制氮机原理、分类、特点、用途及结构等知识

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制氮机原理

空气经压缩机压缩过滤后进入高分子膜过滤器，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率不同。根据这一特性，可将各种气体分为“快气”和“慢气”。当混合气体在膜两侧压力差的作用下，渗透速率相对快的气体，如水、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳和氩气等气体则被滞留在膜的侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。

制氮机分类

1、深冷空分制氮

深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12~24h)，安装要求高、周期较长，综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3/h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%~50%，深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。

2、分子筛空分制氮

以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮，此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15~30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3/h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。

3、膜空分制氮

以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离，和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98%的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。

制氮机特点

1、产氮气方便快捷：

先进的技术，独特的气流分布器，使气流分布更均匀，高效地利用碳分子筛，20分钟左右即可提供合格的氮气。

2、使用方便：

设备结构紧凑、整体撬装，占地小无需基建投资，投资少，现场只需连接电源即可制取氮气。

3、比其它供氮方式更经济：

PSA工艺是一种简便的制氮方法，以空气为原料，能耗仅为空压机所消耗的电能，具有运行成本低、能耗低、效率高等优点。

4、机电一体化设计实现自动化运行：

进口PLC控制全自动运行，氮气流量压力纯度可调并连续显示，可实现无人值守。

5、运用范围广：

金属热处理过程的保护气，化学工业生产用气及各类储罐、管道的充氮净化，橡胶、塑料制品的生产用气，食品行业排氧保鲜包装，饮料行业净化和覆盖气，医药行业充氮包装及容器的充氮排氧，电子行业电子元件及半导体生产过程的保护气等。纯度、流量、压力稳定可调，满足不同客户的需要。

制氮机用途

1、石油天然气行业专用制氮机适用于大陆石油及天然气开采、沿海及深海石油及天然气开采中的氮气保护、输送、覆盖、置换、抢险、维修、注氮采油等领域，具有安全性高、适应强、连续性生产待特点。

2、化工行业专用制氮机适用于石油化工、煤化工、盐化工、天然气化工、精细化工、新材料等及其衍伸化工产品加工行业，氮气主要用于覆盖、吹扫、置换、清洗、压力输送、化学反应搅动、化纤生产保护、充氮保护等领域。

3、冶金行业专用制氮机适用于热处理、光亮退火、保护加热、粉末冶金、铜材铝材加工、磁性材料烧结、贵金属加工、轴承生产等领域。具有纯度高、连续生产、部分工艺要求氮气含一定量的氢以增加光亮度等特点。

4、煤矿行业专用制氮机适用于煤炭开采中的防火灭火、瓦斯及煤气稀释等领域，具有地面固定式、地面移动式、井下移动式三种规格，充分满足不同工况下的氮气需求。

5、橡胶轮胎行业专用制氮机适用于橡胶及轮胎生产硫化过程中的氮气保护、成型等领域，特别是在全钢子午线轮胎生产中，用氮气硫化新工艺已逐步取代蒸汽硫化工艺，具有氮气纯度高、连续性生产、氮气压力较高等特点。

6、食品行业专用制氮机适用于粮食绿色仓储、食品充氮包装、蔬菜保鲜、酒类封(罐)装和保存等。

7、防爆型制氮机适用于化工、石油天然气等对设备有防爆要求的场所。

8、制药行业专用制氮机主要用于药品生产、储存、封装、包装等领域。

9、电子行业专用制氮机适用于半导体生产封装、电子元器件生产、LED、LCD液晶显示器、锂电池生产等领域，制氮机具有纯度高、体积小、噪声低、能耗低等特点。

10、集装箱式制氮机适用于石油、天然气、化工及其它相关领域，即有适应性强、可移动作业等特点。

11、车载移动式制氮车适用于石油天然气行业的开采、管道吹扫、置换、应急抢险、易燃气体、液体的稀释等领域、分为低压、中压、高压系列，具有机动性强、可移动作业等特点。

12、汽车轮胎冲氮氮气机，主要用于汽车4S店、汽车维修厂的汽车轮胎冲氮，可延长轮胎使用寿命，降低噪音和油耗。

制氮机结构

变压吸附制氮设备包括：空气净化组件、空气储罐、氮氧分离系统、氮气缓冲系统、电气控制系统五大部分组成。      

1、空气净化组件由管道过滤器、精过滤器、超精过滤器、冷冻干燥机、除油器等组成，其作用是除去压缩空气中的尘埃、水和油，为氮氧分离系统提供清洁的原料——空气。      

2、空气储罐组件由空气储罐、安全阀、球阀等组成，其作用是保证系统用气平稳外，还可以降低压缩空气的出气温度，使压缩空气中水、油等杂质随压缩空气温度的降低而分离出来，有利于延长后处理设备寿命，同时提高压缩空气的品质。      

3、氮氧分离系统是制氮设备的主要部件，由两个交替工作的吸附塔（塔内装碳分子筛）和气动阀、节流阀、消音器等组成。根据碳分子筛对空气中主要成分氧气和氮气的吸附速率不同，在加压吸附和降压脱附过程中实现氮氧分离，而加压吸附与降压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀并由电磁阀控制相应的气动阀自动运行。     

4、氮气缓冲系统主要由缓冲罐、粉尘过滤器、流量计、调压阀、气动阀、节流阀、氮气纯度分析仪等组成。其主要作用是使氮气压力、纯度和流量平稳，氮气纯度分析仪可即时测出氮气纯度，并自动控制气动阀将不合格氮气排空。

制氮机操作步骤    

1、开机步骤：  

打开电源开关→打开干燥机→打开制氮机→打开空压机→打开测氮仪→按制氮机启动键（当压力在0.3以上）→打开放气阀（等到压力到0.8且氮气纯度到99.9关闭放气阀）→接通储气罐→打开储气罐氮气出口开关。

2、关机步骤：  

关闭空压机→关闭储气罐入气开关→关闭干燥机→关闭测氮仪→关闭制氮机→关闭总电源。备注：每次包装结束后关闭氮气出口开关，下次可继续使用。

制氮机注意事项

1、定期排水，排水口处于储气罐下方；

2、定期检查各连接处与法兰是否具有密封性，是否有跑冒滴漏等现象，如果有，则停机排除，再开机；

3、检查各个压力表是否正常，是否在检验期内，有无磨损与模糊不清情况；  

4、定期检测安全阀是否符合工艺参数；

5、做好清洁卫生。

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