程因是吸熱膨脹反應(yīng)，提高溫度有利于氨裂解，同時(shí)它又是體積擴(kuò)大的反應(yīng)，降低壓力有利于氨的分解，制氮機(jī)制氫設(shè)備為使用狀態(tài)。

　　三、氫氣純化工作原理：

　　當(dāng)制氮機(jī)制氫設(shè)備所產(chǎn)生的氫氣合格時(shí)再進(jìn)入氫氣純化作進(jìn)一步提純處理，裂解氫氣的純度很高，其中揮發(fā)性雜質(zhì)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(shù)。變溫吸附（TSA）技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子在不同溫度下吸附性能不同為基礎(chǔ)的一種氣體分離純化工藝。常溫時(shí)吸附雜質(zhì)氣，加溫時(shí)脫附雜質(zhì)氣，

　　分子篩表面全是微孔，在常溫常壓下可吸附相當(dāng)于自重20％（靜態(tài)吸附時(shí)的水份和雜質(zhì)，而在350℃左右的溫度下，可以再生完全，每24小時(shí)切換一次，以得到純度和雜質(zhì)含量均合格的產(chǎn)品氣體。吸附塔為兩塔并聯(lián)交替使用，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣。

制氮機(jī)操作規(guī)程及注意事項(xiàng)，并很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤操作及注意事項(xiàng)：（1）連接到電源，檢查水，電是否正常。（2）打開進(jìn)水閥（冷卻水）。（3） 啟動(dòng)空氣壓縮機(jī) - 吸干機(jī)（4）用于空氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到0.8兆帕，啟動(dòng)控制器，調(diào)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(dòng)按鈕觀測(cè)系統(tǒng)操作指令。（6）在氮罐壓力上升至約0.6MPa，打開氮?dú)獬隹陂y，流量調(diào)整到評(píng)級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。十幾分鐘后一次，取樣閥，打開氮?dú)獯祾卟蓸庸?，良好的氮測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)，純度指數(shù)測(cè)量，達(dá)到額定值后，可以潛入用戶使用氮?dú)?。作為使用在任何時(shí)間，請(qǐng)?jiān)谡顟B(tài)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(qǐng)定時(shí)排放。正在運(yùn)行的監(jiān)控和記錄：機(jī)器必須符合上述規(guī)程，定期檢查設(shè)備的運(yùn)行狀況，并做好記錄。監(jiān)視和記錄的時(shí)間的內(nèi)容，溫度，氣體的生產(chǎn)速度，氮?dú)饧兌?，氮?dú)鈮毫?，吸附壓力，原料空氣壓力的等停止使用的程序和注意事?xiàng)：（1）關(guān)閉氮?dú)獬隹陂y，取樣閥。（2）切斷氣源，關(guān)閉控制器電源，及機(jī)電源和空氣壓縮機(jī)的機(jī)械和電氣源。（3）本機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。（4）注意關(guān)閉所有閥門。