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通用氮气机
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  • 变压吸附原理
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  • 选型指南

变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption,简称PSA技术):是一种先进的气体分离技术,以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,利用吸附剂在相同压力下易吸收高沸点气体、不易吸收低沸点气体,和高压下被吸收气体的吸附量增加、低压下被吸收气体的吸附量减少的特性来实现气体的分离。这种在压力下吸附杂质、减压下解吸杂质使吸附剂再生的过程,就是变压吸附循环。

如右上图所示,在吸附平衡情况下,碳分子筛在吸附同一气体时,气体压力越高则吸附剂的吸附量越大。反之,压力越低则吸附量越小。同时,在一定的吸附压力下,碳分子筛对氧的吸附量大大高于对氮的吸附量。

PSA制氮,也称碳分子筛空分制氮,正是利用这一原理,以空气为原料,以碳分子筛为吸附剂,运用变压吸附原理,利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附,实现空气中的氮和氧分离,生产出氮气。

PSA制氮,具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15~45分钟)、能耗低、产品纯度高、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。在3000Nm3/h以下的中、小型氮气用户应用广泛,PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。

1、压缩空气净化系统

碳分子筛是决定制氮机生产能力的关键材料,由于空压机提供的压缩空气通常含有油和水,油和水会降低碳分子筛的吸附能力,所以压缩空气在进入氧氮分离系统之前必须除油除水。

首先由压缩机将空气压缩至0.75-1.0MPa进入空气净化系统,由管道过滤器除去大部分水、油和机械杂质,然后由冷冻式干燥机冷却除水使压力露点达到2℃-10℃,再次经精过滤器、超精过滤器、活性炭除油器,得到压力为0.75-1.0MPa、压力露点为2℃-10℃、含油量≤0.01PPm的洁净压缩空气。

压缩空气净化系统由管道过滤器、冷冻干燥机、精过滤器、超精过滤器、活性炭除油器、自动排污阀、球阀等组成。


2、空气储罐系统

空气储罐系统的作用保证氧氮分离系统用气平稳,在氧氮分离系统切换时防止瞬间气流流速过快,影响空气净化效果,提高进入吸附器的压缩空气品质,有利于延长分子筛的寿命。

空气储罐系统由空气储罐、安全阀、截止阀、球阀、压力表等组成。


3、氧氮分离系统

氧氮分离系统是空气分离的核心部分,其主体是两个装满碳分子筛的吸附塔,当洁净压缩空气进入一吸附塔时,O2、CO2和微量H2O被碳分子筛吸附,氮气从出口端输出。当一塔在吸附制氮时,另一塔通过减压使吸附在分子筛中的O2、CO2和H2O从微孔中排出,实现分子筛的再生脱附。两塔交替进行吸附和再生,连续输出氮气。

氧氮分离系统由吸附塔、塔内装填的碳分子筛、气动阀、消声器、节流阀、压紧气缸、压力表等组成。


4、氮气缓冲系统

氮气缓冲系统主要作用在于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气的压力和纯度,保证连续供给氮气。同时,在吸附塔进行再生到吸附切换时,它将存储的部分合格氮气回充吸附塔保护床层,另外也有帮助吸附塔升压的作用。

氮气缓冲系统由缓冲罐、流量计、粉尘过滤器、调压阀、节流阀、安全阀等组成。


5、电气控制系统

电气控制系统的主要作用是设备启停操作、工作状态指示灯显示、故障声光报警指示、纯度显示和按设定程序驱动气动阀。

电气控制系统由可编程序控制器CPU、气源三联件、电磁阀、指示灯、微氧仪等组成,主要集中安装于电控柜。

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1. 卓越的等流气体分布技术

当压缩空气由管路进入吸附塔,由于管路口径小而吸附塔内径粗,造成压缩空气在吸附塔内流速不均匀,对着进气管口的气体流动迅速、分子筛接触到的氮氧分子多,而靠近吸附塔内侧的气体流动相对慢、分子筛接触到的氮氧分子相对较少,导致不同位置的分子筛对气体分子的吸附饱和度不同。据对比分析,当中心位置的分子筛在100%饱和状态工作时,而挨着吸附塔内壁的分子筛的工作饱和度只有80%左右。部分分子筛的不饱和工作,直接降低了整体分子筛的工作效率,导致等量压缩空气的产氮比下降,影响了制氮机单位空气产氮能力的进一步提高。

气虹提供的卓越的等流气流分布装置,包括板式气流分布器、两级气流缓冲设计、广口气流收集装置,使得压缩空气在进入吸附塔时能以等流速均匀分布,保证每粒分子筛接触到的气压相同、流速相同,确保分子筛满负荷工作,发挥分子筛最大的吸附效率,取得最好的制氮效果。同时也节约了气源,降低了能耗。
据实测,应用了气虹专业等流气体分布系统的制氮机相比没有该技术的,在消耗同等压缩空气的情况下,其氮气产量增加8%。


2. 独特的放空塔纯氮吹扫工艺 

在传统制氮过程中,当吸附塔放空解析时,虽然塔内压力降为大气压,由于分子筛上吸附的氧气被释放出,该塔内留存的还是高浓度氧气。若不将此氧气清空,当该塔再次进入吸附程序时,该氧气又会重新被分子筛吸附。该氧气的二次吸附,消耗了部分碳分子筛的吸附能力。而且塔内的高浓度氧气,也直接降低了下一步塔内均压过来形成的混合气中的氮浓度,导致吸附塔由放空进入吸附程序的初始产氮浓度的下降,降低了储气灌中氮的平均浓度。 
为了提高产氮浓度,杜绝塔内残留氧对产氮浓度带来的负面影响,防止残氧反复无谓的消耗分子筛吸附能力,气虹特设了残氧排空吹扫系统,即在放空塔放空后,用处于吸附状态的吸附塔内合格氮气对放空塔进行吹扫,将放空塔内的氧气吹出塔外。当放空塔再次进入吸附程序时,塔内已经是高浓度的氮气,避免了吸附塔在吸附初始产氮浓度下降的问题,提高了分子筛的有效工作能力,确保了高纯氮的制取。


3. 四项技术工艺,确保一次制取高纯氮 
在一次性制取高纯氮的生产过程中,任何一个细节的不完善都将影响高纯氮的制取。气虹公司通过研究制氮生产中的关键环节,采用四项专业技术,确保了一次性制取高纯氮。四项专业技术为:

等流气体分布技术,提高分子筛整体工作效率;

放空塔纯氮吹扫技术,彻底清空吸附塔内残留氧气;

高浓度氮均压技术,提高吸附塔内氮气浓度;

储气灌高纯氮返充技术,避免不合格氮气进入储气灌

说明:
1.如用户有特殊要求,规格及性能参数可以根据用户需要按合同规定而不同于本表规格;
2.氮气纯度为无氧纯度,氮气中含微量氦、氖、氩等惰性气体;
3.流量单位“Nm3/h”是指20℃,0.101MPa(绝压)状态下的流量单位;
4.压力值除注明外,均为表压值;
5.露点值除注明外,均为常压露点。



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