制氮機是目前市場上比較常見的一種制氮設備,以空氣為原材料,通過技術手段把空氣中的氮氣和氧氣進行分離,從而獲得氮氣。目前市場上制氮機的制單方式主要有:冷制氮機、變壓吸附制氮機和膜分離制氮機三種。用戶可以根據自己的實際需求來選擇制氮方式。
PSA制氮方式
PSA制氮機是以空氣為原材料,把空氣中的氮氣和氧氣進行分離。其中分子篩主要的作用就是對空氣中的氧和氮進行分離的,讓這兩種氣體在碳分子篩表面上的擴散速率不同,直徑較小的氣體(氧氣)分子擴散速率就比較快,所以就會有很多進入分子篩微孔中。而直徑比較大的氣體分子(氮氣)擴散速率就會比較慢,進入到分子篩中的就比較少,這樣就可以收集到大量的氮氣分子。所以,利用分子篩對氧氣和氮氣在某一個時間內吸附量的差別這一特點,采用全自動控制系統按特定程序來進行加壓吸附,完成氮氧分離,獲得所需高純度的氮氣。
PSA制氮機的結構圖如下:
深冷制氮方式
深冷制氮技術的核心在于以空氣為原材料,通過一系列復雜的處理過程獲取氮氣。這個過程涉及空氣的壓縮、凈化以及通過熱交換實現其液化成為液態空氣。液態空氣中主要包含液態氧和液態氮,兩者的沸點在大氣壓下存在顯著差異:液態氧的沸點為-183℃,而液態氮的沸點為-196℃。利用這一性質差異,通過精餾技術,可以有效地將液態氧和液態氮分離,從而得到所需的氮氣。
然而,深冷制氮技術并非沒有局限性。設備結構復雜,占地面積大,導致基建費用高昂。設備的一次性投資較大,運行成本也相對較高。該技術的產氣速度相對較慢,通常需要12到24小時,且安裝要求高,周期較長。
考慮到上述因素,對于制氮規模在3500Nm3/h以下的情況,使用相同規格的PSA裝置相較于深冷裝置在投資規模上具有明顯優勢,能夠節省20%到50%的投資成本。因此,深冷制氮裝置更適宜于大規模的工業制氮需求,而對于中、小規模的制氮需求,經濟性則相對較差。
深冷制氮的結構圖如下:
膜分離制氮方式
膜分離制氮技術是一種高效且靈活的氣體分離方法,它主要利用空氣作為原料,并在特定的壓力條件下進行操作。工作原理基于不同性質的氣體(如氧和氮)在膜材料中具有不同的滲透速率,從而實現氧和氮的有效分離。
相比于其他制氮設備,膜分離制氮技術具有顯著的優勢。它的結構更為簡潔,占地面積小,便于部署和使用。由于它不需要切換閥門,維護工作量也相應減少,從而降低了運行成本。產氣速度快,通常在3分鐘以內即可達到穩定狀態,非常適合對氮氣需求快速響應的場合。該技術還具備增容方便的優點,能夠根據實際需要輕松調整產氣量。
膜分離制氮技術尤其適用于中、小型氮氣用戶,特別是當氮氣純度要求不高,即≤98%時。然而,當氮氣純度要求超過98%時,與相同規格的PSA制氮機相比,膜分離制氮技術的價格可能會高出15%以上。因此,在選擇制氮技術時,用戶需要根據自身的實際需求和經濟條件進行綜合考慮。
膜分離制氮的結構圖如下: